CN205503858U - 四缸发动机往复惯性力平衡机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及汽车领域，公开了一种四缸发动机往复惯性力平衡机构，包括两个平衡轴，所述平衡轴的一端套设有平衡齿轮，两个所述平衡轴上的平衡齿轮相啮合，所述平衡轴的另一端设有平衡重，所述平衡齿轮的轴线相对于所述平衡轴的轴线具有一定的偏离量，所述平衡齿轮的轴线与所述平衡重分别位于所述平衡轴的轴线相反的两侧。本实用新型的平衡齿轮的轴线相对平衡轴的轴线(即平衡轴的旋转中心)设置了一定的偏离量，用以补偿平衡重及往复惯性力产生的中心距偏移，由此达到保证啮合中心距，控制平衡齿轮产生噪音的效果。

Description

四缸发动机往复惯性力平衡机构

技术领域

本实用新型涉及汽车领域，特别是涉及一种四缸发动机往复惯性力平衡机构。

背景技术

当今汽车越来越注重舒适性，发动机是车辆的噪声与振动的最主要来源，对于四缸往复式发动机而言，由于其结构特点，不能靠自身的平衡来消除二阶往复惯性力的影响，因此通常需要加装往复惯性力平衡机构来抵消发动机的二阶往复惯性力，从而降低振动与噪音。目前的四缸往复式发动机的往复惯性力平衡机构公认为双平衡轴机构，即两组以两倍于发动机转速互为反向旋转的双轴平衡机构。

平衡机构的设计问题，一是涉及用于抵消平衡往复力的平衡轴机构的本身的结构设计问题，二是涉及其相关传动及布置方式的设计。对于平衡机构设计的要求，除了能准确抵消往复惯性力的功能要求外，还有摩擦小、结构紧凑、自身噪声小、重量轻等要求。

对于四缸往复式发动机而言，由于自身无法消除二阶往复惯性力的影响，在用户越来越注重车辆舒适性的市场环境下，往复惯性力平衡机构对于四缸发动机而言是十分重要的结构。

由于发动机机舱的布置空间及输出性能有限，因此要求平衡机构具有摩擦小、结构紧凑、自身噪声小且重量轻等特点，由此带来了平衡机构的自身的结构以及传动系统的设计问题。

四缸机的平衡机构，一般为双平衡轴结构，采用链传动、带传动或齿轮传动。采用带传动或链传动的平衡机构，没有利用齿轮作为平衡重一部分，轴向及径向占用空间较大，噪音较大，且需要增加张紧轮等改动较大，无法作为模块化系统。而目前采用一般齿轮传动的平衡机构，在平衡轴往复惯性力作用下，齿轮啮合间隙情况难保证，容易产生啸叫或磨齿等噪音。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是现有采用齿轮传动的四缸发动机往复惯性力平衡机构容易产生啸叫或磨齿等噪音。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种四缸发动机往复惯性力平衡机构，包括两个平衡轴，所述平衡轴的一端套设有平衡齿轮，两个所述平衡轴上的平衡齿轮相啮合，所述平衡轴的另一端设有平衡重，所述平衡齿轮的轴线相对于所述平衡轴的轴线具有一定的偏离量，所述平衡齿轮的轴线与所述平衡重分别位于所述平衡轴的轴线相反的两侧。

作为优选方案，所述平衡齿轮上开设有多个去重孔。

作为优选方案，所述平衡重设于与四缸发动机的曲柄连杆机构产生的二阶往复惯性力相反的方向。

作为优选方案，所述平衡齿轮的轴线相对于所述平衡轴的轴线的偏离量为所述平衡轴的轴径的0.05％-3.2％。

作为优选方案，所述平衡齿轮的轴线相对于所述平衡轴的轴线的偏离量为所述平衡轴的轴径的1％-2％。

作为优选方案，每个所述平衡轴上的平衡重有多个。

本实用新型所提供的一种四缸发动机往复惯性力平衡机构，平衡齿轮的轴线相对平衡轴的轴线(即平衡轴的旋转中心)设置了一定的偏离量，用以补偿平衡重及往复惯性力产生的中心距偏移，由此达到保证啮合中心距，控制平衡齿轮产生噪音的效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例的四缸发动机往复惯性力平衡机构的主视图；

