无连杆发动机活塞侧向力分析

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1、第卷第期洛阳工学院学报年’”】铭月《资料法》分类号袱无连杆发动机活塞侧向力分析’杜发荣昊建卫尧机设工程系摘要本文对无连杆发动机的受力作了静力分析,提出了无连杆发动机连杆受力在力学简化时不,采用本文的分析方法,活塞侧向力不为无穷,进行合能简化为二力杆理的零件结构设计可以使此力与传统,发动机相当或远远小于传统发动机关键词活塞式发动机无连杆发动机活塞侧向力无连杆发动机简介,,无连杆发动机就是连杆长度等于曲柄半径的曲柄滑块机构为基本机构的原动机它与传,,。统活塞式发动机相比连杆变成了一个偏心圆块从外表看没有连杆因此称无连杆发动机无,具有体积小的优点,因此长期

2、连杆发动机与传统发动机相比在同等排量的情况下以来是国内,外很多学者研究新型发动机的重点之一但活塞侧向力与运动可靠性问题始终是争论的焦‘。〕点,,无连杆发动机的本质机构仍然是曲柄滑块机构与传统发动机一样活塞作直线往复运,,动曲柄做转动而无连杆发动机的连杆在随活塞作平面往复运动的同时绕活塞销孔中心作整,。、,圆转动在曲柄转角为时连杆与曲柄重合此时活塞理论侧向力是否为无穷呢本文着重从静力学角度对此力予以分析机构受力分析,,,,无连杆发动机在结构型式上主要有三种滑块机构原型图动齿圈机构图和定,对。齿圈机构图于三种机构的受力分析如下滑块机构原型对于这种机构的受

3、力如图为某一曲轴转角时活塞、连杆、曲柄所组成凝结结构所受的,,。,,尸,,凡为气缸壁对活外力图为活塞受力为连杆受力图为曲柄的受力图为气体压力,、,,,塞的侧向力为曲柄所受的支座反力为制动力矩机构所受的外力由外力平衡可得图的、方向力平衡方程,一一河南省科技攻关资助项目无连杆发动机的研制,,杜发荣男年生讲师收稿一一日期洛阳工学院学报年‘了、夕、了、‘勺,少、一咖对口点曲柄转动中心的力矩平衡方程一一戈‘一门’长一狱诀考凝结机构活塞小曲柄图原型机构受力图最曳禅林冬衬凝结机构活塞连杆曲柄图动齿圈机构受力图,,从以上三个方程看是唯一与输出扭矩能够平衡的力必然存在

4、如没有就没有动力,,,,输出再具体到每一个零件连杆简化为铰链连接的杆按传统分析方法它为二力杆两铰处,。,,所受力必然为连杆力平衡条件为二力共点大小相等方向相反此活塞受力为,尸三个,力由三力平衡条件得如下方程,,一,。一由连杆受力一以上六个方程联立求解可得一。第期杜发荣每无连杆发动机活寡侧向力分析。,声当时,从分析结。。。果来看活塞侧向力在时为无穷大在时方程组为,一一一一一,对的不可能结果,,,,,由上述方程可得,为气压力制动力矩始终存在上述,产分析不能反映无连杆发动机在整个运动过程的受力情况生这种情况原因在于连杆变为一,,,,个圆块并且带一个到圆块中

5、心距为的孔曲柄销孔的构件在构件的直径大于连杆长度,“的情况下连杆按二力杆处理已经违背了简化为二力杆力的作用幅与连杆长度相比可以看作”,。,,。点的原则因此就有了在曲柄转角趋于无穷,无法实现静力平衡结论,。,基于上述原因连杆就不是二力杆对连杆受力作以下处理连杆不是二力杆连杆与曲柄,,销的相互作用幅与连杆直径相比可以简化为点力的作用点仍通过曲柄销中心力用沿曲柄径、。,向和切向的两个分力表示由于活塞与连杆之间的力的作用点与方向无法确定为了分,,、析方便力的作用点仍取在活塞销中心连杆的转动中心作用力为方向与曲柄销作用,,,,,,,,,力方向相反和力矩活塞承受

6、连杆的反力与反力矩活塞所受力为为气,,,,压均布力的合力通过活塞中线不能与万平衡将必然不通过活塞孔中心所有零件受力,如图虚线得如下方程运动件凝结构外力平衡方程仍为、,力矩方程为,一一、,活塞力平衡方程与相同力矩平衡方程为,连杆平衡方程一,一一一力矩平衡方程,一曲柄力矩平衡方程万一刃,,,,,尸,,,一五个方程联立五个未知数五个方程联立求解,认,,,,对一尸,,,,在时,产,,产一,尸,,,,传统发动机的最大值为约为邝一之间对于无连杆发动机来说连杆直径,,,。一般为曲柄半径的倍合理的进行活塞结构设计使为夯是完全可能的因此不存“。,,,在时存在尸无法实现

7、静力平衡和趋于无穷之说这种发动机能够运转也说明了这一点。无连杆发动机可靠运动的条件为“连杆与曲柄在任意曲柄转角位置,必须转向相反,转速可”,在曲柄转角时这种机构在发动机实黔中经常发生发动机突然停车造成零件损坏··洛阳工学院学报年的原,因在于基于连杆为二力杆的传统观点在活塞设计时使作用于活塞销中心连杆与曲,柄的相对运动没有机构保证即发动机可靠运动条件没有机构保证造成的从活塞的磨损型式,,。。和力学分析来看侧向力是存在的在一时的数值不为无穷按一般连杆为二力杆的力,。,。学分析方法在曲洒转角为时气缸压力传递到曲柄与对平衡没有途径针对上述原因而,。,。产生了

8、动齿圈机构目的在于活塞通过齿圈直接把传递给曲柄动齿圈机构受力分析,,,,动齿圈机构的结构简图受力如图在活塞上