235kw發(fā)動機(jī)飛輪設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 為了更好的解決發(fā)動機(jī)曲軸扭震等問題，本設(shè)計以上柴 6相關(guān)數(shù)據(jù)作為參照，對 235列六缸柴油機(jī)飛輪進(jìn)行了慣量計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強(qiáng)度校核、離合器匹配，并對曲軸飛輪 組進(jìn)行了有關(guān)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的理論分析與計算機(jī)仿真分析。 飛輪是一個轉(zhuǎn)動慣量很大的圓盤，其主要功用是將在作功行程中傳輸給曲軸的功的一部分儲存起來，用以在其他行程中克服阻力，帶動曲軸連桿機(jī)構(gòu)越過上、下止點(diǎn)，保證曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度輸出轉(zhuǎn)矩盡可能均勻，并使發(fā)動機(jī)有可能克服短時間的超過載；此外， 在結(jié)構(gòu)上飛輪又往往用作汽車傳動系統(tǒng)中的摩擦離合器的驅(qū)動件。 關(guān)鍵詞： 飛輪 慣量計算 結(jié)構(gòu)設(shè)計 離合器 運(yùn)動仿真 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 n to of as a 35 kw of is a is to do in of to of in to of as as in In on of in of of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 錄 摘要 . 1 章 緒論 . 1 題目的、意義 . 1 動機(jī)飛輪國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 2 軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動 . 3 轉(zhuǎn)振動的基本概念 . 3 轉(zhuǎn)震動的消減措施 . 4 車離合器結(jié)構(gòu)的發(fā)展 . 5 輪設(shè)計方法 . 6 要研究內(nèi)容 . 8 第 2 章 飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定 . 9 輪轉(zhuǎn)動慣量計算方法介紹 . 9 動慣量的切向力方法 . 9 輪轉(zhuǎn)動慣量的能量法 . 11 油機(jī)曲軸的旋轉(zhuǎn)不均勻度 . 15 輪轉(zhuǎn)動慣量0. 17 轉(zhuǎn)的作用 . 17 章小結(jié) . 20 第 3 章 飛輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 21 輪結(jié)構(gòu)簡介 . 21 輪材料選取 . 22 輪尺寸確定 . 23 輪基本結(jié)構(gòu)形式 . 23 案一：平板型飛輪 . 24 案二：盆型飛輪 . 27 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 方案一與方案二對比 . 29 章小結(jié) . 29 第 4 章 匹配離合器設(shè)計 . 30 合器功用及設(shè)計要求 . 30 合器的功用 . 30 摩擦離合器的基本性能要求 . 30 片彈簧離合器概述 . 31 合器結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 31 合器的容量參數(shù)的計算 . 31 動盤零件的結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計 . 33 盤設(shè)計 . 35 合器蓋設(shè)計 . 35 章小結(jié) . 36 第 5 章 曲軸飛輪組零件創(chuàng)建與機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 . 37 . 37 桿的創(chuàng)建 . 37 桿的特點(diǎn)分析 . 37 桿的建模思路 . 37 塞的創(chuàng)建 . 38 塞的特點(diǎn)分析 . 38 塞的建模思路 . 39 軸的創(chuàng)建 . 39 軸的特點(diǎn)分析 . 39 軸的建模思路 . 40 軸飛輪組運(yùn)動分析 . 40 義曲軸、連桿、活塞及活塞銷的運(yùn)動連接 . 