柴油機的曲柄連桿機構運動及動力特性分析(編輯修改稿)
2025-07-26 14:42 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 失相比，對汽車發(fā)動機來說，更重要的是發(fā)動機的高度和重量上的得益。所以設計時總要選用短連桿。即使對于較大的連桿來說，式(25)中含 的三次以上個高次項的數(shù)值也很小，可略去不計，即得活塞位移近似式為 （27）)sin2co1(?????rx9 活塞的速度 將活塞位移公式（）對時間 t 進行微分，即可求得活塞速度 的精確值v為 (28)?v )cos2in(si???????rdtaxt將式（27）對時間 微分，便可求得活塞速度得近似公式為： （221sin2si)2sin(i vrrrv ??????9）從式（29）可以看出，活塞速度可視為由 與??si1r兩部分簡諧運動所組成。???2sin)(2rv?當 或 時，活塞速度為零，活塞在這兩點改變運動方向。當?0?18時， ，此時活塞得速度等于曲柄銷中心的圓周速度。?9?rv 活塞的加速度 將式（28）對時間 微分，可求得活塞加速度的精確值為：t （2]cos2in4cs2[o32 ?????????rdtavta10）將式（）對時間 為微分，可求得活塞加速度的近似值為：t （221222 coscos)cos( arrra ?????? ?????11）因此，活塞加速度也可以視為兩個簡諧運動加速度之和，即由與 兩部分組成。?cos21ra??2cos2ra? 曲柄連桿機構中的作用力作用于曲柄連桿機構的力分為：缸內(nèi)氣壓力、運動質(zhì)量的慣性力、摩擦阻力和作用在發(fā)動機曲軸上的負載阻力。由于摩擦力的數(shù)值較小且變化規(guī)律很難掌握，受力分析時把摩擦阻力忽略不計。而負載阻力與主動力處于平衡10狀態(tài)，無需另外計算，因此主要研究氣壓力和運動質(zhì)量慣性力變化規(guī)律對機構構件的作用。計算過程中所需的相關數(shù)據(jù)參照 EA1113 柴油機。則由式（210）計算氣壓力 如表 22 所示。gP 氣缸內(nèi)工質(zhì)的作用力 作用在活塞上的氣體作用力 等于活塞上、下兩面的空間內(nèi)氣體壓力差與g活塞頂面積的乘積，即 （212）)(439。2pDPg???式中： —活塞上的氣體作用力， ；g N —缸內(nèi)絕對壓力， ；pMPa —大氣壓力， ；? —活塞直徑， 。Dm由于活塞直徑是一定的，活塞上的氣體作用力取決于活塞上、下兩面的空間內(nèi)氣體壓力差 ，對于四沖程發(fā)動機來說，一般取 = ，p??p?MPa,對于缸內(nèi)絕對壓力 ，在發(fā)動機的四個沖程中，?表 21 所示： 表 21 缸內(nèi)絕對壓力 計算結果p四個沖程終點壓力 計算公式 計算結果/ Pa進氣終點壓力 dep39。)90.~75.(pde?壓縮終點壓力 co 1nedcop?膨脹終點壓力 exp2maxnex??排氣終點壓力 r 39。 11注： —平均壓縮指數(shù)， = ； —壓縮比， =； —平均膨1n1n~??2n脹指數(shù)， = ； ； —最大爆發(fā)壓力， =3 5 ，取2~????maxpmaxp~MP= ；此時壓力角 = ，取 = 。maxpMP??15~0??3表 22 氣壓力 計算結果gP四 個 沖 程 /N進氣終點 壓縮終點 膨脹終點 排氣終點 機構的慣性力 慣性力是由于運動不均勻而產(chǎn)生的，為了確定機構的慣性力，必須先知道其加速度和質(zhì)量的分布。加速度從運動學中已經(jīng)知道，現(xiàn)在需要知道質(zhì)量分布。實際機構質(zhì)量分布很復雜，必須加以簡化。為此進行質(zhì)量換算。機構運動件的質(zhì)量換算質(zhì)量換算的原則是保持系統(tǒng)的動力學等效性。質(zhì)量換算的目的是計算零件的運動質(zhì)量，以便進一步計算它們在運動中所產(chǎn)生的慣性力。（1）連桿質(zhì)量的換算連桿是做復雜平面運動的零件。為了方便計算，將整個連桿（包括有關附屬零件）的質(zhì)量 用兩個換算質(zhì)量 和 來代換，并假設是 集中作用Lm1m21m在連桿小頭中心處，并只做往復運動的質(zhì)量； 是集中作用在連桿大頭中心處，并只沿著圓周做旋轉(zhuǎn)運動的質(zhì)量，如圖 22 所示：12圖 22 連桿質(zhì)量的換算簡圖為了保證代換后的質(zhì)量系統(tǒng)與原來的質(zhì)量系統(tǒng)在力學上等效，必須滿足下列三個條件：① 連桿總質(zhì)量不變，即 。21mL??② 連桿重心 的位置不變，即 。G)(1ll?③ 連桿相對重心 G 的轉(zhuǎn)動慣量 不變，即 。GI GIl??22)(其中， 連桿長度， 為連桿重心 至小頭中心的距離。由條件可得下列l(wèi)1l換算公式： lmL11???lL12??用平衡力系求合力的索多邊形法求出重心位置 。將連桿分成若干簡單G的幾何圖形，分別計算出各段連桿重量和它的重心位置，再按照索多邊形作圖法，求出整個連桿的重心位置以及折算到連桿大小頭中心的重量 和 12G，如圖 23 所示：13圖 23 索多邊形法 [2]（2）往復直線運動部分的質(zhì)量 jm活塞（包括活塞上的零件）是沿氣缸中心做往復直線運動的。它們的質(zhì)量可以看作是集中在活塞銷中心上，并以 表示。質(zhì)量 與換算到連桿小頭hhm中心的質(zhì)量 之和，稱為往復運動質(zhì)量 ，即 。1mj 1j??（3）不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量 r曲拐的不平衡質(zhì)量及其代換質(zhì)量如圖 24 所示： 圖 24 曲拐的不平衡質(zhì)量及其代換質(zhì)量曲拐在繞軸線旋轉(zhuǎn)時，曲柄銷和一部分
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