【正文】 (32)其中，kr表示開(kāi)始燃燒時(shí)曲柄的角度；Pa為為進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)氣缸內(nèi)的壓力；SC為幾何壓縮比；hs[ic]為曲柄轉(zhuǎn)角為ic時(shí)活塞的位移；為平均多變指數(shù)壓。 當(dāng)氣缸內(nèi)氣體壓力從開(kāi)始燃燒時(shí)的壓力變化到最高壓力時(shí)，也就是kr?i?kz時(shí)，用以下函數(shù)【2】來(lái)模擬： Pg[i]=? (33)其中，kz表示氣缸內(nèi)壓力最高時(shí)曲柄的轉(zhuǎn)角；Pz表示氣缸內(nèi)的最高壓力。 當(dāng)氣缸內(nèi)壓力從最高壓力變化到開(kāi)始膨脹時(shí)的壓力時(shí)，也就是曲柄轉(zhuǎn)角為kz?i?kp時(shí)；用以下函數(shù)【3】來(lái)表示： Pg [i]=?(ikz) (34)其中，kp表示開(kāi)始膨脹時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角，其余各個(gè)參數(shù)的含義與上式同。 當(dāng)氣缸內(nèi)壓力從開(kāi)始膨脹時(shí)的壓力變化到此后11度角的壓力時(shí)，也就是kp?i?kp+11時(shí)，用以下函數(shù)【4】來(lái)表示： Pg[i]=Pg[395]? (35)各個(gè)符號(hào)的含義同上。 當(dāng)氣缸內(nèi)的壓力從Pg[kp+11]變化到排氣門(mén)打開(kāi)時(shí)的壓力時(shí)，也就是kp+11?i?eo時(shí)，用以下函數(shù)【5】來(lái)表示： Pg[i]=Pb? (36)其中，Pb表示氣缸內(nèi)排氣門(mén)打開(kāi)時(shí)的壓力；其余個(gè)參數(shù)的含義同上。 當(dāng)氣缸內(nèi)的壓力從排氣門(mén)打開(kāi)時(shí)的壓力變化到曲柄轉(zhuǎn)角為eo+24度時(shí)，也就是eo?i?eo+24時(shí)，用以下函數(shù)【6】來(lái)進(jìn)行模擬： Pg[i]=Pg[eo] (37)上式中的含義與以上各式相同。 當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角為eo+24?i?eo+48時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力用以下函數(shù)來(lái)進(jìn)行模擬： Pg[i]=Pg[i+24](ieo24) (38)上式中的含義與以上各式相同。 當(dāng)氣缸內(nèi)的壓力變化到進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)時(shí)的壓力時(shí)，也就是曲柄轉(zhuǎn)角eo+48?i?io時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力用以下的函數(shù)表示： Pg[i]=Pg[eo+48] (39)上式符號(hào)的含義與上式相同。 經(jīng)過(guò)C++編程得到相關(guān)數(shù)據(jù)及用ORIGIN ，模擬的圖形如圖32所示： 圖 32 模擬的這一分段函數(shù)圖像與實(shí)際的示功圖吻合的比較好，并且滿足整體光滑的條件。 活塞族往復(fù)慣性力的表示 由慣性力的定義知，點(diǎn)P的往復(fù)慣性力完全取決于P點(diǎn)的加速度Ha的大小，方向與Ha相反，由運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算式（248）有： Pj= (310)其中，mp為活塞頭的質(zhì)量；fp為活塞的截面積；Ha為活塞的加速度。本文以常規(guī)371型柴油機(jī)為改型對(duì)象，則其活塞頭的當(dāng)量質(zhì)量可取為mp=。 