三缸发动机平衡性力学计算
混合动力车用三缸汽油机曲轴平衡设计
2610.16638/ki.1671-7988.2020.12.010混合动力车用三缸汽油机曲轴平衡设计李佳家（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）摘 要：汽车动力系统发展日益多元化，混合动力效降低燃油消耗及排放，同时有效的解决了纯电动汽车的里程焦虑问题，市场份额不断增加。
由于混合动力发动机运行工况较传统发动机更窄，更多的利用自然吸气发动机的高效率区。
但是，由于混动系统较传统动力增加了电动系统，为解决整车布置问题，需要匹配更紧凑的三缸发动机。
本文基于四缸自然吸气发动机，研究三缸自然吸气发动机曲轴结构及平衡重的设计，并对曲轴的扭振进行评估。
结果表明：采用四平衡重结构并将平衡重偏心30°布置，可以使得在最小力偶的情况下，实现旋转惯性力矩的平衡；该三缸自然吸气发动机曲轴扭振的最大振幅为0.070 deg ，满足扭振评价要求。
关键词：汽油机；混合动力；曲轴平衡；平衡重中图分类号：TK412 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2020)12-26-04Crankshaft Balanced Design of Gasoline Engine for Hybrid VehicleLi Jiajia( SAIC GM Wuling Automobile Co., Ltd., Guangxi Liuzhou 545007 )Abstract: The development of automobile power system is becoming more and more diversified. The hybrid efficiency reduces fuel consumption and emissions. At the same time, it effectively solves the mileage anxiety problem of pure electric vehicles, and the market share is increasing. Because the operation condition of the hybrid engine is narrower than that of the traditional engine, more efficient areas of the naturally aspirated engine are used. However, because the hybrid system adds an electric system to the traditional power, in order to solve the vehicle layout problem, it needs to match a more compact 3-cylinder engine. Based on the 4-cylinder naturally aspirated gasoline engine, this paper studies the design of crankshaft structure and balance weight of 3-cylinder engine, and evaluates the torsional vibration of crankshaft. The results show that the balance of the moment of inertia can be achieved with the minimum couple of forces by adopting the four balance weight structure and arranging the balance weight at an eccentricity of 30 °. The maximum amplitude of the crankshaft torsional vibration of the three cylinder naturally aspirated engine is 0.070 deg, which meets the requirements of torsional vibration evaluation.Keyword: Gasoline engine; Hybrid Vehicle; Crankshaft balancing; Balance weight CLC NO.: TK412 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2020)12-26-04前言为了满足日益严格的油耗及排放法规，实现节能减排的作者简介：李佳家（1987-），男，工程师，就职于上汽通用五菱汽车股份有限公司，主要研究方向为车用汽油机设计开发。