40 置曲軸與機(jī)座、活塞與活塞缸套之間的運(yùn)動連接 . 43 擬仿真 . 44 動分析 . 44 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 V 章小結(jié) . 47 結(jié)論 . 48 參考文獻(xiàn) . 49 致謝 . 50 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 緒論 題目的、意義 汽車工程的發(fā)展貫穿著以第二次和第三次工業(yè)革命為契機(jī)與標(biāo)志的近現(xiàn)代世界工業(yè)文明飛速向前的軌跡。當(dāng)今 汽車高速化、輕量化、高效率和低阻尼的發(fā)展趨勢使得振動與噪聲問題愈發(fā)突出。 汽車是一個具有質(zhì)量、彈性和阻尼的振動系統(tǒng)。汽車整車或局部的振動使汽車的 平 順性受到很大影響，使乘員產(chǎn)生不舒服和疲乏的感覺。而汽車的平順性主要是保持汽車在行駛過程中產(chǎn)生的振動和沖擊環(huán)境對乘員舒適性的影響在一定界限之內(nèi)，因此平順性主要根據(jù)乘員主觀感覺的舒適性來評價，它是現(xiàn)代高速汽車的主要性能之一。汽車的振動還使其動力性無法充分發(fā)揮，經(jīng)濟(jì)性變差，還會影響到汽車的通過性、操縱穩(wěn)定性，甚至損壞汽車的零部件，縮短汽車的使用壽命。汽車是由多個系統(tǒng)組成 的復(fù)雜的振動系統(tǒng)，每個系統(tǒng)都存在振動問題，幾個主要系統(tǒng)存在的振動問題如下： 首當(dāng)其沖的是發(fā)動機(jī)和傳動系：汽車行駛時因汽缸內(nèi)的燃?xì)鈮毫瓦\(yùn)動件的不平衡慣性力周期性變化以及道路不平的結(jié)果都會使曲軸系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)整機(jī)產(chǎn)生振動。其中，曲軸系統(tǒng)的扭振比較重要，而且與整車傳動系統(tǒng)密切相關(guān)。曲軸受周期性變化的干擾力作用，這種干擾力會使發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的扭振。對于扭振引起的這些裝置的附加應(yīng)力大大超過工作應(yīng)力，這會影響發(fā)動機(jī)和傳動系的工作質(zhì)量和壽命，產(chǎn)生噪聲，造成嚴(yán)重的破壞。除發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)外，其它幾個振動的系統(tǒng)分別 為：制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、車身和車架。 嚴(yán)格控制發(fā)動機(jī)曲軸的扭轉(zhuǎn)振動和降低傳動系的扭轉(zhuǎn)振動成為汽車工程人員密切關(guān)注和潛心研究的問題。在過去的實(shí)踐中汽車設(shè)計師們采用了許多行之有效的措施，其中一個重要而廣泛的措施就是為內(nèi)燃機(jī)匹配飛輪。 飛輪是一個轉(zhuǎn)動慣量很大的圓盤，其主要功用是將在作功行程中傳輸給曲軸的功的一部分儲存起來，用以在其他行程中克服阻力，帶動曲軸連買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 桿機(jī)構(gòu)越過上、下止點(diǎn)，保證曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度輸出轉(zhuǎn)矩盡可能均勻，并使發(fā)動機(jī)有可能克服短時間的超過載；此外，在結(jié)構(gòu)上飛輪又往往用作汽車傳動系統(tǒng)中 的摩擦離合器的驅(qū)動件。 飛輪是發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵安全件，其功能是調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速變化，起穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的作用。發(fā)動機(jī)在任何工況下，既使是穩(wěn)定工況，出于負(fù)荷的突變，發(fā)動機(jī)輸出扭矩與其所帶動的阻力矩之間不相等，而產(chǎn)生曲軸轉(zhuǎn)動角速度的波動，引起曲軸回轉(zhuǎn)的不均勻性。這會產(chǎn)生一系列不良后果：對曲軸驅(qū)動的部件產(chǎn)生沖擊，影響工作可靠性。降低使用壽命，產(chǎn)生噪音曲軸振動等。因此必須控制曲軸回轉(zhuǎn)的不均勻性在允許范圍之內(nèi)。