平衡軸
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-12
平衡軸的實例教程
本文中深入闡述了平衡軸齒輪敲擊產生和傳播機理，通過開發雙級TVD降低齒輪外部激勵和開發雙消隙平衡軸減小嚙合過程中輪齒雙側受力沖擊的兩種方法，達到優化齒輪敲擊噪聲的目的，對平衡軸齒輪設計和敲擊問題優化具有重要的工程意義。
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混動車型平衡軸齒輪敲擊問題介紹
某款2.0T發動機為橫/縱置混動SUV車型共平臺生產，其搭載7DCT自動擋橫置變速器后NVH性能市場表現良好，而搭載縱置9HAT自動擋變速器時，車內外在中高轉速全油門及半油門工況下可明顯感知存在類似嘩啦音的金屬敲擊聲，特別是在2500-5200r/min轉速區間，表現出頻率成分為3000-5000Hz的寬頻段激發特性。同步測試整車各零部件振動發現，油底殼本體振動與油底殼近場噪聲對應性明顯，橫/縱置油底殼近場噪聲和油底殼排氣側振動對比如圖1所示。
圖1 整車油底殼近場噪聲和振動對比
油底殼在2500-5200r/min范圍存在寬頻振動，而其周圍布置旋轉零部件主要激勵源為曲軸或者平衡軸齒輪，在去除平衡軸總成進行整車測試后，敲擊振動噪聲消失，由此判斷該敲擊噪聲來自平衡軸齒輪。
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橫/縱置平衡軸系統差異性分析
橫置發動機NVH性能市場表現良好，而縱置發動機NVH表現出敲齒振動噪聲，須分析其結構主要變化點，進而分析導致齒輪敲擊變化的影響因素，平衡軸驅動形式如圖2所示。平衡軸驅動齒圈位于曲軸第6平衡塊，平衡軸總成為底置形式，包含兩級齒輪，其中1級齒輪為消隙齒輪，結構如圖3所示。消隙齒輪工作原理是：扭轉彈簧為獨立件，通過中間彈簧產生彈力，使主副齒產生錯齒，消除嚙合側隙，避免由于齒輪側隙產生的敲齒風險。
展開 平衡軸技術（下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。
發動機震動原理
當發動機處在工作狀態時，活塞的運動速度非常快，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。
平衡軸分類
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。
展開 圖 9 平衡軸支座有限元計算模型
根據拓撲優化的平衡軸支座結構，利用大型有限元軟件 HyperWorks 平臺的 RADIOSS 求解器對平衡軸支座 進行有限元強度分析，平衡軸支座新結構最大 von Mises 應力值計算結果如表 2 所示。
表 2 平衡軸支座各工況下最大應力及安全系數
計算結果表明，經過 solidThinking Inspire 優化設計后的平衡軸支座，各工況下強度都滿足設計要求，最小 安全系數為 1.15。該平衡軸支座在車輛可靠性試驗過程中未出現斷裂等問題，證明其設計滿足性能需求。通過對平衡軸支座進行優化設計，證明了基于 solidThinking Inspire 的拓撲優化設計方法可以有效提高產品開發進度，合理布局零件的材料，達到了降低制造成本的目的。將最終的創意設計結構體現在實際工程中，與車輛的板簧及車架連接，如圖 11 所示。
展開 接下來就是說說平衡軸的時間了：
平衡軸的反向轉動（這里指的是相對曲軸轉動方向而言），能緩解發動機的振動，大多數三缸機都會采用平衡軸設計，通常都采用加裝一根平衡軸來平衡一階力矩。
從理論上來說，三缸機的不平衡力矩完全可以用四軸平衡掉，即除了在曲柄上加平衡重外，另加設兩根平衡軸，組成一組雙軸平衡裝置，平衡一階慣性力矩；如果再要平衡二階往復慣性力矩，則還要一組雙軸平衡裝置，但是由于發動機結構等方面的限制，大多采用半平衡法，僅平衡掉部分力矩以減輕發動機的振動。
如圖平衡軸：
【感謝汽車之家的圖】
當然，為了達到平衡性，工程師們也是很拼的，不僅僅是平衡軸上下文章，還有在皮帶輪，齒輪上下了很多功夫。
比如：這位PSA的1.2THP，就運用了大質量慣性曲軸皮帶輪，去耦式平衡軸齒輪，在平衡軸從動齒輪上增加去耦橡膠圈等等。
【感謝汽車之家的圖】
當然還有任性不加平衡軸的：
如果不加平衡軸，采用過量平衡法可以達到提高平衡效果的目的。過量平衡法既簡單，又能提高平衡效果，降低垂直方向振動效應。
過量平衡法是指在平衡重上加上額外的重量，或者在皮帶盤或者飛輪上加一定量的平衡重量。
這種平衡法就需要在飛輪，皮帶輪上下文章了
用這種方法的有福特的Ecoboost系列。EcoBoost 1.0T去掉了平衡軸，而在飛輪與皮帶輪上采用“不平衡”設計，飛輪設計成偏心式的，重點是偏心式飛輪。
轉自：知乎，何先生
展開 這種“缺陷”也使得發動機在運行的時候，雖然一階二階慣性力可以平衡，但還是產生了不平衡的一階二階慣性力矩，其中一階慣性力矩不平衡的最大值在活塞運動到上止點后的30°出現。