1 三缸发动机平衡机构和不平衡力与力矩的输入
1. 三缸发动机的平衡：
不平衡时的力矩
平衡机构确认：
在每个曲柄臂分别加一个平衡重m r ，用来完全平衡旋转惯性力矩；在曲轴两端的皮带轮和飞轮上分别斜置一个平衡重m j ，用来完全平衡一阶往复惯性力，布置方式如图1示。
不加平衡轴，且不对二阶往复惯性力矩进行平衡。
图1 三缸发动机的平衡重的布置方式
问题：１）采用这种平衡方式，根据我们的分析，不可能把旋转惯性力和力矩完全平衡掉。
采用这种平衡以后，不平衡的力矩见下表。
曲轴加平衡质量后三缸机受到的不平衡力矩（2j C m r ω=）
产生力矩的分力
不平衡力矩y M 不平衡力矩z M 旋转惯性力
0M yr = 0M zr = 一阶往复惯性力
13cos(30)1（）M C a yj εα=-⋅⋅- 3sin(30)1M C a zj εα=-⋅⋅- 二阶往复惯性力 3cos(230)2M C a yj λα⋅⋅⋅+ 02M zj =
２）只有加一阶的平衡轴，可以一阶的往复惯性力矩完全平衡掉。
上表中1εε和 取0.5，也就是曲轴上的平衡重和平衡轴上的平衡轴各平衡My50%，这样由于1阶往复惯性力产生的力矩完全平衡了
３）是否可以给几张你们目前采用的平衡方式的图片（白底），这样就清楚了。
2. 不平衡力和力矩的输入
问题：你目前可以给我们提供那些计算用的参数用于计算不平衡的力矩？或者直接给出不平衡的力与力矩？
我们需要的是：在不同发动机转速的时候，作用于发动机的三个方向的力和力矩。
或者，你们目前计算不平衡量的输入输出参数给我们，我们计算Fx ，Fy ，Fz, Mx ，My ，Mz 。
然后将我们的计算结果与你们的进行对比。
3缸柴油机平衡
3缸柴油机平衡
三缸柴油机的平衡是一个工程设计中需要考虑的重要方面，以确保发动机在运转时尽可能减少振动和震动，提高其性能和寿命。
以下是一些常见的方法和技术，用于平衡三缸柴油机：
1.对称性设计：确保发动机的设计具有对称性，这意味着每个活塞的运动和重量分布应该尽可能平衡，以减少振动。
2.平衡轴：使用平衡轴是一种常见的方法，特别是对于三缸引擎。
平衡轴可以帮助抵消因不同活塞运动产生的振动，从而减少发动机的震动。
3.配重和对置活塞：在设计中采用配重或对置活塞的方式来平衡发动机的重量分布。
这有助于减少不平衡力和扭矩，提高发动机的平稳性。
4.精确制造和装配：制造过程中的精确度对于发动机的平衡至关重要。
高精度的零部件加工和装配可以减少不平衡因素，有助于发动机的平稳运行。
5.振动补偿器：一些高级发动机设计中可能包括振动补偿器，这些装置可以帮助抵消不同部件运动产生的振动。
6.动态平衡测试：在发动机装配完成后进行动态平衡测试可以帮助发现任何不平衡或振动问题，并进行调整以确保发动机的平稳运行。
在实际工程设计中，通常会结合使用上述多种方法和技术来确保三缸柴油机的平衡性能。
这些方法有助于降低振动和震动，提高发动机的可靠性、性能和舒适性。
1/ 1。
三缸平衡
对于三缸机而言，振动发生的原因主要是工作过程的周期性和机件运动的周期性，运转所产生的旋转惯性力和往复惯性力都是周期性变化的。
这些力在机内如果不能相互抵消，传给支承的力也会不断的变化。
然后由于输出转矩的波动，也会造成支反力的变化。
总之，发动机之所以会发生振动，是由于1、发动机转矩是周期性变化的2、旋转惯性力，往复惯性力是周期性变化的那么以三缸机为例，振动问题是如何解决的呢，且听慢慢道来：1、旋转惯性力旋转惯性力是绕曲轴中心作旋转运动的运动质量产生的离心力，惯性力又能产生相应的力矩；这些就是振动的来源。
旋转惯性力与力矩可以通过配重来消除。
对于四冲程三缸机，其点火间隔为720°/3=240°，所以其旋转惯性力是平衡的，但是其力矩不是平衡的，需要用平衡块加以平衡。
如图为平衡块以及曲轴图：曲轴图：几种平衡方法：【感谢内燃机原理的图！！】首先有完全平衡法（a方案），在每个曲柄上都加一个平衡块，此时共有六块平衡块。
显然，6块平衡块时主轴承负荷最轻。
