《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第4版》-袁兆成 課件 第1-4章 內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)總論-曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)

內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)第一章內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)總論第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析第三章內(nèi)燃機(jī)的平衡第四章曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)第五章配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)第六章曲軸飛輪組設(shè)計(jì)第七章連桿組設(shè)計(jì)第八章活塞組設(shè)計(jì)第九章內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)第十章機(jī)體與缸蓋設(shè)計(jì)第十一章內(nèi)燃機(jī)冷卻與潤(rùn)滑系設(shè)計(jì)第一章內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)總論第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的一般流程第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)第四節(jié)內(nèi)燃機(jī)主要參數(shù)的選擇第五節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展第三節(jié)內(nèi)燃機(jī)的選型返回開(kāi)始第一章內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)總論第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的一般流程一、計(jì)劃階段

此階段由下述環(huán)節(jié)組成：1.

確定任務(wù)

—

主要是根據(jù)市場(chǎng)需要和法規(guī)需要

(進(jìn)行必要性、可行性論證)，這個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)該是企業(yè)產(chǎn)品規(guī)劃中確定的，有長(zhǎng)期規(guī)劃，也有短期規(guī)劃。

2.

組織設(shè)計(jì)組—根據(jù)任務(wù)挑選合適人選

人員結(jié)構(gòu)合理

技術(shù)結(jié)構(gòu)合理3.

調(diào)查研究—

a訪問(wèn)市場(chǎng)和用戶，征求對(duì)產(chǎn)品的要求

b了解制造廠的工藝條件、設(shè)備能力以及配件供應(yīng)情況

c收集同類(lèi)先進(jìn)產(chǎn)品的資料，考察同類(lèi)產(chǎn)品

d確定參考樣機(jī)

4.確定基本性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式（概念設(shè)計(jì)階段）。主要是通過(guò):同類(lèi)型機(jī)型對(duì)比、熱力學(xué)計(jì)算、動(dòng)力學(xué)計(jì)算和整機(jī)一維模型仿真分析。5．?dāng)M訂設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)①說(shuō)明產(chǎn)品的原因、用途、適用范圍等②說(shuō)明內(nèi)燃機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)和要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如：a.型式（汽或柴）、氣門(mén)數(shù)、直立或臥式b.沖程數(shù)（4或2）、缸徑D、沖程Sc.冷卻方式（水或風(fēng)）d.汽缸排列方式（直列、V型）e.功率Ne、轉(zhuǎn)速n、扭矩Mf.燃油消耗率ge(克/千瓦.小時(shí))g.機(jī)油消耗率gm(克/千瓦.小時(shí))h.大修期、保用期、一般大修期是保用期的2倍i.重量和外型尺寸—與用途有關(guān)（大車(chē)、小車(chē)、固定）j.排污指標(biāo)（噪聲、廢氣）k.平均有效壓力pmel.活塞平均速度Cm③.主要結(jié)構(gòu)說(shuō)明燃燒室、零部件（活塞連桿、曲軸飛輪、機(jī)體缸蓋、配氣機(jī)構(gòu)、供油潤(rùn)滑、冷卻、起動(dòng)……）④.產(chǎn)品系列化和變型、強(qiáng)化的可能性二、設(shè)計(jì)實(shí)施階段

1.內(nèi)燃機(jī)總布置設(shè)計(jì)，確定主要零部件的允許運(yùn)動(dòng)尺寸、結(jié)構(gòu)方案、

三維實(shí)體造型和虛擬裝配、外形圖。

2.按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編制零部件圖紙目錄。

3.部件三維圖細(xì)致設(shè)計(jì)、零部件工作圖、縱橫剖面圖。桑塔納1.6升轎車(chē)汽油機(jī)

Audi轎車(chē)汽油機(jī)平分式鑄鐵機(jī)體整體氣缸汽油機(jī)6110柴油機(jī)龍門(mén)式機(jī)體輕型柴油機(jī)圖1?8奔馳增壓汽油機(jī)采用雙軸平衡機(jī)構(gòu)的1.8L奧迪FSI發(fā)動(dòng)機(jī)橫剖面大眾V10TDI柴油機(jī)橫剖面三、檢驗(yàn)階段1.

試制多缸機(jī)樣機(jī)2.

多缸機(jī)試驗(yàn)（磨合、調(diào)整、性能試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、配套試驗(yàn)和擴(kuò)大用戶試驗(yàn)）3.

改進(jìn)與處理階段a.樣機(jī)鑒定.b.小批量生產(chǎn)4.

內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的“三化”a.

產(chǎn)品系列化：基本尺寸相同，不同的排列、缸數(shù)、增壓度，達(dá)到提高Peb.

零部件通用化：同一系列的主要零件能夠通用。c.

零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化：按照國(guó)標(biāo)、部標(biāo)或企標(biāo)設(shè)計(jì)“三化”可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少設(shè)計(jì)成本、組織專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、便于使用、維修和配件供應(yīng)四、改進(jìn)與處理階段1．樣機(jī)鑒定與改進(jìn).在總結(jié)樣機(jī)試制、樣機(jī)性能試驗(yàn)和用戶配套實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，往往要進(jìn)行多方面的綜合改進(jìn)和進(jìn)一步的試驗(yàn)觀察，然后由企業(yè)或者地方主管部門(mén)組織新廠品鑒定。鑒定時(shí)設(shè)計(jì)和試制單位要提供下列文件：設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)內(nèi)燃機(jī)研發(fā)試制總結(jié)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性、排放特性、噪聲水平等性能試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)量成本盈虧分析零部件標(biāo)準(zhǔn)審查報(bào)告市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)分析用戶使用報(bào)告……2．小批量生產(chǎn)和擴(kuò)大用戶試驗(yàn)內(nèi)燃機(jī)是一個(gè)十分復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，涉及到水、油、氣的流動(dòng)與密封；工質(zhì)燃燒、做功與傳熱；機(jī)械傳動(dòng)等多個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，用戶的要求和使用工況變化非常大，因此必須經(jīng)過(guò)小批量生產(chǎn)和逐步擴(kuò)大用戶使用試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的設(shè)計(jì)完善和嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝調(diào)整，才能最終進(jìn)行正式商業(yè)化生產(chǎn)。本章開(kāi)始

第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)的主要設(shè)計(jì)指標(biāo)一、動(dòng)力性指標(biāo)1.