图2是本实用新型实施例的四缸发动机往复惯性力平衡机构的仰视图。

其中，1、平衡轴；2、平衡齿轮；3、平衡重；4、平衡轴的轴线；5、平衡齿轮的轴线；6、去重孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1和图2所示，本实用新型优选实施例的一种四缸发动机往复惯性力平衡机构，其包括两个平衡轴1，每个平衡轴1的一端均套设有平衡齿轮2，两个平衡轴1上的平衡齿轮2相啮合，平衡轴1的另一端设有平衡重3，平衡齿轮的轴线5相对于平衡轴的轴线4具有一定的偏离量O，平衡齿轮的轴线5与平衡重3分别位于平衡轴的轴线4相反的两侧。

在两个平衡齿轮2啮合的过程中，由于啮合间隙的存在，会产生金属敲击的声音，一般通过精准控制齿轮的中心距及齿形参数来控制间隙在最优的范围内，以使啮合的噪音保持最小，对于四缸发动机的双平衡机构而言，由于其平衡重3及惯性平衡力的存在，平衡轴1与平衡齿轮2在转动的同时，自身的位置也会在齿轮布置的平面上跟随自身惯性力产生的位移，这导致齿轮啮合的中心距也在不断变化，甚至超出允许范围，由此引起齿轮的磨齿或啸叫等噪音。因此，本实施例的设计中，平衡齿轮的轴线5相对平衡轴的轴线4(即平衡轴1的旋转中心)设置了一定的偏离量O，用以补偿上述惯性力产生的中心距偏移，由此达到保证啮合中心距，控制平衡齿轮2产生噪音的效果。

本实施例中平衡齿轮2与平衡轴1的几何中心的偏离量的设置，其目的是为了修复由于质心偏离齿轮啮合中心所导致的NVH问题，关于平衡齿轮的轴线5与平衡轴的轴线4的偏离量的大小，是根据轴孔最终工作中的变形量所设置。具体与整个平衡轴1的形状、尺寸、支架的强度，工作的负荷(转速、发动机特性)都有关系，最终是通过CAE的分析及试验验证确定。根据大量的实验得出，平衡齿轮的轴线5相对于平衡轴的轴线4的偏离量O为平衡轴1的轴径的0.05％-3.2％，由此可以补偿上述惯性力产生的中心距偏移，由此达到保证啮合中心距，控制平衡齿轮2产生的声音的效果。即，偏离量O可以为平衡轴1的轴径的0.06％、0.7％、1.2％、2.5％等。优选地，平衡齿轮的轴线5相对于平衡轴的轴线4的偏离量O可为平衡轴1的轴径的1％-2％。

平衡齿轮2上开设有多个去重孔6，去重孔6与平衡齿轮的轴线5位于平衡轴的轴线4的同一侧，而平衡重3则位于相反的一侧，平衡齿轮2上的去重孔6可以减小平衡轴1上所需的平衡重3的大小和重量，由此为发动机的紧凑布置节省了空间，且平衡齿轮2上的去重孔3降低了平衡机构的重量。

平衡重3设于与四缸发动机的曲柄连杆机构产生的二阶往复惯性力相反的方向，以平衡发动机的二阶往复惯性力。平衡轴1及平衡齿轮2在转动的过程中，由于平衡重3与去重孔6等不对称结构的存在，会产生旋转惯性力，由于本实施例中去重孔6和平衡重3的设置，两对平衡轴1与平衡齿轮2产生的惯性力的水平分量将相互抵消，而竖直方向的分量将形成合力且与发动机的曲柄连杆机构的二阶往复惯性力大小相等、方向相反，这样两者将互相抵消，达到发动机整体振动降低、声品质提升的效果。