其次有整体平衡法（b方案），在曲轴的第一块曲柄和第六块曲柄上各加一块平衡块，此时需要2块平衡块。
这种方案所需平衡块质量最轻，但主轴承负荷最重。
而且使用2块平衡块的方案需要加厚曲轴两端的曲柄，使曲轴和机体，气缸盖的长度加大；或者加大平衡块的旋转半径，此时会导致连杆长度加长。
最后，有两者折中的，用四块平衡块（C方案）。
具体用哪种方案，不同发动机各有不同。
就这样旋转惯性力解决了2、往复惯性力的平衡活塞组件和连杆在气缸内往复运动会产生惯性力。
往复惯性力由一阶和二阶往复惯性力组成。
对于三缸机而言，跟旋转惯性力一样，其一阶和二阶往复惯性力也是平衡的，但是一阶和二阶惯性力矩都不平衡。
往复惯性力始终沿气缸轴线作用，会引起支承的纵向振动。
特别说明的是，曲柄图呈中心对称的单列式发动机，往复惯性力都是平衡的。
力矩作用在气缸中心线与曲轴中心线组成的平面内，力矩矢量方向与该平面垂直。
三缸柴油机曲轴动平衡仿真分析研究
三缸柴油机曲轴动平衡仿真分析研究许广举;高鉴;赵洋【摘要】利用Pro/E和Adams创建某三缸柴油机曲轴的刚性体模型和柔性体模型.运用快速傅立叶变换得到各主轴颈承受的动态载荷、频谱曲线和积分曲线,通过各种频率下的振幅判断整机的平衡性能.研究发现,在X方向上(纵向),不同的一级往复惯性力矩转移率对曲轴主轴铰链副的振动幅度影响不大;在y方向上(横向),从频域信号中发现,不同的一级往复惯性力矩转移率在同一频率达到最大值,并且随着一级往复惯性力矩转移率的减小,其均方根随之减小;在Z方向上(横向),不同的一级往复惯性力矩转移率对曲轴主轴铰链副的频谱曲线中二阶频率振动影响很小.不同的一级往复惯性力矩转移率中,曲轴各主轴颈上合力的最大值、平均值和均方根的变化趋势不一样,其中均方根RMS能最全面地反映振动力度.【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(038)001【总页数】6页(P131-136)【关键词】机电工程;三缸柴油机;曲轴;动平衡;仿真【作者】许广举;高鉴;赵洋【作者单位】常熟理工学院汽车工程学院,江苏常熟215500;常熟理工学院汽车工程学院,江苏常熟215500;常熟理工学院汽车工程学院,江苏常熟215500【正文语种】中文【中图分类】TK4020 引言汽车轻量化是实现节能减排的重要措施之一[1-2]，三缸柴油机制造成本低，质量轻、比较省油，因此小排量、3个气缸的增压引擎已成为重点研究和对象[3-4]。
三缸柴油机相对于其他多缸机，其平衡性更复杂。
柴油机平衡性不仅关乎驾驶员与乘客的舒适性，且影响发动机的经济性[5-6]。
因此，对于三缸机，统筹考虑其结构复杂性和平衡性具有重要意义[7]。
曲轴在工作中不仅承受气缸内气体作用力、往复运动质量惯性力及旋转质量惯性力引起的周期性变化的载荷，还要对外输出转矩，并伴有扭转振动，由于上述力和力矩的存在，破坏了发动机的平衡[8]。
曲轴的静平衡性主要是对静态系统的外部平衡性能的分析，通过在曲柄上再增加一些不平衡质量来转移一级往复惯性力矩[9-11]，从而改善平衡。
3缸柴油机平衡
3缸柴油机平衡
摘要：
1.引言
2.3 缸柴油机的结构和工作原理
3.平衡的重要性
4.平衡的原理和方法
5.实际应用与案例分析
6.结论
正文：
1.引言
3 缸柴油机广泛应用于工程机械、汽车等领域，由于其结构简单、维护方便等优点受到欢迎。
然而，由于其结构的特殊性，3 缸柴油机在运行过程中容易出现振动和噪音问题，这不仅影响机器的性能，还可能对机器的寿命产生不良影响。
因此，如何平衡3 缸柴油机已成为工程界关注的问题。
2.3 缸柴油机的结构和工作原理
3 缸柴油机由三个缸体组成，每个缸体内都有一个活塞，通过曲轴连杆机构与曲轴连接。
柴油机的工作原理是通过燃油和空气的混合物在缸体内燃烧产生高温高压气体，推动活塞做往复运动，从而驱动曲轴旋转。
3.平衡的重要性
由于3 缸柴油机的结构特点，其往复运动的惯性力无法完全平衡，这会导致柴油机在运行过程中产生振动和噪音，影响其性能和寿命。
因此，对3 缸柴
油机进行平衡是提高其性能和寿命的重要手段。
4.平衡的原理和方法
平衡的原理是通过调整各个缸体的质量或位置，使得柴油机在运行过程中产生的惯性力得以平衡。
具体的方法包括：调整缸体质量、改变燃油喷射时机、调整曲轴的平衡块等。
5.实际应用与案例分析
在我国，许多工程机械和汽车制造企业已经开始采用平衡技术来提高3 缸柴油机的性能和寿命。
例如，某工程机械企业通过对3 缸柴油机进行平衡，成功降低了机器的振动和噪音，提高了机器的作业效率和寿命。
6.结论
平衡是提高3 缸柴油机性能和寿命的重要手段。
