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第九章  内燃机动力学 曲柄连杆机构由活塞和活塞销、连杆、曲柄或曲轴以及气缸、主轴承构成 作用是把活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动 分为中心曲柄连杆机构、偏心曲柄连杆机构、关节曲柄连杆机构 曲柄连杆比λ=r/l,r为曲轴半径，l为连杆长度 1.活塞运动规律 曲柄角速度 活塞位移 活塞速度 活塞加速度 引用无量纲量 2.活塞运动规律简化表达式 一般情况下λ1/3 三、偏心曲柄连杆机构运动学 一般忽略各零件之间的摩擦力，气体作用力、惯性力与支反力、有效负荷平衡 一、气体作用力 气体作用力Fg 式中，D为气缸直径； 为气缸内的绝对压力；p`为曲轴箱内气体的绝对压力 对气缸壁产生侧向力Fc 切向力Ft和法向力Fn 发动机的转矩 倾覆力矩 二、惯性力 1.曲柄连杆机构的质量分布 1)活塞组零件，包括活塞、活塞环、活塞销及它们的附属件，这些质量可以简单相加，并集中在活塞销中心 2)匀速转动的曲拐，可以根据产生的离心力不变的原则用集中在曲柄销中心处的质量来代替 3)作平面运动的连杆组，根据动力学等效性的一般原则进行质量换算 ①所有当量质量之和等于连杆组总质量m1 ②所有当量质量构成的系统的公共质心应与连杆组质心重合 ③所有当量质量相对通过连杆组质心的轴线的转动惯量之和，等于连杆组对同一轴线的转动惯量 连杆大头质量 连杆小头质量 往复质量 旋转质量 2.往复惯性力 3.旋转惯性力 三、单缸转矩 在分析Fg和Fj对活塞、连杆以外的零件的作用时，可以把Fg和Fj合成为F∑。可见，虽然Fg对F∑的平均值没有贡献，但对F∑数值的变化规律有很大影响 四、作用在曲轴轴径和轴承上的负荷 1.曲柄销负荷图 作用在曲柄销上的载荷 2.主轴颈负荷图 3.连杆轴承和主轴承负荷图 一、内燃机的转矩波动 内燃机的总转矩即使在稳定工况下也是不断周期变化的，其变化周期取决于内燃机的气缸数和冲程数，还与发火是否均匀有关 转矩不均匀度 式中， 和 分别为总转矩曲线的最大、最小和平均值 二、飞轮转动惯量的确定 内燃机飞轮的转动惯量大多根据运转均匀性的要求确定 飞轮转动惯量 式中，△E为盈亏功；n为转速(r/min)；ψ为飞轮转动惯量占内燃机总转动惯量的分数；δ为转动不均匀度 飞轮转动惯量If确定的合理性，关键在于运转不均匀度δ的选择 静平衡 质量系统旋转时产生的各离心力的合力等于零 动平衡 质量系统旋转时产生的各离心力的合力和对任意点的合力矩均等于零 曲轴系统的动平衡主要靠合理布置平衡块的办法实现 设计平衡块是要尽量减小质量，以免过分降低曲轴的扭转振动的固有频率 单缸机的往复惯性力表示为 式中， ； 为一阶往复惯性力； 为二阶往复惯性力； 为一阶往复惯性力幅值； 为二阶往复惯性力幅值 一阶和二阶惯性力均为简谐变化，并沿气缸轴线作用，各自可用一对反向旋转的力矢量的合矢量表达 二、单缸机的平衡 对于一阶往复惯性力，可以用一对互相反转的的平衡块3和6加以平衡，其静矩为 理论上，可以用反向旋转的双轴机构来平衡二阶往复惯性力，只要静力矩 实际上，由于 值很小，一般很少采用二阶平衡机构 工业上单缸机最常用的平衡方法是所谓的半平衡法 多缸机的合成往复惯性力 是各缸往复惯性力之和，对每一阶力直接求出它们的合矢量 和 ，其在气缸轴线方向的投影就是最后结果，即 式中，Prx表示 矢量在x轴上的投影，I为气缸数 每缸往复惯性力矩的正转矢量为 合成力矩旋转矢量为 在z轴上的投影就是一阶和二阶合成往复惯性力矩瞬时值 把同一阶同向旋转的矢量合成，再求正反旋转合成矢量的矢量和，就可得出一阶和二阶合成惯性矢量 惯性力矩 一、概述 内燃机运转时，曲轴会产生周期变化的扭转和弯曲变形 使得曲轴轴系各个轴段互相扭转的振动称为扭转振动 扭振频率较低，在工作转速范围内容易发生强烈共振，造成严重后果 发生共振的曲周转速，称为临界转速。由于曲轴轴系有多个自由度，相应有多个固有频率，所以轴系的临界转速有很多个 二、轴系固有扭振频率 2.固有扭振频率的计算 以三自由度扭振模型为例进行计算。结果表明，用这样的模型计算直列四缸、六缸及V型八缸、十二缸的计算，误差一般不超过3% 每分钟固有振动数为 3.临界转速 引起曲轴系统产生扭振的激振转矩，就是作用在每一曲拐上的单拐转矩 由内燃机每一转发火数的整倍数或半整倍数阶激振转矩引起的共振是最危险的，称为主共振或强共振 引起主(强)共振的激振转矩谐量称为主(强)谐量，主(强)共振所对应的临界转速称为主(强