柴油機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力特性分析(編輯修改稿)
2025-07-26 14:42 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 失相比，對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，更重要的是發(fā)動(dòng)機(jī)的高度和重量上的得益。所以設(shè)計(jì)時(shí)總要選用短連桿。即使對(duì)于較大的連桿來(lái)說(shuō)，式(25)中含 的三次以上個(gè)高次項(xiàng)的數(shù)值也很小，可略去不計(jì)，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(duì)時(shí)間 t 進(jìn)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(duì)時(shí)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)所組成。???2sin)(2rv?當(dāng) 或 時(shí)，活塞速度為零，活塞在這兩點(diǎn)改變運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)?0?18時(shí)， ，此時(shí)活塞得速度等于曲柄銷(xiāo)中心的圓周速度。?9?rv 活塞的加速度 將式（28）對(duì)時(shí)間 微分，可求得活塞加速度的精確值為：t （2]cos2in4cs2[o32 ?????????rdtavta10）將式（）對(duì)時(shí)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(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)加速度之和，即由與 兩部分組成。?cos21ra??2cos2ra? 曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用力作用于曲柄連桿機(jī)構(gòu)的力分為：缸內(nèi)氣壓力、運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性力、摩擦阻力和作用在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上的負(fù)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(shí)把摩擦阻力忽略不計(jì)。而負(fù)載阻力與主動(dòng)力處于平衡10狀態(tài)，無(wú)需另外計(jì)算，因此主要研究氣壓力和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量慣性力變化規(guī)律對(duì)機(jī)構(gòu)構(gòu)件的作用。計(jì)算過(guò)程中所需的相關(guān)數(shù)據(jù)參照 EA1113 柴油機(jī)。則由式（210）計(jì)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(duì)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(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，一般取 = ，p??p?MPa,對(duì)于缸內(nèi)絕對(duì)壓力 ，在發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)沖程中，?表 21 所示： 表 21 缸內(nèi)絕對(duì)壓力 計(jì)算結(jié)果p四個(gè)沖程終點(diǎn)壓力 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果/ Pa進(jìn)氣終點(diǎn)壓力 dep39。)90.~75.(pde?壓縮終點(diǎn)壓力 co 1nedcop?膨脹終點(diǎn)壓力 exp2maxnex??排氣終點(diǎn)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(shí)壓力角 = ，取 = 。maxpMP??15~0??3表 22 氣壓力 計(jì)算結(jié)果gP四 個(gè) 沖 程 /N進(jìn)氣終點(diǎn) 壓縮終點(diǎn) 膨脹終點(diǎn) 排氣終點(diǎn) 機(jī)構(gòu)的慣性力 慣性力是由于運(yùn)動(dòng)不均勻而產(chǎn)生的，為了確定機(jī)構(gòu)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(yùn)動(dòng)學(xué)中已經(jīng)知道，現(xiàn)在需要知道質(zhì)量分布。實(shí)際機(jī)構(gòu)質(zhì)量分布很復(fù)雜，必須加以簡(jiǎn)化。為此進(jìn)行質(zhì)量換算。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量換算質(zhì)量換算的原則是保持系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)等效性。質(zhì)量換算的目的是計(jì)算零件的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，以便進(jìn)一步計(jì)算它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)中所產(chǎn)生的慣性力。（1）連桿質(zhì)量的換算連桿是做復(fù)雜平面運(yùn)動(dòng)的零件。為了方便計(jì)算，將整個(gè)連桿（包括有關(guān)附屬零件）的質(zhì)量 用兩個(gè)換算質(zhì)量 和 來(lái)代換，并假設(shè)是 集中作用Lm1m21m在連桿小頭中心處，并只做往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的質(zhì)量，如圖 22 所示：12圖 22 連桿質(zhì)量的換算簡(jiǎn)圖為了保證代換后的質(zhì)量系統(tǒng)與原來(lái)的質(zhì)量系統(tǒng)在力學(xué)上等效，必須滿(mǎn)足下列三個(gè)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(duì)重心 G 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 不變，即 。GI GIl??22)(其中， 連桿長(zhǎng)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(jiǎn)單G的幾何圖形，分別計(jì)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(gè)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(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)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(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的。它們的質(zhì)量可以看作是集中在活塞銷(xiāo)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(chēng)為往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(xiàn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄銷(xiāo)和一部分
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