[0048] 如图1至图4所示的一种柴油机曲柄惯量柔性平衡装置，自上而下依次由曲柄销7，曲臂1，主轴颈6，限位销5，平衡块2，弹性元件3，定位螺钉4相连构成，其中曲臂1下端与平衡块2上端通过倒凸台与U型槽202配合连接，且平衡块2由左右对称、套装在定位螺钉4上的弹性元件3压紧在曲臂1上，弹性元件3位于平衡块2下端部的沉孔204内，定位螺钉4穿过平衡块2内通孔203固定于倒凸台底面定位螺钉螺纹孔102内，定位螺钉4下端面与平衡块2过渡平面207齐平，限位销5穿过平衡块2上部U型槽202两侧左右对称布置的长圆孔201连接固定于曲臂1倒凸台两侧的限位销螺纹孔101内。
[0049] 如图1和图4所示，平衡块2的纵截面为倒扇形结构，其下端扇形圆弧面由左右相对称的圆弧面Ⅰ205和圆弧面Ⅱ206以及过渡平面207组成，其中圆弧面Ⅱ206圆心与主轴颈6圆心重合，且其半径R1小于曲臂1上端圆弧面至主轴颈6中心的距离，保证不发生运动干涉，平衡块2张角2α在120°～140°之间，平衡块2上端开设有与曲臂1下部倒凸台相配合的U型槽202，U型槽202两侧对称开设与限位销5相配合的长圆孔201，长圆孔201的长度控制平衡块2径向位移量，起到限制平衡块极限位移的作用，在平衡块2下端过渡平面207上，且对应曲臂1倒凸台底部定位螺钉螺纹孔102位置处，自下而上对称开设带有沉孔204的2个通孔203，沉孔204的孔径大于定位螺钉4大端面直径，沉孔204内放置弹性元件3，对弹性元件3起到定位导向作用，通孔203孔径大于定位螺钉4杆身直径，保证扇形平衡块2能够在其径向方向上自由移动。
[0050] 如图1和图5所示，所述的定位螺钉4穿过平衡块2中通孔203采用螺纹连接方式固定于曲臂1倒凸台底部定位螺钉螺纹孔102内，其长度约为贯穿平衡块2内通孔203深度，沉孔204深度以及曲臂1倒凸台上定位螺钉螺纹孔102深度之和，弹性元件3放置于平衡块2所开的沉孔204内，定位螺钉4大端面与弹性元件3相配合压紧弹性元件3，压力通过弹性元件3传递到平衡块2上，将平衡块2上部U型槽202与曲臂1下部倒凸台紧密贴合，其中弹性元件3可以是螺旋弹簧或蝶形弹簧中任一种。当柴油机曲轴静止状态情况下保证平衡块2上部U型槽202与曲臂1的倒凸台配合压紧，当曲轴旋转时，定位螺钉4承受由弹性元件3传递的平衡块2径向向外方向的离心力，平衡块2沿径向方向发生滑移，此时曲臂1倒凸台与平衡块2上部U型槽202贴合且对平衡块2径向方向的位移起导向作用。
[0051] 如图1和图6所示，限位销5穿过平衡块2上部U型槽202侧面左右对称开设的长圆孔201连接固定于曲臂1倒凸台侧面的限位销螺纹孔101内。限位销5由左端限位销光轴段301，右端限位销螺纹段302组成，其限位销螺纹段302与限位销螺纹孔101配合连接，限位销光轴段301与U型槽202配合，其作用是限制平衡块2的位移量，防止其超出弹性元件压缩范围，保证其达到所需的平衡效果。
[0052] 本发明提供一种柔性平衡装置的设计方法，包括如下步骤：
[0053] 第一步：S1确定离心惯性力和一阶往复惯性力
[0054] 根据已知柴油机转速，曲柄销质量，连杆质量以及活塞组质量，按公式(1)和公式(2)确定曲柄销和连杆大头所产生离心惯性力Pr以及活塞组和连杆小头产生的一阶往复惯性力PjΙ；
[0055] 其中主要公式如下：
[0056] 离心惯性力：Pr＝-mrRω2 (1)
[0057] 一阶往复惯性力：PjΙ＝-mjRω2cosβ (2)
[0058] 式中ω为曲轴旋转角速度，R为曲柄销轴心线到曲轴旋转中心距离，β为曲轴转角，mr为曲柄销和连杆大头质量，mj为活塞组和连杆小头质量。