飛輪正是利用其具有較大的轉(zhuǎn)動慣量，在曲軸加速減速過程中吸收或釋放其動能，穩(wěn)定曲軸加速度的變化，從而穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。 四沖程發(fā) 動機(jī)只有作功行程產(chǎn)生動力，其它進(jìn)氣、壓縮、排氣行程消耗動力，多缸發(fā)動機(jī)是間隔地輪流作功。扭矩呈脈動輸出，這樣就給曲軸施加了一個周期變化的扭轉(zhuǎn)外力，令曲軸轉(zhuǎn)動忽慢忽快。缸數(shù)越少越明顯。另外，當(dāng)汽車起步時，由于扭力突然劇增會使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速急降而熄火。利用飛輪所具有的較大慣性，當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速增高時吸收部分能量阻礙其降速，當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速降低時釋放部分能量使得其增速，這樣一增一降，提高了曲軸旋轉(zhuǎn)的均勻性。 動機(jī)飛輪國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在機(jī)械原理教科書中，將飛輪按其功能切分為穩(wěn)速 (穩(wěn)定速度，減小波動幅度 )和蓄能 (積蓄能量、 適時釋出 )兩大類。近期有少量文獻(xiàn)提出，利用飛輪夾補(bǔ)償或平衡輸入軸的外力矩，即出現(xiàn)外力矩平衡飛輪。外力矩平衡飛輪應(yīng)具有變化的等效轉(zhuǎn)動慣量，用以平衡輸入軸外力矩的波動。嚴(yán)格地講，穩(wěn)速、蓄能和平衡外力矩波動三種功能可以同時體現(xiàn)在同 飛輪上，無法截然區(qū)分 。 由于鑄鐵或鋼制飛輪的線速度有一定的限制，因此，其單位質(zhì)量所貯存的能量不大。例如 60 時，飛輪單位質(zhì)量所貯存的能量為1800 。當(dāng) 120 時為 7200 。又由于有軸承的摩擦和空氣阻力，運(yùn)轉(zhuǎn)時其能量損耗也較高。所以，普通的飛輪只能用以調(diào)節(jié)瞬時的買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 不大的能量變化，而不能用作大容量的更高峰載荷補(bǔ)償器，不能用作需要交配大能量的次能源貯存器。 高比強(qiáng)度新材料的出現(xiàn)，例如纖維和晶須增強(qiáng)材料的研制成功，使飛輪單位密度強(qiáng)度有很大的提高，允許的線速度也大幅度的提高。因此大大增強(qiáng)了飛輪單位質(zhì)量所能貯存的能量，如再配以磁懸裝置和真空室，飛輪有可能作為需要較大能量的二次能源貯存器。 除 了采用高比強(qiáng)度的材料外，還研究了飛輪的最佳幾 何形狀，以使飛輪各處應(yīng)力分布合理而均勻，以及減少阻力，這樣可進(jìn)一步提高飛輪貯存能量的能力。此外，為了減小電動機(jī)的驅(qū)動力矩，采用變慣性力矩飛輪，如下圖，該飛輪具有保證能在徑向移動的滑塊。圖 圖 1變慣性力矩飛輪 軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動 轉(zhuǎn)振動的基本概念 在內(nèi)燃機(jī)的使用實(shí)踐中，人們早就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)達(dá)到某一轉(zhuǎn)速時運(yùn)轉(zhuǎn)變得很不均勻，伴隨著機(jī)械敲擊和抖動，性能也變差了。如果這樣長期運(yùn)轉(zhuǎn)下去，曲軸就可能斷裂。當(dāng)轉(zhuǎn)速提高或降低 一些，均使敲擊和抖動減輕甚至消失。由此可見，這不是由于發(fā)動機(jī)的不平衡性引起的，否則抖動買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 應(yīng)隨轉(zhuǎn)速的提高而劇增，因為不平衡慣性力是與轉(zhuǎn)速平方成正比的。大量理論和試驗研究證明，這種現(xiàn)象的原因主要是由于曲軸發(fā)生了大幅度扭轉(zhuǎn)振動所 引起， 由于軸系扭轉(zhuǎn)剛度不足，在隨時間周期變化的單拐轉(zhuǎn)矩作用下，各曲拐間會產(chǎn)生相當(dāng)大的周期性相對扭轉(zhuǎn)，氣缸數(shù)愈多，曲軸愈長，這種現(xiàn)象愈嚴(yán)重，這就是曲軸的扭轉(zhuǎn)振動。當(dāng)軸系達(dá)到某一轉(zhuǎn)速時，施加在曲軸上的周期變化的轉(zhuǎn)矩與曲軸本身振動頻率之間產(chǎn)生 “合拍”現(xiàn)象，這就是所謂的共 振。