功率Pe

式中Pme—平均有效壓力（MPa），Vm—活塞平均速度（m/s），Vh—?dú)飧着帕?L)，Z—?dú)飧讛?shù)，n–轉(zhuǎn)速（r/min），D—?dú)飧字睆剑╩m），τ—沖程數(shù)，四沖程τ=4，二沖程τ=2?？梢?jiàn)，有效功率Pe受到上面各參數(shù)的影響。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速和結(jié)構(gòu)參數(shù)基本確定下來(lái)之后，影響有效功率的主要參數(shù)就是平均有效壓力。2.

轉(zhuǎn)速nn增加對(duì)提高Pe有利，但是轉(zhuǎn)速增加后：⑴慣性力，導(dǎo)致負(fù)荷增加，平衡、振動(dòng)問(wèn)題突出，噪音增加；⑵.工作頻率增加——熱負(fù)荷增加；⑶.摩擦損失增加，導(dǎo)致ηm

下降、ge升高、磨損加劇，壽命縮短； ⑷.進(jìn)排氣系統(tǒng)阻力增加，使ηv

變??；內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速范圍1000轉(zhuǎn)/分以上為高速、300~1000轉(zhuǎn)/分為中速、300轉(zhuǎn)以下為低速。發(fā)電機(jī)組內(nèi)燃機(jī)受電網(wǎng)頻率和磁極對(duì)數(shù)的限制，轉(zhuǎn)速應(yīng)為

f–電網(wǎng)頻率（50Hz）,P—發(fā)電機(jī)磁極對(duì)數(shù)。3.

最大扭矩Memax及nMe扭矩適應(yīng)性系數(shù)轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù)總適應(yīng)系數(shù)

μ=μmμn

隨用途而有不同的要求。

動(dòng)力裝置汽油機(jī)柴油機(jī)μmμnμμmμnμ汽車(chē)1.1～1.251.5～21.65～2.51.05～1.21.1～1.251.1～1.25工程機(jī)械1.2～1.451.6～21.9～2.91.15～1.41.6～21.85～2.8拖拉機(jī)1.2～1.31.6～21.9～2.61.15～1.251.6～21.85～2.5二、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)1.燃油消耗率ge(克/千瓦小時(shí))降低ge的措施：提高ηi

和ηm車(chē)用汽油機(jī)260--400車(chē)用柴油機(jī)200—2602.機(jī)油消耗率gm(克/千瓦小時(shí))1.3—2.6克/千瓦小時(shí)三、耐久性、可靠性指標(biāo)可靠性—在規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，具有持續(xù)工作，不會(huì)因?yàn)楣收隙绊懻＿\(yùn)轉(zhuǎn)的能力。耐久性—從開(kāi)始使用起到大修期的時(shí)間。四、重量、尺寸、外形指標(biāo) 是評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的緊湊性和金屬利用程度的指標(biāo)。 比重量gw=G/Pe(kg/kw)； 體積功率Pv=Pe/V(kw/m3)

五、低公害指標(biāo) 1.

噪音內(nèi)燃機(jī)噪音分為：燃燒噪音、進(jìn)排氣噪音和機(jī)械噪音汽車(chē)分類(lèi)噪聲限值dB(A)第一階段第二階段2002.10.1~2004.12.30期間生產(chǎn)的汽車(chē)2005.1.1以后生產(chǎn)的汽車(chē)M17774M2(GVM≤3.5t)，或N1(GVM≤3.5t)：GVM≤2t2t<GVM≤3.5t78797677M2(3.5t<GVM≤5t)，或M2(GVM>5t)：P<150kWP≥150kW82858083N1(3.5t<GVM≤12t)，或N1(GVM>12t)：P<75kW75kW≤P<150kWP≥150kW838688818384說(shuō)明：M1，M2(GVM≤3.5t)和N1類(lèi)汽車(chē)裝用直噴式柴油機(jī)時(shí)，其限值增加1dB(A)。對(duì)于越野汽車(chē)，其GVM>2t時(shí)：如果P<150kW，其限值增加1dB(A)；如果P≥150kW，其限值增加2dB(A)。M1類(lèi)汽車(chē)，若其變速器前進(jìn)檔多于4個(gè)，P>150kW，P/GVM之比大于75kW/t，并且用第三檔測(cè)試時(shí)其尾端出線的速度大于61km/h，其限值增加1dB(A)2.

排污

CO—破壞人體的輸氧能力，麻痹呼吸器官HC—破壞呼吸系統(tǒng)

NOx—與水蒸氣混合，在肺部生成稀硝酸。歐Ⅰ、歐Ⅱ總質(zhì)量<2.5t≤6人歐洲Ⅰ號(hào)1995年底之前歐洲Ⅱ號(hào)1995年—2000年轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)排放測(cè)試g/km汽油柴油IDI+DI汽油柴油IDIDICO2.72(3.16)2.72(3.16)CO2.21.01.0HC+NOx0.97(1.13)0.97(1.13)HC+NOx0.50.70.9Particulate0.14(0.18)Particulate0.080.10蒸發(fā)量2.0g/T—

—蒸發(fā)量2.0g/T—

—?dú)WⅢ、歐Ⅳ總質(zhì)量<2.5t≤6人.歐洲Ⅲ號(hào)2000年—2005年歐洲Ⅳ號(hào)2005年底起施行轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)排放測(cè)試g/km汽油柴油汽油柴油CO2.30.64CO2.20.5HC+NOx0.56HC+NOx0.3HC0.2HC0.1NOx0.150.5NOx0.080.25PM—0.05PM0.025蒸發(fā)量2.0g/T—

—蒸發(fā)量2.0g/T—

—?dú)WⅤ、歐Ⅵ總質(zhì)量<2.5t≤6人.歐Ⅴ號(hào)2008年10月—2012年歐洲Ⅵ號(hào)2012年底起施行轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)排放測(cè)試g/km汽油柴油汽油柴油CO1.00.5CO1.00.5HC+NOx0.23HC+NOx0.17HC0.1HC0.1NOx0.060.18NOx0.060.08PM0.0050.005PM0.0050.005蒸發(fā)量2.0g/T—

