第一節(jié) 活塞、連桿的運動及其作用力

1、船舶推進(jìn)軸系產(chǎn)生：船舶推進(jìn)軸系產(chǎn)生：（1 1）扭轉(zhuǎn)振動）扭轉(zhuǎn)振動（2 2）縱向振動）縱向振動（3 3）回旋）回旋( (橫向橫向) )振動振動 振動危害：振動危害：（1 1）機件磨損增加或損壞）機件磨損增加或損壞（2 2）降低柴油機經(jīng)濟性和可靠性）降低柴油機經(jīng)濟性和可靠性（3 3）引起船體水平、垂向振動（對底腳螺栓、）引起船體水平、垂向振動（對底腳螺栓、貫穿螺栓影響大，對氣缸蓋影響?。┴灤┞菟ㄓ绊懘螅瑢飧咨w影響小）（4 4）影響船員工作條件，損害船員健康）影響船員工作條件，損害船員健康一一 活塞的運動活塞的運動1 1活塞的位移活塞的位移 x=R(1-x=R(1-coscos )+L(1-)+L

2、(1-coscos ) )RsinRsin = =LsinLsin 式中式中: : 曲軸轉(zhuǎn)角曲軸轉(zhuǎn)角; ; 連桿擺角連桿擺角; ; R/LR/L連桿比，一般低速機為連桿比，一般低速機為1/31/31/51/5經(jīng)簡化，經(jīng)簡化， 得：得：xR(1-xR(1-coscos )+(1-cos2)+(1-cos2 )R )R /4/4x=xx=x1 1+x+x2 2x x1 1= (1-= (1-coscos ) R) Rx x2 2= (1-cos2= (1-cos2 )R )R /4/4=0=0時時, ,x=0(x=0(即活塞在上止點即活塞在上止點) )=180=180時時, ,x=2R=S(x=2

3、R=S(即活塞在下止點即活塞在下止點) )=90=90或或270270時時, ,x=R+ x=R+ R R ，即活塞不即活塞不在行程中央，而在在行程中央，而在 9090或或 270270的某一的某一位置時位置時X XR R2R2 2活塞的速度活塞的速度 XX* *sinsin * *R R + (2)sin2+ (2)sin2 * *R R /4/4x=xx=x1 1+x+x2 2xx1 1=* *sinsin * * R Rxx2 2= (2)sin2= (2)sin2 * *R R /4/4 =0=0( (上止點上止點) )或或 =180=180( (下止點下止點),),x =0 x =0

4、，最大速度最大速度xxmaxmax出現(xiàn)在出現(xiàn)在9090的某一位置的某一位置 3 3 活塞的加速度活塞的加速度 XX2 2coscos * *R R + (2)+ (2) 2 2cos2cos2 * *R R /4/4 XX xx1 1xx2 2xx 1 1=2 2coscos * *R R ，是一次曲柄的向心加速是一次曲柄的向心加速度在氣缸中心線的投影度在氣缸中心線的投影 xx2 2= (2)= (2) 2 2cos2cos2 * *R R /4/4，是二次曲柄，是二次曲柄的向心加速度在氣缸中心線的投影的向心加速度在氣缸中心線的投影=0=0時時, , xxmaxmax=R=R2 2 (1+),

5、 (1+),方向向下，方向向下，最大最大=180=180時時, , x= -Rx= -R2 2(1-)(1-)，方向向上方向向上9090或或270270的某個位置的某個位置x =0(x =0(此此時活塞速度最大時活塞速度最大) )擺角擺角 =sin=sin-1-1(sin(sin ) ) 擺動角速度擺動角速度 =coscos secsec擺動角加速度擺動角加速度 =-(1-=-(1-2 2)2 2sinsin secsec3 3 由上述公式可知由上述公式可知: :1 1）=90=90和和270270時時, , 連桿在氣缸中心線兩側(cè)連桿在氣缸中心線兩側(cè)的擺角的擺角的絕對值達(dá)到最大值的絕對值達(dá)到最

6、大值2 2）=0=0和和180180、=0=0時時, , 連桿擺動角速度連桿擺動角速度最快最快, ,其數(shù)值相等其數(shù)值相等, ,方向相反方向相反3 3）=90=90和和=270=270時時, , 達(dá)到最大值達(dá)到最大值三、三、 曲柄連桿機構(gòu)的氣體力和慣性力曲柄連桿機構(gòu)的氣體力和慣性力1.1.氣體力氣體力F Fg g作用在燃燒室部件上，方向沿氣缸中心線作用在燃燒室部件上，方向沿氣缸中心線向下，與柴油機工作過程和負(fù)荷有關(guān)，與運動向下，與柴油機工作過程和負(fù)荷有關(guān)，與運動部件質(zhì)量無關(guān)部件質(zhì)量無關(guān)2.2.曲柄連桿機構(gòu)慣性力曲柄連桿機構(gòu)慣性力1 1）類型及影響因素）類型及影響因素（1 1）類型：）類型：活塞組