發(fā)生共振時曲軸扭轉(zhuǎn)變形的 幅度將大大超過正常值，輕則產(chǎn)生很大的噪聲，使磨損劇增，重則使曲軸斷裂。因此，在設(shè)計內(nèi)燃機(jī)時必須對軸系的扭振特性進(jìn)行計算分析，以確定其臨界轉(zhuǎn)速，振型、振幅，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力以及是否需要采取減振措施。 1扭轉(zhuǎn)振動的定義 扭轉(zhuǎn)振動是使曲軸各軸段間發(fā)生周期性相互扭轉(zhuǎn)的振動，簡稱扭振 。 2扭振的現(xiàn)象 1)發(fā)動機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)生劇烈抖動，噪聲增加，磨損增加，油耗增加，功率下降， 嚴(yán)重時發(fā)生曲軸扭斷。 2)發(fā)動機(jī)偏離該轉(zhuǎn)速時，上述現(xiàn)象消失。 3扭振發(fā)生的原因 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，系統(tǒng)產(chǎn)生共振。 4、研究扭振的目的 通過計算找出臨界轉(zhuǎn)速、振幅、扭振應(yīng)力，決定是否采取減振措施 。 5、 扭振當(dāng)量系統(tǒng)的組成 根據(jù)動力學(xué)等效原則，將當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量布置在實(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，但設(shè)有質(zhì)量。 轉(zhuǎn)震動的消減措施 曲軸系統(tǒng)發(fā)生扭振現(xiàn)象是必然的，只不過輕重程度不同。嚴(yán)重時都要采取扭振消減措施。消除或者減輕扭振帶 來的危害通常都是由下面幾個途買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 徑來實(shí)現(xiàn)。 遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速 在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)產(chǎn)生扭振的轉(zhuǎn)速叫做臨界轉(zhuǎn)速，所以要保證臨界轉(zhuǎn)速避開常用工作轉(zhuǎn)速和標(biāo)定轉(zhuǎn)速。 這是結(jié)構(gòu)措施，通常在設(shè)計階段考慮。通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)，達(dá)到使固有頻率遠(yuǎn)離外界強(qiáng) 迫力矩頻率的目的。具體措施有： 1） 提高曲軸剛度。 （ 1） 增加主軸頸直徑。 （ 2） 減小曲軸長度。 （ 3） 提高重疊度。 2） 減小轉(zhuǎn)動慣量 。 （ 1） 采用空心曲軸。 （ 2） 降低平衡塊 質(zhì)量。 （ 3） 降低帶輪，飛輪質(zhì)量。 提高軸系的阻尼主要靠材料特性來達(dá)到。鑄鐵的材料阻尼比鋼要高出80 100，所以如果強(qiáng)度允許，可以把該鋼曲軸改成鑄鐵曲軸，以達(dá)到減弱扭振的目的。 車離合器結(jié)構(gòu)的發(fā)展 實(shí)際上早在 1920 年就出現(xiàn)了單片離合器，但由于當(dāng)時技術(shù)設(shè)計上的缺陷，造成了單片離合器在結(jié)合時不夠平順等問題。但是，單片干式離合器結(jié)構(gòu)緊湊，散熱良好，轉(zhuǎn)動慣量小，所以以內(nèi)燃機(jī)為動力的汽車經(jīng)常采用它，尤其是成功開發(fā)了價格便宜的沖壓件離合器蓋以后更 是如此。 多年的實(shí)際經(jīng)驗和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨向于首先單片干式摩擦離合器，因為它具有從動部分轉(zhuǎn)動慣量小、散熱性好、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點(diǎn)，而且由于在結(jié)構(gòu)上采用一定的措施，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 已能做到平順，因此現(xiàn)在廣泛用于大、中、小各類車型中。 離合器對降低曲軸系統(tǒng)的扭震起著至關(guān)重要的作用 。采用具有軸向彈性的從動盤，提高了離合器的結(jié)合平順性。