第二节 柴油机的振动与平衡

1、第二节第二节 柴油机的振动与平衡柴油机的振动与平衡 一、单缸柴油机振动力源一、单缸柴油机振动力源 1.1.气体力气体力F Fg g拉伸柴油机的固定件，在内部得到平衡拉伸柴油机的固定件，在内部得到平衡, ,气气体力的作用会产生倾覆力矩而使柴油机左右摆体力的作用会产生倾覆力矩而使柴油机左右摆动动 2.2. 往复惯性力往复惯性力F Fj j自身无法平衡，将引起柴油机上下方向振自身无法平衡，将引起柴油机上下方向振动，还会产生侧推力形成倾覆力矩作用于柴油动，还会产生侧推力形成倾覆力矩作用于柴油机机体机机体, ,使之左右摆动使之左右摆动3.3.回转惯性力回转惯性力( (离心力离心力) )F FR R会使柴

2、油机发生上下、左右方向的振会使柴油机发生上下、左右方向的振动动 4.4.倾覆力矩倾覆力矩M MD D由气体力和往复惯性力产生，在内部由气体力和往复惯性力产生，在内部不能平衡，使柴油机产生左右摆动不能平衡，使柴油机产生左右摆动( (横向横向振动振动) )，一般由地脚螺栓来承担，一般由地脚螺栓来承担5.5.连杆力偶连杆力偶M ML L将引起柴油机左右摆动。因数值较小将引起柴油机左右摆动。因数值较小, ,一般不考虑一般不考虑二、单缸柴油机振动的平衡二、单缸柴油机振动的平衡1 1F FR R的平衡曲柄臂上配置平衡重块的平衡曲柄臂上配置平衡重块2 2F Fj j的平衡的平衡平衡平衡F F1 1和和F F

3、2 2的方法为正反转矢量平衡法的方法为正反转矢量平衡法 3 3倾覆力矩倾覆力矩M MD D无法平衡，由机座地脚螺栓承无法平衡，由机座地脚螺栓承受受4.4.连杆力偶连杆力偶M ML L较小较小, ,一般不采取平衡措施。为了减小一般不采取平衡措施。为了减小M ML L，中高速机连杆杆身应轻些，大端轴承盖中心离中高速机连杆杆身应轻些，大端轴承盖中心离大端中心远些，以使连杆质量小，连杆打击中大端中心远些，以使连杆质量小，连杆打击中心靠近连杆大端中心心靠近连杆大端中心 三、多缸柴油机的振动三、多缸柴油机的振动 1 1合成离心惯性力合成离心惯性力FFR R为为0 0，不会造成振动，不会造成振动2 2合成离

4、心力矩合成离心力矩MMR R不平衡会使柴油机在纵向产生上下左右方不平衡会使柴油机在纵向产生上下左右方向的振动向的振动 3 3合成往复惯性力合成往复惯性力F Fj j作用在纵向垂直平面上，不平衡会造成纵作用在纵向垂直平面上，不平衡会造成纵向上下跳动向上下跳动 , ,多为零多为零4 4合成往复惯性力矩合成往复惯性力矩M Mj j不平衡会使柴油机在纵向平面内上下不平衡会使柴油机在纵向平面内上下振动振动5 5总倾覆力矩总倾覆力矩MMD D会引起柴油机主要固定件左右摇摆，会引起柴油机主要固定件左右摇摆，缸数越多影响越小缸数越多影响越小6 6总连杆力偶总连杆力偶MML L多缸机相互抵消，多为多缸机相互抵消

5、，多为0 0 综上所述，多缸柴油机的合成惯性力为综上所述，多缸柴油机的合成惯性力为零，不会造成柴油机的振动，而合成惯性零，不会造成柴油机的振动，而合成惯性力矩和总倾覆力矩是造成多缸柴油机振动力矩和总倾覆力矩是造成多缸柴油机振动的激振力源。各合成惯性力矩的作用性质，的激振力源。各合成惯性力矩的作用性质，可将其归纳为：可将其归纳为：1) 1) 一次力矩的垂直分量，即合成离心力矩的一次力矩的垂直分量，即合成离心力矩的垂直分量和合成一次往复惯性力矩；垂直分量和合成一次往复惯性力矩；2) 2) 一次力矩的水平分量，即合成离心力矩的一次力矩的水平分量，即合成离心力矩的水平分量；水平分量；3) 3) 二次力