活塞銷P點(diǎn)的合力的分解點(diǎn)P的合力為Pg+PjPf，可分解為對(duì)氣缸壁的側(cè)壓力Ph和對(duì)主連桿的推力Pd，這兩個(gè)力可以用主連桿對(duì)垂直坐標(biāo)的右偏角β來(lái)表示：Pd=（Pg+PjPf）tanβ (311)Pf= (312) 點(diǎn)D的受力分析及其作用效果如圖31所示，D點(diǎn)受到主連桿的驅(qū)動(dòng)力Pd，及由D點(diǎn)的加速度而產(chǎn)生的往復(fù)慣性力，D點(diǎn)的往復(fù)慣性力可由其X和Y的加速度來(lái)求解，X和Y方向的慣性力PDx和PDy分別為： PDx=md?Dax （313） PDy=md?Day (314)點(diǎn)D受到的三個(gè)力Pd，PDx，PDy可以分解為對(duì)擺連桿的推力Pl及對(duì)擺連桿的壓應(yīng)力PQd，且其大小可以表示為：Pl={md?Dax ?sin(λθ) +md?Day cos?(λθ)}/(fp106) (315)PQd= {md?Dax?cosθ+md?Day?sinθ}/(fp 106) (316)其中，md為D點(diǎn)的當(dāng)量質(zhì)量，以普通371發(fā)動(dòng)為參照，取md= 點(diǎn)L的受力分析及其作用效果如圖31所示，L點(diǎn)受到的力有Pl及L點(diǎn)在X和Y方向的慣性力PLx和Ply，Pl的表達(dá)式已在上面求出，點(diǎn)L在X和Y方向的慣性力PLx和PLy分別為： PLx=ml?Lax?sinγ (317) PDy=ml?Lay?cosγ (318)其中，ml為L(zhǎng)點(diǎn)的當(dāng)量質(zhì)量，以普通371發(fā)動(dòng)機(jī)為參照，取ml=。 點(diǎn)L受到的三個(gè)力Pl、PLx、Ply可以分解為對(duì)驅(qū)動(dòng)桿產(chǎn)生的推力Pr，及對(duì)擺桿產(chǎn)生的壓應(yīng)力PQl，這兩個(gè)力可以分別表示為：Pr= ml（Lax?sinγ+Lay?cosγ）/(fp 106) (319)PQl= （320）各個(gè)參數(shù)的意義同以上的相同。 驅(qū)動(dòng)桿大端質(zhì)量和曲拐不平衡質(zhì)量的離心力ce和cr驅(qū)動(dòng)桿大端質(zhì)量和曲拐不平衡質(zhì)量分別定為me==,則兩者的離心力分別為：Ce= MPa (321)Cr= MPa (322) 驅(qū)動(dòng)桿的驅(qū)動(dòng)力Pr對(duì)曲拐的切向力Pt和法向力Po由圖31的關(guān)系可得： Pt=Pr?sin(Φ+γ) MPa (323) Po=Pr?cos(Φ+γ) MPa (324)Po以及點(diǎn)R的不平衡質(zhì)量me和mr所產(chǎn)生的離心力ce+cr之合力的一半mo和pt的一半mt作為主軸承的負(fù)荷，這一負(fù)荷是通過(guò)曲柄作用在主軸承上的。在計(jì)算驅(qū)動(dòng)桿大端軸承負(fù)荷和主軸承負(fù)荷時(shí)，則應(yīng)分別將me和 (me+mr)所產(chǎn)生的離心力與相應(yīng)的作用力合成起來(lái)。即，作用在肘連桿大端軸承上的負(fù)荷有反推力pr 和質(zhì)量me 所產(chǎn)生的離心力ce ；作用在主端軸承上的徑向負(fù)荷和切向負(fù)荷則分別為mo、mt 。 發(fā)動(dòng)機(jī)的指示參數(shù)和有效參數(shù) 在內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力學(xué)分析中，通常根據(jù)其每循環(huán)的平均扭矩值tqm 來(lái)計(jì)算指示功率Ni 和平均指示壓力pi 。即： Ni= MPa (325) Pi= MPa (326)活塞裙部與汽缸套間的摩擦功率Nh由下式來(lái)確定 ，為盡量符合實(shí)際，并留有余地，假定除摩擦功率Nh外的機(jī)械損失功率為Nf=。 Nh= (327)式中，fp為活塞與氣缸套之間的摩擦系數(shù)。 基于以上的計(jì)算，可以求出發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦損失功率： Nm=Nf+Nh (328)由以上可以求得發(fā)動(dòng)機(jī)的有效參數(shù)。4 基于動(dòng)力學(xué)的性能指標(biāo)的計(jì)算由以上的計(jì)算已經(jīng)知道了擺桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，來(lái)計(jì)算特種發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)。