第一節(jié) 活塞、連桿的運(yùn)動(dòng)及其作用力

1、船舶推進(jìn)軸系產(chǎn)生：船舶推進(jìn)軸系產(chǎn)生：（1 1）扭轉(zhuǎn)振動(dòng)）扭轉(zhuǎn)振動(dòng)（2 2）縱向振動(dòng)）縱向振動(dòng)（3 3）回旋）回旋( (橫向橫向) )振動(dòng)振動(dòng) 振動(dòng)危害：振動(dòng)危害：（1 1）機(jī)件磨損增加或損壞）機(jī)件磨損增加或損壞（2 2）降低柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性和可靠性）降低柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性和可靠性（3 3）引起船體水平、垂向振動(dòng)（對(duì)底腳螺栓、）引起船體水平、垂向振動(dòng)（對(duì)底腳螺栓、貫穿螺栓影響大，對(duì)氣缸蓋影響小）貫穿螺栓影響大，對(duì)氣缸蓋影響?。? 4）影響船員工作條件，損害船員健康）影響船員工作條件，損害船員健康一一 活塞的運(yùn)動(dòng)活塞的運(yùn)動(dòng)1 1活塞的位移活塞的位移 x=R(1-cosx=R(1-cos )+L(1-cos

2、)+L(1-cos ) )RsinRsin =Lsin=Lsin 式中式中: : 曲軸轉(zhuǎn)角曲軸轉(zhuǎn)角; ; 連桿擺角連桿擺角; ; R/LR/L連桿比，一般低速機(jī)為連桿比，一般低速機(jī)為1/31/31/51/5經(jīng)簡(jiǎn)化，經(jīng)簡(jiǎn)化， 得：得：xR(1-cosxR(1-cos )+(1-cos2)+(1-cos2 )R )R /4/4x=xx=x1 1+x+x2 2x x1 1= (1-cos= (1-cos ) R) Rx x2 2= (1-cos2= (1-cos2 )R )R /4/4=0=0時(shí)時(shí), ,x=0(x=0(即活塞在上止點(diǎn)即活塞在上止點(diǎn)) )=180=180時(shí)時(shí), ,x=2R=S(x=2R

3、=S(即活塞在下止點(diǎn)即活塞在下止點(diǎn)) )=90=90或或270270時(shí)時(shí), ,x=R+ x=R+ R R ，即活塞不即活塞不在行程中央，而在在行程中央，而在 9090或或 270270的某一的某一位置時(shí)位置時(shí)X XR R2R2 2活塞的速度活塞的速度 XX* *sinsin * *R R + (2)sin2+ (2)sin2 * *R R /4/4x=xx=x1 1+x+x2 2xx1 1=* *sinsin * * R Rxx2 2= (2)sin2= (2)sin2 * *R R /4/4 =0=0( (上止點(diǎn)上止點(diǎn)) )或或 =180=180( (下止點(diǎn)下止點(diǎn)),),x =0 x =0，

4、最大速度最大速度xxmaxmax出現(xiàn)在出現(xiàn)在9090的某一位置的某一位置 3 3 活塞的加速度活塞的加速度 XX2 2coscos * *R R + (2)+ (2) 2 2cos2cos2 * *R R /4/4 XX xx1 1xx2 2xx 1 1=2 2coscos * *R R ，是一次曲柄的向心加速是一次曲柄的向心加速度在氣缸中心線的投影度在氣缸中心線的投影 xx2 2= (2)= (2) 2 2cos2cos2 * *R R /4/4，是二次曲柄，是二次曲柄的向心加速度在氣缸中心線的投影的向心加速度在氣缸中心線的投影=0=0時(shí)時(shí), , xxmaxmax=R=R2 2 (1+),

