單缸平衡系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡系統(tǒng)，或更具體地，涉及一種用于單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的平衡系統(tǒng)，該單缸發(fā)動(dòng)機(jī)包括由主平衡軸驅(qū)動(dòng)的次平衡軸。
【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)物體產(chǎn)生慣性力，如果不平衡則會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。示例可見于洗衣機(jī)的不平衡負(fù)荷或車輛的未對(duì)準(zhǔn)的車輪。內(nèi)燃機(jī)也包括產(chǎn)生慣性力的活動(dòng)部件。慣性力引起振動(dòng)和噪音。內(nèi)燃機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)活塞，所述活塞經(jīng)過(guò)相應(yīng)的汽缸在循環(huán)路徑中移動(dòng)。活塞的速度是可變的且在經(jīng)過(guò)循環(huán)路徑時(shí)不斷變化。
[0003]小型內(nèi)燃機(jī)可用于諸如鏈鋸、割草機(jī)、木材削片機(jī)、樹粧打磨機(jī)、混凝土鏝刀、挖掘機(jī)、混凝土鋸、移動(dòng)鋸木機(jī)、雜草修剪機(jī)、全地形車、木材分割機(jī)、壓力式清洗機(jī)、園林耕作機(jī)、掃雪機(jī)、焊接設(shè)備、發(fā)電機(jī)、摩托車、踏板車和其他裝置中。發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不平衡力，所述不平衡力導(dǎo)致振動(dòng)，該振動(dòng)尤其會(huì)影響諸如裝置的腳踏板、方向盤、手柄和座椅等與用戶接觸的位置。振動(dòng)對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是不舒服的，甚至可能導(dǎo)致疲勞、誤操作或意外事故。
【附圖說(shuō)明】
[0004]示例性的實(shí)施方式將參見下面的附圖進(jìn)行描述。
[0005]圖1示出了示例性的單缸發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0006]圖2示出了針對(duì)單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性的圖。
[0007]圖3示出了用于圖1的單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性的平衡系統(tǒng)。
[0008]圖4示出了包括一個(gè)次平衡軸的示例性系統(tǒng)。
[0009]圖5示出了來(lái)自圖4的系統(tǒng)的作用力的示例性圖。
[0010]圖6示出了包括兩個(gè)次平衡軸的示例性系統(tǒng)。
[0011]圖7示出了來(lái)自圖6的系統(tǒng)的作用力的示例性圖。
[0012]圖8示出了包括兩個(gè)次平衡軸的另一示例性系統(tǒng)。
[0013]圖9示出了用于發(fā)動(dòng)機(jī)平衡系統(tǒng)的示例性流程圖。
[0014]圖10示出了用于控制或測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)平衡系統(tǒng)的運(yùn)行的示例性計(jì)算裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面的示例包括用于平衡單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)曲軸和往復(fù)式活塞的作用力的系統(tǒng)和方法。由于沒有多個(gè)活塞彼此部分地平衡，單缸發(fā)動(dòng)機(jī)特別容易受到不平衡作用力的影響。各種配重布置可以用來(lái)減少不平衡作用力。
[0016]圖1示出了示例性的單缸發(fā)動(dòng)機(jī)10。單缸發(fā)動(dòng)機(jī)10包括至少一個(gè)活塞11、連桿13和繞中心軸線17旋轉(zhuǎn)的曲軸15。附加的、不同的或更少的部件可以被包括。
[0017]單缸發(fā)動(dòng)機(jī)10產(chǎn)生作用力，其可被歸類為往復(fù)作用力和旋轉(zhuǎn)作用力?；钊?1由缸體約束從而在線性路徑中產(chǎn)生線性運(yùn)動(dòng)和往復(fù)作用力。連桿13可被模擬(model)為在一端為往復(fù)作用力而在另一端為旋轉(zhuǎn)作用力。
[0018]活塞11經(jīng)過(guò)循環(huán)改變速度，在靠近汽缸中心處達(dá)到最高速度但朝向和遠(yuǎn)離汽缸孔頂部和底部減速和加速。來(lái)自加速度變化的慣性力由活塞11施加于連桿13和曲軸15。任何不平衡作用力然后施加到曲軸15的軸承和單缸發(fā)動(dòng)機(jī)10的曲軸箱以及包括該發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)器或裝置的框架上。通過(guò)與用戶接觸的手柄、方向盤或者座椅，這些不平衡作用力作為振動(dòng)被感受到。
[0019]活塞11、連桿13和曲軸15的運(yùn)動(dòng)還產(chǎn)生高階作用力或諧波。該作用力可以包括無(wú)限數(shù)量的諧波。最顯著的諧波包括與曲軸15的速度相關(guān)的主作用力和與曲軸15的速度的兩倍相關(guān)的次作用力。