這些指標(biāo)包括理論平均指示壓力，實(shí)際平均指示壓力，指示油耗，指示功率，平均有效壓力，有效油耗，有效效率，指示功率，有效功率等。下面一一進(jìn)行求解。 理論平均指示壓力Px的計(jì)算，由相關(guān)資料【7】可得： （41） Ys= (42) Cp= (43) Hp= (44)其中，Pc為壓縮終點(diǎn)壓力；ys為壓力升高比，其值為最高壓力Pz與壓縮終點(diǎn)壓力Pc的比值；cp為初膨脹比；為實(shí)際分子變化系數(shù)；hp為后膨脹比，其值為有效壓縮比與出膨脹比之比；ee為有效壓縮比；en多變膨脹指數(shù)，其值可以由迭代法求到一定的精度，見(jiàn)附錄編程部分。實(shí)際平均指示壓力Pi的計(jì)算，有相關(guān)的資料【7】可得： Pi=fy?(Px?(ee1))+(pbpa)?(elee)/(el1) (45)其中，fy為燃燒室的掃氣系數(shù)。el為幾何壓縮比，其值的計(jì)算見(jiàn)附錄編程部分；Pb為排氣始點(diǎn)壓力，pa為進(jìn)氣終了壓力，動(dòng)力學(xué)部分已經(jīng)求出。指示油耗gi的計(jì)算，由相關(guān)資料【7】可得： Gi= (46)其中，gs為燃燒所需的實(shí)際空氣量，為過(guò)量空氣系數(shù)與理論空氣量的乘積；nv為充氣系數(shù)，其值見(jiàn)附錄編程部分。指示效率hi的計(jì)算，由相關(guān)資料【7】可得： Hi= (47)其中，hl為理論效率。平均有效壓力Pe的計(jì)算，由相關(guān)資料【7】可得： Pe=pi?hm (48)其中，hm為機(jī)械效率。有效油耗ge的計(jì)算，由相關(guān)資料【7】可得： Ge= (49)有效效率he的計(jì)算，由相關(guān)資料【7】可得： He=hi?hm (410)指示功率ni的計(jì)算，由相關(guān)資料【7】可得： Ni= (411)其中，ig為氣缸數(shù)，本設(shè)計(jì)中取為3；nb為轉(zhuǎn)速，取為5600轉(zhuǎn)/min；有效功率ne的計(jì)算，由相關(guān)資料【7】可得： Ne=ni?hm (412)有效扭矩Qt的計(jì)算，由此得： Qt= N?m （413）5 基于熱力學(xué)的性能參數(shù)的計(jì)算 摩擦損失功率Nm的計(jì)算，活塞裙部與汽缸套間的摩擦功率Nh由下式來(lái)確定 ，為盡量符合實(shí)際，并留有余地，假定除摩擦功率Nh外的機(jī)械損失功率為Nf=。 Nh= （51）式中，fp為活塞與氣缸套之間的摩擦系數(shù)?；谝陨系挠?jì)算，可以求出發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦損失功率： Nm=Nh+Nf （52） 有效功率net的計(jì)算，由有效功率的意義可得： Net=NiNm (53) 有效扭矩TQt的計(jì)算，由此得： TQt= （54） 指示壓力Pit的計(jì)算，由此得： Pit= （55）其中，ib為從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)的角度，hs[ib]表示活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)這一過(guò)程的位移。 指示油耗Git的計(jì)算，由此得： Git= 各個(gè)符號(hào)的含義同上。 有效效率Pet的計(jì)算，有： Pet=Pit?Hmt （56） Hmt= （57） 有效油耗Get的計(jì)算，有： Get= （58） 指示效率Hit和有效的效率Het的計(jì)算，有： （59） （510）編程并分析運(yùn)行得到的結(jié)果 將以上的計(jì)算表達(dá)式用C++編寫(xiě)成程序，具體程序見(jiàn)附錄，運(yùn)行后將生成0到720度各個(gè)量的數(shù)據(jù)，及相關(guān)的模擬動(dòng)畫(huà)，將生成的數(shù)據(jù)用ORIGIIN 進(jìn)行分析，本課題的任務(wù)是進(jìn)行強(qiáng)度分析，主要考察的是Q點(diǎn)軸承的強(qiáng)度，由ORIGIIN 分析Q點(diǎn)所受合力隨角度的變化量的曲線圖如下圖61所示： 圖 61由圖可以知道，在曲軸轉(zhuǎn)