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2100
柴油机
曲轴
设计
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2100柴油机曲轴系设计,2100,柴油机,曲轴,设计
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课程课程设计设计说明说明书书 题目：2100T 柴油机曲轴的扭转振动计算 学生姓名学生姓名 李星韵 学院名称学院名称 机械工程学院 专专 业业 热能与动力工程 学学 号号 3008201290 指导教师指导教师 高文志 刘月辉 谭从民 一一、理论说明理论说明 在使用内燃机的长期实践中人们发现， 有的内燃机当达到某一转速时就产生剧烈的振动如果在这个转速持续运转下去就可能发生断轴事故， 但如果进一步提高或降低转速，则这种不正常情况就逐渐减弱或消失，重新恢复正常。 这一现象主要是由于曲轴发生了大幅度扭转振动引起的。 曲轴石油连杆作用在各个曲拐上的扭矩驱动旋转的，但这个扭矩是个周期变化量，因此曲轴也要随之产生周期变化的弹性扭转变形。当内燃机达到某一转速时，施加在曲轴上的周期变化的扭矩与曲轴本身的扭转振动之间可能产生所谓共振现象。 在发生共振时，曲轴扭转变形的幅度将大大超过正常值，这就是曲轴扭振共振，产生共振时的转速称为发动机的临界转速。 由于曲轴的扭转振动对内燃机的使用性能和工作可靠性有不良影响， 所以必须尽量设法使所设计的内燃机在工作转速范围内不产生明显的扭转振动。 本次设计旨在计算 2100T 型柴油机各个轴段的自振频率，从而算出临界转速，并对干扰力矩做简单的简谐分析。 二二、计算过程计算过程 2100T型柴油机为双缸直列型柴油机可将其看为三质量系统，把曲轴以及与曲轴相连接的活塞、连杆等运动零件的换算转动惯量集中起来，用一个位置在曲拐中间界面处的圆盘来代替， 将飞轮假象为另一圆盘圆盘之间用一根假想轴连接起来用以代表中间轴段的弹性。 根据内燃机设计P76公式，从动力输出端依次对各质量编号：1,2,3；可列方程： 对质量1：A1= 1； 对轴端1：U1= I12； 对质量2：A2= A1+U1K1； 对轴段2：U2= U1 I22A2； 对质量3：A3= A2+U2K2； 因为无轴段3，所以：U3= U2 I32A3= 0； 其中A相对振幅； U轴段所产生的弹性力矩； I 转动惯量； K刚度； 自振圆频率。 由PROE软件与飞轮计算结果可得： I1= 3.23 102(kgm2)；I2= 3.65 102(kgm2)；I3= 0.96(kgm2). 根据刚度计算公式： K=GIPl； 其中G材料的剪切弹性模数（Pa） ； l 轴长（m） ； IP轴的截面极惯性矩（m4)； 查表可得：G=7.6 105（kgf cm2) 可求出各轴段的刚度： K1= 1.16 107（N m rad)；K2= 1.46 107（N m rad)； 利用代入法或有限元软件可求出1、2。 则内燃机的临界转速为：ne=N 9.55e= 9.55 (r min). 对干扰力矩做简单简谐分析： 扭矩M是由作用在活塞上的气体压力所产生的扭矩Mg， 和由往复惯性力所产生的扭矩Mj复合而成的。 Mg= Mm+ Msin (t + )=1 (N m) 其中Mm一个气缸由气体压力所产生的平均扭矩(N m)； 工作过程周期变化的圆频率 =2T（s1） ； 对曲轴来说Mg各谐量的阶数； 第阶谐量的初相位（rad） ； M扭矩Mg第阶谐量的幅值(N m)。 由柴油机参数知： Mm=76.23(N m)；=33.33（s1） ；初相位设为0. 现在计算M，先计算平均指示压力Pi： Pi=143000NzD2Rnm (kgf cm2) 其中冲程系数； N计算工况下柴油机的功率（Ps）本例取标定功率； z气缸数目； D气缸直径； R曲柄半径； n计算工况下柴油机的转速（rpm） ； m柴油机机械效率 本例中， =2； N=25 （Ps） ； z=2； D=100mm； R=60mm； n=3000(rpm)； m=80%。 Pi=143000 4 252 0.12 0.06 2000 80% =7.448kgf cm3 查表可得C12= 2.8；C1= 3.4；C112= 3.6；C2= 3.15；C212= 2.7；C3= 2.2；C312= 1.85；C4= 1.45. M=4D2RC 即可算出Mg 对于往复惯性力矩可列方程组： M1= mjR2214sintM2= mjR2212sin (2t + )M3= mjR2234sin (3t + )? (kgf cm) 其中mj一组活塞连杆机构的往复运动质量; Rl. =0.3; 绘制干扰力矩谐量矢量图，分析共振时简谐力矩所做的功，此步需借助相关软件完成。 三三、设计总结设计总结 经过一个月的课程设计，研究了曲轴的扭转振动及相关计算，对于曲轴扭转振动及其后果以及计算过程有了一定的了解，但是基于能力所限和认知不足，有许多内容只是初步的计算，没能得出最终全面的结果，希
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