—蒸發(fā)量2.0g/T—

—六、制造、使用、維護(hù)指標(biāo)1）高的動(dòng)力性能。功率、扭矩、使用轉(zhuǎn)速范圍，均適合于工作機(jī)械的需要。2)高的燃料經(jīng)濟(jì)性。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)還必須注意部分負(fù)荷和不穩(wěn)定工況下的經(jīng)濟(jì)性，還要求燃油經(jīng)濟(jì)區(qū)盡可能寬，這在混合動(dòng)力中尤為重要。3)高的工作可靠性和足夠的使用壽命。現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)壽命指標(biāo)較先進(jìn)的大致為：汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)40～80萬(wàn)公里；拖拉機(jī)及農(nóng)用內(nèi)燃機(jī)6000～10000小時(shí)；工程機(jī)械用內(nèi)燃機(jī)10000～28000小時(shí)。4）對(duì)于汽車(chē)用內(nèi)燃機(jī)，還要求盡量低的振動(dòng)和噪聲，也就是所說(shuō)的NVH（Noise、VibrationandHarshness）性能。本章開(kāi)始第三節(jié)內(nèi)燃機(jī)的選型

一、柴油機(jī)、汽油機(jī)或氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)在廣泛使用的內(nèi)燃機(jī)主要是柴油機(jī)、汽油機(jī)和氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。在選擇內(nèi)燃機(jī)時(shí)首先碰到的問(wèn)題就是選擇什么內(nèi)燃機(jī)。

從兩方面考慮內(nèi)燃機(jī)本身的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)和市場(chǎng)需求。地區(qū)或國(guó)家對(duì)環(huán)境和能源應(yīng)用分布的要求。

柴油機(jī)：燃料經(jīng)濟(jì)性好；工作可靠性和耐久性好，因?yàn)闆](méi)有點(diǎn)火系統(tǒng)；可以通過(guò)增壓、擴(kuò)缸來(lái)增加功率；防火安全性好，柴油揮發(fā)性差；CO和HC的排放比汽油機(jī)少。

汽油機(jī)：空氣利用率高，轉(zhuǎn)速高，因而升功率高?；推魇降倪^(guò)量空氣系數(shù)α較高，在1.1左右，電控噴射要求α=1；因?yàn)闆](méi)有柴油機(jī)噴油系統(tǒng)的精密偶件，制造成本低；低溫起動(dòng)性、加速性好，噪音低；由于升功率高，最高燃燒壓力低，所以結(jié)構(gòu)輕巧，比質(zhì)量小（一般只有柴油機(jī)的一半重量）；不冒黑煙，顆粒排放少。目前來(lái)講，柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)就是汽油機(jī)的缺點(diǎn)，反之亦然。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)：氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)主要使用壓縮天然氣（CompressedNaturalGas—CNG）、液化天然氣（LiquifiedNaturalGas—LNG）、液化石油氣（LiquifiedPetrolGas—LPG）?？梢云?LPG、汽油/天然氣切換（Bi-fuel兩用燃料）或天然氣/柴油混合（DualFuel雙燃料），也可以單獨(dú)使用；辛烷值超過(guò)100，單獨(dú)使用時(shí)可以提高壓縮比以保證功率不損失；排放指標(biāo)比較低、不冒黑煙；一般情況下使用經(jīng)濟(jì)性較好，價(jià)格也比汽油便宜；可以節(jié)省石油資源；燃料供給采用多點(diǎn)電控噴射才能使混和氣比較均勻。一般，6噸以上用柴油機(jī)，3-6噸混用，3噸以下汽油機(jī)居多，燃?xì)鈩t有較寬的使用范圍。但是燃?xì)馄?chē)?yán)m(xù)航里程短，大部分地區(qū)加氣站不如汽、柴油加油站分布廣泛，所以燃?xì)馄?chē)多用于城市公交車(chē)、城市出租車(chē)。二、沖程四沖程：使用可靠，工作柔和，耐磨，經(jīng)濟(jì)性好，指標(biāo)穩(wěn)定，生產(chǎn)、使用經(jīng)驗(yàn)豐富；二沖程：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)工作循環(huán)多一倍，實(shí)際功率輸出大50~70%，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但經(jīng)濟(jì)性差。三、冷卻形式水冷：1.冷卻均勻效果好；

2.ηv

大，pe大；3.受外界影響小;4.噪音低.風(fēng)冷：1.散熱不好，熱負(fù)荷高，油嘴易堵，機(jī)油易變稀，磨損大；

2.可在沙漠等缺水地帶使用，無(wú)凍裂；3.噪音大，因?yàn)闊o(wú)水套吸音；4.

鑄造困難；5.

冷卻系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)漏水；6.

單體結(jié)構(gòu)，維修成本低。四、氣缸的布置主要由發(fā)動(dòng)機(jī)的使用環(huán)境決定。單列：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便。雙列：在增加功率，提高車(chē)廂面積有效利用要求下，趨向采用雙列，雙列有V型、錯(cuò)缸型（缸心線平行和缸心線不平行兩種）

臥式：可布置在底盤(pán)中部或后部，大幅度降低高度，改善面積利用率，開(kāi)闊視野，提高了操縱性、機(jī)動(dòng)性。

本章開(kāi)始第四節(jié)內(nèi)燃機(jī)主要參數(shù)的選擇一、平均有效壓力pme

Hu—燃料低熱值，γs–進(jìn)口狀態(tài)下空氣密度，l0—理論空氣量提高pme的途徑：1.

↑ηv,采用合理的進(jìn)氣系統(tǒng)，合理的配氣機(jī)構(gòu)（相位、型線、多氣門(mén)）2.

↑ηi,↑ε，↓傳熱損失（絕熱活塞、絕熱氣缸），加強(qiáng)燃燒室密封3.

