五缸机平衡分析

1、四冲程直列五缸机平衡分析吉林大学汽车学院内燃机系吉林大学汽车学院内燃机系袁兆成袁兆成 一、曲柄连杆机构受力分析（一）曲柄连杆机构的运动学（一）曲柄连杆机构的运动学( (活塞的运动学活塞的运动学) )（二）（二） 曲柄连杆机构中的作用力曲柄连杆机构中的作用力 曲柄连杆机构中的惯性力曲柄连杆机构中的惯性力惯性力与运动质量有关，该机构中的运动质量有往复运动质量mllmmmmj 21旋转运动质量 mllmmmmkkr 12往复惯性力 jjjjjFFCCCrmamF 2coscos )2cos(cos )2cos(cos2 222)(rmmrmFkrr旋转惯性力Fr往复惯性力的性质：往复惯性力的性质：a

2、. Fj与a 的变化规律相同，两者相差一个常数mj，方向相反。b. 可以用旋转矢量法确定Fj和Fj的大小、方向，用来判断往复惯性力作用性质。c. Fj和Fj 始终沿着气缸轴线作用。d. 往复惯性力总是存在。所以由Fj产生的单缸扭矩、翻倒力矩和自由力总是存在。但是曲轴一转内，翻转力矩之和、自由力矩之和为零。 四、往复惯性力和气压力作用的差别四、往复惯性力和气压力作用的差别 气压力Fg 是做功的动力，产生输出扭矩。气压力Fg 在机体内部平衡，没有自由力。Fj 没有平衡，有自由力产生，是发动机纵向振动的根源。Fjmax FgmaxFj 所占区域长，总是存在，正负面积相等；Fg 呈脉冲性。 二、内燃机

3、的平衡二、内燃机的平衡1. 1. 平衡的基本概念平衡的基本概念 2.2. 旋转惯性力的分析旋转惯性力的分析3.3. 单列式内燃机往复惯性力的平衡分析单列式内燃机往复惯性力的平衡分析旋转惯性力的分析旋转惯性力的分析2mmmkr旋转质量 旋转惯性力 、静平衡和动平衡、静平衡和动平衡质心在旋转轴上 动平衡 静平衡 旋转惯性力平衡分析旋转惯性力平衡分析 为使动平衡： rmrmrmrmrpprpp21 2122质径积1. 单拐曲轴2rmFrr 0rF0M0rrF0rrFF2. 三拐曲轴（132，四冲程或二冲程) 作曲柄侧视图及轴侧图 1203360 2403720AA或 图解法 对三个缸作离心力的矢量图

4、是静平衡 0rF对O点（最后一拐中心）取矩，作力矩矢量图整体平衡方法223rambrmMMrpprprmbarmrpp30aF3cos30MMaFM2aFMr1rr2r1raF2raFraF39030四拐平面曲轴离心力分析四拐平面曲轴离心力分析 1804720A离心惯性力的合力为零，离心惯性力矩也是零 曲轴本身承受有最大达aFr的内弯矩，而且中间主轴承承受较大的离心负荷 常见的有如图所示的四块平衡重方案，以减轻内弯矩和轴承负荷 FrFrFrFr四冲程五拐曲轴旋转惯性力分析四冲程五拐曲轴旋转惯性力分析 （1-2-4-5-3）1445720A四冲程5曲拐布置图四冲程5曲拐轴测图124350rF四冲

5、程五缸机旋转惯性力分析四冲程五缸机旋转惯性力分析图解法图解法曲柄侧视图四冲程5拐曲轴旋转惯性力多边形rraFM41rraFM32rraFM4rraFM23rraFM449. 0四冲程五缸机旋转惯性力矩分析四冲程五缸机旋转惯性力矩分析四冲程5拐曲轴旋转惯性力矩多边形旋转惯性力矩不平衡，值比较小利用矢量投影求和的代数方法，求离心力矩的大小和方向假设缸心距为a，对第五缸中心取矩各矢量在x轴的投影和为rrrrrrrrrrxaFaFaFaFaFMMMMM3633. 018cos54cos254cos390cos418cos54cos54cos90cos4321各矢量在y轴的投影和为rrrrrrrrrry

6、aFaFaFaFaFMMMMM2639. 018sin54sin254sin390sin418sin54sin54sin90sin4321rryrxraFMMM449. 022合力矩为合力矩的方向与y轴的夹角为542639. 03633. 01ryrxrMMtg22449. 0449. 0ramaFbrmrrpprmbarmrpp449. 0旋转惯性力矩不平衡，但是值很小，在平衡块上简单处理采用整体平衡时，平衡块质径积为：二冲程五拐曲轴旋转惯性力分析二冲程五拐曲轴旋转惯性力分析 （1-2-4-5-3）725360A二冲程5曲拐布置图二冲程5曲拐轴测图143520rF二冲程五缸机旋转惯性力分析二