離合器從動盤總成中裝有扭轉(zhuǎn)減震器，防止了傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振、減小了傳動系統(tǒng)噪聲和動載荷。 對于重型離合器，由于商用車趨于大型化，發(fā)動機(jī)功率不斷增大，但離合器允許增 大尺寸的空間有限（現(xiàn)離合器從動盤的直徑已達(dá)430增加離合器扭轉(zhuǎn)能力，提高其使用壽命，簡化操作。已成為重型離合器當(dāng)前的發(fā)展趨勢。為了提高離合器的扭轉(zhuǎn)能力，造重型汽車上采用雙片干式離合器。從理論上講，在相同徑向尺寸下，雙片離合器的扭轉(zhuǎn)能力和使用壽命是單片一倍，但受到其他客觀因素的影響（如散熱等），實(shí)際的效果要比理論值要低一些。 結(jié)構(gòu)上采用拉式膜片彈簧的離合器，其允許的傳扭能力要比推式大。從動盤采用金屬陶瓷的離合器比一般有機(jī)片摩擦材料傳扭能力提高 30%，而使用壽命至少提高 70%。 輪設(shè)計方法 多 剛體動力學(xué)模擬是近十年發(fā)展起來的機(jī)械計算機(jī)模擬技術(shù)，提供了在設(shè)計過程中對設(shè)計方案進(jìn)行分析和優(yōu)化的有效手段，在機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。它是利用計算機(jī)建造的模型對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗研究，將分析的方法用于模擬實(shí)驗，充分利用已有的基本物理原理，采用與實(shí)際物理系統(tǒng)實(shí)驗相似的研究方法，在計算機(jī) 上 運(yùn)行仿真實(shí)驗。目前多剛體動力學(xué)模擬軟件主要有 。多剛體動力學(xué)模擬軟件的最大優(yōu)點(diǎn)在于分析過程中無需編寫復(fù)雜仿真程序，在產(chǎn)品的設(shè)計分析時無需進(jìn) 行樣機(jī)的生產(chǎn)和試驗。對內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的部件裝配進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真，可校核部件運(yùn)動軌跡，及時發(fā)現(xiàn)運(yùn)動干涉；對部件裝配進(jìn)行動力學(xué)仿真，可校核機(jī)構(gòu)受力情況；根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動約束及保證性能最優(yōu)的目標(biāo)進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，可最大限度地滿足性能要求，對設(shè)計提供指導(dǎo)和修正。目前國內(nèi)人學(xué)和企業(yè)已經(jīng)已進(jìn)行了機(jī)構(gòu)運(yùn)動、動力學(xué)仿真方面的研究和局部應(yīng)用，能在設(shè)計初期及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)干涉，校核配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動、動力學(xué)性能等，為設(shè)計人員提供了買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 基本的設(shè)計依據(jù)。 在現(xiàn)代機(jī)械，特別是在高速運(yùn)動的機(jī)械中，機(jī)器動力學(xué)是一個重要的研究課題，其中包括機(jī)器的 周期性速度波動的調(diào)節(jié)。機(jī)器在穩(wěn)定運(yùn)動階段中 ， 由于驅(qū)動外力與阻抗外力不能時時相平衡，而其質(zhì)量分布又不能作相應(yīng)的變化，必然引起周期性的速度波動，以至影響機(jī)器的工作質(zhì)量。這個問題至今還不能認(rèn)為是已經(jīng)徹底解決。目前，在機(jī)器上安裝飛輪仍然是簡便有效的調(diào)節(jié)速度波動的方法。現(xiàn)在 ， 在大型的工程機(jī)械、精密齒輪機(jī)床和現(xiàn)代化最新研制的六足步行機(jī)器人中，都能見到飛輪裝置，在另外一些機(jī)械中，雖然沒有安裝飛輪，但是許多構(gòu)件卻具有飛輪的效應(yīng)。飛輪設(shè)計的核心問題是計算飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。