[0020]活塞11處于上死點(diǎn)時(shí)，主作用力與次作用力對(duì)齊且作用力是累加的。取決于連桿13的長(zhǎng)度或單缸發(fā)動(dòng)機(jī)10的其它尺寸，次作用力可以使主作用力增加大約預(yù)定的百分比。當(dāng)活塞11處于下死點(diǎn)時(shí)，主作用力和次作用力是減消的。取決于連桿13的長(zhǎng)度或單缸發(fā)動(dòng)機(jī)10的其它尺寸，次作用力可以使主作用力減小大約預(yù)定的百分比。當(dāng)連桿13的長(zhǎng)度是沖程周長(zhǎng)的兩倍，預(yù)定百分比可以是約25%。
[0021]單缸發(fā)動(dòng)機(jī)10產(chǎn)生的作用力也可以按照方向來(lái)歸類。箭頭12示出了在汽缸孔方向上的作用力(例如，垂直作用力)。箭頭14示出了在垂直于汽缸孔方向上的作用力(例如，水平作用力)。圖2示出了用于圖1中不包括平衡軸或平衡配重的單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的不平衡作用力的示例性圖表18。在汽缸孔方向上的作用力在垂直軸線上示出，且垂直于汽缸孔的方向上的作用力在水平軸線上示出。
[0022]用于不平衡作用力的圖表18可以包括四個(gè)象限:在汽缸孔方向上的正方向和垂直方向上的正方向(象限I)、在汽缸孔方向上的正方向和垂直方向上的負(fù)方向(象限II)、在汽缸孔方向上的負(fù)方向和垂直方向上的正方向(象限III)和在汽缸孔方向上的負(fù)方向和垂直方向上的負(fù)方向(象限IV)。用于不平衡作用力的圖表18示出了在象限II和象限III的作用力的幅度大于在象限I和象限IV中的作用力幅度。在象限II和象限III的作用力幅度大于閾值幅度。在象限I和象限IV中的作用力的幅度小于閾值幅度。因而，圖1的單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的不平衡作用力可被表征為在兩個(gè)象限上延伸。主要在一個(gè)方向和相反方向上延伸的這些類型的作用力使振動(dòng)的影響最大化。作用力的幅度可以是發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、活塞重量、曲軸重量和運(yùn)行速度的函數(shù)。
[0023]圖3示出了用于圖1的單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性的平衡系統(tǒng)。在一個(gè)示例性發(fā)動(dòng)機(jī)20a中，平衡系統(tǒng)包括單個(gè)的主平衡軸21和單個(gè)的次平衡軸23。在另一個(gè)示例性發(fā)動(dòng)機(jī)20b中，平衡系統(tǒng)包括單個(gè)主平衡軸21、第一次平衡軸24和第二次平衡軸25，其中每個(gè)平衡軸均包括平衡配重。曲軸15也可以包括平衡配重。附加的、不同的或更少的部件可以被包括。
[0024]曲軸15在第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)，第一旋轉(zhuǎn)方向在圖3示出的實(shí)施例中是順時(shí)針方向。主平衡軸21在第二旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)，第二旋轉(zhuǎn)方向在圖3示出的實(shí)施例中是逆時(shí)針方向。單個(gè)次平衡軸23可以在第一旋轉(zhuǎn)方向或第二旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)。在兩個(gè)次平衡軸的情況下，第一次平衡軸24可以在第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)而第二次平衡軸25可以在第二旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)，反之亦然。
[0025]主平衡軸21平衡在曲軸15的速度處出現(xiàn)的作用力(例如，一階作用力或一次諧波)。主平衡軸21包括不平衡質(zhì)量塊來(lái)平衡這些作用力。次平衡軸平衡在曲軸15的兩倍速度處產(chǎn)生的作用力(例如，二階作用力或二次諧波)。次平衡軸包括不平衡質(zhì)量塊來(lái)平衡這些作用力。用于主平衡軸或次平衡軸的不平衡質(zhì)量塊可以是相同的或不同的。不平衡質(zhì)量塊的尺寸可以被選擇為活塞和曲軸的質(zhì)量的函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，用于次平衡軸的不平衡質(zhì)量塊的尺寸是用于主平衡軸的不平衡質(zhì)量塊的一半。
[0026]圖4示出了單缸發(fā)動(dòng)機(jī)30的示例，單缸發(fā)動(dòng)機(jī)30包括主平衡軸31、次平衡軸33、曲軸35、凸輪軸37和發(fā)動(dòng)機(jī)殼體39。單缸發(fā)動(dòng)機(jī)30確切地包括一個(gè)主平衡軸31和一個(gè)次平衡軸33。附加的、不同的或更少的部件可以被包括。
[0027]主平衡軸31的位置是在次平衡軸33和曲軸35之間，這提供的優(yōu)點(diǎn)在于該位置允許平衡軸都位于曲軸35的同一側(cè)上。
[0028]從主平衡軸31的中心到次平衡軸33的中心得到的第一線可以是大致垂直于從主平衡軸31的中心到曲軸35的中心得到的第二線。術(shù)語(yǔ)大致垂直可以是90度加或減2度。第一線和第二線可以在諸如80到100度或者70度到110度的另外的角度范圍內(nèi)相交。其它布置也是可能的。
[0029]另外，主平衡軸31的位置允許次平衡軸33離曲軸35相隔較遠(yuǎn)而不需要附加的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(例如，空轉(zhuǎn)齒輪、傳動(dòng)帶或其他裝置)來(lái)傳輸來(lái)自曲軸35的驅(qū)動(dòng)力到次平衡軸33。
[0030]曲軸35包括或旋轉(zhuǎn)曲軸齒輪(第一齒輪)。曲軸齒輪嚙合位于主平衡軸31上的主軸齒輪(第二齒輪)。沒有其他的平衡軸齒輪直接嚙