內(nèi)燃機曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動-發(fā)動機-扭轉(zhuǎn)-振動課件

內(nèi)燃機曲軸系統(tǒng)的

扭轉(zhuǎn)振動

——XiaoPeng內(nèi)燃機曲軸系統(tǒng)的

扭轉(zhuǎn)振動——XiaoPeng內(nèi)因：軸系本身就有自由扭振特性（慣性、彈性）外因：周期性變化的激勵載荷作用在軸系上（扭振的能量來源）曲軸系統(tǒng)（軸系）扭振的產(chǎn)生原因內(nèi)因：軸系本身就有自由扭振特性（慣性、彈性）曲軸系統(tǒng)（軸系）軸系扭振的危害使曲軸間的夾角產(chǎn)生變化，破壞曲軸的原有平衡狀態(tài)使機體的振動和噪聲顯著增大導致配氣定時和噴油定時失去最佳狀態(tài)，使內(nèi)燃機工作性能變壞使傳動齒輪間的撞擊、摩擦加劇扭振附加應力的增加，有可能使曲軸及其傳動齒輪斷裂軸系扭振的危害使曲軸間的夾角產(chǎn)生變化，破壞曲軸的原有平衡狀態(tài)軸系扭轉(zhuǎn)振動的計算建立物理模型（將復雜的軸系簡化換算成振動特性與之相同的當量系統(tǒng)計算當量系統(tǒng)的自振特性（固有頻率、相應頻率下的振型）對作用在各曲拐上的激勵載荷進行簡諧分析進行軸系的強迫振動計算，求出共振時的實際振幅與各軸段的扭轉(zhuǎn)振動附加應力針對上述計算結(jié)果，全面評定整個軸系工作是否可靠軸系扭轉(zhuǎn)振動的計算建立物理模型（將復雜的軸系簡化換算成軸系的當量換算原則：振動特性相同慣量較大且較集中的部件慣量較小且較分散的部件阻尼非彈性的慣量元件無慣量的彈性元件彈性元件的軸段阻尼和慣性元件的質(zhì)量阻尼激勵載荷只作用在慣性元件上軸系的當量換算原則：振動特性相同慣量較大且較集中的部件非彈軸系的當量系統(tǒng)圖軸系的當量系統(tǒng)圖單位曲柄轉(zhuǎn)動慣量的計算單位曲柄=主軸頸+曲柄銷+曲柄臂主軸頸(mainjournal)對曲軸中心線的轉(zhuǎn)動慣量單位曲柄轉(zhuǎn)動慣量的計算單位曲柄=主軸頸+曲柄銷+曲柄臂主軸頸曲柄銷（crankpin）對曲軸中心線的轉(zhuǎn)動慣量——曲柄銷對自身中心線的轉(zhuǎn)動換量曲柄銷（crankpin）對曲軸中心線的轉(zhuǎn)動慣量——曲柄銷曲柄臂（crankweb）和平衡重（blanceweight）對曲軸中心線的轉(zhuǎn)動慣量方法：分割后，求各部分的轉(zhuǎn)動慣量，再求和對應于圓心角的圓弧帶的轉(zhuǎn)動慣量曲柄臂（crankweb）和平衡重（blanceweig綜上，單位曲柄（crank）的轉(zhuǎn)動慣量為整個曲柄臂的轉(zhuǎn)動慣量用同樣的方法可求得平衡重的轉(zhuǎn)動慣量上述轉(zhuǎn)動慣量可在三維CAD軟件中求得綜上，單位曲柄（crank）的轉(zhuǎn)動慣量為整個曲柄臂的轉(zhuǎn)動慣量活塞、連桿當量轉(zhuǎn)動慣量的換算往復運動質(zhì)量（）的運動動能原則：運動動能不變曲柄轉(zhuǎn)動一周，往復運動質(zhì)量的平均動能活塞、連桿當量轉(zhuǎn)動慣量的換算往復運動質(zhì)量（據(jù)動能相等則

