內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)多體動(dòng)力學(xué)高教課堂

1、 曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)xiao peng1教學(xué)運(yùn)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的 主要作用力主要作用力l氣體作用力l運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性力l外界負(fù)載對(duì)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動(dòng)的反作用力2教學(xué)運(yùn)用曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量換算曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量換算l活塞組l曲軸組l連桿組復(fù)雜的質(zhì)量系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)上 相當(dāng)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的 簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化：3教學(xué)運(yùn)用活塞組活塞組l純粹 往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng) 零件的總稱l包括 活塞、活塞環(huán)、活塞銷以及它們的緊固元件活塞組質(zhì)量mp 近似地 集中在活塞銷中心處4教學(xué)運(yùn)用曲軸組曲軸組l純粹 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 零件的總稱 l包括 曲軸定時(shí)齒輪、止推片、曲軸、平衡重l對(duì)于 與曲軸中心線對(duì)

2、稱的部分的平衡質(zhì)量，其產(chǎn)生的離心慣性力互相抵消，可不予考慮l確定曲軸質(zhì)量時(shí)，只考慮其中 不平衡部分不平衡部分 的質(zhì)量5教學(xué)運(yùn)用l目的：把單位曲柄不平衡質(zhì)量 換算成 集中于 曲柄半徑曲柄半徑r處處（曲柄銷中心） 的質(zhì)量mkl原則：轉(zhuǎn)換后集中質(zhì)量mk所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力與轉(zhuǎn)換前不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力 相等相等6教學(xué)運(yùn)用l曲柄銷l曲柄臂mmr?2 2 mrmrrmmr 7教學(xué)運(yùn)用l換算到 曲柄半徑r處 的整個(gè)曲柄組的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量為rmmmmmrr k22l單位曲拐 = 一個(gè)曲柄銷 + 兩個(gè)曲柄臂8教學(xué)運(yùn)用連桿組連桿組l作復(fù)合平面運(yùn)動(dòng)復(fù)合平面運(yùn)動(dòng) 的零件l包括 連桿體、連桿小頭襯套、連桿蓋、連桿螺栓和螺

3、母、連桿軸承l(wèi)連桿組總質(zhì)量mcl活塞銷處作往復(fù)運(yùn)動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量m1l曲柄銷處作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量m2動(dòng)力效應(yīng) 相同9教學(xué)運(yùn)用為此應(yīng)滿足的三個(gè)條件為此應(yīng)滿足的三個(gè)條件（1）質(zhì)量不變（2）系統(tǒng)的質(zhì)心位置不變c21ci , mmmmm0- 012ibmamlmic2c1,mlbmmlam?10教學(xué)運(yùn)用（3）系統(tǒng)對(duì)質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變即：e2iilmi因?yàn)檗D(zhuǎn)換后的雙質(zhì)量系統(tǒng)的質(zhì)量分布質(zhì)量分布相對(duì)于換算前的質(zhì)心離曲軸中心線更遠(yuǎn)，所以換算后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要比原系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要大一些，所以第三個(gè)條件得不到滿足但一般情況下，換算前后的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相差不大11教學(xué)運(yùn)用主副連桿式曲柄連桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的主副連桿式曲柄連桿機(jī)

4、構(gòu)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量換算質(zhì)量換算l首先用兩個(gè)質(zhì)量me1、 me2代替原副連桿原副連桿的質(zhì)量meee2ee1mldmmlcm?12教學(xué)運(yùn)用l將me2看做是集中在主連桿上的副連桿銷中心l在主連桿上主連桿上進(jìn)行質(zhì)量換算，得：lrlmlbmmlrmlammeee2ll2e2ll1cos-,cos?13教學(xué)運(yùn)用綜合綜合l對(duì)于中心（或偏心式）曲柄連桿機(jī)構(gòu)，實(shí)際系統(tǒng)可用集中于活塞銷中心的往集中于活塞銷中心的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量mj和集中于曲柄銷中心的旋集中于曲柄銷中心的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)質(zhì)量mr來(lái)代替，即：2kr1pj,mmmmmm?14教學(xué)運(yùn)用l對(duì)于主副連桿式曲柄連桿機(jī)構(gòu)，實(shí)際系統(tǒng)可用集中于副缸活塞銷中集中于副缸活塞銷

