《内燃机的平衡》PPT课件.ppt

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1、内燃机的平衡2一、概述1、研究平衡的目的（1）分析各种结构机型内燃机的平衡性能，为设计选型提供预测和依据；（2）寻求改善内燃机平衡状态的措施：如采用适当的气缸数、曲柄排列和曲柄布置方案、在曲轴上设置平衡重、采用专门的平衡机构等。2、平衡的定义完全平衡的内燃机通常指没有累积的应力造成内燃机的振动或摇摆。3一、概述3、平衡的分类内燃机的平衡通常分为外部平衡和内部平衡两种类型：（1）当假设曲轴和机体为绝对刚体来分析惯性力及其力矩对外作用的情况时，内燃机的平衡称为外部平衡。（2）当考虑曲轴和集体为弹性体时，由于曲轴和机体承受惯性力及其力矩后产生周期性变形，此时及时内燃机

2、已达到完全的外部平衡，但变形的结果仍有一部分力和力矩会传到机座，引起内燃机整机振动并向机外传递，内燃机的这种平衡称为内部平衡。通常所谓的内燃机平衡是指外部平衡，因为外部平衡不良所引起的振动问题要严重和复杂得多。4二、单缸机内燃机的平衡单缸机的振动力源：①离心惯性力②往复惯性力1、离心惯性力Pr单缸内燃机的总旋转惯性力Pr，是由曲柄不平衡质量和连杆换算到大头处的质量之和mr所产生的离心力，其值为：该离心力的作用线与曲柄重合，方向背离曲轴中心，因此，只需在曲柄的对方装上平衡重，使其所产生的离心力与原有的总旋转惯性力大小相等，方向相反，即可将其平衡。通常，平衡重配置两

3、块，每个曲柄臂上各一块，这样可以是曲轴及轴承的载荷状况较好。所加平衡重的大小mB可由下式决定：5单缸机离心惯性力的平衡从上式可知,为了减轻平衡重质量并充分利用曲轴箱空间，可尽量使平衡重的质心远离曲轴中心线，这对减少内燃机重量有利。但为安置平衡重而去加大曲轴箱尺寸也是不明智的，所以通常是使rB等于或略小于曲柄半径R，并把平衡重设计成扇形或月牙形，以便其质心尽量外移，rB值尽量增大6下图是常用平衡重的外形结构，在多缸机中，有时由于某种曲柄排列型式使合成离心惯性力矩的方向产生一定偏角，因而需要把平衡重偏置一定角度。二、单缸机内燃机的平衡72、往复惯性力按活塞加速度近似

4、式，往复惯性力可写成一次往复惯性力可以表示为二次往复惯性力可以表示为往复惯性力作用方向沿着汽缸中心线，向上为负，向下为正。二、单缸机内燃机的平衡因此往复惯性力PjI（或PjII）可看成两个以角速度ω（或2ω）朝相反方向旋转的矢量C/2（或λC/2）之和，这两个矢量分别称为正转矢量（AI或AII）和反转矢量（BI或BII），两个矢量重合位置与气缸中心线平行。亦即往复惯性力可以分别转换成两个离心力：两个质量mj/2（或1/2·λmj/4）在半径R处以角速度ω（或2ω）朝相反方向转动所产生的离心力。二、单缸机内燃机的平衡由以上分析可以看出，可以用与平衡离心惯性力同样的

5、方法来平衡往复惯性力，只要设计的平衡机构产生的离心惯性力矢量分别与上述正反转矢量大小相等、方向相反即可。二、单缸机内燃机的平衡3、双轴平衡机构单缸机单轴平衡机构如下图，其中：平衡一次往复惯性力所加平衡块质量m1：平衡二次往复惯性力所加平衡块质量m2：采用这种方法一、二次往复惯性力都能得到平衡，缺点是结构相当复杂，不很实用，只在缸径较大的单缸机或单缸实验机中采用，且常常只限于平衡一阶惯性力PjI,一般不考虑PjII的平衡问题。二、单缸机内燃机的平衡（a）双轴平衡机构简图二、单缸机内燃机的平衡对于缸径不大的单缸机，有时为了结构简化，常省去一根与曲轴同旋向的平衡轴，而

6、采用如图（b）所示的单轴平衡机构。采用单轴平衡机构时，一阶往复惯性力也得到了平衡，但破坏了平衡机构的对称性，与双轴平衡机构相比，又产生了一个附加力矩：二、单缸机内燃机的平衡4、单轴平衡机构M随α变化，设计时要求ex，ey尽可能小，实际上，上式中，令：则可见，ex、ey小，则M随α变化时，波幅小（θ为常数）二、单缸机内燃机的平衡二、单缸机内燃机的平衡5、过量平衡法在缸径更小的单缸机中，为了使结构尽可能简单，常常连单轴平衡机构也省略，而采用所谓的过量平衡法。此时曲柄上除了有平衡mr的平衡块质量外，还要多加一过量的平衡质量εmj，使其产生过量的离心力εC（0<ε<1）

7、，ε称为过量平衡率。如下图（c）所示:二、单缸机内燃机的平衡离心力εC与一阶往复惯性力PjI的合力R在x，y轴上的投影由以上两式中消去α得：可以看出合力R的矢端轨迹是一个椭圆。当ε=1/2时，合力矢端轨迹变为半径为C/2的圆，即R=C/2的数值不变，不过与曲柄反向旋转。过量平衡法实质上是一阶往复惯性力的转移法，即把一阶往复惯性力的一部分转移到与之垂直的平面内。至于转移数量的大小，则要根据具体发动机在垂直与水平两个方向的刚度或吸振能力而定，一般总是希望较大的惯性力作用在发动机刚度较大的方向或吸振能力较好的方向。ε大小可根据实验确定，通常ε=0.3—0.5。二、单缸

8、机内燃机的平衡单列式多缸