第一节活塞、连杆的运动及其作用力介绍.ppt

第六章 柴油机及推进轴系的振动 　　船舶推进轴系产生： （1）扭转振动 （2）纵向振动 （3）回旋(横向)振动 振动危害： （1）机件磨损增加或损坏 （2）降低柴油机经济性和可靠性 （3）引起船体水平、垂向振动（对底脚螺栓、贯穿螺栓影响大，对气缸盖影响小） （4）影响船员工作条件，损害船员健康 一 活塞的运动 1活塞的位移 x=R(1-cos?)+L(1-cos?) Rsin?=Lsin? 式中: ?－曲轴转角; β－连杆摆角; 　　λ＝R/L－连杆比，一般低速机为1/3－1/5 经简化， 得：x≈R(1-cos?)+(1-cos2?)λR /4 x=x1+x2 x1= (1-cos?) R x2= (1-cos2?)λR /4 第一节 活塞、连杆的运动及其作用力 α=0°时,x=0(即活塞在上止点) α=180°时,x=2R=S(即活塞在下止点) α=90°或270°时,x=R+ 　　 ＞R ，即活塞不在行程中央，而在α?90°或 α?270°的某一位置时X＝R 2活塞的速度 X′≈ω*sin? *R + (2ω)sin2? *λR /4 x′=x′1+x′2 x′1=ω*sin?* R x′2= (2ω)sin2? *λR /4 ?=0°(上止点)或?=180°(下止点),x′ =0， 最大速度x′max出现在α＜90°的某一位置 3 活塞的加速度 X″≈ω2cos? *R + (2ω) 2cos2? *λR /4 X″＝ x″1＋x″2x″ 1=ω2cos? *R ，是一次曲柄的向心加速度在气缸中心线的投影 x″2= (2ω) 2cos2? *λR /4，是二次曲柄的向心加速度在气缸中心线的投影α=0°时, x″max=Rω2 (1+λ),方向向下，最大α=180°时, x″= -Rω2(1-λ)，方向向上α＜90°或α＞270°的某个位置x″ =0(此时活塞速度最大) 二、连杆的运动 摆角 β=sin-1(λsin?) 摆动角速度 β′=λωcos?secβ 摆动角加速度 β″=-λ(1-λ2)ω2·sin?·sec3β 由上述公式可知: 1）α=90°和270°时, 连杆在气缸中心线两侧的摆角β的绝对值达到最大值 2）α=0°和180°、β=0°时, 连杆摆动角速度β′最快,其数值相等,方向相反 3）α=90°和α=270°时, β″达到最大值 三、 曲柄连杆机构的气体力和惯性力 1.气体力Fg 　　作用在燃烧室部件上，方向沿气缸中心线向下，与柴油机工作过程和负荷有关，与运动部件质量无关 2.曲柄连杆机构惯性力 1）类型及影响因素 （1）类型：　?活塞组件往复运动所产生的往复惯性力；?曲柄不平衡回转质量回转运动所产生的回转惯性力（离心力）；?连杆运动所产生的惯性力（小端往复惯性力，大端离心惯性力，杆身连杆力偶） （2）影响因素：和运动件的质量及运动时的加速度有关，与ｎ2成正比，与负荷无关。为防曲柄连杆机构惯性力过大而引起机件损伤和机器强烈振动，柴油机不易超速运行 2）往复惯性力 Fj=-mjx,,=-mjw2cos?*R-mj(2w)2cos（2?）?R/4 （1） Fj与x,,方向相反，作用线与气缸中心线平行 （2） Fj由Fj1和Fj2组成，为两个回转质量为mj/2，回转半径分别为R和?R/4的曲柄自上止点起同步反向，分别以角速度?和2?回转产生的离心力的合力 3)离心惯性力 FR=-mR?2?R 与向心加速度方向相反,永远是离心的。它的作用线与曲柄中心线重合,并随曲柄按角速度ω回转 四、曲柄连杆机构作用力分析 1合力F 　　F=Fg+Fj，作用在气缸中心线连杆小端处。低速、增压柴油机连杆始终受压，四冲程中、高速机换气上止点附近连杆受拉伸。F分解合成为：柴油机输出转矩、倾覆力矩、作用在主轴承上的力 2活塞销处的作用力 1）侧推力FＮ＝Ftgβ，对主轴承产生倾覆力矩Md=FN*H, 作用在机体上 2）连杆推力FL=F/cosβ 注：短连杆二者均增大 3 曲柄销处的作用力 1）FL在曲柄销处分解为切向作用力T、法（径）向作用力Z 2）主轴承受力Z＋FR 　　　高负荷Z最大，低速FR最小，低速高负荷时主轴承受力最大；低负荷Z最小，高速FR最大，高速低负荷时主轴承受力最小 4柴油机的输出力矩T*R与倾覆力矩MD 1）回转力矩与倾覆力矩大小相等而方向相反，但作用在不同部件上，前者作用在曲轴上（引起曲轴扭转振动），后者作用在柴油机机体上（将引起柴油机左右振动），而不能相互抵消 2）在柴油机一个工作循环中，总切向力和输出力矩要变化ｉ次，转动角速度必然是ｉ次，而且在一个工作循环中将波动ｉ次 五、曲轴回转不均匀度 1.定义：曲轴回转最大角速度与最小角