5、(1+),方向向下，方向向下，最大最大=180=180時(shí)時(shí), , x= -Rx= -R2 2(1-)(1-)，方向向上方向向上9090或或270270的某個(gè)位置的某個(gè)位置x =0(x =0(此此時(shí)活塞速度最大時(shí)活塞速度最大) )擺角擺角 =sin=sin-1-1(sin(sin ) ) 擺動(dòng)角速度擺動(dòng)角速度 =cos=cos secsec擺動(dòng)角加速度擺動(dòng)角加速度 =-(1-=-(1-2 2)2 2sinsin secsec3 3 由上述公式可知由上述公式可知: :1 1）=90=90和和270270時(shí)時(shí), , 連桿在氣缸中心線兩側(cè)連桿在氣缸中心線兩側(cè)的擺角的擺角的絕對(duì)值達(dá)到最大值的絕對(duì)值達(dá)到最

6、大值2 2）=0=0和和180180、=0=0時(shí)時(shí), , 連桿擺動(dòng)角速度連桿擺動(dòng)角速度最快最快, ,其數(shù)值相等其數(shù)值相等, ,方向相反方向相反3 3）=90=90和和=270=270時(shí)時(shí), , 達(dá)到最大值達(dá)到最大值三、三、 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的氣體力和慣性力曲柄連桿機(jī)構(gòu)的氣體力和慣性力1.1.氣體力氣體力F Fg g作用在燃燒室部件上，方向沿氣缸中心線作用在燃燒室部件上，方向沿氣缸中心線向下，與柴油機(jī)工作過(guò)程和負(fù)荷有關(guān)，與運(yùn)動(dòng)向下，與柴油機(jī)工作過(guò)程和負(fù)荷有關(guān)，與運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量無(wú)關(guān)部件質(zhì)量無(wú)關(guān)2.2.曲柄連桿機(jī)構(gòu)慣性力曲柄連桿機(jī)構(gòu)慣性力1 1）類(lèi)型及影響因素）類(lèi)型及影響因素（1 1）類(lèi)型：）類(lèi)型：活塞組

7、件往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的往活塞組件往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的往復(fù)慣性力；復(fù)慣性力；曲柄不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所曲柄不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力（離心力）；產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)慣性力（離心力）；連桿運(yùn)動(dòng)所連桿運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力（小端往復(fù)慣性力，大端離心慣產(chǎn)生的慣性力（小端往復(fù)慣性力，大端離心慣性力，桿身連桿力偶）性力，桿身連桿力偶）（2 2）影響因素：和運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量及運(yùn)動(dòng)時(shí)的）影響因素：和運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量及運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度有關(guān)，與加速度有關(guān)，與2 2成正比，與負(fù)荷無(wú)關(guān)。成正比，與負(fù)荷無(wú)關(guān)。為防曲柄連桿機(jī)構(gòu)慣性力過(guò)大而引起機(jī)件損為防曲柄連桿機(jī)構(gòu)慣性力過(guò)大而引起機(jī)件損傷和機(jī)器強(qiáng)烈振動(dòng)，柴油機(jī)不易超速運(yùn)行傷和機(jī)器強(qiáng)烈振動(dòng)

8、，柴油機(jī)不易超速運(yùn)行2 2）往復(fù)慣性力）往復(fù)慣性力F Fj j=-m=-mj jx x,=-m=-mj jw w2 2coscos * *R R-m-mj j(2w)(2w)2 2coscos（2 2 ） R/4R/4（1 1） F Fj j與與x x,方向相反，作用線與氣缸中心方向相反，作用線與氣缸中心線平行線平行（2 2） F Fj j由由F Fj1j1和和F Fj2j2組成，為兩個(gè)回轉(zhuǎn)質(zhì)量為組成，為兩個(gè)回轉(zhuǎn)質(zhì)量為m mj j/2/2，回轉(zhuǎn)半徑分別為回轉(zhuǎn)半徑分別為R R和和 R/4R/4的曲柄自上的曲柄自上止點(diǎn)起同步反向，分別以角速度止點(diǎn)起同步反向，分別以角速度 和和2 2 回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的

