CN101387330B - 单缸柴油机全平衡方法及其机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单缸柴油机全平衡方法及其机构，包括曲轴，前、后两环形连杆，前、后两滑块及导向组件；曲轴设有前、后两偏心轴颈，前、后两环形连杆通过前、后两轴承安装在前、后两偏心轴颈处，前、后两环形连杆设置前、后两滑块的左、右两导向弧面内；导向组件的前、后两导向销分别设置在前、后两滑块的导向槽内，前、后两导向杆分别穿过前、后两滑块的导向孔与支撑轴连接，偏心轴颈的偏心距e与环形连杆工作长度l的比值等于曲柄半径R与连杆工作长度L的比值。本发明能完全平衡单缸柴油机的一阶和二阶往复惯性力，能降低柴油机振动和噪声。

Description

单缸柴油机全平衡方法及其机构

技术领域

本发明涉及一种单缸柴油机全平衡方法及其机构，属于单缸柴油机的平衡技术领域。

背景技术

大、中小型的单缸柴油机主要由机体零件、曲轴连杆机构、换气系统、燃料供给系统等构成，通过活塞在气缸中的往复运动变为曲轴的旋转运动，又将曲轴的旋转运动变为活塞的往复运动，以实现工作循环并对外输出动力和用来驱动发动机的各辅助系统工作。由于气缸所对应的连杆机构都会产生一个往复惯性力和旋转惯性力，而这两个惯性力还组成两种交变的惯性力矩作用到主轴承上，这些惯性力和力矩不仅对柴油机本身、并且对配套机具的工作非常不利，尤其对于单缸柴油机因只有一个气缸，不能自身平衡柴油机曲柄连杆机构的惯性力，故需要添加额外的平衡机构来解决曲柄连杆机构的平衡问题。目前，单缸卧式柴油机普遍采用的平衡机构有过量平衡机构、单轴平衡机构和双轴平衡机构。

过量平衡机构是在曲轴平衡重上多加一定的平衡质量，使曲轴产生过量的惯性力，将一部分沿气缸中心线的往复惯性力转移到垂直方向，从而使得一阶往复惯性力峰值有所下降。

单轴平衡机构是除了在曲轴位于曲柄销相反的一侧加平衡重外，再通过曲轴轴端的齿轮带动一个平衡轴以相同的角速度旋转，利用两个平衡重的旋转惯性力沿气缸轴线的分力来平衡往复惯性力，而它们的垂直于气缸轴线的分力又互相抵消，但由于该两力不在一条直线上，还会产生不平衡的力矩，因此只能平衡一部分往复惯性力。

双轴平衡机构是采用两个旋转方向相反、大小相同的两根平衡轴，两根平衡轴的离心力沿气缸中心线方向的分力与活塞组的一阶往复惯性力达到平衡，但机构零件数量多，体积和重量大，成本高。

上述的平衡机构虽然能基本解决曲柄连杆机构的旋转惯性力的平衡，但只能部分或全部平衡掉一阶往复惯性力，都不能解决二阶往复惯性力的平衡问题，而二阶往复惯性力约为一阶往复惯性力的1/3～1/4，故目前单缸柴油机的平衡机构由于无法完全平衡往复惯性力，是造成单缸柴油机普遍存在振动与噪声大的主要原因，既造成噪声环境污染，又严重影响使用者的舒适性。

发明内容

本发明的目的是提供一种能平衡柴油机的一阶和二阶往复惯性力，能降低柴油机振动和噪声的单缸柴油机全平衡的方法及其机构。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种单缸柴油机全平衡方法，其特征在于：通过安装在曲轴两偏心轴颈上的前、后两轴承分别驱动前、后两环形连杆，两端具有左大、右小弧面的前、后两环形连杆沿着前、后两滑块的左、右导向弧面内做平面旋转摆动，以推动前、后两滑块在机体内做往复运动，前、后两滑块的往复运动轨迹与活塞的运动轨迹共线、且运动方向相反，在曲轴偏心轴颈的偏心距e与环形连杆工作长度l的比值等于曲柄半径R与连杆工作长度L的比值时，抵消曲轴的旋转惯性力及活塞产生的往复惯性力，实现一阶和二阶往复惯性力的平衡。

