【正文】 任老師為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵，他淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，一絲不茍的作風(fēng)，踏踏實(shí)實(shí)的精神使我終身受益。但熱效率和機(jī)械效率有進(jìn)一步提高的潛力，這需要利用本設(shè)計(jì)對柴油發(fā)動機(jī)的特性進(jìn)行全面、深入的分析，由于時間所限，本設(shè)計(jì)沒有展開這方面的工作。柴油發(fā)動機(jī)額定工況點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻度為 %，滿足一般使用場合。柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析34 小結(jié)本章對曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況和受力情況做了詳細(xì)、全面的分析，研究了氣體壓力和慣性力的作用情況，為分析內(nèi)燃機(jī)的平衡情況及輸出轉(zhuǎn)矩合轉(zhuǎn)速的均勻情況提供理論依據(jù)。49 (b)為曲柄銷中心所受徑向力曲線，該力沿曲柄臂傳到主軸頸，再傳到軸承上。圖 48 額定工況下 WD175 柴油機(jī)輸出扭矩圖曲柄銷的切向、徑向及合力如圖 4410 所示。圖 47 額定工況單工作循環(huán)活塞與氣缸間的摩擦力額定工況點(diǎn)活塞與缸套之間的摩擦力如圖 47 所示，圖中出現(xiàn)階越是因?yàn)榛钊\(yùn)動方向改變，摩擦力方向也發(fā)生改變所致 [24]。它使內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生傾覆，故稱之為傾覆力矩。c39。由此看出作用在氣缸壁上的側(cè)壓力 和作用在主軸頸軸承上的側(cè)壓力 大小相等而c 39。 ccini39。c以示： FF???coss139。1 39。1平行。1 39。nF39。tT使內(nèi)燃機(jī)曲軸得以克服外界力矩而旋轉(zhuǎn)，它即為內(nèi)燃機(jī)一個氣缸所發(fā)出的指示轉(zhuǎn)矩，其值為：柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析32????cosin??FRTt 同時，力 又和 合成為 。cF連桿力 使連桿軸承受載，并在曲柄銷中心產(chǎn)生切向力 和 ：1 tFn????cosin??Ftn法向力 使曲柄受彎曲，并使主軸承 受載。柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析31圖 46 作用在曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的力和力矩 (1) 作用于活塞上的合力 作用于活塞上的氣體壓力 和慣性力 ，由于作用方向都是沿氣缸中心線，故作gFj用于活塞上的合力 是氣體壓力與往復(fù)慣性力的代數(shù)和(2)： （48）jgF?? 合力將在曲柄連桿機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生一系列的力和力矩，如圖 46 所示。(2) 旋轉(zhuǎn)慣性力當(dāng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力（離心力）的大小為： （47）2?RmFrr??當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速一定時， 的大小一定，其方向則始終沿曲柄方向向外。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速一定時， 大小jF ?不變，上式中=常數(shù)2?Rmj? 當(dāng) 時（活塞位于上止點(diǎn)位置） ，往復(fù)慣性力 的絕對值為最大，其值為：0?? jF?????12maxFjj由式（46 ）看出， 的變化情況與加速度的變化情況相似，也是由倆部分組成的。(1) 往復(fù)慣性力當(dāng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力等于： (46)??2122coscosjjjjjjj FRmaF?????????式中 —— 往復(fù)慣性力；j —— 往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量；jm —— 曲柄半徑；R ；??cos21Fjj??。r柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析29圖 44 代替曲柄連桿機(jī)構(gòu)的簡化質(zhì)量系統(tǒng)和慣性力 為集中在連桿軸頸中心處并作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的質(zhì)量，它等于簡化到曲柄半徑處的曲柄rm不平衡質(zhì)量與連桿組簡化到大端的一部分質(zhì)量之和。 gp39。 