3缸柴油机平衡
3缸柴油机平衡摘要：1.3 缸柴油机的概述2.平衡的重要性3.平衡的原理与方法4.平衡的实现与维护5.结论正文：1.3 缸柴油机的概述3 缸柴油机是一种内燃机，它的工作原理是通过燃烧柴油来产生能量，进而驱动活塞做往复运动。
由于柴油机具有较高的热效率和较低的燃油消耗，因此在我国的工程机械、汽车等领域得到了广泛的应用。
然而，3 缸柴油机在运行过程中，由于结构、负荷等因素的影响，会产生振动和噪声，影响其性能和寿命。
为了降低振动和噪声，提高柴油机的运行平稳性，必须对3 缸柴油机进行平衡。
2.平衡的重要性平衡是指内燃机各部件的质量分布和形状设计，使得在运行过程中产生的惯性力和力矩相互抵消，从而降低振动和噪声，提高运行平稳性。
平衡对于3 缸柴油机来说至关重要，它不仅可以提高柴油机的性能和寿命，还可以降低维修成本和环境污染。
3.平衡的原理与方法平衡的原理是根据质量守恒定律和力矩平衡原理，分析内燃机各部件的质量分布和形状设计，使得产生的惯性力和力矩相互抵消。
平衡的方法主要包括静态平衡和动态平衡。
静态平衡是指在静止状态下，通过调整各部件的质量分布和形状，使得其重心与转轴重合。
动态平衡是指在运行状态下，通过调整各部件的惯性力和力矩，使得其相互抵消。
4.平衡的实现与维护平衡的实现需要对3 缸柴油机的各部件进行精确的测量和分析，然后根据分析结果进行调整。
具体包括：测量各部件的质量、形状、重心位置等参数；分析各部件产生的惯性力和力矩；根据分析结果调整各部件的质量分布和形状，使得其重心与转轴重合，惯性力和力矩相互抵消。
平衡的维护主要包括定期检查柴油机的运行状态，及时发现并排除故障，确保各部件的平衡状态得到保持。
5.结论3 缸柴油机的平衡对于提高其性能和寿命具有重要意义。
平衡的原理和方法主要包括静态平衡和动态平衡，实现平衡需要对各部件进行精确的测量和分析，并根据分析结果进行调整。
发动机平衡轴重力计算公式
发动机平衡轴重力计算公式引言。
发动机是汽车的心脏，它通过内燃机的工作原理将化学能转化为机械能，驱动汽车行驶。
在发动机运转过程中，会产生一定的振动和不平衡力，这些力会对发动机的稳定性和寿命造成影响。
为了减小这些不平衡力，发动机平衡轴被广泛应用于各种类型的发动机中。
平衡轴的设计和安装位置需要考虑到发动机的重心和重力，因此需要进行重力计算来确定最佳的设计方案。
发动机平衡轴的作用。
发动机平衡轴，又称为振动减振轴，是一种通过旋转来抵消发动机内部不平衡力的装置。
它通常由一根或多根轴组成，安装在发动机内部，与曲轴同轴旋转。
通过平衡轴的旋转，可以抵消因活塞运动和曲轴旋转而产生的振动和不平衡力，从而降低发动机的振动和噪音，提高发动机的稳定性和舒适性。
发动机平衡轴重力计算公式。
发动机平衡轴的设计需要考虑到重力对其产生的影响。
重力会对平衡轴产生一定的力矩，影响其在发动机内部的运动和平衡效果。
因此，需要进行重力计算，以确定平衡轴的最佳设计方案。
发动机平衡轴的重力计算公式如下：F = m g。
其中，F为平衡轴受到的重力，单位为牛顿（N）；m为平衡轴的质量，单位为千克（kg）；g为重力加速度，单位为米每秒平方（m/s^2）。
在实际应用中，需要根据发动机的具体参数和工作条件，确定平衡轴的质量m 和重力加速度g的数值，然后通过上述公式计算出平衡轴受到的重力大小。
通过重力计算，可以为平衡轴的设计和安装提供重要的参考依据，确保平衡轴在发动机内部能够发挥最佳的平衡效果。
影响发动机平衡轴重力的因素。
发动机平衡轴受到的重力大小受到多种因素的影响，主要包括平衡轴的质量、安装位置和发动机的工作条件等。
1. 平衡轴的质量。
平衡轴的质量是影响其受到的重力大小的关键因素。
平衡轴的质量越大，受到的重力也就越大，需要更强的平衡效果来抵消这种重力。
因此，在设计平衡轴时，需要充分考虑其质量对重力的影响，合理确定平衡轴的质量大小。
2. 平衡轴的安装位置。
平衡轴的安装位置也会对其受到的重力产生影响。
CF3B32T柴油机平衡分析
计算连杆大头的当量质量连杆的总重量为：1.245Kg连杆大头的重量为：0.888Kg连杆小头的重量为：0.357Kg（1.245*44.39/155=0.357）曲拐半径为：50mm连杆大头的质径为：0.888×50=44.4Kg.mm计算单个曲拐的质径一个曲拐的重量为：4.702Kg曲拐质心的回转半径为：-7.422mm其质径为：4.702×7.422=34.9 Kg.mm平衡分析由于连杆大头的质径大于单个曲拐的质径，所以旋转惯性力矩没有完全平衡，只平衡了34.9/44.4=78.6%由于旋转往复惯性力矩没有完全平衡，所以需在飞轮和皮带轮上设置不平衡质量。