本发明的单缸柴油机全平衡机构，其特征在于包括曲轴、前轴承、后轴承、前环形连杆、后环形连杆，前滑块、后滑块和导向组件；所述曲轴曲柄两侧与前、后主轴颈之间对称设有轴心反向于曲柄销一侧的前、后两偏心轴颈；所述结构形状相同的前、后两环形连杆的外周面由两端同圆心的左弧面、右弧面及过渡弧面构成，反向于曲柄销一侧的右弧面半径R1小于左弧面半径R2，左、右弧面的圆心至曲轴前、后两偏心轴颈轴心的距离为环形连杆工作长度l，前、后两环形连杆分别套装在前、后两轴承上并安装曲轴前、后两偏心轴颈处，前、后两环形连杆分别安装在结构形状相同的前、后两滑块的左导向弧面和右导向弧面内，前、后两滑块的左导向弧面与前、后两环形连杆的左弧面半径R2相等，且左导向弧面弧长大于左弧面弧长，前、后两滑块的右导向弧面与前、后两环形连杆的右弧面半径R1相等，且右导向弧面弧长小于右弧面弧长；所述的导向组件包括安装在机体顶部的前、后两导向销及安装在机体下部的前、后两导向杆和支撑轴，前、后两导向销分别设置在前、后两滑块顶部的导向槽内，前、后两导向杆分别穿过前、后两滑块下部的导向孔与支撑轴连接，前、后两偏心轴颈的偏心距e与前、后两环形连杆工作长度l比值等于曲轴曲柄半径R与连杆工作长度L之比。

本发明由于将偏心轴颈与主轴颈之间的偏心距作为平衡机构的曲柄半径，而安装在前、后两偏心轴颈上的前、后两环形连杆的两端弧面是同心且半径不同的右弧面和左弧面，该右弧面和左弧面分别充当环形连杆的小头和大头，并与前、后两滑块的右、左导向弧面相配，当曲轴转动时，前、后两偏心轴颈通过前、后两轴承带动前、后两环形连杆做平面旋动摆动，则驱动前、后两滑块在气缸中心线方向作往复直线运动，使前、后两滑块的往复运动轨迹与活塞的运动轨迹共线、且运动方向相反，形成类似对置的两个曲柄连杆机构。本发明由于前、后两偏心轴颈的偏心距e与前、后两环形连杆工作长度1的比值等于曲轴曲柄半径R与连杆工作长度L的比值，即可以完全平衡曲轴的旋转惯性力，又可与活塞产生的往复惯性力相抵消，达到一阶以及二阶往复惯性力的完全平衡。本发明的平衡方法和机构由于能完全平衡一阶以及二阶往复惯性力，故降低了单缸柴油机的柴油机振动和噪声。另外，本发明由于该平衡机构取消了平衡轴，而不改变活塞、连杆等结构，仅在曲轴基础上增加了偏心轴颈及与其连接的环形连杆及滑块，并对机体进行改进，结构配置更加合理、紧凑，占用机体空间减小，可以进一步缩短柴油机机体的长度。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。

图1是本发明单缸柴油机全平衡机构的爆炸结构示意图。

图2是本发明曲轴的立体结构示意图。

图3是本发明拆分后的活塞、连杆、曲轴、前环形连杆、前滑块的结构示意图。

图4是发明的全平衡机构安装在机体内的结构示意图。

图5是图4的A-A剖视结构示意图。

其中：1—活塞，2—活塞销，3—连杆，4—曲轴，4-1—前主轴颈，4-2—前偏心轴颈，4-3—曲柄，4-4—曲柄销，4-5—后偏心轴颈，4-6—后主轴颈，5—前滑块，5-1—左前滑块，5-2—右前滑块，5-3—导向槽，5-4—导向孔，5-5—左导向弧面，5-6—右导向弧面，6—前环形连杆，6-1—右弧面，6-2—左弧面，6-3—过渡弧面，7—前导向销，8—前轴承，9—上螺栓，10—下螺栓，11—后滑块，11-1—左后滑块，11-2—右后滑块，11-3—导向槽，11-4—左导向弧面，11-5—右导向弧面，12—后环形连杆，12-1—右弧面，12-2—左弧面，13—后轴承，14—后导向销，15—前导向杆，16—后导向杆，17—支撑轴，18—机体。

具体实施方式

本发明单缸柴油机全平衡方法，通过安装在曲轴4两偏心轴颈4-2和4-5上的前、后两个轴承8和13分别驱动前、后两环形连杆6和12，前、后两环形连杆6和12的两端具有左大、右小的弧面，作为前、后两环形连杆6和12的大头和小头，前、后两环形连杆6和12沿着前、后两滑块5和11的左、右导向弧面内做平面旋转摆动，并推动前、后两滑块5和11在机体18内做往复运动，前、后两滑块5、11的往复运动轨迹与活塞1的运动轨迹共线、且运动方向相反，在曲轴偏心轴颈的偏心距e与环形连杆工作长度l的比值等于曲柄半径R与连杆工作长度L的比值时，以抵消曲轴的旋转惯性力及活塞产生的往复惯性力，实现一阶和二阶往复惯性力的平衡。