[0059] 第二步：S2确定平衡块的外形、重量以及重心位置
[0060] 根据曲柄销和连杆大头产生的离心力，按公式(3)、(4)和(5)分别设计出平衡块重心位置yG以及扇形重量G；其所产生的离心力yGG与曲柄销和连杆大头产生的离心惯性力相平衡。
[0061] 其中主要公式如下：
[0062] 平衡块重心位置：
[0063] 扇形平衡块重量：
[0064] 平衡块产生离心力：
[0065] 式中R1为扇形平衡块外弧端面至曲轴旋转中心的距离，简称扇形平衡块外径，r为扇形平衡块内弧端面至曲轴旋转中心的距离，简称扇形平衡块内径，α为平衡块扇形张角的一半，通常为60°～70°，γ为材料重度，b为平衡块厚度。
[0066] 第三步：S3确定平衡块的极限位移量
[0067] 根据平衡块产生离心力平衡离心惯性力Pr和一阶往复惯性力PjΙ关系式(6)和(7)，按公式(8)确定平衡块位移量x；
[0068] 其中主要公式如下：
[0069] 离心惯性力和一阶往复惯性力平衡关系式：
[0070] G(yG+x)＝Pr+PjΙ (6)
[0071] 离心惯性力平衡关系式：yGG＝Pr (7)
[0072] 平衡块位移量：
[0073] 式中G为扇形平衡块重量，yG为平衡块重心位置，Pr为离心惯性力，PjΙ为一阶往复惯性力，ω为曲轴旋转角速度，R为曲柄销轴心线到曲轴旋转中心距离，β为曲轴转角，mj为活塞组和连杆小头质量。
[0074] 第四步：S4确定所需弹性元件的刚度K的值
[0075] 根据此时弹性元件力与平衡块离心力相等关系，按公式(9)确定弹性元件刚度值K
[0076] 其中主要公式如下：
[0077]
[0078] 式中G为扇形平衡块重量，yG为平衡块重心位置，x为平衡块位移量。
[0079] 第五步：S5装备各零部件
[0080] 根据上述思路方法选用或设计出本发明包含的零件，然后进行装配。先将弹性元件3套入定位螺钉4，然后将定位螺钉4穿过平衡块2的通孔203并通过螺纹连接方式将平衡块2上部U型槽与曲臂1倒凸台紧密贴合，最后将限位销5穿过平衡块2上部U型槽两侧面的长圆孔201并通过螺纹连接方式固定在曲臂1倒凸台侧面的螺纹孔101内，完成整个装配过程。
[0081] 工作原理：
[0082] 柴油机静止时，平衡块2在弹性元件3的一定预紧力作用下，平衡块2上部U型槽202被压紧贴合在曲臂1倒凸台上。
[0083] 柴油机从静止开始运转，由于平衡块2自身产生沿径向方向向外的离心力，发生沿径向方向的位移，当柴油机旋转速度持续升高时，弹性元件3持续受力压缩，压缩的弹性元件3由固定在曲臂1倒凸台上的定位螺钉4顶住，平衡块2的离心力与弹性元件的弹性力处于非平衡状态，弹性元件3压缩量继续变大，为控制平衡块2位移量不超出所需值，使用限位销5穿过扇形平衡块2上部U型槽202侧面长圆孔201并采用螺纹连接固定于曲臂1倒凸台侧面限位销螺纹孔101内，限制扇形平衡块2的径向最大位移。
[0084] 柴油机达到稳定工作转速时，弹性元件3弹力与平衡块2离心力达到平衡状态，平衡块2由于旋转产生的离心力处于稳定状态，弹性元件3压缩量也达到稳定值。
[0085] 平衡块2在初始位置旋转时，其自身惯性力能够与曲柄销和连杆大头的惯性力相平衡，当柴油机达到稳定转速时，平衡块在自身离心力作用下发生径向方向位移，其重心距旋转半径距离变大，所产生的离心力也变大，当采用本发明设计的平衡块和选用刚度确定的弹性元件时，可以保证其最终离心力不仅能够抵消曲柄销和连杆大头的离心惯性力，同时还能消除活塞组和连杆小头的一阶往复惯性力，保证了主轴承所受载荷，曲轴平稳运转，提高主轴承和曲轴的使用寿命。