一级往复惯性力矩的转移由于有21.4%的旋转惯性力矩没有平衡，可以在飞轮、皮带轮上设置不平衡质量，其多余的部分可以用来转移一级往复惯性力矩。
一级往复惯性力矩的大小为：∑°−−=)30cos(321αωa R m M j j由此可见：当°=30α，∑=a R m M j j 231ω，达最大值。
其作用平面落后第一曲拐平面。
其夹角为30°，与旋转惯性力的综合作用平面一致，在该平面上设置平衡质量。
公式中R 为曲柄半径，为0.050m ，a 为气缸缸心矩，a=0.109m ，j m 为往复质量。
称重各零件的质量：活 塞 614 g 活塞销 304 g挡圈(2只) 4.0 g 活塞环 60 g连杆小头质量 357 g往复运动质量 M j 为 :M j = 614 + 304 + 4 + 60 + 357 = 1339 g = 1.339 Kg一级往复惯性力矩为m N ·0.01264109.0050.0339.1322ωω=×××。
皮带轮的重量为：2.4656 Kg由于平衡重偏置，质心位置为：10.539mmρ===皮带轮的质径为2.4656×10.539=25.985 Kg.mm皮带轮X 方向质心到第二缸中心线的距离为303.5-23.38=280.12mm 皮带轮的质径矩为：25.985×280.12=7278.92Kg.2mm飞轮齿圈部件的质量为20.018Kg飞轮质心的回转半径为：1.565mmρ===飞轮的质径为20.02 ×1.565=31.33Kg.mm飞轮在X 方向上的质心到第二缸中心线的距离为216.5-5+19.887=231.387mm飞轮的质径矩为：31.33×231.387=7249.35Kg .2mm由于每一拐的旋转惯性力没有完成平衡，没有平衡的质径为： 44.4-34.9=9.5Kg.mm ，则3个曲拐在综合平面上没有平衡的质径矩为：2·49.17931095.93mm kg ML k =××=多余的皮带轮、飞轮质径矩用来转移一级往复惯性力矩，多余的质径矩为：7278.92-1793.49=5485.43Kg.2mm 一级往复惯性力矩为：2·65.11827102501.3393mm kg =×××转移的百分比为5485.43/11827.65=46.4%。
三缸平衡轴系统不平衡计算
力学性能
参考配重块 A，满足要求。
离心力对配重块 B 的影响：
参考Ａ，满足要求。
驱动齿轮
根据图纸信息，可知齿轮节圆直径为 95mm，齿数 z=67。
1.1 若选取模数 m=1.25
齿轮分度圆直径 d=mz=1.25× 67=83.75mm 分度圆直径小于节圆直径，齿轮为正变位。 acosα=������′ cos������ ′ 得齿轮压力角������ ′ =34° 。
力学性能
最小屈服强度：200Mpa； 螺栓紧固载荷：46±4KN，50KN max； 垫圈面积： s D2 d 2 ( D2 d 2 ) (222 9.82 )mm2 387.96mm2 螺栓紧固力对配重块 A 的压强： P 所以强度要求满足。
F 50 KN 12.89MPa 200MPa s 387.96mm2
Y 方向质心允许偏差： RY
定位凸台对不平衡量的影响
凸台体积(图中红色区域)： 凸台厚度为 6.4±0.1mm，配重块 A 密度： 6.8956g / cm3 梯形部分体积： V1 (2.62 3.61) (7.57 7.14) 6.5 17.41mm3 积分计算弧顶面积（红色阴影部分） ，如下图所示，方程为 x2 y 2 8.52
平衡轴和配重块 B
平衡轴：质量 M=558g，密度 7.85g / cm3 配重块 B：质量 m=273g，密度 7.9 g / cm3
cm mYg 475 12 g cm 总体不平衡量： mXg 0 5g
假设平衡轴为理想平衡状态。
5 cm 0.018cm 0.18mm 273 475 12 cm 1.74 0.044cm 17.4mm 0.44mm Y 方向质心允许偏差： Ry 273
发动机平衡性分析与平衡方法习题
第二次作业：关于发动机平衡性分析与平衡方法1．对曲柄图为 的直列三缸发动机（1）用图解法进行平衡性分析，求出旋转惯性力系、一次往复惯性力系和二次往复惯性力系的主向量、主矩，写出它们的数学表达式；答： 旋转惯性力的主向量0r R =，旋转惯性力系主矩r r L a ，一次曲柄图呈星型对称，所以一次往复惯性力的主向量c 0R =，主矩为c L =，二次曲柄图也是星型对称，所以二次往复惯性力的主向量c 0R λ=，主矩为c L ca λ.（2）作图表示应如何平衡旋转惯性力系、一次往复惯性力系中不平衡的主向量或主矩，并写出平衡条件。
