高效平衡力矩合成技巧：惯性力与普通力的合成

以下分析曲柄-等距固接双连杆机构的惯性力合成。

平面运动质量惯性力合力的大小Pun是不变的，方向指向径向延伸的曲柄OC（图91），其力矩Mn作用于曲轴平面内。

带有配重B与E的曲轴质量的旋转惯性力也是恒定的，合力为PB，指向径向延伸的曲柄OC方向，其力矩MB作用于曲轴平面。

还有必要计算中央驱动曲柄（曲轴OC）的不平衡质量产生的离心力PO，该离心力大小恒定，为：

PO=mOrω2

方向指向径向延伸的曲柄OC。

总结同一方向的力及其作用在一个平面内的力矩，得到：

施加到曲轴主轴颈并且沿半径指向曲柄OC的总惯性力Pu∑，其值恒定，为：

Pu∑=Pun+PB=（4mn+mKB+2mnp）rω2

施加于中央驱动曲柄轴承的总惯性力∑Pu为：

∑Pu=Pu∑+PO=（4mn+mKB+2mnp+mO）rω2

作用在曲轴平面内的总纵向力矩Mj的值是恒定的，为：

Mj=Mn+MB=2（mn+mK）rω2l

为了平衡合力∑Pu，有必要将配重放置在中央驱动曲柄上，其离心力的大小相等而方向相反。如果配重的质心与中央驱动曲柄轴线的距离为rO，则它们的离心力为：

PnpO=mnpOrOω2

这个质量的大小由方程PnpO=∑Pu决定：(www.xing528.com)

为了平衡力矩Mj，必须在曲轴的两端在曲柄平面上布置两个配重D和E，使它们的离心力产生力矩Mnp与力矩Mj大小相等且方向相反。

如果每个配重的质量为mnp，质心与支撑轴颈的轴线的距离（与点C的距离）为d=r+e，配重之间的距离为lnp，则

Mnp=mnp（r+e）ω2lnp

配重的重量由条件Mnp=Mj确定：

结构上，配重布置于曲轴两端的主轴颈外侧、与曲轴主轴颈同轴的耳轴上，并将它们连接到曲轴主轴颈上。这样配重与曲轴一起进行复杂的运动，它们的总惯性力等于相对运动力Pnp和牵连运动力PW的几何和（图92）。

图92　在牵连运动和相对运动中配重的惯性力

力PW的方向平行于半径OC，不通过与配重连接的主轴颈的轴线C，因此产生扭转弹性扭矩：

MT=T（r+e）ω2

这里T=PWsin2α=mnprω2sin2α，为力PW的切向分量。

配重轴承的负载力为：

R=Pnp+RW，

这里RW=PWcos2α=mnprω2cos2α，为力PW的径向分量。

配重D和E可以位于同步连接轴的端部，以与曲轴相同的方向旋转，但只有当连接轴的旋转速度等于ωC时才行。

从上述说明可以看出，在曲柄-等距固接双连杆机构发动机的任何布局下，惯性力及其力矩可以通过简单的结构来平衡，这是曲柄-等距固接双连杆机构比传统曲柄连杆机构好的地方，无须使用任何特殊的平衡装置就可以完全平衡惯性力及其力矩。