計算飛輪轉(zhuǎn)動慣 量 的途徑是求解描述機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動過程的動力學(xué) 方程。對剛性構(gòu)件組成的機(jī)械系統(tǒng)而言，其運(yùn)動方程式集中地表達(dá)了外力、構(gòu)件質(zhì)量 (包括飛輪的轉(zhuǎn)動慣量 )和構(gòu)件運(yùn)動之間的關(guān)系。因而飛輪設(shè)計的內(nèi)容之一就是根據(jù)已知外力、給定的速度變化要求和構(gòu)件質(zhì)量計算出飛輪應(yīng)有的轉(zhuǎn)動慣量。 外力是決定機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動規(guī)律的主導(dǎo)因素。作用在機(jī)械系統(tǒng)上的外力可分為驅(qū)動力和工作阻力兩類。驅(qū)動力由原動機(jī)傳入，驅(qū)使機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動而作正功，工作阻力由工作對象傳來，阻抗機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動而作負(fù)功。外力的變化規(guī)律將直接影響求解運(yùn)動方程的具體方法和難易程度，通常將外力隨運(yùn)動參數(shù)和時間的變化規(guī)律稱為機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械特 性。 下面先介紹幾種常見到的外力變化規(guī)律 ： 1 常量力 作用在機(jī)械系統(tǒng)上的外力在穩(wěn)定運(yùn)動階段為常量。例如液壓傳動系統(tǒng)的驅(qū)動力、構(gòu)件的重力、在不計繩索重量時起重機(jī)的荷重、軋鋼機(jī)和刨床上的生產(chǎn)阻力等。當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)的外力均為常量時，機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動方程將大為簡化，計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量的方法也比較簡單。 2力是作用構(gòu)件運(yùn)動速度的函數(shù) 屬于這類的外力有通風(fēng)機(jī)的載荷、離心泵及螺旋槳的工作阻力等。 3力是機(jī)構(gòu)位置的函數(shù) 具有這類機(jī)械特性的機(jī)器力如：活塞式壓縮機(jī)的工作阻力、掘土機(jī)的買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 載荷、彈簧的彈力以及內(nèi)燃機(jī)的 輸出力矩等都是機(jī)構(gòu)位置的函數(shù)。 4 隨時間而變化的作用力 如球磨機(jī)的磨削阻力即是隨時間而變化的。在同一個機(jī)械系統(tǒng)中，可同時存在幾個外力，它們可以是按同一規(guī)律變化，也可能分別按不同規(guī)律變化。當(dāng)出現(xiàn)后一種情況時，整個外力系將同時是幾個自變量的函數(shù)。 機(jī)械系統(tǒng)中每個可動構(gòu)件的質(zhì)量都影響著系統(tǒng)的運(yùn)動?，F(xiàn)有兩類不同的方法來表達(dá)這種影響。一種方法是將構(gòu)件質(zhì)量對運(yùn)動的影響表現(xiàn)為慣性力，將構(gòu)件的慣性力視作機(jī)械系統(tǒng)的外力，并納入平衡計算之中。但是，欲準(zhǔn)確地計算出構(gòu)件的慣性力，必須已知構(gòu)件的真實(shí)運(yùn)動速度和加 速度，而在設(shè)計飛輪時，機(jī)械系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)動常常是未能準(zhǔn)確確定的。在此情況下，只能計算出慣性力的近似 值。 另一種方法是將各構(gòu)件質(zhì)量的作用以等效質(zhì)量或等效轉(zhuǎn)動慣量的形式引入機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動方程式。 要研究內(nèi)容 本 設(shè)計 主要針對當(dāng)今汽車的曲軸系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動問題， 以合理匹配飛輪為主要研究內(nèi)容。