从上一问可以得出，只需要平衡旋转惯性力系，一次往复惯性力系中的主矩即可。
旋转惯性力系：采用整体平衡法，平衡条件如下：rp r F b a=，0.693pd r m m =。
一次往复惯性力系，采用双轴平衡法，平衡条件如下：/2pI F =。
2．对曲柄图为 的并列连杆V 型六发动机，V 型角60︒。
（1）求出旋转惯性力系、一次往复惯性力系的主向量、主矩，写出它们的数学表达式；旋转惯性力同直列机，仿照题1的求解方法得0r R =，r r L a ，30cv θ=︒ 一次往复惯性力系主向量：()()()21cos cos /2 1.5cos 30jIx I I I R R C R C γϕθγϕθ=++-=+-︒()()()21cos sin /20.5sin 30jIx I I I R R C R C γϕθγϕθ=-+-=+-︒一次往复惯性力系主矩：()cos /2 1.5cos jIx Ix LI LI LI L k ca k ca εϕθγϕ=+-=0.5sin jIy LI L k ca ϕ=（2）作图表示如何平衡旋转惯性力系、一次往复惯性力系中不平衡的主向量或主矩，并写出平衡条件。
旋转惯性力系的平衡和直列机相同，即问题一中的旋转惯性力平衡方法，不在赘述；一次往复惯性力系：jI jIr jIj R R R =+，jI jIr jIj L L L =+其中jIr Ix I R k c ε=，在曲轴上加平衡重平衡；()()cos /2jIj Ix Iy I I R k c εεϕθγ=-+-，用平衡轴平衡。
三轴气缸力计算
三轴气缸力计算三轴气缸力计算是在机械设计和工程领域中常用的一种计算方法，用于确定气缸在三个轴向上的受力情况。
气缸是一种常见的执行元件，广泛应用于自动化控制系统中。
了解气缸力的计算方法对于正确设计和使用气缸至关重要。
我们需要了解气缸的基本结构和工作原理。
气缸通常由气缸筒、活塞、活塞杆和密封件组成。
当气缸内注入压缩空气时，活塞会在气压的作用下沿着气缸轴向移动。
活塞杆与活塞相连，并通过密封件保证气缸的密封性。
在气缸工作时，会产生三个轴向力：推力、拉力和侧向力。
推力是气缸在正向轴向上的力，拉力是气缸在反向轴向上的力，侧向力是气缸在侧向上的力。
这些力的大小取决于气缸的工作压力、气缸面积和气缸活塞杆的位置。
要计算气缸在三个轴向上的力，我们需要知道以下几个参数：1. 气缸的工作压力：气缸内的压缩空气产生的压力。
2. 气缸的面积：气缸筒的横截面积。
3. 活塞杆的位置：活塞杆相对于气缸的位置，即气缸的行程。
根据这些参数，我们可以使用以下公式计算气缸在三个轴向上的力：1. 推力的计算公式：推力 = 工作压力× 面积。
2. 拉力的计算公式：拉力 = 工作压力× 面积。
3. 侧向力的计算公式：侧向力 = 工作压力× 活塞杆位移。
通过这些计算公式，我们可以准确地确定气缸在三个轴向上的力。
这些力对于设计和选择气缸具有重要的参考价值。
例如，在机械设计中，我们需要根据气缸的受力情况选择合适的材料和结构，以确保气缸能够承受预期的工作负荷。
在自动化控制系统中，我们需要根据气缸的力来确定所需的气源压力和气缸的尺寸。
除了气缸力的计算，我们还需要考虑气缸的工作环境和使用条件。
例如，气缸在高温或低温环境中的工作时，需要考虑温度对气缸性能的影响。
在潮湿或腐蚀性环境中，需要选择耐腐蚀材料和采取防护措施，以延长气缸的使用寿命。
三轴气缸力计算是机械设计和工程中重要的一部分。
通过准确计算气缸在三个轴向上的力，我们可以选择合适的气缸，确保其能够承受预期的工作负荷。
平衡精度等级及计算公式
平衡精度等级
考虑到技术的先进性和经济上的合理性，国际标准化组织(ISO)于1940年制定了世界公认的ISO1940平衡等级，它将转子平衡等级分为11个级别，每个级别间以倍为增量，从要求最高的到要求最低的G4000。
单位为mm/s。
如下表所示：
在您选择平衡机之前，应该先确定转子的平衡等级。
允许不平衡量的计算
允许不平衡量的计算公式为：
M*e=m per*r e=G*1000/ωω=2πn/60
式中m per为允许不平衡量
M代表转子的自身重量，单位是kg；
G代表转子的平衡精度等级，单位是mm/s；
ω代表转子的角速度，单位是弧度/秒；
r 代表转子的校正半径，单位是mm；
n 代表转子的工作转速，单位是rpm；
