发动机惯性力平衡系统

背景介绍：

活塞式发动机工作原理是把燃料的化学能燃烧后变为动能输出，在此过程中发动机气缸内活塞通过连杆把活塞往复直线运动转化为曲轴的旋转运动。现如今直列四缸发动机作为应用最广泛的发动机类型之一，其具有油耗低、低速扭矩大等优点。在发动机工作循环过程中，活塞运动速度非常高，而且速度不均匀，活塞、活塞销和连杆上会产生很大的往复惯性力，存在二阶振动的问题，需要使用惯性力平衡系统来平衡往复惯性力。

目前通常是在发动机曲轴旁设置惯性力平衡系统，来平衡直列四缸发动机的二阶往复惯性力，并且齿轮传动的惯性力平衡系统因其占用空间小的特性已逐渐成为主流选择。然而对于齿轮传动的惯性力平衡系统，当发动机曲轴转速较高时，曲轴可能存在扭转振动，从而导致发动机曲轴和惯性力平衡系统之间齿轮的啮合较差，产生齿轮啮合啸叫噪音。

为此，奇瑞发明专利提供了一种发动机惯性力平衡系统，包括骨架组件、减振齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第一偏心件和第二偏心件，骨架组件包括壳体、第一安装轴、第二安装轴和多个轴承，减振齿轮包括齿轮轮毂、减振中圈和外齿圈。通过将发动机惯性力平衡系统的驱动齿轮设置为减振齿轮，可以有效降低齿轮啮合啸叫噪音。

发动机惯性力平衡系统的组成：

发动机惯性力平衡系统包括骨架组件、减振齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第一偏心件和第二偏心件。骨架组件包括壳体、第一安装轴、第二安装轴和多个轴承，减振齿轮和第一传动齿轮同轴安装在第一安装轴上，第二传动齿轮同轴安装在第二安装轴上，减振齿轮与曲轴上的传动齿圈相啮合，第二传动齿轮与第一传动齿轮相啮合。减振齿轮的齿数为传动齿圈齿数的二分之一，第一传动齿轮和第二传动齿轮齿数相同。

第一传动齿轮固定装套在第一安装轴上，且位于减振齿轮远离第一安装轴的第一端的一侧，第二传动齿轮固定装套在第二安装轴上，且位于第二安装轴的第一端，第一传动齿轮与第二传动齿轮的齿数相同且相啮合。第一安装轴的第一端和第二安装轴的第一端位于同一侧，第一传动齿轮和第一安装轴可以采用过盈配合，第二传动齿轮和第二安装轴可以采用过盈配合，这样可以防止第一传动齿轮在第一安装轴上产生轴向移动，并防止第二传动齿轮在第二安装轴上产生轴向移动。

1、骨架组件，2、减振齿轮，5-6、第一-二偏心件，100、曲轴，101、传动齿圈。

第一传动齿轮和第二传动齿轮均为碳素结构钢齿轮，或均为合金结构钢齿轮。第一传动齿轮和第二传动齿轮可以均表面淬火，这样在曲轴处于高速旋转时，可以使得第一传动齿轮和第二传动齿轮均具有较高的抗疲劳强度，进而提高第一传动齿轮和第二传动齿轮的使用寿命。第一传动齿轮和第二传动齿轮均为斜齿轮，第一传动齿轮的螺旋角为第一螺旋角，第二传动齿轮的螺旋角为第二螺旋角，第一螺旋角和第二螺旋角相等，这样可以提高第一传动齿轮和第二传动齿轮之间的传动效率。在发动机惯性力平衡系统处于工作状态时，第一安装轴和第二安装轴的转速均为曲轴转速的二倍，第一安装轴和第二安装轴的转速通常较大，因此可以选用较大的螺旋角，可以提高第一传动齿轮和第二传动齿轮的啮合程度。

第一偏心件位于第一轴承和第二轴承之间的位置，且与第一安装轴的侧壁相连，第二偏心件位于第三轴承和第四轴承之间的位置，且与第二安装轴的侧壁相连，第一偏心件和第二偏心件结构相同且相对布置。第一偏心件和第二偏心件均为扇形结构件，二者尺寸结构完全相同，第一偏心件的轴线与第一安装轴的轴线重合，第二偏心件的轴线与第二安装轴的轴线重合。将第一偏心件设置为扇形结构件，可以使得第一偏心件在跟随第一安装轴转动时能够产生离心力，而同样的将第二偏心件设置为扇形结构件，可以使得第二偏心件在跟随第二安装轴转动时能够产生离心力，从而根据两者产生的离心力的合力来以此抵消发动机产生二阶往复惯性力，进而消除二阶振动。

骨架组件包括壳体、第一安装轴、第二安装轴和多个轴承，壳体是用于容纳第一安装轴、第二安装轴和多个轴承等部件的部件。壳体在垂直于第一安装轴的方向上具有多个通孔，这些通孔用于与发动机动力系统中的滑杆滑动相连。多个通孔的数量可以是两个，多个通孔可以均垂直于第一表面，第一表面为上壳体中与下壳体接触的表面，这样可以降低通孔的加工难度。