其中，单根平衡轴1的不平衡量所产生的离心力F_离心力由以下公式得出：F_离心力＝2(Σm_ir_i)(2ω)²cos2α-----公式(1)；

曲柄连杆机构的二阶往复惯性力F_{二阶惯性力}为：

F_{二阶惯性力}＝m₂Rω²λcos2α-----公式(2)。

公式(1)中：

F_离心力是平衡重3产生的离心力；m_i是截取相对平衡轴1的轴线单个不平衡(平衡重3或平衡齿轮2)的质量；r_i是截取相对平衡轴1的轴线单个不平衡(平衡重3或平衡齿轮2)的质心半径；i＝1、2、3、……；ω是发动机的角速度；α是发动机的曲轴相位。

公式(2)中：

F_{二阶惯性力}是活塞、连杆等零件在发动机运转中产生的惯性力；m₂是活塞、连杆等零件的往复质量；R是发动机的曲柄半径；ω是发动机的角速度；α是发动机的曲轴相位；λ是连杆比，其计算公式为：λ＝R/L，R为曲柄半径，L为连杆的大小头孔中心距。

最终目标是使F_离心力等于或接近F_{二阶惯性力}，由此计算得出单根平衡轴1上的所有的平衡重3和平衡齿轮2的质径积和的值(质径积和指的是质量和质心径相乘的值)，并根据该值设计出平衡轴3和平衡齿轮2的形状结构，该质径积和Σm_ir_i具体为：

${\mathrm{\Σm}}_i{r}_i=\frac{m_2{\mathrm{R\ω}}^2\mathrm{\λ}}{2{\left(2\mathrm{\ω}\right)}^2}=\frac{\left(m_{2}R\right)R}{8L}.$

本实用新型所提供的一种四缸发动机往复惯性力平衡机构，平衡轴齿轮2安装在平衡轴1上，平衡轴1安装在发动机上，发动机驱动其中一根平衡轴1转动，然后通过平衡轴1上的平衡齿轮2啮合驱动另一个平衡齿轮2及另一根平衡轴1，由此在发动机运转中，两对平衡轴1及平衡齿轮2将做转速相同、方向相反的转动运动。本实施例的平衡齿轮2上的去重孔6可以减小平衡轴1上所需的平衡重3的大小和重量，由此为发动机的紧凑布置节省了空间，且平衡齿轮2上的去重孔3降低了平衡机构的重量；平衡齿轮的轴线5相对平衡轴的轴线4具有一定的偏移，可以修正发动机旋转时由于自身惯性力产生的偏移、保证齿轮的良好啮合，有利于降低平衡齿轮2啮合产生的噪音；平衡齿轮的轴线4与平衡轴的轴线4的偏移，对平衡轴1与轴承的寿命、两者间的摩擦和噪音也有一定改善的功效。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种四缸发动机往复惯性力平衡机构，包括两个平衡轴，所述平衡轴的一端套设有平衡齿轮，两个所述平衡轴上的平衡齿轮相啮合，其特征在于，所述平衡轴的另一端设有平衡重，所述平衡齿轮的轴线相对于所述平衡轴的轴线具有一定的偏离量，所述平衡齿轮的轴线与所述平衡重分别位于所述平衡轴的轴线相反的两侧。

2.如权利要求1所述的四缸发动机往复惯性力平衡机构，其特征在于，所述平衡齿轮上开设有多个去重孔。

3.如权利要求1或2所述的四缸发动机往复惯性力平衡机构，其特征在于，所述平衡重设于与四缸发动机的曲柄连杆机构产生的二阶往复惯性力相反的方向。

4.如权利要求1或2所述的四缸发动机往复惯性力平衡机构，其特征在于，所述平衡齿轮的轴线相对于所述平衡轴的轴线的偏离量为所述平衡轴的轴径的0.05％-3.2％。

5.如权利要求4所述的四缸发动机往复惯性力平衡机构，其特征在于，所述平衡齿轮的轴线相对于所述平衡轴的轴线的偏离量为所述平衡轴的轴径的1％-2％。

6.如权利要求1或2所述的四缸发动机往复惯性力平衡机构，其特征在于，每个所述平衡轴上的平衡重有多个。