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1、 曲柄連桿機構(gòu)動力學Xiao Peng曲柄連桿機構(gòu)中的 主要作用力 氣體作用力 運動質(zhì)量的慣性力 外界負載對內(nèi)燃機運動的反作用力曲柄連桿機構(gòu)運動件的質(zhì)量換算 活塞組 曲軸組 連桿組復雜的質(zhì)量系統(tǒng)動力學上 相當運動質(zhì)量的 簡化簡化：活塞組 純粹 往復直線運動往復直線運動 零件的總稱 包括 活塞、活塞環(huán)、活塞銷以及它們的緊固元件活塞組質(zhì)量mp 近似地 集中在活塞銷中心處曲軸組 純粹 回轉(zhuǎn)運動回轉(zhuǎn)運動 零件的總稱 包括 曲軸定時齒輪、止推片、曲軸、平衡重 對于 與曲軸中心線對稱的部分的平衡質(zhì)量，其產(chǎn)生的離心慣性力互相抵消，可不予考慮 確定曲軸質(zhì)量時，只考慮其中 不平衡部分不平衡部分 的質(zhì)量 目的：把

2、單位曲柄不平衡質(zhì)量 換算成 集中于 曲柄半徑曲柄半徑R處處（曲柄銷中心）的質(zhì)量mk 原則：轉(zhuǎn)換后集中質(zhì)量mk所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力與轉(zhuǎn)換前不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力 相等相等 曲柄銷l曲柄臂mmR?2 2 mRmRRmmR 換算到 曲柄半徑R處 的整個曲柄組的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量為RmmmmmRR k22l單位曲拐=一個曲柄銷+兩個曲柄臂連桿組 作復合平面運動復合平面運動 的零件 包括 連桿體、連桿小頭襯套、連桿蓋、連桿螺栓和螺母、連桿軸承l(wèi)連桿組總質(zhì)量mcl活塞銷處作往復運動往復運動的質(zhì)量m1l曲柄銷處作旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動的質(zhì)量m2動力效應 相同為此應滿足的三個條件（1）質(zhì)量不變（2）系統(tǒng)的質(zhì)心位置不變c21

3、ci ,mmmmm0-012ibmamlmic2c1,mLbmmLam?（3）系統(tǒng)對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量不變即：e2iIlmi因為轉(zhuǎn)換后的雙質(zhì)量系統(tǒng)的質(zhì)量分布質(zhì)量分布相對于換算前的質(zhì)心離曲軸中心線更遠，所以換算后的轉(zhuǎn)動慣量要比原系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量要大一些，所以第三個條件得不到滿足但一般情況下，換算前后的轉(zhuǎn)動慣量相差不大主副連桿式曲柄連桿機構(gòu)機構(gòu)的質(zhì)量換算 首先用兩個質(zhì)量me1、me2代替原副連桿原副連桿的質(zhì)量meee2ee1mldmmlcm?將me2看做是集中在主連桿上的副連桿銷中心 在主連桿上主連桿上進行質(zhì)量換算，得：LrLmLbmmLrmLammeee2LL2e2LL1cos-,cos?綜合 對于中

4、心（或偏心式）曲柄連桿機構(gòu)，實際系統(tǒng)可用集中于活塞銷中心的往集中于活塞銷中心的往復運動質(zhì)量復運動質(zhì)量mj和集中于曲柄銷中心的集中于曲柄銷中心的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量旋轉(zhuǎn)質(zhì)量mr來代替，即：2kr1pj,mmmmmm?對于主副連桿式曲柄連桿機構(gòu)，實際系統(tǒng)可用集中于副缸活塞銷中集中于副缸活塞銷中心的往復運動質(zhì)量心的往復運動質(zhì)量mej，集中于主缸活塞銷中集中于主缸活塞銷中心的往復運動質(zhì)量心的往復運動質(zhì)量mLj，以及集中于曲柄銷中心作集中于曲柄銷中心作旋轉(zhuǎn)運動的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量旋轉(zhuǎn)運動的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量mr來代替，如圖所示：)cos-()cos(e2LkL2kre2LLpL1LpLje1epejLrLmLbmmmmmLrmLamm

5、mmmmmmee?中心式曲柄連桿機構(gòu)的作用力和力矩內(nèi)燃機中的基本作用力氣缸內(nèi)的氣體壓力p曲柄連桿機構(gòu)運動時產(chǎn)生的慣性力)p-(p42gDP=換算質(zhì)量后的各個質(zhì)量相應的運動加速度作用在活塞上的氣體作用力中心式曲柄連桿機構(gòu)的慣性力 往復慣性力方向：與加速度方向相反總的往復慣性力jIIjI2j2j2jjj2cos-cos-)2coscos(-PPRmRmRmamP?1pjmmm各力的對比關系圖各力的對比關系圖 離心慣性力2krmmm方向：總是沿著曲柄半徑方向向外2rrRmP 大?。簽槎ㄖ抵行氖角B桿機構(gòu)中力的傳遞及作用效果分析 活塞銷處的總作用力jgPPPl總作用力的傳遞cosPKtan PN 的