具體設(shè)計內(nèi)容如下： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 第 2 章 飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定 輪轉(zhuǎn)動慣量計算方法介紹 在由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動 的機(jī)械系統(tǒng)中，驅(qū)動力是活塞位置的函數(shù)，如果載荷也隨機(jī)構(gòu)位置而變化，則此機(jī)械系統(tǒng)的外力僅為機(jī)構(gòu)位置的函數(shù)。力是機(jī)構(gòu)位置的函數(shù)時，計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量的方法很多，這些方法所依據(jù)的基本原理也不完全相同。 最基本的有兩種：切向力法和能量法。 動慣量的切向力方法 圖 2 1 所示為一內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)。作用在滑塊 (活塞 )3 上的驅(qū)動外力 是活塞位置的函數(shù)，曲柄 1 在工作過程中作近似勻速運(yùn)動?，F(xiàn)將外力向構(gòu)件 1 簡化。 若不計摩擦力的影響，作用在滑塊 3上的外力應(yīng)為 0P (2圖 2燃機(jī)機(jī)構(gòu) 其中 Q 為連桿對滑塊的作用力，沿連桿方向作用， R 為導(dǎo)軌對滑塊的反作用力，方向垂直于導(dǎo)軌。根據(jù)力系平衡條件式 (2可求出連桿對滑塊的作用力 Q ，則滑塊對連桿的作用力 。因連桿為二力桿，故1Q 也是連 桿對曲柄的作用力。將 1Q 分解為曲柄上的法向力 N 和切向力T ，則作用在曲柄 1 上的驅(qū)動力矩為 M ，其中 r 為曲柄的長度，該力矩是曲柄轉(zhuǎn)角的函數(shù)。 在切向力法中，各構(gòu)件質(zhì)量對機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動速度買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 的影響。以慣性力形式反映 在計算之中。 1 滑塊質(zhì)量的作用 設(shè)曲柄 1 以額定轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，利用運(yùn)動分析方法可以求出機(jī)構(gòu)上各點(diǎn)的速度和加速度。滑塊 3的慣性力為 333 g （ 2 式中3 2 連桿質(zhì)量的影響 為簡化計算，采用質(zhì)量靜代換法。選替代質(zhì)量 質(zhì)心分別在鉸鏈 A、 據(jù)替代條件得 BA 22 （ 2 2222（ 2 式中2S 到鉸鏈中心 A、 B 的距離。替代質(zhì)量生的慣性力 為 322 （ 2 替代質(zhì)量 曲柄 1的質(zhì)量一并計算。 3 曲柄的慣性力 考慮了替代質(zhì)量 作用后再加以平衡質(zhì)量，可以近似地認(rèn)為曲柄的質(zhì)心在回轉(zhuǎn)中心 O 處。在假定曲柄為勻速轉(zhuǎn)動的情況下，可略去曲柄產(chǎn)生的慣性力矩作用。 綜上所述，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的慣性力效應(yīng)，最終近似地體現(xiàn)為滑塊質(zhì)量3m，及替代質(zhì)量 生的慣性力。 4 令3上全部外力之和 33 （ 2 將式 (2 (2入式 (2可求得3F，再將式 (2力 P 改為3F,便可以求出計及慣性力的作用力向力M 。若 又 已知阻抗力矩 )(M ，便可求出剩余力矩曲線)(M ，分別如圖 2-2 a、 中 )()()( （ 2 剩余力矩曲線 )(紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 圍內(nèi)所做的功。橫軸上方曲線包圍的面積表示正功，下方為負(fù)功， 統(tǒng)稱為盈虧功。如圖 2示，曲線 )(、 B、 C、 D。 A、 、 C 間， C、 D 間和 D、 A 間盈虧功之代數(shù)和。 A、 B 間盈虧功的絕對值大于任何其他兩點(diǎn)之間的相應(yīng)值，故稱為最大盈虧功，以計算力矩考慮了連桿、滑塊等構(gòu)件慣性力的影響，所以點(diǎn) A、 B 間，曲柄及飛輪 動能的增量最大，即曲柄與飛輪動能的最大值和最小值出現(xiàn)在點(diǎn)A、 B 對應(yīng)的機(jī)構(gòu)位置處。由于曲柄與飛輪的轉(zhuǎn)動慣量皆為常量，故當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)處于點(diǎn) A、 B 相應(yīng)的位置時，飛輪的角速度分別達(dá)到 最 小值和最大值。