9、離心力的合力產(chǎn)生的離心力的合力3)3)離心慣性力離心慣性力F FR R=-m=-mR R 2 2 R R 與向心加速度方向相反與向心加速度方向相反, ,永遠(yuǎn)是離心的。它永遠(yuǎn)是離心的。它的作用線與曲柄中心線重合的作用線與曲柄中心線重合, ,并隨曲柄按角速并隨曲柄按角速度度回轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)0o60o120o180o240o300o360o氣體力Fg合力P慣性力FjPPNPTPTNTFRTTNPTPNPHFFbML四、曲柄連桿機(jī)構(gòu)作用力分析四、曲柄連桿機(jī)構(gòu)作用力分析 1 1合力合力F FF=FF=Fg g+F+Fj j，作用在氣缸中心線連桿小端處。作用在氣缸中心線連桿小端處。低速、增壓柴油機(jī)連桿始終受壓，四

10、沖程中、低速、增壓柴油機(jī)連桿始終受壓，四沖程中、高速機(jī)換氣上止點(diǎn)附近連桿受拉伸。高速機(jī)換氣上止點(diǎn)附近連桿受拉伸。F F分解合分解合成為：柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、傾覆力矩、作用在主成為：柴油機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、傾覆力矩、作用在主軸承上的力軸承上的力2 2活塞銷(xiāo)處的作用力活塞銷(xiāo)處的作用力1 1）側(cè)推力）側(cè)推力F FFtgFtg，對(duì)主軸承產(chǎn)生傾覆力矩對(duì)主軸承產(chǎn)生傾覆力矩M Md d=F=FN N* *H, H, 作用在機(jī)體上作用在機(jī)體上2 2）連桿推力）連桿推力F FL L=F/cos=F/cos注：短連桿二者均增大注：短連桿二者均增大 3 3 曲柄銷(xiāo)處的作用力曲柄銷(xiāo)處的作用力1 1）F FL L在曲柄銷(xiāo)處分解為切

11、向作用力在曲柄銷(xiāo)處分解為切向作用力T T、法（徑）法（徑）向作用力向作用力Z Z 2 2）主軸承受力主軸承受力Z ZF FR R高負(fù)荷高負(fù)荷Z Z最大，低速最大，低速F FR R最小，低速高負(fù)最小，低速高負(fù)荷時(shí)主軸承受力最大；低負(fù)荷荷時(shí)主軸承受力最大；低負(fù)荷Z Z最小，高速最小，高速F FR R最大，高速低負(fù)荷時(shí)主軸承受力最小最大，高速低負(fù)荷時(shí)主軸承受力最小4 4柴油機(jī)的輸出力矩柴油機(jī)的輸出力矩T T* *R R與傾覆力矩與傾覆力矩M MD D1 1）回轉(zhuǎn)力矩與傾覆力矩大小相等而方向相回轉(zhuǎn)力矩與傾覆力矩大小相等而方向相反，但作用在不同部件上，前者作用在反，但作用在不同部件上，前者作用在曲軸上（引起曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)），后者作曲軸上（引起曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)），后者作用在柴油機(jī)機(jī)體上（將引起柴油機(jī)左右用在柴油機(jī)機(jī)體上（將引起柴油機(jī)左右振動(dòng)），而不能相互抵消振動(dòng)），而不能相互抵消2 2）在柴油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)中，總切向力和）在柴油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)中，總切向力和輸出力矩要變化次，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度必然輸出力矩要變化次，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度必然是次，而且在一個(gè)工作循環(huán)中將波動(dòng)是次，而且在一個(gè)工作循環(huán)中將波動(dòng)次次五、曲軸回轉(zhuǎn)不均勻度、曲軸回轉(zhuǎn)不均勻度1.1.定義：曲軸回轉(zhuǎn)最大角速度與最小角速定義：曲軸回轉(zhuǎn)最大角速度與最小角速度之差與平均角速度之比度之差與平均角速度之比2.2.原因：動(dòng)力輸出不均（四沖程機(jī)相對(duì)大）原因：