6、大小對活塞位移曲線的影響 活塞位移的近似表達式 的值越大，活塞位移曲線越豐滿)sin21co-1(2sRx 連桿作用力K方向規(guī)定：l缸壁側(cè)壓力N正負號規(guī)定：使連桿受拉受拉時為正正，受壓受壓時為負負當側(cè)壓力N所形成的反力矩與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相反相反時，側(cè)壓力為正正值，反之為負？力沿連桿傳遞到曲柄銷時，得力K=K，再將它分解成垂直于曲柄的切向力切向力T和沿曲柄半徑的徑向力徑向力Zcos)(sin)(sinPKTcos)cos()cos(PKZ因為所以可得，切向力T和徑向力Z 隨轉(zhuǎn)角變化的關系曲線：如圖2-1022sin-1cosarc 沿曲柄半軸，徑向力Z傳至曲軸中心Z=Z，切向力T傳至曲軸中心T和反

7、作用力T，T與T形成力偶M1（單缸指示轉(zhuǎn)矩），它使內(nèi)燃機克服外界阻力矩而旋轉(zhuǎn)，大小為RPTRMcos)(sinPPKKPcoscoscoscos NPKKNsincossinsin 將K分成分解成沿沿氣缸中心線的力P 和垂直于垂直于氣缸中心線的力N 曲柄連桿機構(gòu)中 力的作用效果缸壁側(cè)推力N和傳遞到曲軸中心的力N產(chǎn)生了一個力偶矩MN1（傾覆力矩），大小為11-)cos(Lcostan-MRPNAMN 上式說明一個氣缸發(fā)出的指示轉(zhuǎn)矩M1，與傾覆力矩MN1大小相等，方向相反。傾覆力矩MN1通過機體傳到發(fā)動機的安裝支架上，它是引起發(fā)動機繞曲軸曲軸中心線中心線產(chǎn)生縱搖振動的最重要最重要的內(nèi)在激勵因素PP

8、KKPcoscoscoscos NPKKNsincossinsin 將K分成分解成沿沿氣缸中心線的力P 和垂直于垂直于氣缸中心線的力N P分解成作用于主軸承上主軸承上的氣體作用力Pg和往復慣性力Pj，jgPPPjgPPPPjg,?作用于汽缸蓋上汽缸蓋上的氣體作用力Pg和作用于主主軸承上軸承上的氣體作用力Pg大小相等，方向相反，在機體內(nèi)抵消，造成機體拉伸或壓縮，不傳至發(fā)動機體外 傳遞給主軸承上的往復慣性力Pj以自由力的形式出現(xiàn)，通過軸承傳至機體，作用在發(fā)動機的安裝支架上 是引起內(nèi)燃機垂直振動的主要激勵力之一 集中于曲柄銷中心作旋轉(zhuǎn)運動的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量mr中所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力Pr也通過軸承傳至機體，作用

9、在發(fā)動機的安裝支架上l分解成平行于氣缸中心線的分量PrV（引起垂直振動）和垂直于氣缸中心線的分量PrH（引起橫向振動）sincosHVrrrrPPPP綜合 內(nèi)燃機缸內(nèi)的氣體壓力和往復運動慣性力 經(jīng) 曲柄連桿機構(gòu)的傳遞，產(chǎn)生內(nèi)燃機的輸出扭矩（驅(qū)動負載對外做功）。在力的傳遞過程中產(chǎn)生反扭矩、旋轉(zhuǎn)慣性力，最終傳至機體，引起振動偏心式曲柄連桿機構(gòu)的作用力和力矩 與中心式曲柄連桿機構(gòu)區(qū)別不大 其中往復慣性力的區(qū)別在于往復運動件的加速度不同，總的往復慣性力為jIIjI2j2j2jjj2cos-)sincos(-)sin2coscos(-PPRmkRmkRmamPl連桿比和相對偏心量k的數(shù)值相對很小，可以忽

10、略l對于氣體作用力和旋轉(zhuǎn)慣性力，與中心式連桿機構(gòu)沒什么區(qū)別 此時反力矩MN=NA+P ge=-(TR-P ge)l曲柄偏心時，作用力的分解與傳遞l作用在主軸承上的P（P=P=P g+P j）不通過氣缸中心線，而氣體作用力P g通過氣缸中心線，這樣就多形成了一個反力偶矩P gel活塞銷偏心時，作用力的分解與傳遞l作用在主軸承上的氣體壓力中心相對于活塞銷中心線（傳力點）有一偏心量e，因此也形成了一個反力偶矩P ge 此時反力矩MN=NA+P ge=-(TR-P ge)與曲軸偏心時的結(jié)果一樣主副連桿式曲柄連桿機構(gòu)的作用力和力矩 與中心式曲柄連桿機構(gòu)不完全相同 主缸除了受到本身本身的氣體作用力和往復慣

11、性力外，還受到了副缸副缸的氣體作用力和往復慣性力副缸活塞上的作用力分解與傳遞 分解成沿沿連桿軸線方向的連桿作用力Ke和垂直于垂直于連桿軸線方向的缸壁側(cè)壓力Neeeetan PNeeecosPKe可通過下式求得)-(sinsinsinrRleeKe沿著副連桿軸線傳至副連桿銷C，在曲柄銷B處產(chǎn)生大小相等，方向相反的兩個Ke和Ke Ke對曲柄銷中心B的作用，相當于一個作用力Ke，和一個力矩Ke rsin(-e-)，該力矩由主連桿承受 該力矩在A、B兩點產(chǎn)生垂直于主缸中心線的兩個大小相等、方向相反的兩個力NeLcos)-(sineeerKN 對于主連桿上任一斷面承受的附加彎矩MAB的大小eeerrPrKMcos)-(sinLdLd)-(sineeABd主連桿上任一斷面到主連桿小頭的距離