第2章受力分析

《内燃机车柴油机》第二章

柴油机的受力分析第一节曲柄连杆机构的受力第二节运动惯性力对柴油机工作的影响一、概述柴油机工作时，作用在曲柄连杆机构上的力有下列几种：⑴作用在气缸和活塞上的气体力；⑵运动件的惯性力；⑶运动件的重力；⑷负载的反作用扭矩；⑸机构的支承反力；⑹热应力。运动件的重力，在高、中速柴油机中由于其数值较小，一般不予考虑；柴油机负载的反作用扭矩，与曲轴的输出扭矩相平衡；热应力与结构、受热及冷却等因素有关，情况较复杂，不予考虑。第一节曲柄连杆机构的受力二、气体力是指气缸内工质的作用力，沿着气缸轴线作用到活塞顶面和气缸盖底面，同时又径向作用到气缸内圆面。作用在活塞上的气体推力为：

Pｇ＝（ｐ-p0）×（π/4）×D·D/1000（N）ｐ——气缸内的气体压力KPａｐ0——作用于活塞背部的曲轴箱内气压，一般近似取98KPａ。气体力是机构运动的原动力，它与柴油机的工作过程及负荷大小有关，与柴油机的转速无直接关系，循环变化，最大值Ｐｚ在上止点附近。三、运动惯性力

（一）产生原因变速运动→加速度牛顿第二定律Ｆ＝ｍa

之所以有加速度，因为物体上作用有外力Ｆ，根据作用力与反作用力定律，如果有外力改变它原有的运动状态，必然有一个反作用力，此反作用力就是惯性力Pa，与加速度的方向相反。

Pa＝－ma特快列车紧急制动或列车急剧减速时，人体往前伸，这就是惯性力的作用，列车作负加速运动，加速度方向向后，惯性力向前，人体质量愈大，惯性冲动愈大。（二）往复运动惯性力活塞上、下止点时速度为０，向下速度为正。在曲轴转角90度处达最大值，此后逐渐减慢；在270度处达反向速度的最大值，此后又减慢。

c≈ｒ·ω·sinα+（λ·ｒ·ω）/2·sin2α

j≈ｒ·ω·ω·cosα＋λ·ｒ·ω·ω·cosα·cosα

c—活塞速度，j—活塞加速度近似看作一级和二级值的合成，一级值随曲轴转一转而循环变化一次，二级值随曲轴转一转而循环变化二次。‹#›返回6‹#›返回7活塞销活塞气缸连杆曲柄销主轴承机体（三）离心运动惯性力旋转质量ｍｒ＝曲柄质量＋连杆大头附近的质量Ｐｒ＝－ｍｒ·ｒ·ω·ω

曲轴匀速，Ｐｒ不变，方向瞬变，主轴颈中心指向曲柄销中心；在活塞上、下止点时，Ｐｒ与气缸中心线重合。‹#›返回9四、气体力与往复运动惯性力的合力都沿气缸中心线方向，都作用在活塞组上，可合成分析效果。∑Ｐ＝Ｐｇ＋Ｐｊ作用于活塞销中心∑Ｐ分解为：‹#›返回11⑴气缸壁的侧压力

PN=∑Ｐ·ｔｇβ

作用在气缸表面，随∑Ｐ、β的大小而变，有两个方向，上、下止点为０。⑵沿连杆中心线的连杆力

Pｃｒ=∑P/ｃｏｓβ

从小头传到大头曲柄销处，又分解为：①垂直于曲柄销的切向力

Pｔ=Pｃｒ·ｓｉｎ（α+β）

=∑P·ｓｉｎ（α+β）/ｃｏｓβ②指向曲轴主轴颈中心的法向力

Pｒα=Pｃｒ·ｃｏｓ（α+β）

=∑P·ｃｏｓ（α+β）/ｃｏｓβ在进气初期和排气后期，∑P朝上止点方向，其它时期∑P朝下止点方向。合力朝下时的载荷值大，作用时间长，最大值在燃烧上止点后爆发压力点处。⑴法向力Ｐｒａ使曲柄销弯曲，曲柄臂有撑开趋向，引起曲轴弯曲振动；⑵切向力Ｐｔ——→扭矩Ｍｔ

Ｍｔ＝Ｐｔ·ｒ＝∑Ｐｒ·sin（α＋β）／cosβ

对外输出。第二节

运动惯性力对柴油机工作的影响一、合力对活塞组的作用二、合力对连杆组的作用三、合力对曲轴组的作用四、∑Ｐ对气缸套的作用侧压力ＰN，改变方向，气缸壁受到高频敲击和振动变形，穴蚀破坏。缸壁产生摩擦和磨损。

五、∑Ｐ对机体的作用侧压力使机