[工學(xué)]曲柄連桿機構(gòu)受力分析

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1、第二章曲柄連桿機構(gòu)受力分析第一節(jié)曲柄連桿機構(gòu)運動學(xué)第二節(jié)曲柄連桿機構(gòu)受力分析第三節(jié)內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)矩波動與飛輪設(shè)計7/11/20211內(nèi)燃機設(shè)計第一節(jié)曲柄連桿機構(gòu)運動學(xué)7/11/20212內(nèi)燃機設(shè)計曲柄連桿機構(gòu)運動學(xué)7/11/20213內(nèi)燃機設(shè)計曲柄連桿機構(gòu)運動學(xué)內(nèi)燃機曲柄連桿機構(gòu)的分類和特性參數(shù)1、內(nèi)燃機曲柄連桿機構(gòu)分類（1）中心曲柄連桿機構(gòu)（2）偏心曲柄連桿機構(gòu)。目的在于減小膨脹行程活塞對氣缸的作用力，或在于減輕上止點附近活塞對氣缸的拍擊。（3）關(guān)節(jié)曲柄連桿機構(gòu)。用于少數(shù)雙列式V型及全部三列W型、四列X型和多列星型內(nèi)燃機中7/11/2021

2、4內(nèi)燃機設(shè)計各種曲柄連桿機構(gòu)7/11/20215內(nèi)燃機設(shè)計2、特性參數(shù)曲柄半徑：r連桿長度：l曲柄連桿比：偏心距：e偏心率：7/11/20216內(nèi)燃機設(shè)計在中心曲柄連桿機構(gòu)中，活塞作直線往復(fù)運動，連桿作平面運動，曲柄作旋轉(zhuǎn)運動，且假定其作等速轉(zhuǎn)動。1、活塞運動規(guī)律設(shè)x為活塞位移（上止點位置為起點），v為活塞速度，a為活塞加速度，為曲柄轉(zhuǎn)角，β為連桿擺角。則二、中心曲柄連桿機構(gòu)運動學(xué)7/11/20217內(nèi)燃機設(shè)計活塞運動規(guī)律整理以上兩式后得無量綱化7/11/20218內(nèi)燃機設(shè)計對于一般內(nèi)燃機，可把上列各式簡化成2、活塞運動規(guī)律簡化表達式其最

3、大誤差是，為0.2%為0.5%為1%7/11/20219內(nèi)燃機設(shè)計三、偏心曲柄連桿機構(gòu)運動學(xué)一般來說，當(dāng)偏心率ε>0.1時，其運動情況與中心機構(gòu)差別較大，需專門處理。其運動學(xué)特征表現(xiàn)為S>2r，且上、下止點的曲柄轉(zhuǎn)角位置不在特殊位置（0或180度曲軸轉(zhuǎn)角）。其無量綱運動公式為：7/11/202110內(nèi)燃機設(shè)計第二節(jié)曲柄連桿機構(gòu)受力分析作用在內(nèi)燃機曲柄連桿機構(gòu)中的力有缸內(nèi)氣體作用力、運動質(zhì)量慣性力、摩擦力、支承反力和有效負(fù)荷等。一般受力分析時忽略摩擦力使受力分析偏于安全。所以，在內(nèi)燃機曲柄連桿機構(gòu)中，氣體作用力、慣性力與支承反力、有效負(fù)荷相

4、平衡。7/11/202111內(nèi)燃機設(shè)計曲柄連桿機構(gòu)受力分析7/11/202112內(nèi)燃機設(shè)計曲柄連桿機構(gòu)受力分析7/11/202113內(nèi)燃機設(shè)計一、氣體作用力作用在活塞頂上的氣體力就是內(nèi)燃機的示功圖，示功圖可通過工作過程模擬計算（對新設(shè)計內(nèi)燃機）或試驗方法（對現(xiàn)有內(nèi)燃機）確定。式中，D為氣缸直徑；為氣缸內(nèi)的絕對壓力；為曲軸箱內(nèi)氣體的絕對壓力。7/11/202114內(nèi)燃機設(shè)計力的傳遞與分解力的傳遞情況如圖所示對氣缸壁產(chǎn)生側(cè)向力為連桿力在曲柄銷中心產(chǎn)生切向力和法向力發(fā)動機轉(zhuǎn)矩為AFFlFtFnFlFtFlFcFnFcFhωTTk傾覆力矩為7/1