e 代表转子的偏心距，单位是μm。
举例如下：
如一个电机转子的平衡精度要求为级，转子的重量为0.2kg，转子的工作转速为1000rpm，校正半径20mm，
则该转子的允许不平衡量为：
因电机转子一般都是双面校正平衡，故分配到每面的允许不平衡量为0.3g。
在选择平衡机之前，应先考虑转子所要求的平衡精度。
3缸柴油机平衡
3缸柴油机平衡【实用版】目录一、引言二、3 缸柴油机的工作原理与结构1.3 缸柴油机的基本构成2.3 缸柴油机的工作原理三、3 缸柴油机的平衡问题1.不平衡的原因2.不平衡的影响四、3 缸柴油机的平衡解决方案1.曲轴平衡2.轴承平衡3.机体平衡五、结论正文【引言】随着现代工业的发展，柴油机作为一种重要的动力设备，已经在各个领域得到广泛应用。
然而，在长期的使用过程中，人们发现 3 缸柴油机存在一定的平衡问题。
本文将对 3 缸柴油机的平衡问题进行分析，并提出相应的解决措施。
【3 缸柴油机的工作原理与结构】【1.3 缸柴油机的基本构成】3 缸柴油机，顾名思义，是由三个气缸组成的柴油机。
每个气缸都包括气缸盖、活塞、曲轴等部件。
气缸盖上设有进气门、排气门以及喷油器等装置。
活塞与曲轴通过连杆机构相连，负责将曲轴的旋转运动转化为活塞的往复运动。
【2.3 缸柴油机的工作原理】3 缸柴油机工作时，气缸内的活塞在曲轴的带动下做往复运动。
当活塞上行时，气缸容积减小，进气门打开，新鲜空气通过进气道进入气缸；当活塞下行时，气缸容积增大，喷油器喷射高压燃油，燃油在气缸内燃烧产生高温高压气体，推动活塞做往复运动。
燃烧产生的废气通过排气门排出气缸。
【3 缸柴油机的平衡问题】【1.不平衡的原因】3 缸柴油机在运行过程中，由于各部件的质量分布不均匀以及气缸间工作过程的差异，会产生一定的不平衡力。
主要原因包括：活塞与连杆机构的质量不对称、曲轴的偏心、气缸内燃烧过程的不对称等。
【2.不平衡的影响】3 缸柴油机的不平衡力会导致轴承、曲轴、机体等部件的磨损加剧，影响柴油机的使用寿命和性能。
严重时，甚至会导致部件断裂，危及设备安全。
【3 缸柴油机的平衡解决方案】【1.曲轴平衡】曲轴平衡是通过在曲轴上设置平衡块来实现的。
平衡块可以根据曲轴的偏心量和质量分布，设计成适当的形状和大小，以减小不平衡力。
【2.轴承平衡】轴承平衡是通过在轴承座上设置平衡孔和调节螺钉来实现的。
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三缸发动机平衡性力学计算
李小坚，谈健，胡昌良，常耀红
（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）
摘 要：为了响应汽车节能减排的号召，各大主机厂纷纷研究高性能低排量的三缸发动机，三缸发动机自身平衡系 统的往复惯性力及相应力矩的不平衡性，直接影响整车的舒适性，本文通过对三缸发动机运动学、动力学和平衡进 行分析和计算，表明采用单平衡轴和曲轴过平衡设计的方法，使整机旋转惯性力和一阶往复惯性力得到最大程度的 平衡，减小振动，同时为曲轴和平衡轴的加工制造提供数据支撑。 关键词：三缸发动机；曲轴；平衡轴；当量质量 中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2016)08-198-05
Abstract: Based on muti-body dynamics method, the elastic hydrodynamic model is established which can be used to analyse the lubrication characteristics of connecting rod big-end bearing of an inline4-cylinder inner combustion engine. The parameters are calculated and analyzed in detail, including peak total pressure, peak asperity contact pressure, mean friction power loss and so on. Based on the dynamic results, the inertia force, the piston pin block force and the oil film pressure of the connecting rod under the typical rotating speed as the dynamic load, the static strength analysis of the connecting rod is carried out. Key words: connecting rod; big-end bearing; EHD computer; static strength CLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)08-198-05