飛輪的轉(zhuǎn)動慣量為 02 （ 2 式 (20 圖 2 飛輪轉(zhuǎn)動慣量的能量法 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 )(E 計算飛輪的 轉(zhuǎn)動慣量始于 1904 年。這種方法在理論上是準(zhǔn)確的，不失為一種實(shí)用的方法。設(shè)已知作用在機(jī)械系統(tǒng)上的等效外力矩是等效構(gòu)件位置的函數(shù)，即 驅(qū)動力矩 )(M 阻抗力矩 )(M （ 2 由等效構(gòu)件的起始位置0到任意瞬時位置j之間，外力矩所做的 盈虧功 j 0 )()( （ 2 外力矩所做之功 j 應(yīng)當(dāng)?shù)扔跈C(jī)械系統(tǒng)在對應(yīng)區(qū)間內(nèi)動能的增量0械系統(tǒng)在j 0區(qū)間內(nèi)的動能增量可表示為 0或 2002 )(21)(21 （ 2 式 (2 )()( ； )(是等效構(gòu)件位置的函數(shù)。故式 (2可寫成 2002202 )(21)(21)(21 （ 2 由式 (2導(dǎo)出飛輪轉(zhuǎn)動慣量的表達(dá)式： 2022002 )()(2 （ 2 如果選定10 時 ， 2 m j（ 2用式 (2得 22m a （ 2 又因為外力所做的功等于同一區(qū)間內(nèi)機(jī)械系統(tǒng)動能的增量 ，即 21 )()(12（ 2 將以上各式代入式 (2，得出飛輪轉(zhuǎn)動慣 量的表達(dá)式 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 22m i a (21)(21)()(21 （ 2 由于難以直接確定 與對應(yīng)位置 1 和 2 ，故不能按照式 (2算 各自的對應(yīng)位置 改寫式（ 2 下列形式： 2002202 )(21)(21)(21 22002 )(21)(2121 （ 2 若記 220002)(21)(2121則得 00)( （ 2 若選取0為某一固定參考位置，它所對應(yīng)的瞬時速度為0，等效轉(zhuǎn)動慣量 )(0時 一常量，0(E 值 而 變 化 。 當(dāng) )(E 的 值 為 極 大 時 ， E ；反之，當(dāng) )(E 的值為極小時， 則 E 。上述情況與0以在求任意設(shè)定0至可令其等于零。由于 一常量，根據(jù) 221 E ，極值相對應(yīng)，當(dāng)時， E ； 當(dāng) 時， E 。 (1)取坐標(biāo)系 EO j的變化區(qū)間為 20 。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 圖 22） 由于可任 取0 00 (3） 根據(jù)已知的等效力矩 )()(可以按照下式求 出 j 0 )()( （ 2 并作出曲線 )(圖 2 (4) 假定在 20內(nèi)，j恒等于 作出曲線2m a 1)( E (圖 2顯然，曲線 1)( 同于真實(shí)的動能曲線221 E ，它們只重合于一點(diǎn)，即 處，而在其他瞬間位置，1)( (5)將1)( 差值曲線11 )()( (圖 2曲線1)( 輪的真實(shí)動能曲線 此位置為 1 ，而在其他瞬間位置，1)( 以根據(jù)1)( 圖 2B。 (6) 重 新 假 設(shè) 在 20j。 作 出 曲 線買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 2m 1)( E (圖 2曲線 2)( 不同于真實(shí)的動能曲線221 E ， 它們只在 時重合，而在其他瞬間位置 ， 2)( 值均小于 應(yīng) 值 。 由 曲 線去2)(差值曲線22 )()( 。 曲線2)( 時，飛輪的真實(shí)動能曲線 最小值等于 2)( 極小值，而且對應(yīng)同一角 2 ?？梢愿鶕?jù)2)( 圖 2的線段 飛 輪 動能在一個循環(huán)內(nèi)的最大差值m a x )()( E 相當(dāng)于圖 2 因為 2m a xm a x 21)( E ， 2m a xm a x 21)( E , 2m 1)( E , 所以飛輪的轉(zhuǎn)動慣量為 )(21)()(2m a xm a x 或2)( （ 2 油機(jī)曲軸的旋轉(zhuǎn)不均勻度 柴油機(jī)曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度 與其瞬時的輸出轉(zhuǎn)矩 0（ 2 式中 ： 阻力矩。假定阻力矩不隨時間變化，并在穩(wěn)定工況下，M 柴油機(jī)