劉麗娟

摘 要：沒有良好的平衡機構(gòu)，柴油機工作會產(chǎn)生強烈振動，帶來可怕惡果。從柴油機平衡原理談起，對使用維護中常見的錯誤操作導(dǎo)致平衡機構(gòu)損壞原因進行了分析。

關(guān)鍵詞：柴油機；平衡機構(gòu)；維護

中圖分類號：TK422 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.02.025

發(fā)動機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，在每一個工作循環(huán)中傳給支承的作用力的大小和方向都不改變。而平衡性不好的發(fā)動機會引起發(fā)動機在機架上振動，影響駕駛的平順性和舒適性，使駕駛員更加疲勞，以致影響行車安全和作業(yè)質(zhì)量。同時振動引起噪音，消耗能量，降低機器效率，還會引起緊固連接件的松動，降低機器工作的可靠性和耐久性。因此，要采取技術(shù)措施，使發(fā)動機工作平衡。

對發(fā)動機來說，活塞和連桿小頭在汽缸內(nèi)作往復(fù)運動時速度極不均勻，中間快，兩頭慢，在上、下止點改變運動方向的時候速度等于零（加速度最大）。也就是說活塞向下運動時，前半個行程（近似一半行程）是加速運動，往復(fù)慣性力向上；后半個行程是減速運動，往復(fù)慣性力向下。同理，當活塞向上運動時，前半個行程慣性力向下，后半個行程慣性力向上。換句話說，曲軸轉(zhuǎn)一圈，活塞在汽缸上半部的慣性力是向上的，下半部的慣性力是向下的，并且活塞和連桿的小頭的重量越大，曲軸轉(zhuǎn)速越高，往復(fù)慣性力越大。就是這個慣性力和離心力使發(fā)動機不平衡，引起振動。為此，在195系列柴油機上采用了雙軸平衡或單軸平衡。曲柄上（連桿軸頸相反的一側(cè)）裝配平衡重塊用來平衡旋轉(zhuǎn)慣性力；平衡軸上裝配平衡重塊用來平衡往復(fù)慣性力。

1 柴油機平衡原理

雙軸平衡原理是曲軸齒輪經(jīng)中間齒輪分別驅(qū)動，各帶有一平衡重塊的一對平衡軸，這一對平衡軸重量相同，旋轉(zhuǎn)方向相反。為了滿足平衡要求，兩平衡軸與曲軸轉(zhuǎn)速相同，即曲軸齒輪與平衡軸齒輪齒數(shù)相等。平衡重塊產(chǎn)生的離心力，其兩個水平分力與往復(fù)慣性力平衡；兩個垂直分力方向相反，互相抵消。在安裝平衡塊時，應(yīng)使活塞處于上止點位置時平衡重塊偏向最右側(cè)，保證實現(xiàn)往復(fù)慣性力的平衡。

雖然雙軸平衡性好，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本較高。所以有的柴油機采用了單軸平衡機構(gòu)。它是用曲軸曲柄上的平衡塊和平衡軸上的平衡塊來平衡往復(fù)慣性力的。曲柄上的平衡塊轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的離心力分兩部分：水平分力平衡往復(fù)慣性力的一半，垂直分力則構(gòu)成一個新的不平衡力。因此，單靠曲柄上的平衡塊不能完全平衡往復(fù)慣性力，需另加一根平衡軸，通過一對齒輪由曲軸驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速與曲軸相同，轉(zhuǎn)動方向相反。這根平衡軸上也裝有一個平衡塊，它產(chǎn)生的離心力也分成兩部分：水平分力把剩下的一半往復(fù)慣性力平衡掉了，垂直分力和曲軸平衡塊產(chǎn)生的分力互相抵消，實現(xiàn)了往復(fù)慣性力的完全平衡。但是，兩個垂直分力不是作用在同一條直線上，由此產(chǎn)生一個不平衡的力矩。所說的部分平衡，就是沒有平衡掉這個力矩，這是單軸平衡的缺點。

必須注意，不管是單軸平衡還是雙軸平衡，都要使曲軸和平衡軸保持位置上的相對關(guān)系，也就是齒輪嚙合位置不能錯。否則，非但不能實現(xiàn)平衡，還可能造成更大的不平衡。發(fā)動機出廠時，各齒輪都刻有安裝記號，安裝時要對準記號。

2 使用中常見錯誤實例

（1）更換零件的質(zhì)量誤差過大。柴油機出廠時設(shè)計部門己經(jīng)過嚴格計算，平衡軸與曲軸、連桿、活塞等產(chǎn)生的離心力是基本平衡的。所以在更換它們中的任何一個零件時，都要嚴格按原件質(zhì)量進行選配，使它們之間的質(zhì)量差嚴格控制在發(fā)動機零件要求的規(guī)范內(nèi)（活塞允差5 g、連桿允差10 g，活塞連桿總成允差30 g，平衡軸允差20 g）。對一臺大修后震動異常的柴油機進行拆檢時發(fā)現(xiàn)曲軸、平衡軸質(zhì)量與原機相差200 g以上，連桿質(zhì)量相差150 g以上，都大大超過了規(guī)定的標準。因此，在修理此類單缸柴油機時，要重視配件的質(zhì)量關(guān)系。

（2）裝配錯誤。一臺195型柴油機平衡齒輪損壞，更換同一型號、同等質(zhì)量的平衡機構(gòu)總成，啟動后產(chǎn)生劇烈振動。重新拆下檢查發(fā)現(xiàn)，平衡機構(gòu)總成的平衡齒輪裝反。原來機手在安裝時，因沒找到平衡塊上的配對記號，只好憑經(jīng)驗把平衡齒輪上的配對記號對準平衡塊的缺口處安裝，結(jié)果正好錯過180°，致使平衡機構(gòu)不僅起不到平衡作用，反而增加了離心力。

在正常情況下，平衡機構(gòu)偏重所產(chǎn)生的慣性力和曲柄連桿機構(gòu)運動時的慣性力相抵消，從而保證了柴油機工作的平穩(wěn)性。但在柴油機拆裝、維修過程中，如果將平衡軸裝錯，不僅不能起平衡作用，反而會引起更大的振動，甚至造成平衡軸的斷裂。

（3）齒輪原嚙合位置改變。一臺X195型柴油機連續(xù)斷了三根平衡軸，其斷裂部位是在平衡軸與平衡軸固定盤的連接部位。起初誤認為平衡軸質(zhì)量差，但換上新平衡軸，裝機后沒多久又斷了。經(jīng)認真檢查，發(fā)現(xiàn)平衡軸與機體的連接位置發(fā)生了變化。其原因是：由于原固定平衡軸的螺釘松動，螺釘與機體產(chǎn)生摩擦，致使機體螺釘孔徑擴大，這樣，雖然緊固了螺釘，但平衡軸齒輪與曲軸齒輪原嚙合位置發(fā)生了變化，造成柴油機震動加劇。

（4）轉(zhuǎn)速劇變。對柴油機而言，平衡軸偏重產(chǎn)生的慣性力與曲柄連桿機構(gòu)的慣性力相平衡，但就平衡機構(gòu)本身來說，這個慣性力仍然是由平衡軸及軸承來承擔的。所以，當轉(zhuǎn)速急劇變化時，離心力驟然增大，極易造成平衡軸斷裂。例如“飛車”事故，有不良的猛轟油門習慣等，均會使平衡軸受到比平時大若干倍的慣性力。endprint