↑ηm，減小配合間隙，選擇摩擦材料，提高工藝水平。柴油機(jī)還要注意燃油系統(tǒng)的調(diào)整，使α→1；采用增壓提高空氣密度。當(dāng)然，增壓會(huì)帶來(lái)：機(jī)械負(fù)荷增加→機(jī)械應(yīng)力增加熱負(fù)荷增加→熱應(yīng)力增加應(yīng)從結(jié)構(gòu)、冷卻、加工、材料等方面加以保證。二、活塞平均速度

Vm是表征發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度的主要參數(shù)Vm↑可以使平均有效壓力Pe增加，但是Vm↑的副作用是：1．摩擦損失增加，導(dǎo)致熱負(fù)荷增加、機(jī)油承載能力下降、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命降低。2．慣性力增加，導(dǎo)致機(jī)械負(fù)荷和機(jī)械振動(dòng)加劇、機(jī)械效率降低。3．進(jìn)排氣流速增加，導(dǎo)致進(jìn)氣阻力增加、充氣效率ηv下降。一般汽油機(jī)柴油機(jī)三、氣缸直徑和缸數(shù)氣缸直徑D加大，Pe以平方的速度增加。但是慣性力也增加明顯，導(dǎo)致振動(dòng)和機(jī)械負(fù)荷加劇。缸數(shù)Z增加，Pe線性提高，發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度加大，平衡性改善。發(fā)動(dòng)機(jī)相同排量、不同氣缸數(shù)的比較（S=80）排量LS=80mm三缸四缸六缸三缸機(jī)

四缸機(jī)

六缸機(jī)

三缸機(jī)四缸機(jī)六缸機(jī)單缸排量L缸徑D(mm)摩擦面積F(mm^2)1.50.500.380.2589.2177.2563.0867259.8977665.036595119.8620.670.500.33103.0189.2172.8477665.0489679.85946109834.95排量LS=80mm缸心距摩擦面積比摩擦面積增加百分比四/三六/三四對(duì)三六對(duì)三1~2.2小中大1.001.221.410.00%15.47%41.42%1、

隨著缸數(shù)增加，摩擦面積增加。2、

從發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)平衡角度出發(fā)，六缸機(jī)好于四缸機(jī)、四缸機(jī)好于三缸機(jī)。因?yàn)榱讬C(jī)是全平衡；四缸機(jī)的二階慣性力不平衡；而三缸機(jī)的一、二階往復(fù)慣性力矩都不平衡，是三缸機(jī)振動(dòng)大的主要原因，也就是說(shuō)三缸機(jī)的NVH性能相對(duì)較差。3、

從燃燒室的面容比講，小缸徑的燃燒室面容比比較大，散熱損失可能多，熱效率可能低。4、

從缸心距來(lái)看，機(jī)體長(zhǎng)度隨缸數(shù)增加而增加，也就是發(fā)動(dòng)機(jī)體積會(huì)隨著缸數(shù)增加。5、

從生產(chǎn)制造成本上來(lái)講，主要零部件（活塞組）隨著缸數(shù)減少而減少。從以上的分析來(lái)看，似乎三缸機(jī)的優(yōu)點(diǎn)較多，但是市場(chǎng)上搭載三缸機(jī)的車(chē)輛銷(xiāo)量普遍不好，主要原因就是三缸機(jī)的NVH性能不夠好，不能得到用戶的認(rèn)可。氣缸直徑改變之后，要做如下必要的工作：計(jì)算氣缸工作容積。計(jì)算標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的扭矩Me。利用表（1-2）估算最大扭矩Memax和對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。壓縮比驗(yàn)算和調(diào)整、燃燒室重新設(shè)計(jì)。工作過(guò)程計(jì)算。重新選配活塞組零件，計(jì)算活塞組質(zhì)量。確定是夠需要改變氣門(mén)直徑和氣門(mén)最大升程，是否需要重新設(shè)計(jì)凸輪型線。重新曲軸平衡分析、重新設(shè)計(jì)曲軸的平衡塊及布置。進(jìn)行曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算，計(jì)算活塞側(cè)向力、連桿力、切向力、徑向力和單缸扭矩，計(jì)算軸頸積累扭矩。連桿軸承表面壓力校核。曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算以確定是否要重新匹配減振措施。冷卻水流動(dòng)和散熱能力計(jì)算分析。四、行程S行程S增加，可以提高Pe，但活塞平均速度Cm提高，有磨損加速、壽命降低等問(wèn)題。一般S的變化主要用于：1．調(diào)節(jié)整機(jī)排量2．調(diào)節(jié)耐久性—減小S,減小側(cè)向力，減輕磨損3．調(diào)節(jié)扭矩值要改變行程S，相應(yīng)在結(jié)構(gòu)上的必要改變和必要的計(jì)算包括：要重新設(shè)計(jì)曲軸，使曲軸的曲柄半徑r=S/2。要重新進(jìn)行壓縮比計(jì)算和調(diào)整。重新設(shè)計(jì)缸套長(zhǎng)度。計(jì)算氣缸工作容積。計(jì)算標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的扭矩Me。利用表（1-2）估算最大扭矩Memax和對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。要重新進(jìn)行曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算、平衡計(jì)算?；钊骄俣群妥畲笏俣扔?jì)算，確定活塞與缸套的摩擦情況。曲柄半徑改變，連桿比λ變化，要確定連桿長(zhǎng)度是否合適，最大連桿擺角時(shí)桿身是否與缸套下沿相碰，活塞下止點(diǎn)時(shí)曲軸平衡塊是否與活塞裙部相干涉。一般情況下，如果活塞行程加大，連桿長(zhǎng)度也要加大。要改變機(jī)體高度或者將曲軸中心上下移動(dòng)。要進(jìn)行工作過(guò)程計(jì)算等。此時(shí)曲軸軸頸的重疊度肯定要發(fā)生改變，尤其在加大行程情況下，一定要利用有限元方法驗(yàn)算曲軸的強(qiáng)度。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算分析，確定是否需要改變減震器結(jié)構(gòu)。本章開(kāi)始第五節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展一、目前廣泛采用1．新結(jié)構(gòu)：新型燃燒室、多氣門(mén)、可變配氣相位、可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度、可變?cè)鰤浩鳌?．新技術(shù)：增壓、汽油噴射、柴油機(jī)高壓噴射系統(tǒng)、預(yù)噴射技術(shù)、電控多點(diǎn)噴射、缸內(nèi)直噴汽油（GDI）、均質(zhì)混合壓燃技術(shù)3．新工藝：以鑄代鍛、壓力鑄造、表面處理技術(shù)…新材料：活塞環(huán)（塑料）、活塞（復(fù)合材料）、缸套、軸瓦、油底殼、進(jìn)氣管、齒輪…，主要目的是減輕質(zhì)量、減少磨損、隔振、隔音。