對于一定的內(nèi)燃機(jī)， 值是一定的，故作用在活塞上總的氣體壓力完全取決于活塞上下兩面氣體壓力差（ ） ，即分別取決于 和 的變化規(guī)律。2104???pDgg?式中 —— 氣缸直徑（mm） ；D —— 氣缸內(nèi)的氣體壓力（kPa） ；gp —— 曲柄箱內(nèi)的氣體壓力（kPa） 。因此，曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析主要是研究氣體壓力和慣性力的作用情況 [21]。 以上各力中摩擦力比其他力小很多，故在進(jìn)行受力分析時一般不予考慮。圖 4 3 額定工況點(diǎn)單工作循環(huán)活塞加速度 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力分析研究曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力，主要在于闡明曲柄連桿機(jī)構(gòu)中各種力的作用情況，從而分析內(nèi)燃機(jī)的平衡情況及輸出轉(zhuǎn)矩合轉(zhuǎn)速的均勻情況?？梢娀钊俣入S曲軸轉(zhuǎn)角成正弦規(guī)律變化。柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析25第 4 章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動與受力分析 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 活塞的位移由圖 41 的幾何關(guān)系可得x=AA’=A’OAO=(l+R)(lcosβ+ rcos ) (41)?為了分析方便,將上式中的變量消去一個,以 代替 β .為此,在 ΔOAB 中,由正弦定?理可得： sinl??即 siniRl?令 ,得Rl??sii???由三角公式 22cos1sin1sin??現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)連桿比 λ 一般為 ~，而 所以上式取展開式前兩項(xiàng)就足夠精確，,?即 21cossin?????將上式及 代入公式（41） ，并簡化：Rl??21(sin)cosxllR???????????2(1cos)sinl???柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析2621cos(1cos)lR???????[(1cos)(1cos2)]4R?????? 圖 41 曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)角；β 連桿擺角； 曲柄半徑；s 活塞行程；l連桿長度；x 活塞位移?R 活塞速度將活塞的位移 x 對時間求導(dǎo)數(shù)，即得活塞的速度 v。但實(shí)際上在相同工作容積和轉(zhuǎn)速下，值達(dá)不到四沖程的水平，與此同時，在結(jié)構(gòu)上不得不予以特殊的考慮，不然的話，若mep仍用簡單的結(jié)構(gòu)，其升功率不易超過四沖程，而且燃油消耗率卻顯著上升。在這方面，主要是依靠合理選定各種參數(shù)，在結(jié)構(gòu)上、工藝上采取措施減少摩擦損失水泵、潤滑油泵等附屬機(jī)構(gòu)所消耗的功率，改善內(nèi)燃機(jī)的潤滑、冷卻條件等方法來達(dá)到。但轉(zhuǎn)速過多增加會使燃燒惡化，充量系數(shù)和機(jī)械效率急劇下降，使內(nèi)燃機(jī)的可靠性和工作壽命減少，因此轉(zhuǎn)速的提高受到一定限制。改善進(jìn)氣過程不僅對提高 有利，且可減少換氣損失。提高指示熱it?效率不僅改善了內(nèi)燃機(jī)動力性能，而且也改善其經(jīng)濟(jì)性能，這需要從研究內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)入手，切實(shí)掌握各種因素對熱力損失的影響程度，從而尋找提高 的具體it?技術(shù)措施，而其最主要的方面就是對內(nèi)燃機(jī)燃燒過程的改進(jìn)。這一措施已在柴油機(jī)是獲得了廣泛的應(yīng)用 [19]。LP由公式（316）和（324 ）可得： （kW/L ） （327）nlHcmituasL?????10304??對于柴油機(jī)來說，燃料的 之值變化不大，故上式可以寫成0lu（kW/L ） (328)nKPcmitasL????1?式中 4013??lHKu另外， 作為衡量發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的重要指標(biāo)，根據(jù)公式（320）得：eb (329)mitetuet KHb??2610.??)/(hkWg?通過以上兩式，可以看出，提高發(fā)動機(jī)動力性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)的基本途徑有下面幾種：(1) 采用增壓技術(shù)增壓技術(shù)就是使空氣進(jìn)入氣缸前進(jìn)行預(yù)壓縮，增加吸入氣缸空氣的密度，可以使發(fā)動機(jī)的功率按比例增長。通常值小的發(fā)動Ng機(jī)也都是強(qiáng)化程度高、升功率較大的發(fā)動機(jī) [17]。