[工学]内燃机构造与设计-4-3平衡

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1、内燃机构造与设计3发动机的平衡性分析与平衡措施3.1概述3.1.1发动机对其支架（基座）的作用力单个曲柄连杆机构对于机体的作用力是与N、T和K三力大小相等而方向相反的力，也就是N、T*、K和Pr四力（K=K-Pr）。3.1概述鉴于缸内气体对于机体也有一个作用力Pg向上作用于缸盖底面，故单个曲柄连杆机构和缸内气体对于机体的共同作用结果是使机体受到一个沿气缸中心线方向的力X，一个垂直于气缸中心线的力Y和一个力矩Mf，其中力矩Mf叫做“翻倒力矩”化简，可得：式中表明，单个曲柄连杆机构对机体的翻倒力矩Mf总是与曲拐转矩M相等而方向相反的。3.1概述X、Y和Mf都是周期性

2、变化的力和力矩。对多缸机来说，每一气缸的曲柄连杆机构对机体作用着一个X(i)、一个Y(i)和一个Mf(i)（i是气缸序号），则所有的X(i)、Y(i)和Mf(i)有可能合成为两个方向的力XΣ、YΣ和三个力矩MxΣ、MyΣ和MzΣ。这些力和力矩只要存在，自然也都是周期性变化的。如果机体固定在绝对刚性的支架（基座）上，则上述各种力和力矩以及发动机的重力就是发动机对基座的作用力和力矩。实际上发动机的支架总是有弹性的，尤其是汽车发动机。周期性变化的力和力矩会使发动机和支架发生振动。这样，发动机对支架的作用力就不仅是上述各力和力矩了，还要加上其各向振动的惯性力和惯性力矩。3.1概

3、述3.1.2平衡的意义和平衡性分析方法不平衡的危害：发动机及其支架的振动会导致紧固件松动，个别零件过载损坏，噪音，车辆乘员疲劳等等不良后果。完全平衡的发动机：曲柄连杆机构和缸内气体对机体的作用力和力矩都不存在，即XΣ=0，YΣ=0MxΣ=0，MyΣ=0，MzΣ=0。就不存在来自发动机方面的激振源。实际上MzΣ=ΣM(i)f=曲轴总转矩MΣ≠0，所以不可能有上述意义上的完全平衡。只要其余四者都为零，一般就认为发动机完全平衡了。3.1概述如果这些力和力矩不等于或不全等于零，则需判断其大小是否超过了可以容许的限度，超限时要采取措施抵消这些“不平衡的”力和力矩，使发动机达到平衡

4、。进行发动机平衡性分析的目的，就是要搞清各种发动机各存在多大的不平衡力和力矩，各要求什么样的平衡措施，从而为设计选型和具体结构设计提供这一方面的情况。分析曲柄连杆机构各Pj(i)组成的往复惯性力系和各Pr(i)组成的旋转惯性力系，两个惯性力系组成的平衡力系，其主向量和主矩都等于零，则由这两个惯性力系合成的X(i)力系和Y(i)力系的主向量XΣ、YΣ和主矩MxΣ、MyΣ自然都等于零。如果Pj力系和Pr力系有主向量或主矩，就存在XΣ、YΣ或MxΣ、MyΣ。3.1概述分析发动机的平衡性就归结为分析其往复惯性力系和旋转惯性力系的平衡性，包括两方面：惯性力系的平衡性和扭矩(及反力

5、矩)的均匀性，而扭矩的均匀性用增加缸数的方法，使点火均匀来控制扭矩不均匀系数，所以我们讨论惯性力系的平衡问题，主要取决于运动质量的配置，所以惯性力系的平衡也称惯性质量平衡。分析方法就是空间力系向一点简化求其主向量和主矩，即（1）解析法（计算法），即在力系简化点建立坐标系，算出各惯性力向量在坐标轴上的投影之和可得主向量，算出各惯性力对简化点的力矩向量在坐标轴上的投影之和可得主矩。（2）     图解法，即作出简化到一点的力向量多边形和力矩向量多边形，若多边形封闭，则主向量和主矩为零，否则封闭向量的大小和方向就是不平衡的主向量或主矩的方向。3.1概述主要采取图解分析，辅之以

6、必要的计算。本章中的分析举例一律针对等缸间距的等Pr(i)的发动机（有少数发动机因各曲拐的曲柄臂设计形状和尺寸不同，其各Pr(i)是不等的）。3.1.2关于平衡的一些概念内平衡和外平衡发动机的不平衡力和力矩整个系统对外界支承的影响，称为外平衡。对已外平衡的机器进行曲轴和机体内部所受负荷的平衡称为内平衡。静平衡和动平衡静平衡就是质量系统旋转时离心力合力等于零，即系统的质心(重心)位于旋转轴线上。可用静态来检查质心是否偏离轴线，故叫静平衡。3.1概述动平衡是指系统旋转时不但旋转惯性力合力等于零，而且合力矩也等于零，达到完全平衡。静平衡而动不平衡的系统旋转时会给支承造成附加动

7、载荷。3.2单列式发动机的平衡性分析3.2.1旋转惯性力系的平衡性分析三拐曲轴平衡分析3.2单列式发动机的平衡性分析四拐空间曲轴平衡分析3.2单列式发动机的平衡性分析五拐曲轴平衡分析3.2单列式发动机的平衡性分析Lr´逆时针转90º就是Lr。结论：求旋转惯性力系主向量和主矩,取最后一个气缸中心线与曲轴轴线的交点为力系的简化点，作向量多边形。任一力系的主向量的大小和方向与所取的力系简化点位置无关，而如果主向量为零，则主矩的大小和方向也与力系简化点的选择无关。3.2单列式发动机的平衡性分析对于大多数的四冲程发动机,缸数大于或等于4的具有镜面对