二、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法1．計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制圖提高速度和質(zhì)量、便于 保存和修改處理

工程分析計(jì)算縮短設(shè)計(jì)周期、 降低設(shè)計(jì)成本、提高準(zhǔn)確性2．模擬計(jì)算與仿真設(shè)計(jì)：三維曲面設(shè)計(jì)、氣體液體流動(dòng)分析、 燃燒模擬、振動(dòng)分析、噪聲仿真…3．優(yōu)化設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化（以質(zhì)量最輕或應(yīng)力最小或變形最小或阻力最小等等為優(yōu)化目標(biāo)），多采用線性規(guī)劃法、復(fù)合形法、懲罰函數(shù)法等等

4．工程數(shù)據(jù)庫(kù)

5．可靠性設(shè)計(jì)方法xf(x)fy(xy)Fq(xq)Xy0Xq0本章開(kāi)始第二章曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析返回開(kāi)始第一節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)(活塞的運(yùn)動(dòng)學(xué)）第二節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用力第一節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)(活塞的運(yùn)動(dòng)學(xué))一、

簡(jiǎn)述機(jī)構(gòu)的作用：活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 活塞上的力轉(zhuǎn)化為曲軸上的扭矩兩個(gè)假設(shè)：1.曲軸作勻速運(yùn)轉(zhuǎn);2.角速度ω為常數(shù)。二、

中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律活塞的位移表示為活塞的運(yùn)動(dòng)可以用三角函數(shù)組成的復(fù)諧函數(shù)表示，既活塞的運(yùn)動(dòng)是復(fù)諧運(yùn)動(dòng)。

對(duì)x求一階導(dǎo)和二階導(dǎo)，得四、

活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析與用途1．簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律一階諧量與曲軸速度同步二階諧量比曲軸速度快一倍

①活塞位移用于示功圖轉(zhuǎn)換氣門(mén)干涉校驗(yàn)動(dòng)力計(jì)算②活塞速度用于計(jì)算平均速度Vm()，判斷強(qiáng)化程度、計(jì)算功率計(jì)算最大速度Vmax（=1.625Vm）,評(píng)價(jià)氣缸的磨損程度。③活塞加速度用于計(jì)算往復(fù)慣性力的大小和變化，進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算?？紤]往復(fù)慣性力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)平衡的影響本章開(kāi)始第二節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用力一、曲柄連桿機(jī)構(gòu)中力的傳遞和相互關(guān)系作用力分為：①氣壓力Fg②慣性力(往復(fù)慣性力Fj、旋轉(zhuǎn)慣性力Fr）③合成力F=Fj+Fg

一、曲柄連桿機(jī)構(gòu)中力的傳遞和相互關(guān)系上式說(shuō)明，永遠(yuǎn)存在一個(gè)與輸出扭矩方向相反、大小相等的翻倒力矩。

二、氣壓力的作用效果氣壓力Fg和在機(jī)體內(nèi)部平衡掉，對(duì)外沒(méi)有自由力，只有扭矩輸出和翻倒力矩Ft與ω同向?yàn)檎?，F(xiàn)k指向圓心為正，轉(zhuǎn)矩順時(shí)針為正曲柄連桿機(jī)構(gòu)的所有零件，按照運(yùn)動(dòng)性質(zhì)可分為三組。①

活塞組m’,包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷(xiāo)和卡環(huán)。②

曲軸組mka.

連桿軸頸及與連桿軸頸相重合的曲柄部分mk1b.

曲柄上連桿軸頸與主軸頸中間的部分mk2其當(dāng)量質(zhì)量③

連桿組根據(jù)質(zhì)量守恒和質(zhì)心守恒原理所以

關(guān)鍵是求出重心位置?，F(xiàn)在利用制圖軟件可以方便求出。

三、往復(fù)慣性力1．

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量換算換算原則：保持當(dāng)量系統(tǒng)與原機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等效。

2．

曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的慣性力慣性力與運(yùn)動(dòng)質(zhì)量有關(guān)，該機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量有往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量

往復(fù)慣性力

往復(fù)慣性力的性質(zhì)：a.

Fj與a的變化規(guī)律相同，兩者相差一個(gè)常數(shù)mj，方向相反。b.

可以用旋轉(zhuǎn)矢量法確定FjⅠ和FjⅡ的大小、方向，用來(lái)判斷往復(fù)慣性力作用性質(zhì)。c.FjⅠ和FjⅡ

始終沿著氣缸軸線作用。d.

往復(fù)慣性力總是存在。所以由Fj產(chǎn)生的單缸扭矩、翻倒力矩和自由力總是存在。但是曲軸一轉(zhuǎn)內(nèi)，翻轉(zhuǎn)力矩之和、自由力矩之和為零。

旋轉(zhuǎn)慣性力Fr四、往復(fù)慣性力和氣壓力作用的差別

氣壓力Fg是做功的動(dòng)力，產(chǎn)生輸出扭矩。氣壓力Fg在機(jī)體內(nèi)部平衡，沒(méi)有自由力。Fj沒(méi)有平衡，有自由力產(chǎn)生，是發(fā)動(dòng)機(jī)縱向振動(dòng)的根源。Fjmax<FgmaxFj所占區(qū)域長(zhǎng)，總是存在，正負(fù)面積相等；Fg呈脈沖性。

五、曲柄連桿機(jī)構(gòu)中力的計(jì)算（動(dòng)力計(jì)算）

合成力

F=Fj+Fg側(cè)向力

FN＝F·tgβ

連桿力

切向力徑向力

單缸扭矩

翻倒力矩

六、多缸機(jī)扭矩（動(dòng)力計(jì)算）

以六缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)（1－5－3－6－2－4）為例：

如果第一缸的扭矩為M1(α)，則第二缸的扭矩為M2＝M1(α+240)，M3＝M1（α＋480），…….