ebN比質(zhì)量表明了金屬材料在發(fā)動機(jī)中的利用程度，它與發(fā)動機(jī)的用途、壽命、材料性柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析23能和工藝水平等因素有關(guān)。 比質(zhì)量比質(zhì)量是指發(fā)動機(jī)的整機(jī)質(zhì)量與其標(biāo)定功率的比值。它一方面代表了發(fā)動機(jī)功率和轉(zhuǎn)速的強(qiáng)化，表征了性能指?標(biāo)的先進(jìn)性；另一方面又代表了發(fā)動機(jī)所受的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的大小，將影響到發(fā)動機(jī)的使用壽命和工作可靠性。 值愈高，表明發(fā)動機(jī)的功率和升功率由高，但發(fā)動機(jī)所受的機(jī)械負(fù)荷mC和熱負(fù)荷也越大。 活塞的平均速度活塞平均速度 是在曲軸每一轉(zhuǎn)的兩個行程中活塞的速度平均值 [3]，即mC(m/s) （325）310???nSCm式中 S——活塞行程（mm） ；n——內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定轉(zhuǎn)速（r/min） 。uH根據(jù)平均有效壓力 的定義mep（kPa）setseVQW??將（323 ）代入上式得 (kPa) （324）itmcsauaemlHlp???00sct柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析22式（324 ）建立了動力性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)之間的關(guān)系，它是分析內(nèi)燃機(jī)性能的一個重要依據(jù)。a?柴油機(jī)全負(fù)荷時， 值一般的范圍如下：a?高速非增壓柴油機(jī)為 =～增壓柴油機(jī)為 =～根據(jù)充量系數(shù) 的定義，每循環(huán)的實(shí)際充氣量可寫成：a?（kg）scshci Vm???式中 ——進(jìn)氣管狀態(tài)下空氣密度（kg/m 3）s?根據(jù)過量空氣系數(shù)的 的定義a?01lgmba??式中， ——為每循環(huán)燃料供給量（kg） 。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)工作條件的要求，過量空氣系數(shù) 值可以大于 1（稀混合氣，實(shí)際供給的a?空氣量大于理論空氣量） ，小于 1（濃混合氣，實(shí)際供給的空氣量小于理論空氣量） ，等于柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析211（實(shí)際供給的空氣量等于理論空氣量） 。若以 表示內(nèi)燃機(jī)工作過程中每a?l千克燃料燃燒實(shí)際供給的空氣量，而每千克燃料完全燃燒需要的理論空氣量為 ，則0l （322）0la??混和氣濃稀程度還可以用空燃比表示。(2) 過量空氣系數(shù) 和空燃比a??內(nèi)燃機(jī)工作過程中，為使燃料完全燃燒，供給的空氣數(shù)量應(yīng)該等于理論空氣量，但實(shí)際上供給的空氣量往往大于或者小于理論空氣量。在非增壓內(nèi)燃機(jī)上一般采用當(dāng)時的大氣狀態(tài)；在增壓柴油機(jī)上采用進(jìn)氣管狀態(tài)。msh、V s——分別為進(jìn)氣狀態(tài)下所能充滿氣缸工作容積的充量質(zhì)量、氣缸工作容積。(1) 充量系數(shù) ：c?充量系數(shù)是實(shí)際進(jìn)入氣缸的充量與進(jìn)氣狀態(tài)下能充滿氣缸工作容積的充量之比值。h)]et eb柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析20圖 31 燃油消耗率外特性曲線WD175 柴油機(jī)的燃油消耗率隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線示于圖 31，當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速為 2600 r/min 時，發(fā)動機(jī)的燃油消耗率基本最低，而 WD175 柴油機(jī)在額定工況下的轉(zhuǎn)速也為 2600rpm，可見 WD175 在額定工況點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性非常好。h)]et e 四沖程汽油機(jī) =～ =274～410 [g/(kWh)]et?e 中速柴油機(jī) =～ =195～240 [g/(kWh)] （320）??uetb?、 是標(biāo)志整個內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的指標(biāo)。h)] ；eb —— 每小時耗油量（kg/h） ；B (2) 有效熱效率 et?柴油發(fā)動機(jī)及其曲柄連桿機(jī)構(gòu)動力分析19有效熱效率是內(nèi)燃機(jī)有效功 與所消耗的熱量 之比值。e [g/(kW升功率 的一般范圍