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——XiaoPeng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中的主要作用力气体作用力运动质量的惯性力外界负载对内燃机运动的反作用力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运动件的质量换算活塞组曲轴组连杆组复杂的质量系统动力学上

相当运动质量的简化：内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学活塞组纯粹往复直线运动零件的总称包括活塞、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内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学曲轴组纯粹回转运动零件的总称包括曲轴定时齿轮、止推片、曲轴、平衡重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，可不予考虑确定曲轴质量时，只考虑其中

不平衡部分的质量内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学目的：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mk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内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学曲柄销曲柄臂内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学换算到曲柄半径R处的整个曲柄组的旋转质量为单位曲拐=一个曲柄销+两个曲柄臂内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学连杆组作复合平面运动的零件包括连杆体、连杆小头衬套、连杆盖、连杆螺栓和螺母、连杆轴承连杆组总质量mc活塞销处作往复运动的质量m1曲柄销处作旋转运动的质量m2动力效应

相同内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学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内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学（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内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学主副连杆式曲柄连杆机构机构的质量换算首先用两个质量me1、

me2代替原副连杆的质量me内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学将me2看做是集中在主连杆上的副连杆销中心在主连杆上进行质量换算，得：内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学综合对于中心（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：内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学对于主副连杆式曲柄连杆机构，实际系统可用

集中于副缸活塞销中心的往复运动质量mej，

集中于主缸活塞销中心的往复运动质量mLj

，以及

集中于曲柄销中心作旋转运动的旋转质量mr

来代替，如图所示：内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学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内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学中心式曲柄连杆机构的惯性力往复惯性力方向：与加速度方向相反总的往复惯性力内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学各力的对比关系图内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学离心惯性力方向：总是沿着曲柄半径方向向外大小：为定值内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学中心式曲柄连杆机构中

力的传递及作用效果分析活塞销处的总作用力总作用力的传递内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学λ的大小对活塞位移曲线的影响活塞位移的近似表达式λ的值越大，活塞位移曲线越丰满内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学连杆作用力K方向规定：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？？？内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学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Z内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学因为所以可得，切向力T和径向力Z随转角α变化的关系曲线：

如图2-10内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学沿曲柄半轴，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，大小为内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学将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N’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），大小为内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学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。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内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学将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N’内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学P’∑分解成作用于主轴承上的气体作用力P’g和往复惯性力P’j，

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P’g大小相等，方向相反，在机体内抵消，造成机体拉伸或压缩，不传至发动机体外内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学传递给主轴承上的往复惯性力P’j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是引起内燃机垂直振动的主要激励力之一内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学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（引起横向振动）内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学综合内燃机缸内的气体压力和往复运动惯性力经曲柄连杆机构的传递，产生内燃机的输出扭矩（驱动负载对外做功）。在力的传递过程中产生反扭矩、旋转惯性力，最终传至机体，引起振动内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学偏心式曲柄连杆机构的

作用力和力矩与中心式曲柄连杆机构区别不大其中往复惯性力的区别在于往复运动件的加速度不同，总的往复惯性力为连杆比λ和相对偏心量k的数值相对很小，可以忽略对于气体作用力和旋转惯性力，与中心式连杆机构没什么区别内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学此时反力矩MN=NA+P

ge=-(TR-P

ge)曲柄偏心时，作用力的分解与传递作用在主轴承上的P’

∑

（

P’

∑=P

∑=P

g+P

j）不通过气缸中心线，而气体作用力P

g通过气缸中心线，这样就多形成了一个反力偶矩P

ge内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学活塞销偏心时，作用力的分解与传递作用在主轴承上的气体压力中心相对于活塞销中心线（传力点）有一偏心量e，因此也形成了一个反力偶矩P

ge此时反力矩MN=NA+P

ge=-(TR-P

ge)与曲轴偏心时的结果一样

内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学主副连杆式曲柄连杆机构的

作用力和力矩与中心式曲柄连杆机构不完全相同主缸除了受到本身的气体作用力和往复惯性力外，还受到了副缸的气体作用力和往复惯性力内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学副缸活塞上的作用力

分解与传递分解成

沿连杆轴线方向的连杆作用力Ke和垂直于连杆轴线方向的缸壁侧压力Ne内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学βe可通过下式求得Ke沿着副连杆轴线传至副连杆销C，在曲柄销B处产生大小相等，方向相反的两个K’e和K’’e内燃机动力学曲柄连杆机构动力学多体动力学Ke对曲柄销中心B的作用，相当于一个作用力Ke，和一个力矩Ke

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rsin(β-βe-ψ)