3-4、第一-二传动齿轮，11、壳体，11a、通孔，12-13、第一-二安装轴，14、轴承。

发动机缸体中设置多个滑杆，多个滑杆的位置尺寸形状与多个通孔的位置尺寸形状相匹配，滑杆的数量与通孔的数量相同，滑杆分别与缸体相对的两个内壁相连。这样发动机惯性力平衡系统安装完成后，可以通过多个通孔与滑杆滑动连接，沿通孔的轴线方向调整发动机惯性力平衡系统的位置，从而调整传动齿圈与减振齿轮之间的中心距，实现传动齿圈与减振齿轮之间的中心距的精准控制，避免传动齿圈与减振齿轮之间因中心距过大或过小而产生啸叫噪音。

壳体可以包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体壳体在安装时通过销槽配合实现定位，上壳体和下壳体可拆卸连接，上壳体和下壳体连接时构成安装腔体。壳体的安装腔体可以包括第一安装腔体和第二安装腔体，第一安装腔体可以用于安装第一安装轴、多个轴承、减振齿轮、第一传动齿轮和第一偏心件，第二安装腔体可以用于安装第二安装轴、多个轴承、第二传动齿轮和第二偏心件。

在第一安装腔体和第二安装腔体中，可以具有多个轴承安装槽，这些轴承安装槽用于与轴承的外圈固定连接。在第一安装腔体中，还可以具有减震齿轮安装槽和第一传动齿轮安装槽，在第二安装腔体中，还可以具有第二传动齿轮安装槽。

111、上壳体，112、下壳体，7、定位销。

发动机惯性力平衡系统还包括两个定位销，上壳体的第一表面上具有两个第一定位槽，下壳体的第二表面上与第一定位槽对应的位置具有两个第二定位槽。第一表面为上壳体中与下壳体接触的表面，第二表面为下壳体中与上壳体接触的表面。这样在安装上壳体和下壳体时，可以先将两个定位销分别与两个第二定位槽固定安装，然后将上壳体扣合在下壳体上，使两个定位销分别伸入至两个第一定位槽，完成上壳体和下壳体的精准定位，提高壳体的安装精度。

上壳体的周围可以间隔布置有六个通孔，在下壳体的周围间隔布置有与上壳体上的螺纹通孔位置所对应的六个通孔，这样在上壳体和下壳体完成定位以后，可以通过螺栓对上壳体和下壳体进行可拆卸连接。上壳体上的通孔可以均是螺纹通孔，下壳体上的通孔可以均是光滑通孔，这样可以降低加工难度，同时减少滑丝概率。对于壳体的材质，其可以是具有良好延展性的金属材质，例如铝等。

2、减振齿轮，3-4、第一-二传动齿轮，112a、第二定位槽，141-144、第一-四轴承。

轴承是骨架组件中转动连接第一安装轴和第二安装轴的部件，骨架组件可以包括四个轴承，这四个轴承分别为第一轴承、第二轴承、第三轴承和第四轴承。第一轴承和第二轴承同轴放置，第一轴承的内圈和第二轴承的内圈均与第一安装轴相连，第三轴承和第四轴承同轴放置，第三轴承的内圈和第四轴承的内圈均与第二安装轴相连。第一轴承的外圈、第二轴承的外圈、 第三轴承的外圈和第四轴承的外圈均与壳体相连。

第一轴承位于第一传动齿轮远离减振齿轮的一侧，且位于第一传动齿轮和第一偏心件之间，第二轴承位于第一偏心件远离第一传动齿轮的一侧。第三轴承位于第二传动齿轮远离减振齿轮的一侧，且位于第二传动齿轮和第二偏心件之间，第四轴承位于第二偏心件远离第二传动齿轮的一侧。这样可以降低第一安装轴和第二安装轴所受到的扭转应力，进而提高第一安装轴和第二安装轴的使用寿命。上述四个轴承的外圈可以均与壳体过盈配合，这样可以提高轴承与壳体的连接稳定性。

第一安装轴和第二安装轴分别是用于连接第一偏心件和第二偏心件的部件，第一安装轴和第二安装轴平行放置。第一安装轴分别与第一轴承的内圈以及第二轴承的内圈相连，第二安装轴分别与第三轴承的内圈和第四轴承的内圈相连。第一偏心件位于第一轴承和第二轴承之间的位置，且与第一安装轴的侧壁相连，第二偏心件位于第三轴承和第四轴承之间的位置，且与第二安装轴的侧壁相连。

第一安装轴可以与第一轴承的内圈过盈配合，且与第二轴承的内圈间隙配合，第二安装轴可以与第三轴承的内圈过盈配合，且与第四轴承的内圈间隙配合。在发动机惯性力平衡系统的工作过程中，由于第一安装轴和第二安装轴的工作温度较高，且转速较高。在高温下，第一轴承与第二轴承之间的气体，以及第三轴承与第四轴承之间的气体会受热膨胀，导致第一轴承与第二轴承之间的气压升高，以及第三轴承与第四轴承之间的气压升高，第一安装轴和第二安装轴在高压气体中高速旋转，噪音较大。

