EQ6100曲轴动平衡量分解原理及算法实现

EQ6100曲轴动平衡量分解原理研究及算法实现任爱华1孙传琼1周宏21．湖北汽车工业学院十堰，4420022.东风汽车有限公司发动机厂十堰442002摘要：针对EQ6100曲轴结构和动平衡特点，详细讨论了其不平衡量分解原理及算法实现。生产实践表明按此分解方法去重后剩余不平衡量均满足工艺要求。关键词：曲轴动平衡分解在发动机中，曲轴是把燃油爆破产生的直线运动转化为旋转运动的关键部件之一。其动平衡指标直接影响到整机的振动、噪声和寿命。因此，曲轴动平衡一直是曲轴生产过程中的重要工序，EQ6100曲轴也不例外。1EQ6100曲轴结构及动平衡特点EQ6100曲轴结构如图1所示。其中1、2、3、4、5、6为6个空间互呈120的曲轴拐颈，A、B、C、D是四个扇形角为120的平衡块。若设1拐为0，则其它几拐分别为120、240、240、120、0。由此可见,它具有保持自身平衡的形状。但由于加工误差和材料的不均匀，所以须进行动平衡。曲轴动平衡的校正，往往采用在平衡块上去重的方法。但当初始不平衡量超过1000g.cm,或者去重角度不好时，应对曲轴进行粗平衡。而粗平衡去重就在曲轴拐颈上进行。EQ6100曲轴初始不平衡量比较大，基本上都在1000G.CM左右，很多甚至达到2500G.CM以上。粗平衡时，一般以2、5拐附近为左、右两个测量面，去重在1、6拐的0位置，2、5拐的120位置及3、4拐的240位置处进行。因此测量面上的不平衡量要分解到0、120、240这三个角度上。2．不平衡量的分解及折算2．1不平衡量的分解设2或5拐处所测不平衡量为U，现讨论如何求得其在0、120、240方向的分量。（1）当U处于0～120范围内，其在0及120方向上的分量如图2所示。)30cos(3230cos)30cos(0UUL)90cos(3230cos)90cos(012UUL同理可求出此时的0R及012Rθ图2ABDC126453图1（2）当U处于120～240范围内，其在120及240方向上的分量如图3所示。)150cos(3230cos)150cos(120UUL)210cos(3230cos)210cos(240UUL同理可求出此时的012R及024R。（3）当U处于240～360范围内，其在0及240方向上的分量如图4所示。)270cos(3230cos)270cos(240UUL)330cos(3230cos)330cos(0UUL同理可求出此时的0R及024R。2．2不平衡量的折算由于2、5面上只能对120方向上的不平衡分量120L、012R去重，因此0及240方向上的不平衡分量0L、0R、240L、024R需折算到1、3、4、6面上去重，假设各拐颈之间的距离为a，其折算办法如下：（1）、将0L、0R从2、5面分别换算到1、6面上，如图5所示。利用平行力的分解原理可得：0000'54'LKLL000051LKLL同理可得：000''RKR000RKR所以，2、5面上0不平衡分量分解到1、6面后，它们的数值为：1面：0000'RKLK；6面：0000'RKLKθ图4图30Laaaaa图50L'0L0R'0R0R123456(2)、将240L从2面首先换算到3面的240方向及5面的240的反方向即60方向，240R从5面换算到4面的240方向及2面的240的反方向即60方向，利用反平行力的分解原理可得：240240240240'23'LKLaaL24024024024021LKLaaL同理可得：240240240''RKR240240240RKR所以2、5面240方向的分量240L、024R分解得到3面上的240方向的分量240240'LK，4面上的240方向的分量240240'RK及5、2面上60方向的分量240L、240R。因为5、2面上60方向不能去重，所以必须用力的平行四边形法则将其分解到0、120方向。如图7可知：其120及0分量均等于240L、240R。但2、5面上亦不能进行0方向的去重，所以0分量必须折算到1、6面上。其值为：1面：2402400240240002402400''LKKRKKLKRK6面：2402400240240002400240''RKKLKKRKLK综上分析，可得出相应于六个校正面上的等效不平衡量分别为：1面：2402400240240000001''LKKRKKRKLKU2面：2402401202RKLU3面：2402403'LKU4面：2402404'RKU5面：2402400125LKRU6面：2402400240240000006''RKKLKKRKLKU曲轴动平衡的分解算法对于六缸曲轴具有通用性，其原理相似，但对于四缸等其它曲轴又具有其特殊性。240Laaaaa图6240R123456'240L240L'240R240R0120240602(5)240L或240R图73、算法实现EQ6100曲轴动平衡量的分解，按照图8所示的计算流程完成。首先拾取测量系统传过来的左右两个测量面的不平衡量的幅值和相位，然后根据不平衡量的相位进行分解和折算，最后计算各个校正面上的等效不平衡量。4、实验及结论EQ6100曲轴粗平衡的工艺要求为剩余不平衡量500G.CM。对加工后的曲轴进行随机检测,检测结果见表1。测量结果显示，不平衡量分解效果较好，按此分解方法去重后剩余不平衡量均满足工艺要求。参考文献[1]三轮修三，下村玄.旋转机械的平衡(第2版)[M].北京：机械工业出版社，1998.[2]叶能安，余汝生动平衡原理与动平衡机[M].华中工学院出版社，1985[3]王得荣，王秋晓，朱云飞.六缸曲轴动平衡理论的研究[J].机电工程，2004年第21卷第6期[4]丛培天，姜洪涛.六缸柴油机曲轴动平衡量分解方法研究[J].沈阳工业学院学报2002年6月第21卷第2期轴号初始不平衡量（G.CM/度）剩余不平衡量（G.CM/度）合格/否11208/257783/136230/300181/87合格21413/2771201/200310/320217/100合格3873/86610/175217/70110/150合格41566/167734/238278/138108/253合格5476/971709/255237/135376/237合格上料转速到否？取UL、UR、L、RUL初始化图8根据L、R所处范围进行分解UL计算各个校正面上的等效不平衡量UL表1ThestudyandalgorithmimplementationofdynamicbalancingdecompositionofEQ6100crankshaftRENAihua1ZhouHong2SunChuanqiong11.HubeiAutomotiveIndustrialinstituteShiYan4420022.EnginePlantofDongFengMotorCompanyLimitedShiYan442002Abstract:ThedecompositionprincipleandalgorithmimplementationofdynamicbalancingofcrankshaftofEQ6100arediscussedindetailbasedonthestructuralanddynamicbalancingcharacteristicofthisshaft.Itisproventhatthisdecompositionmethodcanmeetthemanufacturingrequirementsinpractice.Keywords:crankshaftdynamicbalancingdecomposition任爱华，女，1973年11月出生，湖北房县人，硕士，讲师主要研究领域：CAD(虚拟现实)及机械学所在城市：湖北十堰已经发表论文：多用户虚拟现实系统的研究与开发华中科技大学学报（自然科学版）2002年1月第30卷第1期总第212期