主推進(jìn)動(dòng)力裝置課件

《主推進(jìn)動(dòng)力裝置》

第六章柴油機(jī)的振動(dòng)第一節(jié)活塞、連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)

與受力分析中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)：其曲軸回轉(zhuǎn)中心線和活塞銷中心線均與氣缸中心線相交。

l+rxlr00一、活塞的位移活塞的位移X由活塞上止點(diǎn)開(kāi)始記錄，見(jiàn)圖1-1：式中，r是曲柄半徑，l是連桿大、小頭中心距，是曲拐轉(zhuǎn)角，是連桿擺角。圖1-1正置曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖一、活塞、連桿的運(yùn)動(dòng)分析

記：則：（1-1）（1-2）（精確式）因：（三角形正弦定律）故：（1-3）而：（1-4）則活塞位移的近似式為：（1-5）（近似式）

采用較大的（即較短的連桿），可使發(fā)動(dòng)機(jī)高度減少，重量減輕，但同時(shí)也使活塞加速度和連桿擺角有所增大，相應(yīng)地使往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性力和活塞側(cè)推力有所增大。

現(xiàn)代船用發(fā)動(dòng)機(jī)傾向于采用較大的，注意有時(shí)需將活塞裙部或缸套下端銑去一部分，以避免運(yùn)動(dòng)干涉。

叫作“連桿比”，是一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。

當(dāng)α=90°或270°時(shí)

x=R+λR/2＞R一、活塞的運(yùn)動(dòng)x≈R(1-cos

)+(1-cos2

)1．活塞的位移λ=R/L連桿比當(dāng)α=0°時(shí),x=0(上止點(diǎn));當(dāng)α=180°時(shí),x=2R=S(下止點(diǎn));二、活塞的速度活塞速度：將式（1-3）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得：（1-6）代入上式，且記曲軸角速度：（1-7）（精確式）可得：將式（1-5）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得：（1-8）（近似式）活塞平均速度：（1-9）2.活塞的速度X′≈Rωsin+(2ω)sin2當(dāng)=0°時(shí)(上止點(diǎn))或=180°時(shí)(下止點(diǎn))x′=0活塞運(yùn)動(dòng)的最大速度x′max則出現(xiàn)在α＜90°的某一位置。三、活塞的加速度將式（1-7）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得：將式（1-6）代入上式，得：（1-10）（精確式）將式（1-8）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得：（1-11）（近似式）

左圖所示是近似式計(jì)算的活塞位移、速度和加速度結(jié)果。（1）活塞位移：上、下止點(diǎn)附近位移變化緩慢。因此，實(shí)際確定上止點(diǎn)位置時(shí)，一般先確定某一活塞位置（90oCA左右），在上止點(diǎn)前后測(cè)量對(duì)應(yīng)這一活塞位移的曲軸轉(zhuǎn)角范圍除以二就是上止點(diǎn)位置。（2）活塞速度：在0oCA~90oCA之間和270oCA~360oCA之間，活塞速度各出現(xiàn)一個(gè)正極值和負(fù)極值。（3）活塞加速度：在上止點(diǎn)前后活塞加速度是正值，方向是活塞下行的方向，往復(fù)慣性力朝上；在下止點(diǎn)前后活塞加速度是負(fù)值，方向是活塞上行的方向，往復(fù)慣性力朝下。根據(jù)極值方法求解，可得：3.活塞的加速度X″≈Rω2cos+(2ω)2cos2在α＜90°或α＞270°的某個(gè)位置x″=0

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

|<1，第三個(gè)加速度極值只能在時(shí)才出現(xiàn)。四、連桿的角位移、角速度和角加速度

連桿的運(yùn)動(dòng)是隨活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)和繞活塞銷的擺動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)的組合，即平面往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

活塞繞活塞銷擺動(dòng)的角位移，從連桿與氣缸中心線重合知起算，在

CA范圍內(nèi)為正值，

18360CA范圍內(nèi)為負(fù)值。由式（1-3）知：（1-12）極值：（1-13）角速度：角速度極值：角加速度：化簡(jiǎn)得：（1-14）角加速度極值：二、連桿的運(yùn)動(dòng)當(dāng)α=90°和α=270°時(shí),β″達(dá)到最大值。

β″與β方向相反連桿的擺角β=sin-1(λsin)

連桿擺動(dòng)角速度β′=λωcossecβ連桿擺動(dòng)角加速度

β″=-λ(1-λ2)ω2·sin·sec3β當(dāng)α=90°和270°時(shí),連桿在氣缸中心線兩側(cè)的擺角的絕對(duì)值達(dá)到最大值（右側(cè)為正）當(dāng)α=0°和180°、β=0°時(shí),連桿擺動(dòng)角速度最快,其數(shù)值相等,方向相反。2一、氣體作用力二、慣性力三、零件的受力分析二、曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析

1、氣體作用力一、氣體作用力pgp′2、缸內(nèi)壓力一、氣體作用力二、慣性力

曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及質(zhì)量換算往復(fù)慣性力旋轉(zhuǎn)慣性力

1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)

曲柄連桿機(jī)構(gòu)的所有運(yùn)動(dòng)零件可分為三組：

（1）沿氣缸軸線作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)

（2）均勻轉(zhuǎn)動(dòng)的曲拐

（3）平面運(yùn)動(dòng)的連桿組

2.連桿的質(zhì)量換算二質(zhì)量系統(tǒng)三質(zhì)量系統(tǒng)二質(zhì)量系統(tǒng)等效原則：質(zhì)量相等質(zhì)心重合轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相等3.往復(fù)質(zhì)量和往復(fù)慣性力（1）往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量（2）往復(fù)慣性力4.旋轉(zhuǎn)質(zhì)量與慣性力（1）旋轉(zhuǎn)質(zhì)量（2）離心力MLMLAMLBAB2、慣性力1）.運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量代換連桿質(zhì)量的代換ml

mlA+mlB

A小端小端大端連桿力偶ML往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量

mj=mp+mlA

不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量mR=mk+mlB

ω2)往復(fù)慣性力一次往復(fù)慣性力mj/2Rω同步反向轉(zhuǎn)二次往復(fù)慣性力mj/2

R

2ω同步反向轉(zhuǎn)

連桿在右時(shí)為順時(shí)針，連桿在左時(shí)為逆時(shí)針。

3)回轉(zhuǎn)慣性力

FR=-mRR

2方向與向心加速度的方向相反4)連桿力偶作用在連桿擺動(dòng)平面內(nèi)。ML23.切向力T和法向力Z

四、曲柄連桿機(jī)構(gòu)作用力分析1.合力FF=Fg+Fj2.側(cè)推力FＮ和連桿推力FL4.柴油機(jī)的輸出力矩和傾覆力矩

動(dòng)力矩:TR

傾覆力矩:FHH=－TR輸出力矩和傾覆力矩大小相等而方向相反1111角速度波動(dòng)。柴油機(jī)的單缸切向力曲線和總切向力曲線總切向力TΣ總切向力矩TΣ?R為曲軸的輸出力矩，大小是交變的，一個(gè)循環(huán)變化i（氣缸數(shù)）次。柴油機(jī)的回轉(zhuǎn)不均