2、减振齿轮，5-6、第一-二偏心件，12-13、第一-二安装轴，14、轴承，15、挡圈。

将第一安装轴与第二轴承的内圈设置为间隙配合，并将第二安装轴与第四轴承的内圈设置为间隙配合，随着温度升高，第一轴承与第二轴承之间的气体，以及第三轴承与第四轴承之间的气体会受热膨胀，气体可以沿间隙溢出，保持第一轴承与第二轴承之间的气压平稳，以及保持第三轴承与第四轴承之间的气压平稳，从而减少噪音。

骨架组件还可以包括多个挡圈，多个挡圈均具有圆环结构，挡圈位于第二轴承远离第一轴承的一侧，并与第一轴承相抵，挡圈还位于第四轴承远离第三轴承的一侧，并与第三轴承相抵。挡圈均位于轴承安装槽中，一个挡圈的两个侧面分别与第二轴承远离第一轴承的一侧以及轴承安装槽的侧壁相抵，从而防止第二轴承沿第一安装轴的轴线向远离第一轴承的方向移动，另一个挡圈的两个侧面分别与第四轴承远离第三轴承的一侧以及轴承安装槽的侧壁相抵，从而防止第四轴承沿第二安装轴的轴线向远离第三轴承的方向移动。

减振齿轮是发动机惯性力平衡系统中用于吸收曲轴振动，进而降低噪音的部件。减振齿轮包括齿轮轮毂、减振中圈和外齿圈，齿轮轮毂、减振中圈和外齿圈同轴安装，且减振中圈位于齿轮轮毂和外齿圈之间。齿轮轮毂与第一安装轴的第一端固定连接，外齿圈用于与固定连接在曲轴的齿圈相啮合。由于传动齿圈固定连接在曲轴上，传动齿圈也会存在振动。而在外齿圈和传动齿圈在啮合状态下，如果传动齿圈存在振动，振动通过外齿圈传递给减振中圈，减振中圈具有弹性，在该振动作用下发生弹性形变，从而较大幅度地吸收振动，并降低由外齿圈传递给齿轮轮毂的振动，从而有效降低齿轮啮合啸叫噪音。

21、齿轮轮毂，22、减振中圈，23、外齿圈。

此外将发动机惯性力平衡系统的驱动齿轮设置为减振齿轮，减振齿轮的减振中圈可以发生弹性形变，可以提高传动齿圈与外齿圈之间的传动效率，因此不需要将外齿圈设置为斜齿轮，设置直齿轮即可保证齿圈与外齿圈具有较高的捏合度，可以提高第一安装轴的使用寿命。

齿轮轮毂外齿圈可以为粉末冶金烧结成形，这样可以提高齿轮轮毂和外齿圈的材料成分配比的准确性，并使得各组分均匀分散在齿轮轮毂和外齿圈中，进而提高齿轮轮毂和外齿圈的强度。减振中圈的材质可以是弹性橡胶还可以是耐高温弹性材料，这样在发动机高速旋转的情况下，减振中圈的弹性不发生变化，在振动作用下发生弹性形变，可以较大幅度地吸收振动，并降低由外齿圈传递给齿轮轮毂的振动，从而有效降低齿轮啮合啸叫噪音。

综上所述：发动机惯性力平衡系统包括骨架组件、减振齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第一偏心件和第二偏心件。减振齿轮包括齿轮轮毂、减振中圈和外齿圈，齿轮轮毂、减振中圈和外齿圈同轴安装，且减振中圈位于齿轮轮毂和外齿圈之间，齿轮轮毂与骨架组件的第一安装轴的第一端固定连接，外齿圈与固定连接在曲轴的传动齿圈相啮合。这样当发动机曲轴存在扭转振动时，传动齿圈也存在扭转振动，该振动由传动齿圈传递给外齿圈，再由外齿圈传递给减振中圈，减振中圈在振动作用下发生弹性形变，在该弹性形变的作用下，外齿圈的位置发生与振动相适应的变化，使得外齿圈和传动齿圈的啮合度不发生改变，从而有效降低噪音。

总结：

奇瑞发动机惯性力平衡系统包括骨架组件、减振齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、第一偏心件和第二偏心件，骨架组件包括壳体、第一安装轴、第二安装轴和多个轴承，减振齿轮包括齿轮轮毂、减振中圈和外齿圈。齿轮轮毂与第一安装轴的第一端固定连接，外齿圈用于与固定连接在曲轴的传动齿圈相啮合，第一传动齿轮固定装套在第一安装轴上，第二传动齿轮固定装套在第二安装轴上，第一偏心件与第一安装轴的侧面固定连接，第二偏心件与第二安装轴的侧面固定连接，第一偏心件和第二偏心件结构相同且相对布置。通过将发动机惯性力平衡系统的驱动齿轮设置为减振齿轮，可以有效降低齿轮啮合啸叫噪音。