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2100
柴油机
曲轴
设计
- 资源描述：
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2100柴油机曲轴系设计,2100,柴油机,曲轴,设计
- 内容简介：
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曲轴飞轮组,2100T柴油机曲轴的平衡性分析及平衡措施,热动一班：邓豪,柴油机平衡的理论分析,Proe中曲柄连杆机构模型的建立,Adams中曲柄连杆机构的运动仿真,平衡方案的设计与比较,最终方案的确定,设计流程,旋转惯性力的平衡分析,一级往复惯性力的平衡分析,二级往复惯性力的平衡分析,传统的平衡措施,离心力矩的平衡：一般在曲柄上布置平衡块，来保证动平衡。 本机型受空间限制，只能采用完全平衡法， 即在曲柄上布置4个平衡块。 存在问题：平衡块的安装将影响主轴承载荷的大小和分布，平 衡块的施加还影响曲轴的内弯矩。,往复惯性力及其力矩的平衡：一般采用安装正反转轮系平 衡往复惯性来消减。 存在问题：由于主要是采用安装双轴平衡一阶、二阶往复惯性 力及所形成的力矩， 故结构相当复杂，很难实现。,相关参数的确定,一级往复惯性力矩理论曲线,二级往复惯性力理论曲线,曲轴、活塞和连杆组件的装配,导入Adams,施加约束,在曲轴左右轴与地面之间分别施加绕曲轴中心轴的旋转副； 在连杆组件1、2与曲轴左右曲拐之间分别施加绕曲拐中心轴的旋转副； 在连杆组件1、2与活塞销1、2之间分别施加绕活塞销中心轴的旋转副； 在活塞1、2与活塞销1、2之间施加绕活塞销中心轴的旋转副； 在活塞1、2与地之间施加沿活塞中心轴的移动副。,添加驱动,仿真动画,仿真结果,2100T柴油机往复惯性力,二级平衡机构,对于2100T柴油机而言，不平衡的往复惯性力及其力矩是发动机整机振动的重要激励源，该激励源无法通过柴油机本体设计予以消除，所以只有通过安装平衡机构来达到减振降噪的目的。 平衡块平衡机构 单轴平衡机构 双轴平衡机构,平衡块平衡机构,优点：柴油机的外形尺寸可保持在要求的范围之内，对整机系列化有利，零部件通用化程度也高。 缺点： 平衡块偏心质量大，而且同向旋转 的双平衡块将产生相对于曲轴中心的附加力矩，若设计不当，虽然能将二级往复惯性力平衡，但附加力矩的激振作用超出了原二级往复惯性力的激振作用，反而加剧柴油机的振动； 2. 机体承受较大的内力矩，这将增大机体附加变形； 3. 采用平衡块平衡机构势必增加齿轮数量，整机机械效率差一些，会增大机械噪声； 4. 存在轴承载荷大和转动线速度高的问题。,单轴平衡机构,总体来说，单轴平衡系统紧凑性较差，轴承负荷较大，易出故障，使用灵活性较小，动力输出头较少，不易保证2100T柴油机驱动机构的一致性等。,双轴平衡机构,该机构克服了上述平衡块和单轴平衡机构的不足，平衡轴位置相对容易布置。设计该机构时，需要注意，应该使柴油机二级往复惯性力与机构离心力合力之间的距离尽量小，以免机构带来的附加力矩过大，引起柴油机比之原来更加剧烈的振动。,平衡机构的计算,平衡机构的布置,平衡轴的布置范围大致可以分为两种： 一种是通轴设计，多数为全长平衡轴（与整机长度相当），不平衡量分配在整个轴上，全长平衡轴大多数是原机型设计中就设计有平衡机构的柴油机； 另一种是非长轴设计，即多段配置平衡块类型，平衡轴短于发动机总长，多为一缸或二缸内布置所采用，设计灵活多变，充分利用空间布置。 对于2100T柴油机，采用两段配置平衡块类型是合理的选择。,平衡块的设计,各轴段平衡量分布,平衡轴的三维模型,双平衡轴与曲柄连杆机构的空间布置,结论,采用传统理论分析方法对2100T柴油机进行了平衡分析，该机型存在不平衡的离心惯性力矩、一级往复惯性力矩，二级往复惯性力及其力矩； 利用Proe建立曲柄连杆机构的装配模型，并导入Adams进行了动力学仿真，仿真结果与理论分析结果比较吻合； 采用两段配置平衡块类型的双轴平衡机构是原机基础上的改进的平衡方案，内平衡情况得到改善，能够很好地平衡二级往复惯性力，但倾覆力矩仍未平衡如何既保证二级平衡机构紧凑，又能平衡倾覆力矩二谐分量，值得深入研究； 受曲轴结构和整机布置以及平衡块尺寸增加受限的前提下，2100T型柴油机是不可能达到完全平衡的。可将一部分的平衡重转移到飞轮及皮带轮上,改善原机的不平衡情况，但为了保证静平衡，皮带轮与飞轮处的平衡块应保证相同的质径积； 在工艺方面,应保证各平衡块满足尺寸公差及安装定位公差的要求，以确保静力平衡；支承的位置设置也应有位置公差要求，保证两心重合，避免耦合振动； 在结构方面，建议对连杆和曲轴重新优化设计，去掉应力较小的部分，以减小旋转惯性力和力矩的平衡负担。,参考文献,1 高文志，李明海，袁文华编著.内燃机课程设计.中国水利水电出版社，2010.8 2 史绍熙等. 柴油机设计手册. 中国农业机械出版社. 1984.1. 3 程金林，郝志勇，韩松涛等编著.一种车用高速柴油机曲柄连杆机构的动力学仿真分析汽车技术，2001(12)：58 4 覃文洁编著内燃机曲轴系振动响应的多体系统动力学分析方法安全与环境学报，2002，2(2)：5153 5 李增刚编著Adams入门详解与实例国防工业出版社，2007.1 6 赵丕欢. 柴油机平衡分析及平衡机构优化设计【硕士学位论文】. 太原：中北大学. 20
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