《主推進動力裝置》

第六章柴油機的振動第一節活塞、連桿機構的運動

與受力分析中心曲柄連桿機構：其曲軸回轉中心線和活塞銷中心線均與氣缸中心線相交。

l+rxlr00一、活塞的位移活塞的位移X由活塞上止點開始記錄，見圖1-1：式中，r是曲柄半徑，l是連桿大、小頭中心距，是曲拐轉角，是連桿擺角。圖1-1正置曲柄連桿機構簡圖一、活塞、連桿的運動分析

記：則：（1-1）（1-2）（精確式）因：（三角形正弦定律）故：（1-3）而：（1-4）則活塞位移的近似式為：（1-5）（近似式）

采用較大的（即較短的連桿），可使發動機高度減少，重量減輕，但同時也使活塞加速度和連桿擺角有所增大，相應地使往復運動質量的慣性力和活塞側推力有所增大。

現代船用發動機傾向于采用較大的，注意有時需將活塞裙部或缸套下端銑去一部分，以避免運動干涉。

叫作“連桿比”，是一個重要的結構設計參數。

當α=90°或270°時

x=R+λR/2＞R一、活塞的運動x≈R(1-cos

)+(1-cos2

)1．活塞的位移λ=R/L連桿比當α=0°時,x=0(上止點);當α=180°時,x=2R=S(下止點);二、活塞的速度活塞速度：將式（1-3）對時間求導，得：（1-6）代入上式，且記曲軸角速度：（1-7）（精確式）可得：將式（1-5）對時間求導，得：（1-8）（近似式）活塞平均速度：（1-9）2.活塞的速度X′≈Rωsin+(2ω)sin2當=0°時(上止點)或=180°時(下止點)x′=0活塞運動的最大速度x′max則出現在α＜90°的某一位置。三、活塞的加速度將式（1-7）對時間求導，得：將式（1-6）代入上式，得：（1-10）（精確式）將式（1-8）對時間求導，得：（1-11）（近似式）

左圖所示是近似式計算的活塞位移、速度和加速度結果。（1）活塞位移：上、下止點附近位移變化緩慢。因此，實際確定上止點位置時，一般先確定某一活塞位置（90oCA左右），在上止點前后測量對應這一活塞位移的曲軸轉角范圍除以二就是上止點位置。（2）活塞速度：在0oCA~90oCA之間和270oCA~360oCA之間，活塞速度各出現一個正極值和負極值。（3）活塞加速度：在上止點前后活塞加速度是正值，方向是活塞下行的方向，往復慣性力朝上；在下止點前后活塞加速度是負值，方向是活塞上行的方向，往復慣性力朝下。根據極值方法求解，可得：3.活塞的加速度X″≈Rω2cos+(2ω)2cos2在α＜90°或α＞270°的某個位置x″=0

當α=0°時,x″max=Rω2(1+λ),方向向下;當α=180°時,x″=-Rω2(1-λ)，方向向上；2由于|cos

|<1，第三個加速度極值只能在時才出現。四、連桿的角位移、角速度和角加速度

連桿的運動是隨活塞的往復直線運動和繞活塞銷的擺動兩種運動的組合，即平面往復運動。

活塞繞活塞銷擺動的角位移，從連桿與氣缸中心線重合知起算，在

CA范圍內為正值，

18360CA范圍內為負值。由式（1-3）知：（1-12）極值：（1-13）角速度：角速度極值：角加速度：化簡得：（1-14）角加速度極值：二、連桿的運動當α=90°和α=270°時,β″達到最大值。

β″與β方向相反連桿的擺角β=sin-1(λsin)

連桿擺動角速度β′=λωcossecβ連桿擺動角加速度

β″=-λ(1-λ2)ω2·sin·sec3β當α=90°和270°時,連桿在氣缸中心線兩側的擺角的絕對值達到最大值（右側為正）當α=0°和180°、β=0°時,連桿擺動角速度最快,其數值相等,方向相反。2一、氣體作用力二、慣性力三、零件的受力分析二、曲柄連桿機構受力分析

1、氣體作用力一、氣體作用力pgp′2、缸內壓力一、氣體作用力二、慣性力

曲柄連桿機構的運動及質量換算往復慣性力旋轉慣性力

1.曲柄連桿機構的運動

曲柄連桿機構的所有運動零件可分為三組：

（1）沿氣缸軸線作直線往復運動

（2）均勻轉動的曲拐

（3）平面運動的連桿組

2.連桿的質量換算二質量系統三質量系統二質量系統等效原則：質量相等質心重合轉動慣量相等3.往復質量和往復慣性力（1）往復運動質量（2）往復慣性力4.旋轉質量與慣性力（1）旋轉質量（2）離心力MLMLAMLBAB2、慣性力1）.運動部件的質量代換連桿質量的代換ml

mlA+mlB

A小端小端大端連桿力偶ML往復運動質量

mj=mp+mlA

不平衡回轉質量mR=mk+mlB

ω2)往復慣性力一次往復慣性力mj/2Rω同步反向轉二次往復慣性力mj/2

R

2ω同步反向轉

連桿在右時為順時針，連桿在左時為逆時針。

3)回轉慣性力

FR=-mRR

2方向與向心加速度的方向相反4)連桿力偶作用在連桿擺動平面內。ML23.切向力T和法向力Z

四、曲柄連桿機構作用力分析1.合力FF=Fg+Fj2.側推力FＮ和連桿推力FL4.柴油機的輸出力矩和傾覆力矩

動力矩:TR

傾覆力矩:FHH=－TR輸出力矩和傾覆力矩大小相等而方向相反1111角速度波動。柴油機的單缸切向力曲線和總切向力曲線總切向力TΣ總切向力矩TΣ?R為曲軸的輸出力矩，大小是交變的，一個循環變化i（氣缸數）次。柴油機的回轉不均