54°)
[0035]由上式可得旋转惯性力矩存在于曲轴第一缸上止点前54°，并随着曲轴旋转而旋转，其数值大小为0.449a HijR ω 2。在本发明中，通过增加平衡块I 10、平衡块II11、平衡块11112和平衡块IV13来抵消该旋转惯性力矩，令平衡块I 10、平衡块1111、平衡块II112和平衡块IV13在旋转过程中产生的旋转惯性力矩为:
[0036]Mp = 0.449a mjR ω 2*cos( ω t_126。)
[0037]可得平衡后的旋转惯性力矩:
[0038]Mi7 =Mi+MP = 0.449a mjR ω 2*cos( ω t+54。)+0.449a mjR ω 2*cos( ω t_126。)=0
[0039]即曲柄机构产生的旋转惯性力矩被完全被抵消掉。
[0040](2)曲柄机构的往复惯性力矩
[0041]对第五缸中心取矩，则第一缸、第二缸、第三缸、第四缸和第五缸所对应的往复惯性力矩分别为:
[0042]Mji = Pji*4a = 4a mjR ω 2*cos( ω t)+4a mjRAco 2*cos2( ω t)
[0043]Mj2 = Pj2*3a = 3a mjR ω 2*cos( ω t_144。)+3amjRAco 2*cos2( ω t_144。)
[0044]Mj3 = Pj3*2a = 2amjR ω 2*cos( ω t_216。)+2amjRAco 2*cos2( ω t_216。)
[0045]Mj4 = Pj4*a = amjR ω 2*cos( ω t_288。)+amjRAco 2*cos2( ω t_288。)
[0046]Mj5 = 0
[0047]其中，PjhPj2Jj^Pj4和Pj#别为第一缸、第二缸、第三缸、第四缸和第五缸所对应的往复惯性力，为单缸活塞连杆总成的往复质量。
[0048]则往复惯性力矩的合力矩为:
[0049]Mj =Mji+Mj2+Mj3+Mj4+Mj5 = 0.449a mjR ω 2*cos( ω t+54° )+4.98a mjRA ω 2*cos(2 ω t+18。)
[0050](a)—阶往复惯性力矩
[0051]从上述推导可以得出，一阶往复惯性力矩为:
[0052]Mji = 0.449a mjR ω 2*cos( ω t+54。)
[0053]其方向沿气缸中心平面，其最大值为0.449aHijRco 2、位于一缸上止点前54°。由于第一曲拐5和第五曲拐9之间距离最远，在其上增加平衡块后产生旋转惯性力矩的效果最好，因此增大平衡块I I和平衡块II 11的质量，使得平衡块I 10、平衡块1111、平衡块III12和平衡块IV13在旋转的过程中产生的旋转力矩:
[0054]Mp7 = 0.449a nuRω2*cos( ω t_126° ) + (0.449/2)a mjRco2*cos( ω t_126° )
[0055]其中(0.449/2)a HijR ω 2*cos( ω t_126°)为在平衡块110和平衡块II 11上增加的质量所产生的旋转惯性力矩，用来平衡一阶往复惯性力矩，其竖直分量和水平分量分别为:
[0056]M竖=(0.449/2)a mjRco 2*cos( ω t_126。)
[0057]M7Jc= (0.449/2)a mjRco 2*sin( ω t_126。)，
[0058]因此，平衡后的一阶往复惯性力矩可被分解到水平方向与竖直方向，其竖直分量和水平分量分别为:
[0059]Mji 竖/=0.449a mjR ω 2*cos ( ω t+54。)+ (0.449/2 )a mjR ω 2*cos ( ω t_126。)=(0.449/2)a mjRco 2*cos( ω t+54°) =Mji/2
[0060]Mji/χ7 =(0.449/2)a m」Rco2*sin( ω t_126。)=-(0.449/2)a m」Rω2*sin( ω t+54。)
[0061]即通过在平衡块10和平衡块11上增大质量可以有效的平衡50%的一阶往复惯性力矩，将一阶往复惯性力削减到竖直和水平方向上的数值较小的分量。
[0062](b) 二阶往复惯性力矩
[0063]从往复惯性力矩的推导公式可以看出，二阶往复惯性力矩为:
[0064]Mjn = 4.98a nijRA ω 2^cos (2 ω t+18°)
[0065]通过设置平衡机构的初始值，第一套平衡机构平衡和第二套平衡机构平衡机构产生的旋转惯性力分别为:
[0066]Fi=mrR(2 ω )2cos(2 ω t_162。)=4 ω 2mrR cos(2 ω t_162。)
