第一节 活塞、连杆的运动及其作用力

第六章柴油机及推进轴系的振动

船舶推进轴系产生：（1）扭转振动（2）纵向振动（3）回旋(横向)振动

振动危害：（1）机件磨损增加或损坏（2）降低柴油机经济性和可靠性（3）引起船体水平、垂向振动（对底脚螺栓、贯穿螺栓影响大，对气缸盖影响小）（4）影响船员工作条件，损害船员健康一活塞的运动1活塞的位移x=R(1-cos)+L(1-cos)Rsin=Lsin

式中:－曲轴转角;β－连杆摆角;λ＝R/L－连杆比，一般低速机为1/3－1/5经简化，得：x≈R(1-cos)+(1-cos2)λR/4x=x1+x2x1=(1-cos)Rx2=(1-cos2)λR/4第一节活塞、连杆的运动及其作用力α=0°时,x=0(即活塞在上止点)α=180°时,x=2R=S(即活塞在下止点)α=90°或270°时,x=R+＞R，即活塞不在行程中央，而在α90°或

α270°的某一位置时X＝R2活塞的速度X′≈ω*sin*R

+(2ω)sin2*λR/4x′=x′1+x′2x′1=ω*sin*Rx′2=(2ω)sin2*λR/4=0°(上止点)或=180°(下止点),x′=0，最大速度x′max出现在α＜90°的某一位置3活塞的加速度

X″≈ω2cos*R

+(2ω)2cos2*λR/4

X″＝

x″1＋x″2

x″1=ω2cos*R，是一次曲柄的向心加速度在气缸中心线的投影

x″2=(2ω)2cos2*λR/4，是二次曲柄的向心加速度在气缸中心线的投影

α=0°时,x″max=Rω2(1+λ),方向向下，最大

α=180°时,x″=-Rω2(1-λ)，方向向上

α＜90°或α＞270°的某个位置x″=0(此时活塞速度最大)二、连杆的运动摆角β=sin-1(λsin)摆动角速度β′=λωcossecβ摆动角加速度β″=-λ(1-λ2)ω2·sin·sec3β由上述公式可知:1）α=90°和270°时,连杆在气缸中心线两侧的摆角β的绝对值达到最大值2）α=0°和180°、β=0°时,连杆摆动角速度β′最快,其数值相等,方向相反3）α=90°和α=270°时,β″达到最大值三、曲柄连杆机构的气体力和惯性力1.气体力Fg作用在燃烧室部件上，方向沿气缸中心线向下，与柴油机工作过程和负荷有关，与运动部件质量无关2.曲柄连杆机构惯性力1）类型及影响因素（1）类型：活塞组件往复运动所产生的往复惯性力；曲柄不平衡回转质量回转运动所产生的回转惯性力（离心力）；连杆运动所产生的惯性力（小端往复惯性力，大端离心惯性力，杆身连杆力偶）（2）影响因素：和运动件的质量及运动时的加速度有关，与ｎ2成正比，与负荷无关。为防曲柄连杆机构惯性力过大而引起机件损伤和机器强烈振动，柴油机不易超速运行2）往复惯性力Fj=-mjx,,=-mjw2cos*R-mj(2w)2cos（2）R/4（1）Fj与x,,方向相反，作用线与气缸中心线平行（2）Fj由Fj1和Fj2组成，为两个回转质量为mj/2，回转半径分别为R和R/4的曲柄自上止点起同步反向，分别以角速度和2回转产生的离心力的合力3)离心惯性力FR=-mR2

R与向心加速度方向相反,永远是离心的。它的作用线与曲柄中心线重合,并随曲柄按角速度ω回转四、曲柄连杆机构作用力分析1合力FF=Fg+Fj，作用在气缸中心线连杆小端处。低速、增压柴油机连杆始终受压，四冲程中、高速机换气上止点附近连杆受拉伸。F分解合成为：柴油机输出转矩、倾覆力矩、作用在主轴承上的力2活塞销处的作用力1）侧推力FＮ＝Ftgβ，对主轴承产生倾覆力矩Md=FN*H,作用在机体上2）连杆推力FL=F/cosβ注：短连杆二者均增大3曲柄销处的作用力1）FL在曲柄销处分解为切向作用力T、法（径）向作用力Z2）主轴承受力Z＋FR高负荷Z最大，低速FR最小，低速高负荷时主轴承受力最大；低负荷Z最小，高速FR最大，高速低负荷时主轴承受力最小4柴油机的输出力矩T*R与倾覆力矩MD1）回转力矩与倾覆力矩大小相等而方向相反，但作用在不同部件上，前者作用在曲轴上（引起曲轴扭转振动），后者作用在柴油机机体上（将引起柴油机左右振动），而不能相互抵消2）在柴油机一个工作循环中，总切向力和输出力矩要变化ｉ次，转动角速度必然是ｉ次，而且在一个工作循环中将波动ｉ次五、曲轴回转不均匀度1.定义：曲轴回转最大角速度与最小角速度之差与平均角速度之比2.原因：动力