5，21，63，4第一主軸頸所受轉(zhuǎn)矩MZ1=0

第二主軸頸所受轉(zhuǎn)矩MZ2=M1(α)第三主軸頸所受轉(zhuǎn)矩

MZ3=MZ2+M1（α＋240）第四主軸頸所受轉(zhuǎn)矩MZ4=MZ3+M1（α＋480）第五主軸頸所受轉(zhuǎn)矩MZ5=MZ4+M1（α＋120）第六主軸頸所受轉(zhuǎn)矩MZ6=MZ5+M1（α＋600）第七主軸頸所受轉(zhuǎn)矩MZ7=MZ6+M1（α＋360）=

2.連桿軸頸扭矩根據(jù)扭矩向后傳遞的原則，Mgi應(yīng)該是前一個(gè)主軸頸上的積累扭矩Mzi與作用在本曲柄銷(xiāo)上的切向力所引起單缸扭矩的一半。

六缸機(jī)積累扭矩和各連桿軸頸扭矩四沖程四缸機(jī)合成扭矩平均扭矩?fù)?jù)此可以計(jì)算指示功率、有效扭矩等動(dòng)力指標(biāo)。

*偏心曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要目的是減小側(cè)壓力當(dāng)活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)時(shí)，曲柄轉(zhuǎn)過(guò)的角度是當(dāng)活塞從下止點(diǎn)到上止點(diǎn)時(shí)，曲柄轉(zhuǎn)過(guò)的角度是實(shí)現(xiàn)快進(jìn)慢回，有利于工作過(guò)程

4.輸出扭矩的均勻性一般以標(biāo)定工況評(píng)價(jià)扭矩不均勻系數(shù)

增加氣缸數(shù)、點(diǎn)火均勻、組件分組、增加飛輪慣量等均可減小扭矩不均勻性。

七、發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)支承的作用力八、曲軸軸頸和軸承的負(fù)荷

1．連桿軸頸的負(fù)荷Pq取坐標(biāo)系固定于連桿軸頸上，有合力大小和方向角為2．連桿軸承的負(fù)荷Fp取坐標(biāo)系固定于連桿上，根據(jù)Fp與Fq互為反作用力的關(guān)系：Fp=Fq3．主軸頸的負(fù)荷多支承曲軸主軸頸負(fù)荷不能精確確定，因此假設(shè)：任何時(shí)刻主軸頸上的負(fù)荷只決定于此軸頸左右相鄰曲軸上的作用力。將靜不定多跨曲軸按單跨梁計(jì)算。4．主軸承負(fù)荷Fc=-Fz本章開(kāi)始第三章內(nèi)燃機(jī)的平衡第二節(jié)旋轉(zhuǎn)慣性力的分析第三節(jié)單列式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的平衡分析第四節(jié)雙列式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的分析第一節(jié)平衡的基本概念返回開(kāi)始第三章內(nèi)燃機(jī)的平衡第一節(jié)平衡的基本概念一、平衡的定義當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在穩(wěn)定工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)如果傳給支承的作用力的大小和方向均不隨時(shí)間而變化，則我們就稱(chēng)此內(nèi)燃機(jī)是平衡的。實(shí)際上這種情況不存在。二、內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)的原因工作過(guò)程的周期性：發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩是周期性變化的。機(jī)件運(yùn)動(dòng)的周期性：旋轉(zhuǎn)慣性力、往復(fù)慣性力是周期性變化的。三、不平衡的危害引起車(chē)輛的振動(dòng)，影響乘員的舒適性、駕駛的平順性。固定式內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)，會(huì)縮短基礎(chǔ)或建筑物的壽命。產(chǎn)生振動(dòng)噪音、消耗能量、降低機(jī)器的總效率。引起緊固連接件的松動(dòng)或過(guò)載、引起相關(guān)儀器和設(shè)備的異常損壞。四、研究平衡的目的和采用的方法通過(guò)內(nèi)燃機(jī)平衡性的分析，為分析和選型提供依據(jù)。尋求改善平衡性的措施，這些措施一般包括：采用適當(dāng)?shù)臍飧讛?shù)、氣缸排列和曲拐布置；加適當(dāng)?shù)钠胶庵兀挥眠m當(dāng)?shù)钠胶鈾C(jī)構(gòu)。

方法主要包括：1．解析法任取一個(gè)坐標(biāo)系，求各力和力矩在該坐標(biāo)系中的投影之和。若∑F＝0，∑M＝0，則該力系是平衡的，反之不平衡。2．圖解法作力和力矩多邊形，如多邊形封閉則力系是平衡，反之不平衡。本章開(kāi)始第二節(jié)旋轉(zhuǎn)慣性力的分析旋轉(zhuǎn)質(zhì)量旋轉(zhuǎn)慣性力、靜平衡和動(dòng)平衡質(zhì)心在旋轉(zhuǎn)軸上動(dòng)平衡靜平衡二、旋轉(zhuǎn)慣性力平衡分析

為使動(dòng)平衡：1.單拐曲軸2.三拐曲軸（1－3－2，四沖程或二沖程)①作曲柄側(cè)視圖及軸側(cè)圖②圖解法對(duì)三個(gè)缸作離心力的矢量圖是靜平衡對(duì)O點(diǎn)（最后一拐中心）取矩，作力矩矢量圖整體平衡方法3.四拐曲軸四拐空間（二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)）曲軸離心力分析空間曲軸的離心力自然平衡，有不平衡的離心力矩四拐平面曲軸離心力分析