见图1～5所示，本发明的单缸柴油机全平衡机构包括曲轴4、前轴承8、后轴承13、前环形连杆6、后环形连杆12、前滑块5、后滑块11和导向组件，连杆3的大头与曲柄4-3连接，连杆3的小头通过活塞销2与活塞1连接。见图2、3所示，本发明曲轴4的曲柄4-3两侧分别与前主轴颈4-1和后主轴颈4-6之间对称设有前偏心轴颈4-2和后偏心轴颈4-5，前偏心轴颈4-2和后偏心轴颈4-5的轴心与曲柄销4-4方向相反，前偏心轴颈4-2和后偏心轴颈4-5的轴心与前主轴颈4-1和后主轴颈4-6的轴心之间的偏心距e，即为偏心轴颈绕曲轴中心线的旋转半径，该偏心距e作为平衡机构的曲柄半径，使曲轴4上的偏心轴颈的质量作为曲轴的平衡重，以减少曲轴的质量，见图3所示，曲轴4的轴柄半径为R，L为连杆长度，前偏心轴颈4-2和后偏心轴颈4-5的半径为R3。

见图1、3、4所示，本发明的前环形连杆6和后环形连杆12结构形状完全相同，前环形连杆6的外周面由两端同圆心且半径不同的右弧面6-1、左弧面6-2以及对称的两过渡弧面6-3构成，前环形连杆6的右弧面6-1半径R1小于左弧面6-2半径R2，前环形连杆6的右弧面6-1与曲柄销方向相反，前环形连杆6的右弧面6-1与左弧面6-2的圆心至曲轴4前偏心轴颈4-2轴心之间的距离为环形连杆工作长度l。见图1、5所示，同样，后环形连杆12的外周面也由两端同圆心且半径不同的右弧面12-1、左弧面12-2以及对称的两过渡弧面构成，后环形连杆12的右弧面12-1半径R1小于左弧面12-2半径R2，后环形连杆12的右弧面12-1与曲柄销方向相反，后环形连杆12的右弧面12-1和左弧面12-2的圆心至曲轴4的后偏心轴颈4-5轴心之间距离为环形连杆工作长度l，使前环形连杆6的右弧面6-1和左弧面6-2以及后环形连杆12的右弧面12-1和左弧面12-2作为两环形连杆的大头和小头分别与前滑块5的左、右导向弧面和后滑块11的左、右导向弧面配合，以形成对置的两个曲柄连杆机构，其运动轨迹与活塞的运动轨迹共线、且方向相反。见图1、5所示，本发明的前环形连杆6和后环形连杆12分别套装在前轴承8和后轴承13上并安装在曲轴4的前偏心轴颈4-2和后偏心轴颈4-5上，前环形连杆6和后环形连杆12分别安装在前滑块5的左、右导向弧面和后滑块11的左、右导向弧面内。

见图1、3、4、5所示，本发明的前滑块5与后滑块11结构形状完全相同，前滑块5具有左导向弧面5-5和右导向弧面5-6、顶部具有导向槽5-3，同样，后滑块11也具有左导向弧面11-4和右导向弧面11-5、顶部具有导向槽11-3，前滑块5的下部也具有导向孔5-4，而后滑块11的下部也具有导向孔。为便于安装和控制，前滑块5由左前滑块5-1和右前滑块5-2构成，左前滑块5-1具有上、下两个螺纹孔，而右前滑块5-2具有对应的上、下两个光孔，上螺栓9和下螺栓10分别穿过右前滑块5-2的上、下两个光孔并旋接在左前滑块5-1的上、下两个螺纹孔内，将左前滑块5-1和右前滑块5-2连接，右前滑块5-2的右导向弧面5-6半径与前环形连杆6右弧面6-1半径R1相等，且右前滑块5-2的右导向弧面5-6弧长小于前环形连杆6的右弧面6-1弧长，而左前滑块5-1的左导向弧面5-5半径与前环形连杆6左弧面6-2半径R2相等，左前滑块5-1的左导向弧面5-5弧长大于前环形连杆6左弧面6-2弧长，在曲轴4的带动下，使前环形连杆6的右弧面6-1和左弧面6-2在前滑块5的右导向弧面5-6和左导向弧面5-5内做平面旋转摆动。同样见图1、4所示，本发明的后滑块11也由左后滑块11-1和右后滑块11-2构成，上螺栓9和下螺栓10将左后滑块11-1和右后滑块11-2连接，右后滑块11-2的右导向弧面11-5半径与后环形连杆12的右弧面12-1半径R1相等，右后滑块11-2的右导向弧面11-5弧长小于后环形连杆12的右弧面12-1弧长，左后滑块11-1的左导向弧面11-4半径与后环形连杆12左弧面12-2半径R2相等，左后滑块11-1的左导向弧面11-4弧长大于后环形连杆12左弧面12-2弧长，同样，后环形连杆12的右弧面12-1和左弧面12-2在后滑块11的右导向弧面11-5和左导向弧面11-4内做平面旋转摆动。

