内燃机动力学_曲柄连杆机构_动力学_多体动力学

曲柄连杆机构动力学 Xiao Peng曲柄连杆机构中的 主要作用力l 气体作用力l 运动质量的惯性力l 外界负载对内燃机运动的反作用力曲柄连杆机构运动件的质量换算l 活塞组l 曲轴组l 连杆组复杂的质量系统 动力学上 相当运动质量的 简化 ：活塞组l 纯粹 往复直线运动 零件的总称l 包括 活塞、活塞环、活塞销以及它们的紧固元件活塞组质量 mp 近似地 集中在活塞销中心处曲轴组l 纯粹 回转运动 零件的总称 l 包括 曲轴定时齿轮、止推片、曲轴、平衡重l 对于 与曲轴中心线对称的部分的平衡质量，其产生的离心惯性力互相抵消，可不予考虑l 确定曲轴质量时，只考虑其中 不平衡部分 的质量l 目的：把单位曲柄不平衡质量 换算成 集中于 曲柄半径 R处 （曲柄销中心） 的质量 mkl 原 则 ： 转换 后集中 质 量 mk所 产 生的旋 转惯 性力与 转换 前不平衡 质 量 产 生的离心惯 性力 相等l 曲柄销l 曲柄臂l 换算到 曲柄半径 R处 的整个曲柄组的旋转质量为l 单位曲拐 = 一个曲柄销 + 两个曲柄臂连杆组l 作 复合平面运动 的零件l 包括 连杆体、连杆小头衬套、连杆盖、连杆螺栓和螺母、连杆轴承l 连杆组总质量 mcl 活塞销处作 往复运动的质量 m1l 曲柄销处作 旋转运动的质量 m2动力效应相同为此应满足的三个条件（ 1）质量不变（ 2）系统的质心位置不变（ 3）系统对质心的转动惯量不变即：因为转换后的双质量系统的 质量分布 相对于换算前的质心离曲轴中心线更远，所以换算后的转动惯量要比原系统的转动惯量要大一些，所以第三个条件得不到满足但一般情况下，换算前后的转动惯量相差不大综合l 对于中心（或偏心式）曲柄连杆机构，实际系统可用集中于活塞销中心的往复运动质量 mj和 集中于曲柄销中心的旋转质量 mr来代替，即：中心式曲柄连杆机构的作用力和力矩内燃机中的基本作用力气缸内的气体压力 p曲柄连杆机构运动时产生的惯性力=换算质量后的各个质量 相应的运动加速度作用在活塞上的气体作用力中心式曲柄连杆机构的惯性力l 往复惯性力方向： 与加速度方向相反总的往复惯性力各力的对比关系图l 离心惯性力方向：总是沿着曲柄半径方向向外大小：为定值中心式曲柄连杆机构中力的传递及作用效果分析l 活塞销处的总作用力l 总作用力的传递l 的大小对活塞位移曲线的影响l 活塞位移的近似表达式l 的值越大，活塞位移曲线越丰满l 连杆作用力 K方向规定：l 缸壁侧压力 N正负号规定：使连杆 受拉 时为 正 ， 受压 时为 负当侧压力 N所形成的反力矩与曲轴旋转方向 相反 时，侧压力为 正 值，反之为负l 力沿连杆传递到曲柄销时，得力 K=K，再将它分解成垂直于曲柄的 切向力 T和沿曲柄半径的 径向力 Zl 沿曲柄半轴，径向力 Z传至曲轴中心Z=Z，切向力 T传至曲轴中心 T和反作用力 T， T与 T形成力偶 M1（单缸指示转矩），它使内燃机克服外界阻力矩而旋转，大小为将 K分成分解成沿 气缸中心线的力 P 和垂直于 气缸中心线的力 Nl 曲柄连杆机构中 力的作用效果缸壁侧推力 N和传递到曲轴中心的力 N产生了一个力偶矩MN1（倾覆力矩），大小为l 上式说明一个气缸发出的指示转矩 M1，与倾覆力矩 MN1大小相等，方向相反。l 倾覆力矩 MN1通过机体传到发动机的安装支架上，它是引起发动机绕 曲轴中心线 产生纵摇振动的 最重要 的内在激励因素将 K分成分解成沿 气缸中心线的力 P 和垂直于 气缸中心线的力 Nl P分解成作用于 主轴承上 的气体作用力 Pg和往复惯性力 Pj，作用于 汽缸盖上 的气体作用力 Pg和作用于 主轴承上 的气体作用力 Pg大小相等，方向相反，在机体内抵消，造成机体拉伸或压缩，不传至发动机体外l 传递给主轴承上的往复惯性力 Pj以自由力的形式出现，通过轴承传至机体，作用在发动机的安装支架上l 是引起内燃机垂直振动的主要激励力之一l 集中于曲柄销中心作旋转运动的旋转质量mr中所产生的旋转惯性力 Pr也通过轴承传至机体，作用在发动机的安装支架上l 分解成平行于气缸中心线的分量 PrV（引起垂直振动）和垂直于气缸中心线的分量 PrH （引起横