6、矩的垂直分量，即合成二次往复惯二次力矩的垂直分量，即合成二次往复惯性力矩性力矩 + + +图图67 多缸柴油机的外力矩多缸柴油机的外力矩 四四、多缸柴油机振动的平衡、多缸柴油机振动的平衡 对于多缸机，柴油机合成离心力、合成一对于多缸机，柴油机合成离心力、合成一次往复惯性力、合成二次往复惯性力都能达到次往复惯性力、合成二次往复惯性力都能达到完全平衡，只有合成离心力矩、合成一次往复完全平衡，只有合成离心力矩、合成一次往复惯性力矩、合成二次往复惯性力矩、总倾覆力惯性力矩、合成二次往复惯性力矩、总倾覆力矩不平衡。特别是长行程少气缸数的柴油机，矩不平衡。特别是长行程少气缸数的柴油机，有较大的不平衡力矩有

7、较大的不平衡力矩, ,采用平衡法减轻柴油机采用平衡法减轻柴油机振动振动1 1规范要求规范要求1 1）大型低速二冲程机的不平衡力矩一般不）大型低速二冲程机的不平衡力矩一般不超过超过500500KNKNM M2 2）单位功率不平衡力矩值不平衡力矩值单位功率不平衡力矩值不平衡力矩值/ /柴油机功率，若该值小于柴油机功率，若该值小于6060Nm/kWNm/kW，可可不安平衡补偿装置；若大于不安平衡补偿装置；若大于200 Nm/kW200 Nm/kW，则建议安装平衡补偿装置则建议安装平衡补偿装置2 2平衡补偿装置分类平衡补偿装置分类1 1）由曲轴驱动并安装在柴油机上）由曲轴驱动并安装在柴油机上2 2）由

8、电动机驱动安装在柴油机自由端或舵）由电动机驱动安装在柴油机自由端或舵机室甲板处机室甲板处3 3平衡方法平衡方法1 1）柴油机的外部平衡和内部平衡）柴油机的外部平衡和内部平衡（1 1）外部平衡：采取措施使合成离心力）外部平衡：采取措施使合成离心力FFR R、合成离心力矩合成离心力矩MMR R、合成一次往复惯性力合成一次往复惯性力FFj1j1、合成一次往复惯性力矩合成一次往复惯性力矩MM j1 j1、合成二次往复合成二次往复惯性力惯性力FFj2j2、合成二次往复惯性力矩合成二次往复惯性力矩j2j2都都等于零（虽不对外产生力和力矩，但仍会引等于零（虽不对外产生力和力矩，但仍会引起变形和振动）起变形和

9、振动）（2 2）内部平衡：采取措施分别使各缸的惯性力）内部平衡：采取措施分别使各缸的惯性力得到平衡得到平衡( (一般只使离心力得到平衡，较难实一般只使离心力得到平衡，较难实现，采取内部平衡后能消除柴油机的振动）现，采取内部平衡后能消除柴油机的振动）2 2离心力和离心力矩的平衡离心力和离心力矩的平衡1 1）合成离心力的平衡）合成离心力的平衡采用均匀分布的曲柄排列采用均匀分布的曲柄排列2 2）合成离心力矩的平衡）合成离心力矩的平衡曲柄臂装平衡重，方法有：曲柄臂装平衡重，方法有：（1 1）各缸平衡法既达到外部平衡也达）各缸平衡法既达到外部平衡也达到内部平衡，新型船用中速机多用到内部平衡，新型船用中速

10、机多用（2 2）分段平衡法只能达到外部平衡，）分段平衡法只能达到外部平衡，但可以适当减少平衡重数量，曲轴重量减但可以适当减少平衡重数量，曲轴重量减轻，改善曲轴及机座受力轻，改善曲轴及机座受力（3 3）整体平衡法仅在首尾曲柄臂加平）整体平衡法仅在首尾曲柄臂加平衡重，使曲轴重量最轻，达到外部平衡，衡重，使曲轴重量最轻，达到外部平衡，但内部平衡性能最差但内部平衡性能最差（4 4）不规则平衡法能够改善发动机的）不规则平衡法能够改善发动机的内部平衡和某些轴承的轴承负荷内部平衡和某些轴承的轴承负荷3 3）往复惯性力矩的平衡）往复惯性力矩的平衡正反转平衡轮系，具体有：正反转平衡轮系，具体有：（1 1）双轴平衡装置多用于中小型高速机）双轴平衡装置多用于中小型高速机（2 2）首尾齿轮传动式平衡装置）首尾齿轮传动式平衡装置2 2 正反转正反转的平衡重以平衡二次往复惯性力矩，多用于的平衡重以平衡二次往复惯性力矩，多用于大、中型低速及中速柴油机上大、中型低速及中速柴油机上（3 3）链条传动的正反转平衡轮系正反转）链条传动的正反转平衡轮系正反转平衡重由曲轴或凸轮轴通过链条传动，用于平衡重由曲轴或凸轮轴通过链条传动，用于超长或长行程少缸数柴油主