四缸直列柴油发动机的平衡轴设计
The Balance Shaft Design of the Four-cylinder In-line Diesel Engine
为了满足现代社会对乘用车辆噪声和振动的更高要求,人们想了很多的办法来使发动机运行更平稳,也使得车辆的行驶更舒适.平衡轴技术(The balancer shaft,简称BS)作为其中很重要的一项技术从2002年开始在国外的高档车型上已经得到广泛的应用.本文利用本人所在的公司发起的一个研究项目,希望通过对一个已有的无平衡轴四缸直列柴油机添加平衡轴系统的设计总结出一个常用平衡轴的设计方法.而且本文还针对直列四缸发动机惯性力系中未平衡的二次往复惯性力,进行了多种平衡方案的对比并且进行了扩展性的分析,并通过对初步设计的平衡轴系统进行强度、振动和噪声进行分析,验证了次平衡轴系统的可行性.为降低该型号四缸直列柴油发动机的振动和噪声奠定了基础,对该类发动机平衡方案的优选具有参考意义.只有先发现问题才能谈解决问题,因此本文开始会对直列四缸发动机的二阶往复惯性力的形成原因进行分析,找出导致发动机振动的主要原因,并且对于活塞偏心和活塞不偏心的两种发动机的二阶往复惯性力进行了比较,为以后设计类似发动机的平衡轴系统做准备.接下来的第二步是设计出一个能满足平衡此二阶往复惯性力的平衡轴系统雏形,以此作为此项目设计工作的基础.然后本文会针对此款四缸直列发动机的缸体和驱动系统的特点来选取此平衡轴系统的安装方式和驱动方式,由于原发动机并没有平衡轴系统也没有预留出平衡轴系统的驱动空间,因此在尽可能不进行大的部件修改的前提下布置平衡轴的驱动系统有一定的难度.在比较了几种驱动方式后,优选了一种相对适合此发动机的驱动方式.同时在加装了平衡轴系统后,由于平衡轴的转速是发动机曲轴转速的两倍,因此需要足够的润滑才能保证平衡轴的使用寿命以及噪音控制,所以对原发动机的油路系统也做出了相应的改变.本文的最后,在完成了驱动和油路已经安装方式的设计后,出于减轻发动机重量的考量,对平衡轴系统进行了质量优化,并对优化过后的平衡轴进行了强度、振动的CAE(Computer Analyse Engineering)分析,从而验证了此平衡轴系统的可行性.由于平衡轴系统是用来平衡整个发动机的二阶往复惯性力的,因此要求平衡轴必须也要产生一个足够大的惯性力来平衡发动机的往复惯性力,这就决定了平衡轴的偏心不能很小,但是又由于空间有限,所以此处的难点就在于如何在尽可能小的空间内优化平衡轴使之产生尽可能大的惯性力,也就是平衡轴的质量优化.
- 作者：
- 唐峰
- 学位授予单位：
- 上海交通大学
- 专业名称：
- 动力工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 陆振华；朱义伦
- 中图分类号：
- TK422
- 关键词：
- 平衡轴技术；二阶往复惯性力；振动和噪音；平衡轴质量优化
- Balancer shaft； 4cylinder engine； partial bearing balance shaft； NVH reduction； 2nd inertia force