第2章受力分析

《內(nèi)燃機車柴油機》第二章

柴油機的受力分析第一節(jié)曲柄連桿機構(gòu)的受力第二節(jié)運動慣性力對柴油機工作的影響一、概述柴油機工作時，作用在曲柄連桿機構(gòu)上的力有下列幾種：⑴作用在氣缸和活塞上的氣體力；⑵運動件的慣性力；⑶運動件的重力；⑷負載的反作用扭矩；⑸機構(gòu)的支承反力；⑹熱應(yīng)力。運動件的重力，在高、中速柴油機中由于其數(shù)值較小，一般不予考慮；柴油機負載的反作用扭矩，與曲軸的輸出扭矩相平衡；熱應(yīng)力與結(jié)構(gòu)、受熱及冷卻等因素有關(guān)，情況較復雜，不予考慮。第一節(jié)曲柄連桿機構(gòu)的受力二、氣體力是指氣缸內(nèi)工質(zhì)的作用力，沿著氣缸軸線作用到活塞頂面和氣缸蓋底面，同時又徑向作用到氣缸內(nèi)圓面。作用在活塞上的氣體推力為：

Pｇ＝（ｐ-p0）×（π/4）×D·D/1000（N）ｐ——氣缸內(nèi)的氣體壓力KPａｐ0——作用于活塞背部的曲軸箱內(nèi)氣壓，一般近似取98KPａ。氣體力是機構(gòu)運動的原動力，它與柴油機的工作過程及負荷大小有關(guān)，與柴油機的轉(zhuǎn)速無直接關(guān)系，循環(huán)變化，最大值Ｐｚ在上止點附近。三、運動慣性力

（一）產(chǎn)生原因變速運動→加速度牛頓第二定律Ｆ＝ｍa

之所以有加速度，因為物體上作用有外力Ｆ，根據(jù)作用力與反作用力定律，如果有外力改變它原有的運動狀態(tài)，必然有一個反作用力，此反作用力就是慣性力Pa，與加速度的方向相反。

Pa＝－ma特快列車緊急制動或列車急劇減速時，人體往前伸，這就是慣性力的作用，列車作負加速運動，加速度方向向后，慣性力向前，人體質(zhì)量愈大，慣性沖動愈大。（二）往復運動慣性力活塞上、下止點時速度為０，向下速度為正。在曲軸轉(zhuǎn)角90度處達最大值，此后逐漸減慢；在270度處達反向速度的最大值，此后又減慢。

c≈ｒ·ω·sinα+（λ·ｒ·ω）/2·sin2α

j≈ｒ·ω·ω·cosα＋λ·ｒ·ω·ω·cosα·cosα

c—活塞速度，j—活塞加速度近似看作一級和二級值的合成，一級值隨曲軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)而循環(huán)變化一次，二級值隨曲軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)而循環(huán)變化二次。?#?返回6?#?返回7活塞銷活塞氣缸連桿曲柄銷主軸承機體（三）離心運動慣性力旋轉(zhuǎn)質(zhì)量ｍｒ＝曲柄質(zhì)量＋連桿大頭附近的質(zhì)量Ｐｒ＝－ｍｒ·ｒ·ω·ω

曲軸勻速，Ｐｒ不變，方向瞬變，主軸頸中心指向曲柄銷中心；在活塞上、下止點時，Ｐｒ與氣缸中心線重合。?#?返回9四、氣體力與往復運動慣性力的合力都沿氣缸中心線方向，都作用在活塞組上，可合成分析效果?！疲校剑校纾校曜饔糜诨钊N中心∑Ｐ分解為：?#?返回11⑴氣缸壁的側(cè)壓力

PN=∑Ｐ·ｔｇβ

作用在氣缸表面，隨∑Ｐ、β的大小而變，有兩個方向，上、下止點為０。⑵沿連桿中心線的連桿力

Pｃｒ=∑P/ｃｏｓβ

從小頭傳到大頭曲柄銷處，又分解為：①垂直于曲柄銷的切向力

Pｔ=Pｃｒ·ｓｉｎ（α+β）

=∑P·ｓｉｎ（α+β）/ｃｏｓβ②指向曲軸主軸頸中心的法向力

Pｒα=Pｃｒ·ｃｏｓ（α+β）

=∑P·ｃｏｓ（α+β）/ｃｏｓβ在進氣初期和排氣后期，∑P朝上止點方向，其它時期∑P朝下止點方向。合力朝下時的載荷值大，作用時間長，最大值在燃燒上止點后爆發(fā)壓力點處。⑴法向力Ｐｒａ使曲柄銷彎曲，曲柄臂有撐開趨向，引起曲軸彎曲振動；⑵切向力Ｐｔ——→扭矩Ｍｔ

Ｍｔ＝Ｐｔ·ｒ＝∑Ｐｒ·sin（α＋β）／cosβ

對外輸出。第二節(jié)

運動慣性力對柴油機工作的影響一、合力對活塞組的作用二、合力對連桿組的作用三、合力對曲軸組的作用四、∑Ｐ對氣缸套的作用側(cè)壓力ＰN，改變方向，氣缸壁受到高頻敲擊和振動變形，穴蝕破壞。缸壁產(chǎn)生摩擦和磨損。

五、∑Ｐ對機體的作用側(cè)壓力使機