曲轴连杆机构的动平衡.pdfVIP

2010 年 第 1 期 化学工程与装备 2010 年 1 月 Chemical Engineering Equipment 67 曲轴连杆机构的动平衡 张越凡 （原福州冷冻机总厂，福建福州 350000 ） 摘 要：本文首先阐述曲轴连杆机构运动产生的惯性力、惯性力矩，及其动平衡的必要性；然后着重 对曲轴连杆机构动平衡工艺程序及其运作原理系统论述。 关键词：曲轴连杆机构；惯性力；惯性力矩；动平衡。 前言 轴连杆机构的运动可简化看成： 活塞式空压机、制冷机、活塞式航空发动机、 （1）由往复质量为mw = m3 ＋m2B 的活塞总 机车和船用柴油机、以及汽车发动机等大量设备， 成和连杆小头组成的直线往复变加速运动； 由于功能的需要采用了曲轴连杆机构。汽车发动机 （2 ）旋转质量为mS = m1 ＋m2A 的曲柄和套 由汽缸中气体燃烧体积膨胀推动活塞，经连杆使曲 在上面的连杆大头组成围绕曲轴中心的匀速圆周 轴旋转带动车轮滚动而前进；活塞式空压机、制冷 运动。 机则是由电动机驱动曲轴旋转，经连杆使活塞往复 1 曲轴连杆机构的惯性力和惯性力矩 运动，压缩缸中气体提高压力，这些机器都使用曲 1.1 一阶往复惯性力 轴连杆机构实现运动形式的转变，如图 1 所示。设 众所周知，物体的惯性力与它的加速度成正 计与制造过程如果忽视动平衡，设备的振动和噪声 比，同时与它的质量成正比，该力的方向与它的加 使人感到难受，设备磨损加快，使用寿命缩短，甚 速度方向相反。因此单缸曲轴连杆机构中沿着汽缸 至因轴颈发热与轴瓦粘接，突然停机事故时有发 中心线运动的活塞与连杆小头的往复惯性力（近似 生。 值）： 作旋转运动的曲轴上往往不只一个曲柄，每个 FW = mwαx = mw rω2cos(ωt) + λmw 曲柄偏心质量为 m1 ，其中包括圆周运动半径为 r rω2cos(2ωt) （1） 的曲柄销质量和它俩侧曲臂把质心换算到 A 处时 上式第一项称为：一阶往复惯性力 的质量。活塞总成的质量各为 m3 ，其中包括装在 F ⅠW=mw rω2cos （ωt ） （2 ） 一起的活塞销、卡簧或堵头、以及活塞环的质量总 从式（2 ）得知活塞运动使它的一阶往复惯性 和。 力 F ⅠW 量值和指向随时间 t ，按曲柄转角的余弦 连杆 B 端随活塞往复运动的同时，A 端随曲柄 规律而变化，F ⅠW 指向外止点时为正值，朝内止 旋转，实际是围绕着正在往复运动的B 端来回摆动。 点时为负值，变化周期与曲柄旋转一周时间同步。 连杆总成质量为 m2 ，其中包括装在一起的小头衬 该力通过曲轴使机架上下振动。 套、大头轴瓦和螺栓螺帽等，动力学证明（本文省 1.2 二阶往复惯性力 略）假设把质