5、中心的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量心的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量mej，集中于主缸活塞銷中集中于主缸活塞銷中心的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量心的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量mlj，以及集中于曲柄銷中心作集中于曲柄銷中心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量mr來(lái)代替，如圖所示：15教學(xué)運(yùn)用)cos-()cos(e2lkl2kre2llpl1lplje1epejlrlmlbmmmmmlrmlammmmmmmmee?16教學(xué)運(yùn)用中心式曲柄連桿機(jī)構(gòu)的中心式曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用力和力矩作用力和力矩內(nèi)燃機(jī)中的基本作用力氣缸內(nèi)的氣體壓力p曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力)p-(p42gdp=換算質(zhì)量后的各個(gè)質(zhì)量相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)加速度作用在活塞上的氣體作用力17教學(xué)運(yùn)用中心式曲

6、柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力中心式曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力l往復(fù)慣性力方向： 與加速度方向相反總的往復(fù)慣性力jiiji2j2j2jjj2cos-cos-)2coscos(-pprmrmrmamp?1pjmmm18教學(xué)運(yùn)用各力的對(duì)比關(guān)系圖各力的對(duì)比關(guān)系圖19教學(xué)運(yùn)用l離心慣性力2krmmm方向：總是沿著曲柄半徑方向向外2rrrmp 大小：為定值20教學(xué)運(yùn)用中心式曲柄連桿機(jī)構(gòu)中中心式曲柄連桿機(jī)構(gòu)中力的傳遞及作用效果分析力的傳遞及作用效果分析l活塞銷處的總作用力jgpppl總作用力的傳遞cospktan pn21教學(xué)運(yùn)用l的大小對(duì)活塞位移曲線的影響l活塞位移的近似表達(dá)式l的值越大，活塞位移曲線越豐滿)sin21c

7、o-1 (2srx22教學(xué)運(yùn)用l連桿作用力k方向規(guī)定：l缸壁側(cè)壓力n正負(fù)號(hào)規(guī)定：使連桿受拉受拉時(shí)為正正，受壓受壓時(shí)為負(fù)負(fù)當(dāng)側(cè)壓力n所形成的反力矩與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相反相反時(shí)，側(cè)壓力為正正值，反之為負(fù)？23教學(xué)運(yùn)用l力沿連桿傳遞到曲柄銷時(shí)，得力k=k，再將它分解成垂直于曲柄的切向力切向力t和沿曲柄半徑的徑向力徑向力zcos)(sin)(sinpktcos)cos()cos(pkz24教學(xué)運(yùn)用因?yàn)樗钥傻?，切向力t和徑向力z 隨轉(zhuǎn)角變化的關(guān)系曲線：如圖2-1022sin-1cosarc25教學(xué)運(yùn)用l沿曲柄半軸，徑向力z傳至曲軸中心z=z，切向力t傳至曲軸中心t和反作用力t，t與t形成力偶m1（單缸指示

8、轉(zhuǎn)矩），它使內(nèi)燃機(jī)克服外界阻力矩而旋轉(zhuǎn)，大小為rptrmcos)(sin26教學(xué)運(yùn)用ppkkpcoscoscoscos npkknsincossinsin 將k分成分解成沿沿氣缸中心線的力p 和垂直于垂直于氣缸中心線的力n27教學(xué)運(yùn)用l曲柄連桿機(jī)構(gòu)中 力的作用效果缸壁側(cè)推力n和傳遞到曲軸中心的力n產(chǎn)生了一個(gè)力偶矩mn1（傾覆力矩），大小為11-)cos(lcostan-mrpnamn28教學(xué)運(yùn)用l上式說(shuō)明一個(gè)氣缸發(fā)出的指示轉(zhuǎn)矩m1，與傾覆力矩mn1大小相等，方向相反。l傾覆力矩mn1通過(guò)機(jī)體傳到發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝支架上，它是引起發(fā)動(dòng)機(jī)繞曲軸中心曲軸中心線線產(chǎn)生縱搖振動(dòng)的最重要最重要的內(nèi)在激勵(lì)因素29

