11柴油机的振动与平衡.ppt

第十一章 柴油机的振动与平衡 第一节 柴油机动力学 第二节 柴油机平衡 第三节 轴系扭转振动和减振 第四节 轴系纵向振动和减振 ? 一　柴油机工作产生振动的几种力源 １、往复惯性力：由于存在作往复运动的部件，使柴油机产生大小及方向均交替变化的往复惯性力。 ２、回转惯性力：有不平衡回转质量的部件，使柴油机产生方向交替变化的回转惯性力 。 ３、扭转振动力源：柴油机工作过程气缸压力变化较大的特点，使输出的扭矩具有周期性脉动 。 ４、纵向振动力源 ：螺旋桨的叶片数目有限，加剧了轴系推力的变化 。 二、柴油机振动的危害 １、柴油机机件磨损增加、噪音上升、恶化管理人员的生活及工作条件、影响其它机器和仪器的正常工作。 ２、可能由于共振而造成柴油机装置的各种管子、附件等设备的损坏及柴油机装置本身的损坏，以致影响整个船舶的正常使用，并可能造成威胁船舶安全的后果。 三、采取措施减小以致消除振动 1、平衡方：对于往复惯性力源及回转惯性力源，一般采用平衡方法来消除或减小其影响，这种方法称为柴油机平衡。 （1）外部平衡：当我们把柴油机的曲轴当作绝对刚体来分析其平衡特性时，称为“外部平衡”； （2）内部平衡：内部平衡当考虑柴油机曲轴的弹性时，其平衡特性称为“内部平衡”。 第一节 柴油机动力学 一、曲柄连杆机构的运动 柴油机是采用曲柄连杆机构把活塞的往复运动转换成曲轴的回转运动的。从柴油机曲柄连杆机构运动分析了解其位移、速度、加速度，然后分析其惯性力。曲柄连杆机构的惯性力不仅影响活塞、连杆和曲轴的强度，以及连杆大、小端轴承和主轴承的负荷，还使柴油机发生振动。 在柴油机曲柄连杆机构中，活塞作往复运动，曲轴作匀速转动，连杆作复杂的摆动。 1、 活塞位移 （1）位移的精确公式 图中，B点代表活塞（十字头式曲柄连杆机构，代表十字头），它的位移以上止点量起为x。BA为连杆长度L（小端中心到大端中心），它与气缸中心线OB所夹的角度为?称连杆摆角）。OA代表曲柄长度为R（即“曲柄半径”），它与气缸中心线OB所夹的角度为?（称为“曲柄转角”）。为了统一公式中的正负号及转速方向，规定曲柄依顺时方向回转为正转向，转角?从上止点依顺时针方向测向曲柄为正号。 从图中的几何关系可以得出活塞位移为： （11-1） 两个自变量?与?有确定的关系，由几何关系 可得 令曲柄半径与连杆长度比为? 则有 （11-2） ?称为连杆比，是柴油机的基本结构参数。柴油机的?约为1/5~1/3。 根据三角函数关系 则有 （11—3） 得活塞位移的精确公式。 （11—4） 2)活塞位移的傅里叶级数公式 把上式用傅里叶级数的形式表示出来。即把活塞的位移用曲柄转角? 的各级简谐项表示。 公式 不是?的简谐项，是复杂的周期函数。依照二项式定理展开： 而?值一般为0.3~0.4则?4 数值很小既可以略去,得近似公式: （11-7）它与精确公式的计算值相差极小，在工程实际应用上已足够精确。 又 则有 由此活塞位移可看成是由两个简谐函数组成 图表示某柴油机的X1和X2两部分曲线迭加起来形成活塞位移曲线X的情况。从图中看出当α=0度及360度时，活塞在上止点位置，其位移为零，当α = 180度时，活塞在下止点位置，其位移达到最大值2R。 当α=90度时，活塞位移巳超过冲程的一半，超过的数值为—— 这是连杆的有限长度所引起的附加位移。假如连杆为无限长, ? =o。此时X2=0，活塞位移曲线X就变成简谐曲线X1。 2 、活塞的速度 活塞的速度是随时间不断变化的，它在某一时的速度是