前言
目前人们对汽车舒适性的要求越来越高，同时响应环境 保护的号召，实现 2020 年 5L/100KM 的油耗目标，各大主机 厂纷纷开始研究小排量高性能的三缸发动机，而往复活塞式 发动机平衡系统的优劣是影响整车平顺和舒适性的一个重要 因素，由于三缸发动机自身平衡系统的特殊性，其往复惯性 力和往复惯性力矩的不平衡，直接引起车辆的振动，影响行 车的安全和舒适性，同时要又要满足发动机布置的紧凑性，
1、三缸发动机平衡计算模型
本研究对象为某型号汽油机，其主要性能参数如表 1 所 示。 1.1 曲柄连杆机构当量模型
在曲轴上建立笛卡尔坐标系，规定坐标原点 O 位于第二 缸气缸中心线与曲轴旋转轴线的交点位置，曲轴轴线从发动
199
汽车实用技术
2016 年第 8 期
机前端指向后端为 X 轴正方向，坐标原点指向第二气缸中心
1）质量守恒：简化后的质量总和等于原连杆组质量；
2）系统质心位置不变：简化后系统质心与原连杆质心重
合，力矩得以平衡；
因此：
ìm1 + m 2 = me îím 1l1 = m 2l2
其中，m1、m2 和 me 分别为连杆大头、小头和原连杆质 量。
求解得出：m1=0.323kg、m2=0.116kg。
图 1 连杆当量质量分布示意图 1.1.2 曲轴当量化模型
自简化为一个当量质量，质量点位于平衡重的质心位置，每 个曲拐的曲柄和曲柄销各自简化为一个当量质量模型，质量 点均位于曲柄销中心处，曲轴的当量质量模型如图 3 所示。
图 3 三缸汽油机曲轴当量化模型
对于曲柄壁当量质量 mij 的换算原则，简化后的集中质量 mij 所产生的旋转惯性力和原来实际系统不平衡质量所产生 的旋转惯性力相等，即：
缸心距 d (mm)
83
曲柄连杆长度比λ
0.344
1.1.1 连杆当量化模型
对于连杆模型将其简化为两个当量质量，分别位于连杆
大头和连杆小头的中心位置，其中连杆小头位置处的当量质
量随活塞做往复运动，二连杆大头处的当量质量随曲柄销原连杆相同，因此需要同时满足如下两个条件：
1671798820160819805前言目前人们对汽车舒适性的要求越来越高同时响应环境保护的号召实现2020年5l100km的油耗目标各大主机厂纷纷开始研究小排量高性能的三缸发动机而往复活塞式发动机平衡系统的优劣是影响整车平顺和舒适性的一个重要因素由于三缸发动机自身平衡系统的特殊性其往复惯性力和往复惯性力矩的不平衡直接引起车辆的振动影响行车的安全和舒适性同时要又要满足发动机布置的紧凑性因此如何使三缸发动机在结构上不过于复杂同时又能满足动力性和平衡性要求就具有十分重要的意义本文结合一台三缸发动机曲柄连杆机构平衡系统的设计提出三缸发动机平衡系统和结构的一般设计和分析方法
作者简介：李小坚（1991-），男，助理工程师，就职于安徽江淮汽 车技术中心。主要从事仿真分析类工作。
因此如何使三缸发动机在结构上不过于复杂，同时又能满足 动力性和平衡性要求就具有十分重要的意义，本文结合一台 三缸发动机曲柄连杆机构平衡系统的设计，提出三缸发动机 平衡系统和结构的一般设计和分析方法。
Analysis On Strength Properties Of Connecting Rod Based On Dynamics Analysis By AVL EXCITE
Li Xiaojian, Tan Jian, Hu Cangliang, Chang Yaohong ( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd. Technology Center, Anhui Hefei 230601 )
线方向为 Z 轴正方向，Y 轴正方向由右手螺旋法则确定，规
定当第二拐位于气缸上止点时开始计时。 表 1 发动机部分设计参数
连杆长度（mm）
130.8
曲柄半径 R（mm）
45
连杆螺栓质量（kg）
0.021*2
连杆大头轴瓦质量(kg)
0.011*2
活塞组件质量(kg)
0.258
活塞销质量(kg)
0.075