7、件往復(fù)運動所產(chǎn)生的往活塞組件往復(fù)運動所產(chǎn)生的往復(fù)慣性力；復(fù)慣性力；曲柄不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量回轉(zhuǎn)運動所曲柄不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量回轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力（離心力）；產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力（離心力）；連桿運動所連桿運動所產(chǎn)生的慣性力（小端往復(fù)慣性力，大端離心慣產(chǎn)生的慣性力（小端往復(fù)慣性力，大端離心慣性力，桿身連桿力偶）性力，桿身連桿力偶）（2 2）影響因素：和運動件的質(zhì)量及運動時的）影響因素：和運動件的質(zhì)量及運動時的加速度有關(guān)，與加速度有關(guān)，與2 2成正比，與負(fù)荷無關(guān)。成正比，與負(fù)荷無關(guān)。為防曲柄連桿機構(gòu)慣性力過大而引起機件損為防曲柄連桿機構(gòu)慣性力過大而引起機件損傷和機器強烈振動，柴油機不易超速運行傷和機器強烈振動

8、，柴油機不易超速運行2 2）往復(fù)慣性力）往復(fù)慣性力F Fj j=-=-m mj jx x,=-m=-mj jw w2 2coscos * *R R- -m mj j(2w)(2w)2 2coscos（2 2 ） R/4R/4（1 1） F Fj j與與x x,方向相反，作用線與氣缸中心方向相反，作用線與氣缸中心線平行線平行（2 2） F Fj j由由F Fj1j1和和F Fj2j2組成，為兩個回轉(zhuǎn)質(zhì)量為組成，為兩個回轉(zhuǎn)質(zhì)量為m mj j/2/2，回轉(zhuǎn)半徑分別為回轉(zhuǎn)半徑分別為R R和和 R/4R/4的曲柄自上的曲柄自上止點起同步反向，分別以角速度止點起同步反向，分別以角速度 和和2 2 回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)

9、產(chǎn)生的離心力的合力產(chǎn)生的離心力的合力3)3)離心慣性力離心慣性力F FR R=-=-m mR R 2 2 R R 與向心加速度方向相反與向心加速度方向相反, ,永遠(yuǎn)是離心的。它永遠(yuǎn)是離心的。它的作用線與曲柄中心線重合的作用線與曲柄中心線重合, ,并隨曲柄按角速并隨曲柄按角速度度回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)0o60o120o180o240o300o360o氣體力Fg合力P慣性力FjPPNPTPTNTFRTTNPTPNPHFFbML四、曲柄連桿機構(gòu)作用力分析四、曲柄連桿機構(gòu)作用力分析 1 1合力合力F FF=F=F Fg g+ +F Fj j，作用在氣缸中心線連桿小端處。作用在氣缸中心線連桿小端處。低速、增壓柴油機連

10、桿始終受壓，四沖程中、低速、增壓柴油機連桿始終受壓，四沖程中、高速機換氣上止點附近連桿受拉伸。高速機換氣上止點附近連桿受拉伸。F F分解合分解合成為：柴油機輸出轉(zhuǎn)矩、傾覆力矩、作用在主成為：柴油機輸出轉(zhuǎn)矩、傾覆力矩、作用在主軸承上的力軸承上的力2 2活塞銷處的作用力活塞銷處的作用力1 1）側(cè)推力）側(cè)推力F FFtgFtg，對主軸承產(chǎn)生傾覆力矩對主軸承產(chǎn)生傾覆力矩M Md d=F=FN N* *H, H, 作用在機體上作用在機體上2 2）連桿推力）連桿推力F FL L=F/=F/coscos注：短連桿二者均增大注：短連桿二者均增大 3 3 曲柄銷處的作用力曲柄銷處的作用力1 1）F FL L在曲

11、柄銷處分解為切向作用力在曲柄銷處分解為切向作用力T T、法（徑）法（徑）向作用力向作用力Z Z 2 2）主軸承受力主軸承受力Z ZF FR R高負(fù)荷高負(fù)荷Z Z最大，低速最大，低速F FR R最小，低速高負(fù)最小，低速高負(fù)荷時主軸承受力最大；低負(fù)荷荷時主軸承受力最大；低負(fù)荷Z Z最小，高速最小，高速F FR R最大，高速低負(fù)荷時主軸承受力最小最大，高速低負(fù)荷時主軸承受力最小4 4柴油機的輸出力矩柴油機的輸出力矩T T* *R R與傾覆力矩與傾覆力矩M MD D1 1）回轉(zhuǎn)力矩與傾覆力矩大小相等而方向相回轉(zhuǎn)力矩與傾覆力矩大小相等而方向相反，但作用在不同部件上，前者作用在反，但作用在不同部件上，前者

12、作用在曲軸上（引起曲軸扭轉(zhuǎn)振動），后者作曲軸上（引起曲軸扭轉(zhuǎn)振動），后者作用在柴油機機體上（將引起柴油機左右用在柴油機機體上（將引起柴油機左右振動），而不能相互抵消振動），而不能相互抵消2 2）在柴油機一個工作循環(huán)中，總切向力和）在柴油機一個工作循環(huán)中，總切向力和輸出力矩要變化次，轉(zhuǎn)動角速度必然輸出力矩要變化次，轉(zhuǎn)動角速度必然是次，而且在一個工作循環(huán)中將波動是次，而且在一個工作循環(huán)中將波動次次五、曲軸回轉(zhuǎn)不均勻度、曲軸回轉(zhuǎn)不均勻度1.1.定義：曲軸回轉(zhuǎn)最大角速度與最小角速定義：曲軸回轉(zhuǎn)最大角速度與最小角速度之差與平均角速度之比度之差與平均角速度之比2.2.原因：動力輸出不均（四沖程機相對大）原因：