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单列多缸发动机的平衡

在考虑多缸发动机的平衡性问题之前，我们先研究了单缸机的平衡。下面举出几种发动机为例，让我们更深入的了解单列式发动机平衡性规律。
单列两缸发动机的（图1）两曲拐一般互成180°，

图1单列两缸发动机的平衡发火间隔为180°--540°
这样离心力是相互平衡的
Rr=Kr-Kr=0
这时产生一个离心力矩Mr=aKr
我们可以用在曲轴上加一对平衡块来平衡
Gprp=Grr
在分析往复惯性力的平衡性时，我们对各缸各阶惯性力分别写出表达式，而以第一缸的曲柄转角ψ作为公共的自变量。于是
一缸一阶惯性力PaⅠ1=Ccosψ
二缸一阶惯性力PaⅠ2=Ccos（ψ+180）=-Ccosψ
所以一阶惯性力合力
RaⅠ=PaⅠ1+PaⅠ2=Ccosψ-Ccosψ=0
但产生一力偶MaⅠ=aCcosψ
作用在气缸轴线平面内，只可能用类似的双轴平衡机构来平衡，但实际应用这种机构的很少，因为不平衡力偶的危害没有不平衡力那么大，而机构却很复杂。
一缸二阶惯性力PaⅡ1=λCcos2ψ
二缸二阶惯性力PaⅡ2=λCcos2（ψ+180）=λCcos2ψ
所以二阶惯性力合力
PaⅡ=PaⅡ1+PaⅡ2=λCcos2ψ+λCcos2ψ=2λCcos2ψ
也就是说，二阶惯性力不平衡，它只能用双轴平衡机构来平衡。

图2四冲程单列四缸（a）和六缸（b）发动机的简图
根据同样的道理，对四冲程四缸和六缸发动机进行分析（图2），可以知道，四缸发动机的离心力和一阶惯性力是完全平衡的，而二阶惯性力不平衡它需要用双轴平衡机构来平衡。这种平衡机构对于四冲程四缸发动机来说，过去很少应用。但近年来由于转速不断提高，同时对发动机运转平稳性的要求也日益提高，要求在大功率四缸发动机上引用双轴平衡机构的呼声越来越高。
至于四冲程六缸发动机，它的离心力和往复惯性力可以认为是完全平衡的。由于这种发动机的优异平衡性，所以在汽车拖拉机及其他动力装置上获得了极其广泛的应用。
总之，四冲程单列发动机，大多具有对称的曲轴，所以平衡性是比较好的。而二冲程发动机，由于曲轴每一转所有各缸都要发火一次，采用对称的曲轴便不可能，所以发动机的平衡性相对较差，常常会残留不平衡的纵向惯性力矩，在很多情况下要在曲轴上加很大的平衡块，甚至采用种种平衡机构。

图3四冲程单列四缸发动曲轴平衡块对主轴承负荷的影响
a）无平衡块；b）四平衡块方案
在四冲程四缸、六缸发动机中，曲轴的离心力和离心力矩都是平衡的，但有时从主轴承负荷和润滑的角度考虑还是经常加有平衡块。例如四缸发动机曲轴，如果没有平衡块（图a），中央主轴承3将受到很大离心负荷，两端主轴承1、5次之，中间主轴承2、4基本上不承受离心负荷。因为离心负荷和发动机转速平方成正比，所以在高速运转时很可能发生轴承故障。为了解决这个问题，可在曲轴上加四块离心力等于0.5Kr的平衡块（图3b）。这样，四拐曲轴每一主轴承基本上不受离心负荷了。
对六缸发动机也有类似的情况（图4）。如果没有平衡块（图4a），第四（中央）主轴承要受很大的离心负荷，其余各主轴承也都承受离心负荷。如果加四块平衡块（图4b），中央主轴承可以完全不受离心负荷，但其余主轴承离心负荷不减小。为把所有主轴承的离心负荷都抵消，只需八块产生0.5Kr的离心力的平衡块就够了(图4c)。

图4四冲程单列六缸发动机曲轴平衡块对主轴承负荷的影响
a）曲轴简图；b）四平衡块方案；c）八平衡块方案