的值很小，可略去不計，因此，往復運動質(zhì)量的當量轉(zhuǎn)動慣量近似表示為設往復運動質(zhì)量的當量轉(zhuǎn)動慣量為，則其動能為據(jù)動能相等設往復運動質(zhì)量的當量轉(zhuǎn)動慣量為，則其動連桿組換算在曲柄銷中心的作旋轉(zhuǎn)運動的質(zhì)量對曲軸中心線的轉(zhuǎn)動慣量為所以，往復運動質(zhì)量的對曲軸中心線的轉(zhuǎn)動慣量，相當于將質(zhì)量的1/2加在曲柄銷中心上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量綜上，內(nèi)燃機單缸的當量轉(zhuǎn)動慣量為連桿組換算在曲柄銷中心的作旋轉(zhuǎn)運動的質(zhì)量對曲軸中心線的轉(zhuǎn)齒輪傳動系統(tǒng)的當量轉(zhuǎn)動慣量的換算通常把系統(tǒng)簡化成仍然按原主動軸的轉(zhuǎn)速（即曲軸轉(zhuǎn)速）回轉(zhuǎn)的系統(tǒng)原則：換算前后，動能不變齒輪傳動系統(tǒng)的當量轉(zhuǎn)動慣量的換算通常把系統(tǒng)簡化成仍然按原主所以，換算后的當量轉(zhuǎn)動慣量為：令傳動比

則同理：所以，換算后的當量轉(zhuǎn)動慣量為：齒輪傳動系統(tǒng)的柔度的換算原則：彈性位能（U）不變齒輪傳動系統(tǒng)的柔度的換算原則：彈性位能（U）不變由

得兩齒輪在嚙合處的周向弧長位移相等所以，簡化成單枝系統(tǒng)后，柔度是原來的1/i2

倍由 得所以，簡化成單枝系統(tǒng)后，柔度是原來的1/i2彈性參數(shù)的當量轉(zhuǎn)換通常把不同直徑的軸段，轉(zhuǎn)換為一標準直徑的軸段，但對其長度做出相應的變化原則：換算前后，柔度不變轉(zhuǎn)換前

轉(zhuǎn)換后彈性參數(shù)的當量轉(zhuǎn)換通常把不同直徑的軸段，轉(zhuǎn)換為一標準直徑的軸其中，截面慣性矩：由

得：同理，可得：換算后，整根軸的當量長度為：其中，截面慣性矩：換算后，整根軸的當量長度為：單位曲柄的柔度計算曲柄形狀復雜且形式多樣，既受彎曲又受扭轉(zhuǎn)，又受過渡部分及軸承間隙的影響等目前均采用半經(jīng)驗公式這些公式只有對與之類型相同的曲軸才適用單位曲柄的柔度計算曲柄形狀復雜且形式多樣，既受彎曲又受扭轉(zhuǎn)，軸系的自由振動內(nèi)燃機的阻尼比較小，在計算自振頻率時，一般都忽略阻尼I—當量轉(zhuǎn)動慣量K—扭轉(zhuǎn)剛度—振動扭轉(zhuǎn)角據(jù)達達朗貝爾原理，得：軸系的自由振動內(nèi)燃機的阻尼比較小，在計算自振頻率時，一般都忽依次得各質(zhì)量的運動微分方程：短陣形式：依次得各質(zhì)量的運動微分方程：短陣形式：內(nèi)燃機曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動-發(fā)動機-扭轉(zhuǎn)-振動ppt課件軸系作自由振動，時各質(zhì)量作簡諧振動，所以，上式的特解為：