见图1、4、5所示，本发明的导向组件包括安装在机体18顶部的前导向销7和后导向销14以及安装在机体18下部的前导向杆15、后导向杆16和支撑轴17，前导向销7和后导向销14分别设置在前滑块5的导向槽5-3和后滑块11的导向槽11-3内，使前滑块5和后滑块11在作往复运动时起到限位作用，前导向杆15和后导向杆16分别穿过前滑块5下部的导向孔5-4和后滑块11下部的导向孔，而前导向杆15和后导向杆16与支撑轴17连接，该支撑轴17上有两个安装前导向杆15和后导向杆16的孔，并在两个孔的垂直方向上有两个对应的螺纹孔，并用螺栓固定在前导向杆15和后导向杆16上，通过导向孔的引导，使前、后两滑块5和11在机体18内做往复运动。

本发明的前、后两偏心轴颈的偏心距e与前后两环形连杆工作长度1的比值等于曲轴曲柄半径R与连杆工作长度L之比，由于能形成对置的两个曲柄连杆机构，前、后两滑块5和11的运动轨迹与活塞1的运动轨迹共线、运动方向相反，通过控制平衡机构合适的偏心距e、环形连杆工作长度1、曲轴4以及滑块的运动质量，既可以完全平衡旋转惯性力，同时前、后两滑块5和11产生的往复惯性力又可与活塞1产生的往复惯性力相抵消，达到一阶以及二阶往复惯性力的完全平衡。

Claims (4)

1.一种单缸柴油机全平衡机构，其特征在于：包括曲轴、前轴承、后轴承、前环形连杆、后环形连杆，前滑块、后滑块和导向组件；所述曲轴曲柄两侧与前、后主轴颈之间对称设有轴心反向于曲柄销一侧的前、后两偏心轴颈；所述前、后两环形连杆的结构形状相同，并且前、后两环形连杆的外周面由两端同圆心的左弧面、右弧面及过渡弧面构成，反向于曲柄销一侧的右弧面半径R1小于左弧面半径R2，左、右弧面的圆心至曲轴前、后两偏心轴颈轴心的距离为环形连杆工作长度l，前、后两环形连杆分别套装在前、后两轴承上并安装曲轴前、后两偏心轴颈处，前、后两环形连杆分别安装在结构形状相同的前、后两滑块的左导向弧面和右导向弧面内，前、后两滑块的左导向弧面与前、后两环形连杆的左弧面半径R2相等，且左导向弧面弧长大于左弧面弧长，前、后两滑块的右导向弧面与前、后两环形连杆的右弧面半径R1相等，且右导向弧面弧长小于右弧面弧长；所述的导向组件包括安装在机体顶部的前、后两导向销及安装在机体下部的前、后两导向杆和支撑轴，前、后两导向销分别设置在前、后两滑块顶部的导向槽内，前、后两导向杆分别穿过前、后两滑块下部的导向孔与支撑轴连接，前、后两偏心轴颈的偏心距e与前、后两环形连杆工作长度l比值等于曲轴曲柄半径R与连杆工作长度L之比。

2.根据权利要求1所述的单缸柴油机全平衡机构，其特征在于：所述的前滑块由左前滑块和右前滑块构成，上、下两螺栓将左前滑块和右前滑块连接。

3.根据权利要求1所述的单缸柴油机全平衡机构，其特征在于：所述的后滑块由左后滑块和右后滑块构成，上、下两螺栓将左后滑块和右后滑块连接。

4.一种如权利要求1所述的单缸柴油机全平衡机构的全平衡方法，其特征在于：通过安装在曲轴两偏心轴颈上的前、后两轴承分别驱动前、后两环形连杆，两端具有左大、右小弧面的前、后两环形连杆沿着前、后两滑块的左、右导向弧面内做平面旋转摆动，并推动前、后两滑块在机体内做往复运动，前、后两滑块的往复运动轨迹与活塞的运动轨迹共线、且运动方向相反，在曲轴偏心轴颈的偏心距e与环形连杆工作长度l的比值等于曲柄半径R与连杆工作长度L的比值时，抵消曲轴的旋转惯性力及活塞产生的往复惯性力，实现一阶和二阶往复惯性力平衡。

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