平衡軸技術(上圖中白色線框內所示結構)是一項結構簡單并且非常實用發動機技術,它可以有效減緩整車振動,提高駕駛的舒適性。也許有的消費者會問,為什么要在部分引擎里設計這個結構?要搞明白這一問題首先我們需要弄清一件事--“發動機振動原理”。
當發動機處在工作狀態時,活塞的運動速度非?,而且速度很不均勻。當活塞位于上下止點位置時,其速度為零,但在上下止點中間位置的速度則達到最高。由于活塞在氣缸內做反復的高速直線運動,因此必然會在活塞、活塞銷和連桿上產生較大的慣性力。雖然連桿上的配重可以有效地平衡這些慣性力,但卻只有一部分運動質量參與直線運動,另一部分參與了旋轉。因而除了上下止點位置外,其它慣性力并不能完全達到平衡狀態,此時的發動機便產生了振動。
為了消除這種振動,設計者采用了很多方法,例如采用輕質的活塞減少運動件的質量、提高曲軸的剛度、采用60度夾角的“V”型布置發動機等等。增加平衡軸(如上圖中間位置所示部件)也是這些辦法其中之一,簡單說平衡軸其實就是一個裝有偏心重塊并隨曲軸同步旋轉的軸,利用偏心重塊所產生的反向振動力,使發動機獲得良好的平衡效果,降低發動機振動。
平衡軸可分為單平衡軸和雙平衡軸兩種。單平衡軸顧名思義采用單一平衡軸,利用齒輪傳動方式進行工作,通過曲軸旋轉帶動固連的平衡軸驅動齒輪、平衡軸從動齒輪以及平衡軸。單平衡軸可以平衡占整個振動比例相當大的一階振動,使發動機的振動得到明顯改善。由于單平衡軸結構簡單,占用空間小,因而在單缸和小排量發動機中應用較為廣泛。而雙平衡軸則采用的是鏈傳動方式帶動兩根平衡軸轉動,其中一根平衡軸與發動機的轉速相同,可以消除發動機的一階振動;另一根平衡軸的轉速是發動機轉速的2倍,可以消除發動機的二階振動,從而達到更加理想的減振效果。由于雙平衡軸的結構較為復雜、成本高、占用發動機的空間又相對較大大,因此一般在大排量汽車上較為常用。另外,還有一種雙平衡軸布置方式,就是兩個平衡軸與氣缸中心線成角度對稱布置,旋轉方向相反,轉速與曲軸轉速相同,用以平衡發動機的一階往復慣性力。
小貼士:當活塞每上下運動一次,將使發動機產生一上一下兩次振動,所以發動機的振動頻率和發動機的轉速有關。在振動理論上,常使用多個諧波振動來描述發動機的振動,其中振動頻率和發動機轉速相同的叫一階振動,頻率是發動機轉速2倍的叫二階振動,依次類推,還存在三階、四階振動。但振動頻率越高,振幅就越小,二階以上可以忽略不計。其一階振動占整個振動的70%以上,是振動的主要來源。
綜上所述,平衡軸就是用來平衡和減少發動機的振動,從而實現降低發動機噪音、延長使用壽命、提升駕乘者舒適性的目的。不過,并不是所有發動機都需要平衡軸,像“V”型和水平對置發動機,這些振動平衡性已經很好的引擎就沒有必要設計平衡軸;另外還要看廠家對不同品牌及車型的具體情況,某些理論上需要平衡軸的發動機同樣見不到他的身影。
編輯總結:對于一款發動機來說,運用在它身上的技術實在太多。但不管數量達到多少,其最終目的無外乎是為了達到做功更高效、運轉更穩定和更加經濟實用這些最終目的。相信隨著汽車工業水平的發展和不斷提高,設計師們將為消費者帶來更加符合時代需求、設計更加完善的汽車引擎。
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