十 柴油机振动与平衡

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1、课题十四柴油机振动与平衡目的要求：1．熟悉曲轴连杆运动及动力情况。热力学基本概念。2．了解柴油机振动规律及危害。3．掌握多缸柴油机振动与平衡的方法。4．熟悉轴系各种扭振及特性。5．掌握轴系减振措施及减振装置。重点难点：1．多缸柴油机振动与平衡的方法。2．轴系减振措施及减振装置。教学时数：4学时教学方法：多媒体讲授课外思考题：1．柴油机曲轴连杆机构受力特点。2．柴油机振动与平衡的方法。3．什么是轴系的强制扭转振动？有何特性？4．轴系减振有哪些措施？减振装置类型及作用。13课题十四柴油机振动与平衡第一节曲柄连杆机构惯性力一、活塞连杆的运

2、动1．活塞的运动1）活塞的位移x2）活塞运动速度V3）活塞运动加速度a可见在活塞的往复运动中，其运动速度是周期交变的。2．连杆的运动连杆的运动形态比较复杂，连杆小端随同活塞做往复运动，杆身绕活塞销摆动，连杆大端随同曲柄销做回转运动，从总体上看可视为连杆绕活塞销中心线摆动。1．当曲柄转角α=90°时，连杆摆动角达最大值且位于气缸中心线右侧，摆动角速度为0；当α=270°时，连杆摆动角也达最大值，但位于气缸中心线左侧，摆动角速度也为0。2．当曲柄转角α=0°和α=180°时，连杆的摆动角速度达到最大值，且数值相等而方向相反。二、曲柄连杆

3、机构的惯性力1．往复惯性力Fj往复惯性力总是沿着气缸中心线作用在活塞销中心上；数值大小和方向随曲柄转角交变且始终与加速度方向相反；在上止点时方向向上，在下止点时方向向下。2．离心惯性力FRmR包括曲柄的回转质量mRR和连杆转化的质量mc2即mR=mRR＋mc2。若曲柄半径为R，曲轴回转角速度为ω，则回转质量mR对曲轴回转中心离心惯性力FR=mR·R·ω2。可见，回转惯性力的数值大小不变，作用方向沿着曲柄半径始终向外。3．连杆力偶ML13连杆力偶ML作用在连杆摆动平面内，其数值大小交变：当连杆摆动到气缸中心线右侧时为顺时针方向；当连杆

4、摆动到气缸中心线左侧时ML为逆时针方向。第二节曲柄连杆机构上的作用力图14-1曲柄连杆机构的作用力1．气体力Fg气体力Fg也是周期交变的，其方向沿气缸中心线向下。2．作用于活塞销上的合力F由图14-1可知，F=Fg＋Fj。显然，合力F的数值大小交变，而方向主要取决于Fj的方向：对于二冲程柴油机合力方向不变，几乎一直向下；对于四冲程柴油机方向交变，上下交替。3．侧推力FN和连杆推力FLFN=F·tgβFL=F/cosβ显然，侧推力FN的大小交变，方向交变、左右交替。连杆推力FL的数值大小交变，而方向是否交变取决于是四冲程还是二冲程机。

5、4．切向力T和法向力ZT=FL·sin（α＋β）=F·sin（α＋β）/cosβZ=FL·cos（α＋β）=F·cos（α＋β）/cosβ切向力T是构成柴油机对外做功的主要作用力，其大小与方向交变。法向力Z作用在曲柄中心线方向并传递到主轴承上。显然，连杆大端轴承所承受的作用力是切向力T、法向力Z以及连杆转化的回转质量mc2所产生的离心惯性力FR=mc2·R·ω2三者的合力。5．输出扭矩MM=T·R=F·Rsin（α＋β）/cosβ输出扭矩M也是周期交变的，其变化规律同切向力一样。6．倾覆力矩MD此倾覆力矩MD和柴油机的输出扭矩M大小

6、相等而方向相反（证明略），M=-MD=T·R。由此可知，主轴承上的作用力是离心惯性力FR与连杆推力FL的合力。第三节柴油机的振动和平衡方法13一、柴油机振动的基本概念1．振动的一般概念柴油机产生周期性变化的惯性力（力矩），将使柴油机使机座产生横向和纵向振动──外部振动；周期变化的扭转力矩使机体内产生扭振──内部振动。2．柴油机振动的危害1）影响可靠性和耐久性。2）降低动力性和经济性。3）损害舒适性。二、引起柴油机振动的外力和振动规律1．单缸机的不平衡力和力矩1）离心惯性力FRFR=-mR·R·ω2由于离心力是回转的，所以它引起柴油机

7、上下、左右随曲柄位置各个方向的振动。2）往复惯性力Fj一次往复惯性力Fj1在曲轴转一圈的时间内周期性地迫使柴油机向下和向上各振动一次，其振动圆频率为ω。二次往复惯性力Fj2在曲轴转一圈的时间内周期性地迫使柴油机向下和向上各振动两次，其振动圆频率为2ω。总的说来，往复惯性力Fj使柴油机发生上下方向的振动。3）倾覆力矩MDMD=-M=-T·R。倾覆力矩MD实际上是曲轴输出力矩的反力矩，它是柴油机装置中最重要的振动力源之一，它将使柴油机产生摇摆性振动。4）连杆力偶ML连杆力偶是一个使柴油机在横向发生摇动的振动力源，但由于连杆力偶ML较小，

8、一般忽略其影响。2．多缸机的不平衡力和力矩1）合成离心惯性力∑FR多缸机的曲柄都为均匀分布，所以其合成离心惯性力∑FR总是平衡的，即∑FR=0，所以不会造成柴油机的振动。2）合成离心惯性力矩∑MR当∑FR=0的情况下，∑MR13可能等