在這里簡單說一下造成發動機抖動的“元兇”，一階二階慣性力矩的概念：活塞在上下運動時，會產生力矩，這就是一階慣性力矩；活塞的運動也會帶動相連的連桿運動，形成了更加復雜的二階慣性力矩。
福特為了改善三缸發動機的抖動情況，在曲軸上動起了腦筋。曲軸的曲柄之間采用角度為120°的設計，形成空間曲軸結構。
同時在1、3曲柄上的配重塊重心偏移30°，可以極大程度抵消不平衡的力矩，就像是安裝了一根平衡軸一樣。
但是僅僅在曲軸上動“手腳”還不夠，其他地方也同樣要動一下。
治抖神器平衡軸
其實，無論發動機是幾缸，都會有抖動的情況，只是程度不同。有些四缸發動機會為了更加平順的運轉，也會加裝平衡軸。
福特1.0T三缸發動機雖然有加平衡軸，但并非是標配的，只有在自動擋車型的發動機上才會有一根真正的平衡軸，與經過改造配重塊的曲軸形成“雙平衡軸”結構。而連接曲軸、平衡軸及機油泵的皮帶，也采用油浸式設計，一定程度能夠改善異響現象。
那么，是否多加平衡軸就可以完全消除抖動呢？平衡軸數量的增多，也會造成發動機結構更加復雜，重量和體積也會提升，這就違背了車企使用三缸發動機的初心了。
帶有“減振器”的雙質量飛輪
剛才既然說了，在自動擋車型的發動機上，采用了平衡軸。而在沒有液力變矩器的“干擾”的發動機上，就應用了雙質量飛輪技術。雙質量飛輪具有非常好的減振功能，可以代替平衡軸的作用，極大程度限制發動機的抖動。
雙質量飛輪具體的減抖方式，就是將自身一分為二，一部分為主動飛輪依舊與曲軸連接，另一部分為與變速器相連的從動飛輪，可以提高變速器的轉動慣量。兩部分之間是環形的油腔，內部加裝的彈簧減振器并將兩部分連接。
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平衡軸的最新內容
為此，其中單透鏡主要負擔平衡軸向球差SⅠ的作用，厚透鏡兩塊玻璃的選擇及光焦度分配影響系統色差CⅠ，透鏡厚度及光字段置影響著系統場曲及象散的大小。由此設計思路，系統結構設計步驟如下。
初始結構設計實際上只是系統高斯光學設計階段。
為此，其中單透鏡主要負擔平衡軸向球差SⅠ的作用，厚透鏡兩塊玻璃的選擇及光焦度分配影響系統色差CⅠ，透鏡厚度及光字段置影響著系統場曲及象散的大小。由此設計思路，系統結構設計步驟如下。
初始結構設計實際上只是系統高斯光學設計階段。
深海壓力與潮流環境極具挑戰，制造缺陷可能導致：
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船艇鋁件加工：行業首選材料
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高強度重量比
良好耐海水腐蝕
可精密加工與焊接
03 ->懸架參數方面
對于懸架參數，基于駕駛模擬器的反饋，修改懸架參數（如離地間隙，彈簧及阻尼，側傾剛度，前后軸的平衡，限位塊），進而去推動懸架的設計需求更正（如推桿，解耦懸架，可調節減振器，可調節搖臂，賽道/公路模式），最后再進行駕駛模擬器的驗證及反饋。
2.運動控制上，Z 軸柔性平衡系統及高剛性傳動保障平穩精確，高精度光柵尺提供精準反饋。測量功能涵蓋開放式工作臺與大視野，氣壓檢測安全裝置確保安全。
3.測控系統多樣，控制器與測座測頭選擇豐富。
為此，其中單透鏡主要負擔平衡軸向球差SⅠ的作用，厚透鏡兩塊玻璃的選擇及光焦度分配影響系統色差CⅠ，透鏡厚度及光字段置影響著系統場曲及象散的大小。由此設計思路，系統結構設計步驟如下。
在設計之前，先打開設計窗口如圖3。填寫設計要求，其中包括：系統焦距、系統孔徑、視場角度以及應滿足的初級像差系數值SⅠ、SⅢ、SⅣ及CⅠ等。然后按順序選擇單透鏡的玻璃材料以及雙膠合厚透鏡的玻璃組合。
為此，其中單透鏡主要負擔平衡軸向球差SⅠ的作用，厚透鏡兩塊玻璃的選擇及光焦度分配影響系統色差CⅠ，透鏡厚度及光字段置影響著系統場曲及象散的大小。由此設計思路，系統結構設計步驟如下。
在設計之前，先打開設計窗口如圖3。填寫設計要求，其中包括：系統焦距、系統孔徑、視場角度以及應滿足的初級像差系數值SⅠ、SⅢ、SⅣ及CⅠ等。然后按順序選擇單透鏡的玻璃材料以及雙膠合厚透鏡的玻璃組合。
4個T40FM扭矩傳感器 被安裝在環狀矩形同步軸系統中，監測、控制并平衡每個同步軸扭矩，如果超過限制轉矩，將觸發報警。
2.3 車體結構靜態分析計算對比
車體結構的靜態分析工況下，約束車體兩側第5平衡軸支座6個方向的自由度，在車體兩側第一平衡軸支座處添加方向垂直向上，大小為10 000 N的力。
平衡軸來機角墊，檢查校對視情換。
（五） 怠速過高檢查歌訣（僅供參考）
怠速過高怎么查？混合氣量進缸多。
進氣通道有哪些？節氣門來進氣閥。
旁通氣道附加閥，轉向提速空氣閥。
缸體通風單向閥，進氣歧管真空漏。
節氣門開不回位，怠速馬達已發卡。
控制線路仔細查，清洗調整與設定。
水溫控制快怠速，水道堵塞水溫低。
開關信號電負荷，空調檔位與轉向。