[0067]F2=mrR(2 ω )2cos(2 ω t+18°) =4 ω 2mrR cos(2 ω t+18° )
[0068]由两套平衡机构共同产生的旋转惯性力矩:
[0069]JVfe= 4 ω 2mrR Lcos(2 ω t-162° )
[0070]其中，L为第一套平衡机构与第二套平衡机构之间的距离，mr为偏心质量块的质量。
[0071]令4mrRL = 4.98a mjRA，可得到:
[0072]JVfe= 4 ω 2mrR Lcos(2 ω t-162° ) =4.98a mjRAcos(2 ω t_162。)
[0073]=-4.98a mjRAcos(2 ω t+18°) =-Mjn
[0074]则加入第一套平衡机构和第二套平衡机构后，二阶往复惯性力矩为:
[0075]Mjn7 =M^Mjn = O
[0076]即二阶往复惯性力矩得到完全平衡。
[0077]上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种五缸柴油发动机曲轴平衡系统，包括曲轴、平衡块和平衡机构，曲轴包括自由端、功率输出端和曲拐，所述曲拐沿自由端至功率输出端方向依次为第一曲拐、第二曲拐、第三曲拐、第四曲拐和第五曲拐，其特征在于:第一曲拐的曲柄上设置有平衡块I，第五曲拐的曲柄上设置有平衡块π，第二曲拐中靠近功率输出端的曲柄上设置有平衡块m，第四曲拐中靠近自由端的曲柄上设置有平衡块IV。2.根据权利要求1所述的五缸柴油发动机曲轴平衡系统，其特征在于:第二曲拐中靠近自由端的曲柄上设置有第一驱动齿圈，第四曲拐中靠近功率输出端的曲柄上设置有第二驱动齿圈，所述平衡机构包括第一套平衡机构和第二套平衡机构，第一驱动齿圈驱动连接第一套平衡机构，第二驱动齿圈驱动连接第二套平衡机构。3.根据权利要求1或2所述的五缸柴油发动机曲轴平衡系统，其特征在于:当平衡块I设置于第一曲拐中靠近自由端的曲柄上时，平衡块II设置于第五曲拐中靠近功率输出端的曲柄上；当平衡块I设置于第一曲拐中靠近功率输出端的曲柄上时，平衡块II设置于第五曲拐中靠近自由端的曲柄上。4.根据权利要求3所述的五缸柴油发动机曲轴平衡系统，其特征在于:沿曲轴的自由端至功率输出端方向投影，沿顺时针方向依次为第一曲拐、第四曲拐、第三曲拐、第二曲拐、第五曲拐，其中，第一曲拐与第四曲拐之间、第四曲拐与第三曲拐之间、第三曲拐与第二曲拐之间、第二曲拐与第五曲拐之间的角度间隔均为72°。5.根据权利要求2所述的五缸柴油发动机曲轴平衡系统，其特征在于:所述第一套平衡机构和第二套平衡机构分别包括平衡齿轮、平衡轴、平衡轴支撑座和偏心质量块，其中，平衡轴与曲轴平行设置，两个平衡齿轮之间相互啮合，其中一个平衡齿轮与驱动齿圈啮合，所述偏心质量块固定连接于平衡齿轮上。6.根据权利要求5所述的五缸柴油发动机曲轴平衡系统，其特征在于:所述第一套平衡机构和第二套平衡机构中的任意一者中，位于两个平衡齿轮上的偏心质量块沿平衡轴中心连线的中垂线对称布置，在初始安装时，第一套平衡机构中平衡齿轮上的偏心质量块与第二套平衡机构中同一侧平衡齿轮上的偏心质量块互为180°安装。7.根据权利要求6所述的五缸柴油发动机曲轴平衡系统，其特征在于:所述平衡机构与曲轴的速比为2:1。8.根据权利要求7所述的五缸柴油发动机曲轴平衡系统，其特征在于:所述第一套平衡机构和第二套平衡机构中的任意一者中，两个平衡齿轮之间的啮合速比为1:1。
【专利摘要】一种五缸柴油发动机曲轴平衡系统，包括曲轴、平衡块和平衡机构，曲轴包括自由端、功率输出端和曲拐，曲拐沿自由端至功率输出端方向依次为第一曲拐、第二曲拐、第三曲拐、第四曲拐和第五曲拐，其特征在于：第一曲拐的曲柄上设有平衡块I，第五曲拐的曲柄上设有平衡块Ⅱ，第二曲拐中靠近功率输出端的曲柄上设有平衡块Ⅲ，第四曲拐中靠近自由端的曲柄上设有平衡块Ⅳ，第二曲拐上设有第一驱动齿圈，驱动第一套平衡机构，第四曲拐上设有第二驱动齿圈，驱动第二套平衡机构。本发明的优点：有效解决了五缸柴油发动机的旋转惯性力矩、一阶往复惯性力矩和二阶往复惯性力矩不平衡的问题，使发动机可以满足震动要求，促进了五缸柴油发动机的应用与发展。
【IPC分类】F16F15/26
【公开号】CN105508502
【申请号】CN201610004576
【发明人】孙晨, 郭磊, 叶云展, 陈利仙, 郑康
【申请人】中国重汽集团济南动力有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月4日