其中代入原式，得：解此方程，可得n個特征值

及其對應的特征矩陣[A]矩陣[A]的第i列矢量{A}i就是軸系振動的第i階固有圓頻率Ωi的振形矢量軸系作自由振動，時各質(zhì)量作簡諧振動，所以，上式的特解為：解此軸系自由扭轉(zhuǎn)振動振形圖振形圖：各質(zhì)量在每階固有圓頻率Ωi下的相對振幅相對振幅：將振形矢量{A}i的第一個元素進行歸1化，但不改變各質(zhì)量間的相對振幅比例關系軸系自由扭轉(zhuǎn)振動振形圖振形圖：各質(zhì)量在每階固有圓頻率Ωi不同的自振頻率有不同的振形圖工程上只計算一、二、三節(jié)點頻率節(jié)點處扭轉(zhuǎn)應力最大根據(jù)自由振動的計算結(jié)果，可以定性地了解內(nèi)燃機的扭振特性不同的自振頻率有不同的振形圖軸系扭轉(zhuǎn)振動的激勵載荷缸內(nèi)燃氣壓力變化產(chǎn)生的激振力矩運動部件的慣性載荷引起的激振力矩部件吸收功率不均勻而產(chǎn)生的激振力矩（次要）（主要）軸系扭轉(zhuǎn)振動的激勵載荷缸內(nèi)燃氣壓力變化產(chǎn)生的激振力矩（次要）缸內(nèi)燃氣壓力變化引起的干擾力矩得力矩：氣體力沿連桿傳遞到曲柄銷時，將它分解成垂直于曲柄的切向力T和沿曲柄半徑的徑向力Z，其中缸內(nèi)燃氣壓力變化引起的干擾力矩得力矩：氣體力沿連桿傳遞到曲柄將干擾力矩按傅里葉級數(shù)展開：令：—干擾力矩的圓頻率其中： ——v’簡諧力矩的初相位將干擾力矩按傅里葉級數(shù)展開：令：—干擾力矩的圓頻率其中：對于二沖程內(nèi)燃機，有對于四沖程內(nèi)燃機，有寫成統(tǒng)一行式：對于二沖程內(nèi)燃機，對于四沖程內(nèi)燃機，對于二沖程內(nèi)燃機，有寫成統(tǒng)一行式：對于二沖程內(nèi)燃機，其中，使軸系以角速度ω做勻速旋轉(zhuǎn)運動使軸系以不同頻率νω做簡諧振動（激發(fā)軸系扭轉(zhuǎn)振動的內(nèi)在根源）高諧次的簡諧力矩的振幅很小一般只考慮到ν=12其中，使軸系以角速度ω做勻速旋轉(zhuǎn)運動高諧次的簡諧力矩的振幅很曲柄連桿機構(gòu)慣性力引起的干擾力矩往復慣性力曲柄連桿機構(gòu)慣性力引起的干擾力矩往復慣性力往復慣性力引起的干擾力矩比較小實際中，往往只考慮燃氣壓力引起的干擾力矩往復慣力性力矩往復慣性力引起的干擾力矩比較小往復慣力性力矩干擾力矩的相位圖對于單列多缸內(nèi)燃機，各缸作用在曲軸上的干擾力矩的大小是相同的但各干擾力矩間有一定的相位差干擾力矩的相位圖對于單列多缸內(nèi)燃機，各缸作用在曲軸上的干擾力 ——第i缸與第1缸的發(fā)火間隔角 ——第i缸的ν次干擾力矩 ——第i缸的ν次干擾力矩與第一缸的ν次干擾力矩相位差因此，知道發(fā)火順序，即可畫出各缸的ν次干擾力矩的相位圖 ——第i缸與第1缸的發(fā)火間隔角因此，知道發(fā)火順序，即可畫干擾力矩相位圖（例）四沖程六缸內(nèi)燃機發(fā)火順序1-5-3-6-2-4干擾力矩相位圖（例）四沖程六缸內(nèi)燃機內(nèi)燃機曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動-發(fā)動機-扭轉(zhuǎn)-振動ppt課件可以看出：簡諧次數(shù)ν

相差曲柄可見數(shù)的任意整數(shù)倍（即qm）時，干擾力矩矢量圖相同ν為曲柄可見數(shù)的整數(shù)倍（即ν=qm）時，簡諧力矩的矢量方向相同，這些諧次的干擾力矩稱為主簡諧ν=3/2,9/2,15