離心慣性力的合力為零，離心慣性力矩也是零曲軸本身承受有最大達(dá)負(fù)荷的內(nèi)彎矩，而且中間主軸承承受較大的離心常見(jiàn)的有如圖所示的四塊平衡重方案，以減輕內(nèi)彎矩和軸承負(fù)荷FrFrFrFr五缸機(jī)（曲軸）旋轉(zhuǎn)慣性力分析（1-2-4-5-3）四沖程5曲拐布置圖四沖程5曲拐軸測(cè)圖12435四沖程五缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力分析—圖解法曲柄側(cè)視圖四沖程5拐曲軸旋轉(zhuǎn)慣性力多邊形四沖程五缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力矩分析四沖程5拐曲軸旋轉(zhuǎn)慣性力矩多邊形利用矢量投影求和的代數(shù)方法，求離心力矩的大小和方向假設(shè)缸心距為a，對(duì)第五缸中心取矩各矢量在x軸的投影和為各矢量在y軸的投影和為合力矩為合力矩的方向與y軸的夾角為平衡塊質(zhì)徑積為4.六拐曲軸六拐曲軸的平衡性很好，但是也存在內(nèi)彎矩和軸承負(fù)荷問(wèn)題。因此六拐曲軸也要合理布置平衡重。方案有如圖所示幾種。本章開(kāi)始第三節(jié)單列式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的平衡分析幾個(gè)基本概念2．往復(fù)慣性力始終沿氣缸軸線作用，大小和方向按簡(jiǎn)諧規(guī)律變化，力矩總是作用在氣缸中心線與曲軸中心線組成的平面內(nèi)。都是不平衡的自由力，如果不采取平衡措施，就會(huì)傳到支承上，引起縱向振動(dòng)。1.往復(fù)慣性力可以用旋轉(zhuǎn)矢量表示為3．單缸機(jī)往復(fù)慣性力的平衡分析都沒(méi)有平衡，需要采取平衡措施。1.雙軸平衡法對(duì)于一階慣性力，用兩根平衡軸四個(gè)平衡重(或兩個(gè))對(duì)于二階往復(fù)慣性力采用類(lèi)似方法平衡關(guān)系為：?jiǎn)胃讬C(jī)雙軸同向平衡機(jī)構(gòu)2.過(guò)量平衡法（0<ε<1）從中消去α得到當(dāng)過(guò)量平衡率ε=0.5時(shí)，合力矢量變成一個(gè)常數(shù)的圓，方向與曲柄半徑方向相反。現(xiàn)在高速小型發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)量平衡率有取較小值（ε=0.15~0.2）的趨勢(shì)2.單軸平衡法要求e1、e2盡可能小，以保證附加力矩M盡可能小。當(dāng)平衡軸與曲軸水平對(duì)齊時(shí)，仍然存在不平衡力矩。單軸平衡法多缸機(jī)往復(fù)慣性力平衡分析12121212a曲柄側(cè)視圖曲軸布置圖一階曲柄圖二階曲柄圖單列式兩缸機(jī)（發(fā)火順序1－2－1，四沖程是不均勻發(fā)火）圖解法λC

λC整體平衡法雙軸平衡法更好的曲軸布置應(yīng)該是360度曲拐夾角。此時(shí)發(fā)火均勻，可采用雙軸機(jī)構(gòu)平衡，也可以采用平衡活塞的方法平衡。如右圖所示單列式三缸機(jī)（1－3－2）作曲柄圖和軸側(cè)圖作慣性力矢量圖三拐曲軸一、二階曲柄圖和軸側(cè)圖一階慣性力二階慣性力得到FRjⅠ=0FRjⅡ=012312330O作力矩圖MjⅠmax=出現(xiàn)在一缸上止點(diǎn)后30○。求整體平衡法平衡重質(zhì)徑積，平衡重布置如前圖30Obmprpmpmpmprp

三缸機(jī)一階往復(fù)慣性力矩單軸平衡機(jī)構(gòu)三缸機(jī)一階往復(fù)慣性力矩雙軸平衡機(jī)構(gòu)單列四沖程四缸機(jī)（1－3－4－2）作曲柄圖和軸側(cè)圖141234

23一階曲柄圖二階曲柄圖慣性力分析2aC3aCaC單列二沖程四缸機(jī)（1－3－4－2）

作曲柄圖和軸側(cè)圖出現(xiàn)在上止點(diǎn)前整體平衡方法：得到FRjⅠ=0FRjⅡ=0單列四沖程五缸機(jī)（1—2—4—5—3）發(fā)火間隔角作曲柄圖和軸測(cè)圖可以看出：一階慣性力和二階慣性力的合力都是零，是平衡的。四沖程五缸機(jī)一階往復(fù)慣性力矩分析一階力矩各矢量在x軸的投影和為各矢量在y軸的投影和為合力矩為一階合力矩的方向與y軸的夾角為與水平軸的夾角為54°向水平軸投影得到此時(shí)的實(shí)際一階往復(fù)慣性力矩為二階往復(fù)慣性力矩分析二階往復(fù)慣性力矩的合力矩幅值為與水平軸的夾角為18°向水平軸投影得到此時(shí)的實(shí)際一階往復(fù)慣性力矩為即使考慮到連桿比λ（λ≈1/3），二階往復(fù)慣性力矩的值也比較大，大于一階往復(fù)慣性力矩的幅值。設(shè)計(jì)中應(yīng)該采用雙軸機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡。二階往復(fù)慣性力矩分析與平衡措施平衡軸的質(zhì)徑積為平衡軸上的平衡塊兩兩相反，對(duì)稱(chēng)布置單列四沖程六缸機(jī)（1－5－3－6－2－4）慣性力分析：慣性力矩分析：相當(dāng)于兩個(gè)三拐曲軸對(duì)稱(chēng)安置，在自身已經(jīng)達(dá)到靜平衡和動(dòng)平衡性的曲軸上添加平衡重，目的是減輕軸承負(fù)荷和減小曲軸的內(nèi)彎矩。5，21，63，4本章開(kāi)始第四節(jié)雙列式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的分析

一、V型兩缸機(jī)平衡分析1.離心慣性力的分析與單拐曲軸平衡方法一樣2.一階往復(fù)慣性力的平衡分析合力為：合力的方向?yàn)椋旱亩它c(diǎn)軌跡是一個(gè)橢圓γ<90o時(shí)C(1+cosγ)為長(zhǎng)半軸γ>90o時(shí)C(1-cosγ)為長(zhǎng)半軸γ＝90o時(shí)是一個(gè)圓變成方向始終與曲柄重合的旋轉(zhuǎn)慣性力平衡措施，以γ<90O

