主推进动力装置课件

《主推进动力装置》

第六章柴油机的振动第一节活塞、连杆机构的运动

与受力分析中心曲柄连杆机构：其曲轴回转中心线和活塞销中心线均与气缸中心线相交。

l+rxlr00一、活塞的位移活塞的位移X由活塞上止点开始记录，见图1-1：式中，r是曲柄半径，l是连杆大、小头中心距，是曲拐转角，是连杆摆角。图1-1正置曲柄连杆机构简图一、活塞、连杆的运动分析

记：则：（1-1）（1-2）（精确式）因：（三角形正弦定律）故：（1-3）而：（1-4）则活塞位移的近似式为：（1-5）（近似式）

采用较大的（即较短的连杆），可使发动机高度减少，重量减轻，但同时也使活塞加速度和连杆摆角有所增大，相应地使往复运动质量的惯性力和活塞侧推力有所增大。

现代船用发动机倾向于采用较大的，注意有时需将活塞裙部或缸套下端铣去一部分，以避免运动干涉。

叫作“连杆比”，是一个重要的结构设计参数。

当α=90°或270°时

x=R+λR/2＞R一、活塞的运动x≈R(1-cos

)+(1-cos2

)1．活塞的位移λ=R/L连杆比当α=0°时,x=0(上止点);当α=180°时,x=2R=S(下止点);二、活塞的速度活塞速度：将式（1-3）对时间求导，得：（1-6）代入上式，且记曲轴角速度：（1-7）（精确式）可得：将式（1-5）对时间求导，得：（1-8）（近似式）活塞平均速度：（1-9）2.活塞的速度X′≈Rωsin+(2ω)sin2当=0°时(上止点)或=180°时(下止点)x′=0活塞运动的最大速度x′max则出现在α＜90°的某一位置。三、活塞的加速度将式（1-7）对时间求导，得：将式（1-6）代入上式，得：（1-10）（精确式）将式（1-8）对时间求导，得：（1-11）（近似式）

左图所示是近似式计算的活塞位移、速度和加速度结果。（1）活塞位移：上、下止点附近位移变化缓慢。因此，实际确定上止点位置时，一般先确定某一活塞位置（90ºCA左右），在上止点前后测量对应这一活塞位移的曲轴转角范围除以二就是上止点位置。（2）活塞速度：在0ºCA~90ºCA之间和270ºCA~360ºCA之间，活塞速度各出现一个正极值和负极值。（3）活塞加速度：在上止点前后活塞加速度是正值，方向是活塞下行的方向，往复惯性力朝上；在下止点前后活塞加速度是负值，方向是活塞上行的方向，往复惯性力朝下。根据极值方法求解，可得：3.活塞的加速度X″≈Rω2cos+(2ω)2cos2在α＜90°或α＞270°的某个位置x″=0

当α=0°时,x″max=Rω2(1+λ),方向向下;当α=180°时,x″=-Rω2(1-λ)，方向向上；2由于|cos

|<1，第三个加速度极值只能在时才出现。四、连杆的角位移、角速度和角加速度

连杆的运动是随活塞的往复直线运动和绕活塞销的摆动两种运动的组合，即平面往复运动。

活塞绕活塞销摆动的角位移，从连杆与气缸中心线重合知起算，在

CA范围内为正值，

18360CA范围内为负值。由式（1-3）知：（1-12）极值：（1-13）角速度：角速度极值：角加速度：化简得：（1-14）角加速度极值：二、连杆的运动当α=90°和α=270°时,β″达到最大值。

β″与β方向相反连杆的摆角β=sin-1(λsin)

连杆摆动角速度β′=λωcossecβ连杆摆动角加速度

β″=-λ(1-λ2)ω2·sin·sec3β当α=90°和270°时,连杆在气缸中心线两侧的摆角的绝对值达到最大值（右侧为正）当α=0°和180°、β=0°时,连杆摆动角速度最快,其数值相等,方向相反。2一、气体作用力二、惯性力三、零件的受力分析二、曲柄连杆机构受力分析

1、气体作用力一、气体作用力pgp′2、缸内压力一、气体作用力二、惯性力

曲柄连杆机构的运动及质量换算往复惯性力旋转惯性力

1.曲柄连杆机构的运动

曲柄连杆机构的所有运动零件可分为三组：

（1）沿气缸轴线作直线往复运动

（2）均匀转动的曲拐

（3）平面运动的连杆组

2.连杆的质量换算二质量系统三质量系统二质量系统等效原则：质量相等质心重合转动惯量相等3.往复质量和往复惯性力（1）往复运动质量（2）往复惯性力4.旋转质量与惯性力（1）旋转质量（2）离心力MLMLAMLBAB2、惯性力1）.运动部件的质量代换连杆质量的代换ml

mlA+mlB

A小端小端大端连杆力偶ML往复运动质量

mj=mp+mlA

不平衡回转质量mR=mk+mlB

ω2)往复惯性力一次往复惯性力mj/2Rω同步反向转二次往复惯性力mj/2

R

2ω同步反向转

连杆在右时为顺时针，连杆在左时为逆时针。

3)回转惯性力

FR=-mRR

2方向与向心加速度的方向相反4)连杆力偶作用在连杆摆动平面内。ML23.切向力T和法向力Z

四、曲柄连杆机构作用力分析1.合力FF=Fg+Fj2.侧推力FＮ和连杆推力FL4.柴油机的输出力矩和倾覆力矩

动力矩:TR

倾覆力矩:FHH=－TR输出力矩和倾覆力矩大小相等而方向相反1111角速度波动。柴油机的单缸切向力曲线和总切向力曲线总切向力TΣ总切向力矩TΣ•R为曲轴的输出力矩，大小是交变的，一个循环变化i（气缸数）次。柴油机的回转不均