9、教學(xué)運(yùn)用ppkkpcoscoscoscos npkknsincossinsin 將k分成分解成沿沿氣缸中心線的力p 和垂直于垂直于氣缸中心線的力n30教學(xué)運(yùn)用lp分解成作用于主軸承上主軸承上的氣體作用力pg和往復(fù)慣性力pj，jgpppjgppppjg,?作用于汽缸蓋上汽缸蓋上的氣體作用力pg和作用于主主軸承上軸承上的氣體作用力pg大小相等，方向相反，在機(jī)體內(nèi)抵消，造成機(jī)體拉伸或壓縮，不傳至發(fā)動(dòng)機(jī)體外31教學(xué)運(yùn)用l傳遞給主軸承上的往復(fù)慣性力pj以自由力的形式出現(xiàn)，通過(guò)軸承傳至機(jī)體，作用在發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝支架上l是引起內(nèi)燃機(jī)垂直振動(dòng)的主要激勵(lì)力之一32教學(xué)運(yùn)用l集中于曲柄銷中心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量mr

10、中所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力pr也通過(guò)軸承傳至機(jī)體，作用在發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝支架上l分解成平行于氣缸中心線的分量prv（引起垂直振動(dòng)）和垂直于氣缸中心線的分量prh （引起橫向振動(dòng)）sincoshvrrrrpppp33教學(xué)運(yùn)用綜合綜合l內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的氣體壓力和往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力 經(jīng) 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的傳遞，產(chǎn)生內(nèi)燃機(jī)的輸出扭矩（驅(qū)動(dòng)負(fù)載對(duì)外做功）。在力的傳遞過(guò)程中產(chǎn)生反扭矩、旋轉(zhuǎn)慣性力，最終傳至機(jī)體，引起振動(dòng)34教學(xué)運(yùn)用偏心式曲柄連桿機(jī)構(gòu)的偏心式曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用力和力矩作用力和力矩l與中心式曲柄連桿機(jī)構(gòu)區(qū)別不大l其中往復(fù)慣性力的區(qū)別在于往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的加速度不同，總的往復(fù)慣性力為jiiji2j2j2jjj2cos-)s

11、incos(-)sin2coscos(-pprmkrmkrmampl連桿比和相對(duì)偏心量k的數(shù)值相對(duì)很小，可以忽略l對(duì)于氣體作用力和旋轉(zhuǎn)慣性力，與中心式連桿機(jī)構(gòu)沒(méi)什么區(qū)別35教學(xué)運(yùn)用l此時(shí)反力矩mn= na+ p ge = -(tr- p ge)l曲柄偏心時(shí)，作用力的分解與傳遞l作用在主軸承上的p （ p = p = p g+ p j ）不通過(guò)氣缸中心線，而氣體作用力p g通過(guò)氣缸中心線，這樣就多形成了一個(gè)反力偶矩p ge36教學(xué)運(yùn)用l活塞銷偏心時(shí)，作用力的分解與傳遞l作用在主軸承上的氣體壓力中心相對(duì)于活塞銷中心線（傳力點(diǎn)）有一偏心量e，因此也形成了一個(gè)反力偶矩p gel此時(shí)反力矩mn= na+

12、 p ge = -(tr- p ge)l與曲軸偏心時(shí)的結(jié)果一樣37教學(xué)運(yùn)用主副連桿式曲柄連桿機(jī)構(gòu)的主副連桿式曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用力和力矩作用力和力矩l與中心式曲柄連桿機(jī)構(gòu)不完全相同l主缸除了受到本身本身的氣體作用力和往復(fù)慣性力外，還受到了副缸副缸的氣體作用力和往復(fù)慣性力38教學(xué)運(yùn)用副缸活塞上的作用力副缸活塞上的作用力分解與傳遞分解與傳遞l分解成沿沿連桿軸線方向的連桿作用力ke和垂直于垂直于連桿軸線方向的缸壁側(cè)壓力neeeetan pneeecospk39教學(xué)運(yùn)用e可通過(guò)下式求得)-(sinsinsinrrleeke沿著副連桿軸線傳至副連桿銷c，在曲柄銷b處產(chǎn)生大小相等，方向相反的兩個(gè)ke和ke40教學(xué)運(yùn)用lke對(duì)曲柄銷中心b