為例取分力較小的分解方案旋轉(zhuǎn)矢量直接用平衡塊平衡,與單缸機(jī)一樣OA=C(1-cosγ)AB=(OD-OA)cosα＝[C(1+cosγ)－C(1-cosγ)]cosα＝2Ccosγcosα平衡往復(fù)慣性力的質(zhì)徑積計(jì)算往復(fù)矢量用蘭氏機(jī)構(gòu)平衡當(dāng)γ＝90°時(shí)，F(xiàn)RjI＝CΦI=α與單缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力的平衡方法一樣，總質(zhì)徑積為：3.二階慣性力平衡性分析在坐標(biāo)軸上的投影為也是橢圓γ＝90O時(shí)變?yōu)樗椒较虻耐鶑?fù)慣性力，可以用蘭氏機(jī)構(gòu)平衡例：V型八缸機(jī)（V-8）平衡性分析（γ＝90°）

V型八缸機(jī)用空間曲軸的較多，分析一階往復(fù)慣性力和力矩先將其看成四臺(tái)V－2機(jī)，γ＝90O時(shí)，每臺(tái)V－2機(jī)的FjⅠ＝CΦⅠ=α四臺(tái)V-2機(jī)的RjⅠ構(gòu)成一個(gè)離心力系，按照與二行程四缸機(jī)一樣的分析方法：二、V型多缸機(jī)平衡性分析所以，在采用整體平衡法時(shí)有因?yàn)椋鞴赵x心力所構(gòu)成的離心力矩為分析二階往復(fù)慣性力和力矩先看成兩臺(tái)空間曲軸的四缸機(jī)∵直列空間曲軸四缸機(jī)的二階往復(fù)慣性力和力矩都等于零∴兩臺(tái)四缸機(jī)的二階往復(fù)慣性力和力矩也都為零，即V－8機(jī)的二階往復(fù)慣性力和力矩都為零。本章開(kāi)始對(duì)于四沖程V型六缸機(jī)，氣缸夾角γ=60°理想發(fā)火間隔角A=720°/6=120°氣缸夾角γ=90°時(shí)，點(diǎn)火間隔為90°—150°氣缸夾角γ=120°時(shí)，點(diǎn)火間隔為120°，均勻點(diǎn)火三、V型發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火間隔及順序V型發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火輪換方式：有交替式和填補(bǔ)式兩種（1）交替式左右兩缸輪流點(diǎn)火，通常每列氣缸的點(diǎn)火順序相同2L2R30°30°30°120°120°LR1L3L1R3R為使γ≠120°氣缸夾角的V型六缸機(jī)均勻點(diǎn)火，現(xiàn)多采用錯(cuò)拐的曲軸的型式γ=90°當(dāng)氣缸夾角時(shí)，需要采用同一連桿軸頸錯(cuò)拐30度的結(jié)構(gòu)。左列L1L3L4L2右列R1R3R4R2對(duì)于V型八缸機(jī)，理想發(fā)火間隔角A=720/8=90o當(dāng)氣缸夾角γ=90°時(shí)，A=90°均勻點(diǎn)火。

當(dāng)氣缸夾角γ=60°時(shí)，A=60°—120°交替不均勻點(diǎn)火。（2）填補(bǔ)式左右兩列氣缸的點(diǎn)火順序不同；每列氣缸的點(diǎn)火間隔不均勻。左列L1L4L3L2L1右列R1R4R2R3R1對(duì)于V型八缸機(jī)，空間曲軸，氣缸夾角γ=90°發(fā)火間隔角A=90°，均勻點(diǎn)火第四章曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)第一節(jié)扭振的基本概念返回開(kāi)始第二節(jié)扭振系統(tǒng)自由振動(dòng)計(jì)算第三節(jié)強(qiáng)迫振動(dòng)與共振第四節(jié)曲軸系統(tǒng)的激發(fā)力矩第五節(jié)曲軸系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)與共振第六節(jié)扭振的消減措施第七節(jié)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的現(xiàn)代測(cè)試分析方法第四章曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)

第一節(jié)扭振的基本概念

扭振：使曲軸各軸段間發(fā)生周期性相互扭轉(zhuǎn)的振動(dòng)?，F(xiàn)象：①發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)生劇烈抖動(dòng)，噪音增加，磨損增加，油耗增加，功率下降，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生曲軸扭斷。②動(dòng)機(jī)偏離該轉(zhuǎn)速時(shí)，上述現(xiàn)象消失。原因：①曲軸系統(tǒng)由具有一定彈性和慣性的材料組成，本身具有一定的固有頻率。②系統(tǒng)上作用有大小和方向呈周期性變化的干擾力矩。③干擾力矩的變化頻率與系統(tǒng)固有頻率合拍時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生共振。研究目的：通過(guò)計(jì)算找出臨界轉(zhuǎn)速、振幅、扭振應(yīng)力，決定是否采取減振措施，或避開(kāi)臨界轉(zhuǎn)速。扭振當(dāng)量系統(tǒng)的組成：根據(jù)動(dòng)力學(xué)等效原則，將當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量布置在實(shí)際軸有集中質(zhì)量的地方；當(dāng)量軸段剛度與實(shí)際軸段剛度等效，但沒(méi)有質(zhì)量。本章開(kāi)始第二節(jié)扭振系統(tǒng)自由振動(dòng)計(jì)算一、單自由度系統(tǒng)彈性力矩慣性力矩此二階線性齊次方程的解為：二、三質(zhì)量扭振系統(tǒng)

I1I2I3C2C1a3a2a1單節(jié)點(diǎn)振型

a3a2a1雙節(jié)點(diǎn)振型

運(yùn)動(dòng)微分方程整理得到設(shè)通解此時(shí)應(yīng)為同步運(yùn)動(dòng)。代入方程得若有非零解，必須系數(shù)行列式為零展開(kāi)，整理后對(duì)于求出的兩個(gè)正根；

設(shè)，可得到對(duì)應(yīng)，有第一主振型a3a2a1單節(jié)點(diǎn)振型

a3a2a1雙節(jié)點(diǎn)振型

對(duì)應(yīng)，有第二主振型三、多質(zhì)量扭振系統(tǒng)I1I2I3C2C1Cn-1Cn-2In-2In-1In經(jīng)過(guò)整理得到用矩陣形式表示的自由振動(dòng)微分方程組：這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二階微分方程矩陣形式，可以很方便地用矩陣求解的方法解出固有頻率和振型。本章開(kāi)始第三節(jié)強(qiáng)迫振動(dòng)