平衡軸

摩托車發動機的技術

平衡軸技術是摩托車發動機中應用較廣的一項技術,它的結構簡單實用,可有效地緩減摩托車的整車振動,提高駕駛的舒適性。本文對平衡軸技術原理和在摩托車上的應用做一個簡單介紹。

振動原理


平衡軸
平衡軸
在發動機的工作循環中,活塞的運動速度非常快,而且速度很不均勻。在上下止點位置,活塞的速度為零,而在上下止點中間的位置速度達到最高。由於活塞在氣缸內做反覆的高速直線運動,必然在活塞、活塞銷和連桿上產生很大的慣性力。在連桿上配置的配重可以有效地平衡這些慣性力.但連桿上的配重只有一部分運動質量參與直線運動,另一部分參與旋轉。除了上下止點位置外,各種慣性力不能被完全平衡,使發動機產生了振動。

途徑


為了消除振動,採用的方法有很多,例如採用輕質的活塞減少運動件的質量、提高曲軸的剛度、採用60度夾角的v型雙缸布置發動機等等。但在摩托車發動機上普遍採用的方式是增加一個平衡軸來解決。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並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

分類


摩托車發動機採用的平衡軸方式有兩種:雙平衡軸和單平衡軸。兩種方式在工作原理上是相同的,但具體結構有不同。
雙平衡軸方式
雙平衡軸採用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,可達到理想減振效果。雙平衡軸方式較為複雜,成本高,佔用發動機的空間大,—般在大排量摩托車上使用。
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複慣性力。例如276Q發動機上的平衡軸,就是如上布置。
單平衡軸方式
單平衡軸採用單一的平衡軸,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——>平衡軸。單平衡可以平衡占整個振動比例相當大的一階振動,可以使發動機的振動得到明顯改善。由於單平衡軸方式結構簡單,佔用的空間小,在單缸和小排量的發動機中應用較廣。
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。

應用


綜上所述,平衡軸就是用來平衡和減少摩托車發動機的振動,以達到減少發動機振動,降低發動機的噪音,延長發動機使用壽命,提升駕乘者的舒適度的目的。作為一項專利,它由YAMAHA(雅馬哈)摩托車首先使用,收到了良好的效果,在建設雅馬哈的每一個車系裡都有平衡軸應用,這也是它的特色和賣點,在同類車型里,它無疑是最安靜的。

斷裂原因


單缸柴油機維修時要注意消除平衡軸斷裂的原因。現將導致平衡軸斷裂的有關原因總結如下:
(一)軸承松曠。所謂平衡軸軸承松曠,引起座孔不正常磨損的常見原因為發動機平衡不好,流動軸承運轉不靈活,平衡軸兩端座孔同軸度超差,平衡軸軸向游隙過大等。座孔磨損增大后,運轉平衡軸承受過大的衝擊負荷,導致平衡軸斷裂。
(二)裝配錯誤。在柴油機拆裝、維修過程中,有時會將平衡軸裝錯,例如裝正時齒輪時把正時記號裝錯了。這時平衡軸不僅不能起平衡作用,反而會引起更大的振動,從而造成平衡軸的斷裂。
(三)齒輪嚙合不良。平衡軸齒輪和與之嚙合的齒輪中軸線平等度超差,相嚙合的齒輪在傳動過程中發生卡滯,使平衡軸受到周期性的彎曲應力,從而導致平衡軸疲勞斷裂。