5、1/202115內(nèi)燃機設(shè)計二、慣性力要確定曲柄連桿機構(gòu)的慣性力，必須要先知道其加速度和質(zhì)量分布。前面已求出加速度，下面討論質(zhì)量分布問題。1、曲柄連桿機構(gòu)的質(zhì)量分布（1）活塞組零件可簡單相加，并集中在活塞銷中心。7/11/202116內(nèi)燃機設(shè)計1、曲柄連桿機構(gòu)的質(zhì)量分布（2）曲拐質(zhì)量，可以根據(jù)產(chǎn)生的離心力不變的原則用集中在曲柄半徑r處的質(zhì)量來代替。（3）作平面運動的連桿組，根據(jù)動力學(xué)等效性的一般原則進行質(zhì)量換算：①所有當(dāng)量質(zhì)量之和等于連桿組總質(zhì)量ml。②所有當(dāng)量質(zhì)量構(gòu)成的系統(tǒng)的公共質(zhì)心與連桿組的質(zhì)心重合，并按此質(zhì)心的運動規(guī)律運動。③所有當(dāng)量

6、質(zhì)量相對通過連桿組質(zhì)心的軸線的轉(zhuǎn)動慣量之和，等于連桿組對同一軸線的轉(zhuǎn)動慣量。7/11/202117內(nèi)燃機設(shè)計連桿質(zhì)量換算往往用大頭、小頭和質(zhì)心處的三個質(zhì)量m1、m2、m3來代替連桿組。實際高速機計算表明，m3與m1、m2相比很小，所以一般簡化為兩質(zhì)量系統(tǒng)。由前兩個條件得：m1=ml(l-l’)/l；m2=mll’/l所以，曲柄連桿機構(gòu)的往復(fù)質(zhì)量為m2m1旋轉(zhuǎn)質(zhì)量為l’l7/11/202118內(nèi)燃機設(shè)計2、往復(fù)慣性力單位活塞投影面積的往復(fù)慣性力：往復(fù)慣性力在曲柄連桿機構(gòu)中的傳遞情況與氣體作用力很相似，但它不能在內(nèi)燃機內(nèi)部自行抵消，所以會引起

7、支反力：7/11/202119內(nèi)燃機設(shè)計3、旋轉(zhuǎn)慣性力旋轉(zhuǎn)慣性力：單位活塞面積旋轉(zhuǎn)慣性力：7/11/202120內(nèi)燃機設(shè)計三、單缸轉(zhuǎn)矩可以將和合成為，單缸轉(zhuǎn)矩可計算為：7/11/202121內(nèi)燃機設(shè)計四、作用在曲軸軸頸和軸承上的負(fù)荷為了分析軸承副的工作條件，必須知道軸承負(fù)荷的大小、方向和作用點在一個工作循環(huán)內(nèi)的變化，通常采用負(fù)荷矢量的極坐標(biāo)圖表示。作軸頸負(fù)荷矢量圖時，坐標(biāo)固定在軸上。作軸承負(fù)荷矢量圖時，坐標(biāo)固定在軸承上。7/11/202122內(nèi)燃機設(shè)計1、曲柄銷負(fù)荷圖作用在曲柄銷上的載荷，除了法向力和切向力外，還有連桿大頭的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量m2產(chǎn)

8、生的離心力（常矢量）。FrlFnFtFcp7/11/202123內(nèi)燃機設(shè)計1、曲柄銷負(fù)荷圖作用在曲柄銷上的載荷，除了法向力和切向力外，還有連桿大頭的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量m2產(chǎn)生的離心力（常矢量）。7/11