7、冲程五缸机旋转惯性力分析图解法图解法曲柄侧视图二冲程5拐曲轴旋转惯性力多边形二冲程五缸机旋转惯性力矩分析二冲程五缸机旋转惯性力矩分析二冲程5拐曲轴旋转惯性力矩多边形旋转惯性力矩不平衡，值比较大利用矢量投影求和的代数方法，求离心力矩的大小和方向假设缸心距为a，对第五缸中心取矩各矢量在x轴的投影和为rrrrrrrrrrxaFaFaFaFaFMMMMM5388. 154cos18cos254cos390cos454cos18cos18cos90cos4321各矢量在y轴的投影和为rrrrrrrrrryaFaFaFaFaFMMMMM7361. 454sin18sin218sin390sin454sin

8、18sin18sin90sin4321rryrxraFMMM9797. 422合力矩为合力矩的方向与y轴的夹角为187361. 45388. 11ryrxrMMtg229797. 49797. 4ramaFbrmrrpprmbarmrpp9797. 4旋转惯性力矩不平衡，值很大，设计曲轴必须考虑采用整体平衡时，平衡块质径积为：单列式内燃机往复惯性力的平衡分析单列式内燃机往复惯性力的平衡分析 几个基本概念 Ccos2CcosjjjFFF2往复惯性力始终沿气缸轴线作用，大小和方向按简谐规律变化，力矩总是作用在气缸中心线与曲轴中心线组成的平面内。都是不平衡的自由力，如果不采取平衡措施，就会传到支承上

9、，引起纵向振动。 1. 往复惯性力可以用旋转矢量表示为3和jjFF单列式三缸机平衡分析法发火顺序1322403720A发火间隔角aCcos30 3aC 3x在水平轴投影后，jjMM3030单列四冲程四缸机（单列四冲程四缸机（1342）1804720A作曲柄图和轴侧图 1 4 1234 2 3 一阶曲柄图 二阶曲柄图 惯性力分析 2aC3aCaC0C4F0FRjRj023aCaCaCMj单列四冲程六缸机（单列四冲程六缸机（153624）1206720A0 0RjRjFF惯性力分析： 惯性力矩分析：相当于两个三拐曲轴对称安置， 0 0, jjMM在自身已经达到静平衡和动平衡性的曲轴上添加平衡重，目

10、的是减轻轴承负荷和减小曲轴的内弯矩。 单列四冲程五缸机（12453）发火间隔角1445720A作曲柄图和轴测图可以看出：可以看出：一阶惯性力和二阶惯一阶惯性力和二阶惯性力的合力都是零，性力的合力都是零，是平衡的。是平衡的。aaaaO1243512435 0jIF 0jIIF四冲程五缸机一阶往复惯性力矩分析四冲程五缸机一阶往复惯性力矩分析aC4aC3aCaC2aCMjI449. 0axjMIm54 有最大值第一缸上止点前5jIF4jIF3jIF2jIF1jIFaaaaO一阶力矩各矢量在x轴的投影和为aCaCaCaCaCMMMMMjIjIjIjIjIx3633. 018cos54cos254cos

11、390cos418cos54cos54cos90cos4321各矢量在y轴的投影和为aCaCaCaCaCMMMMMjIjIjIjIjIy2639. 018sin54sin254sin390sin418sin54sin54sin90sin4321合力矩为aCMMMjIyjIxjI449. 022一阶合力矩的方向与y轴的夹角为542637. 03633. 01jIyjIxrMMtg365490与水平轴的夹角为54向水平轴投影得到此时的实际一阶往复惯性力矩为aCaCMjI2639. 054cos449. 0aC4aC3aCaC2aCMjI449. 0Ca4Ca3Ca2CaCaMj9797. 418a

12、CaCMj736. 418cos9797. 43jIIF1jIIF5jIIF4jIIF2jIIF二阶往复惯性力矩分析二阶往复惯性力矩分析二阶往复惯性力矩的合力矩幅值为aCaCaCaCaCMMMMMjjjjxj5389. 154cos18cos218cos390cos454cos18cos18cos90cos4321aCaCaCaCaCMMMMMjjjjyj736. 454sin18sin218sin390sin454sin18sin18sin90sin4321aCMMMyjxjj9797. 42218736. 45389. 11yjxjrMMtg721890与水平轴的夹角为18向水平轴投影得到此时的实际一阶往复惯性力矩为aCaCMj736. 418cos9797. 4即使考虑到连杆比即使考虑到连杆比（1/3），二阶往复惯性力矩的值也比较），二阶往复惯性力矩的值也比较大，大于一阶往复惯性力矩的幅值。设计中应该采用双轴机大，大于