第2章受力分析

《內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)》第二章

柴油機(jī)的受力分析第一節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力第二節(jié)運(yùn)動(dòng)慣性力對(duì)柴油機(jī)工作的影響一、概述柴油機(jī)工作時(shí)，作用在曲柄連桿機(jī)構(gòu)上的力有下列幾種：⑴作用在氣缸和活塞上的氣體力；⑵運(yùn)動(dòng)件的慣性力；⑶運(yùn)動(dòng)件的重力；⑷負(fù)載的反作用扭矩；⑸機(jī)構(gòu)的支承反力；⑹熱應(yīng)力。運(yùn)動(dòng)件的重力，在高、中速柴油機(jī)中由于其數(shù)值較小，一般不予考慮；柴油機(jī)負(fù)載的反作用扭矩，與曲軸的輸出扭矩相平衡；熱應(yīng)力與結(jié)構(gòu)、受熱及冷卻等因素有關(guān)，情況較復(fù)雜，不予考慮。第一節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力二、氣體力是指氣缸內(nèi)工質(zhì)的作用力，沿著氣缸軸線作用到活塞頂面和氣缸蓋底面，同時(shí)又徑向作用到氣缸內(nèi)圓面。作用在活塞上的氣體推力為：

Pｇ＝（ｐ-p0）×（π/4）×D·D/1000（N）ｐ——?dú)飧變?nèi)的氣體壓力KPａｐ0——作用于活塞背部的曲軸箱內(nèi)氣壓，一般近似取98KPａ。氣體力是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力，它與柴油機(jī)的工作過程及負(fù)荷大小有關(guān)，與柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速無直接關(guān)系，循環(huán)變化，最大值Ｐｚ在上止點(diǎn)附近。三、運(yùn)動(dòng)慣性力

（一）產(chǎn)生原因變速運(yùn)動(dòng)→加速度牛頓第二定律Ｆ＝ｍa

之所以有加速度，因?yàn)槲矬w上作用有外力Ｆ，根據(jù)作用力與反作用力定律，如果有外力改變它原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，必然有一個(gè)反作用力，此反作用力就是慣性力Pa，與加速度的方向相反。

Pa＝－ma特快列車緊急制動(dòng)或列車急劇減速時(shí)，人體往前伸，這就是慣性力的作用，列車作負(fù)加速運(yùn)動(dòng)，加速度方向向后，慣性力向前，人體質(zhì)量愈大，慣性沖動(dòng)愈大。（二）往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力活塞上、下止點(diǎn)時(shí)速度為０，向下速度為正。在曲軸轉(zhuǎn)角90度處達(dá)最大值，此后逐漸減慢；在270度處達(dá)反向速度的最大值，此后又減慢。

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級(jí)和二級(jí)值的合成，一級(jí)值隨曲軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)而循環(huán)變化一次，二級(jí)值隨曲軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)而循環(huán)變化二次。?#?返回6?#?返回7活塞銷活塞氣缸連桿曲柄銷主軸承機(jī)體（三）離心運(yùn)動(dòng)慣性力旋轉(zhuǎn)質(zhì)量ｍｒ＝曲柄質(zhì)量＋連桿大頭附近的質(zhì)量Ｐｒ＝－ｍｒ·ｒ·ω·ω

曲軸勻速，Ｐｒ不變，方向瞬變，主軸頸中心指向曲柄銷中心；在活塞上、下止點(diǎn)時(shí)，Ｐｒ與氣缸中心線重合。?#?返回9四、氣體力與往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力的合力都沿氣缸中心線方向，都作用在活塞組上，可合成分析效果?！疲校剑校纾校曜饔糜诨钊N中心∑Ｐ分解為：?#?返回11⑴氣缸壁的側(cè)壓力

PN=∑Ｐ·ｔｇβ

作用在氣缸表面，隨∑Ｐ、β的大小而變，有兩個(gè)方向，上、下止點(diǎn)為０。⑵沿連桿中心線的連桿力

Pｃｒ=∑P/ｃｏｓβ

從小頭傳到大頭曲柄銷處，又分解為：①垂直于曲柄銷的切向力

Pｔ=Pｃｒ·ｓｉｎ（α+β）

=∑P·ｓｉｎ（α+β）/ｃｏｓβ②指向曲軸主軸頸中心的法向力

Pｒα=Pｃｒ·ｃｏｓ（α+β）

=∑P·ｃｏｓ（α+β）/ｃｏｓβ在進(jìn)氣初期和排氣后期，∑P朝上止點(diǎn)方向，其它時(shí)期∑P朝下止點(diǎn)方向。合力朝下時(shí)的載荷值大，作用時(shí)間長(zhǎng)，最大值在燃燒上止點(diǎn)后爆發(fā)壓力點(diǎn)處。⑴法向力Ｐｒａ使曲柄銷彎曲，曲柄臂有撐開趨向，引起曲軸彎曲振動(dòng)；⑵切向力Ｐｔ——→扭矩Ｍｔ

Ｍｔ＝Ｐｔ·ｒ＝∑Ｐｒ·sin（α＋β）／cosβ

對(duì)外輸出。第二節(jié)

運(yùn)動(dòng)慣性力對(duì)柴油機(jī)工作的影響一、合力對(duì)活塞組的作用二、合力對(duì)連桿組的作用三、合力對(duì)曲軸組的作用四、∑Ｐ對(duì)氣缸套的作用側(cè)壓力ＰN，改變方向，氣缸壁受到高頻敲擊和振動(dòng)變形，穴蝕破壞。缸壁產(chǎn)生摩擦和磨損。

五、∑Ｐ對(duì)機(jī)體的作用側(cè)壓力使機(jī)