1、四沖程直列五缸機(jī)平衡分析吉林大學(xué)汽車學(xué)院內(nèi)燃機(jī)系吉林大學(xué)汽車學(xué)院內(nèi)燃機(jī)系袁兆成袁兆成 一、曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析（一）曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)（一）曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)( (活塞的運(yùn)動(dòng)學(xué)活塞的運(yùn)動(dòng)學(xué)) )（二）（二） 曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用力曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的作用力 曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的慣性力曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的慣性力慣性力與運(yùn)動(dòng)質(zhì)量有關(guān)，該機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量有往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量mllmmmmj 21旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量 mllmmmmkkr 12往復(fù)慣性力 jjjjjFFCCCrmamF 2coscos )2cos(cos )2cos(cos2 222)(rmmrmFkrr旋轉(zhuǎn)慣性力Fr往復(fù)慣性力的性質(zhì)：往復(fù)慣性力的性質(zhì)：a

2、. Fj與a 的變化規(guī)律相同，兩者相差一個(gè)常數(shù)mj，方向相反。b. 可以用旋轉(zhuǎn)矢量法確定Fj和Fj的大小、方向，用來(lái)判斷往復(fù)慣性力作用性質(zhì)。c. Fj和Fj 始終沿著氣缸軸線作用。d. 往復(fù)慣性力總是存在。所以由Fj產(chǎn)生的單缸扭矩、翻倒力矩和自由力總是存在。但是曲軸一轉(zhuǎn)內(nèi)，翻轉(zhuǎn)力矩之和、自由力矩之和為零。 四、往復(fù)慣性力和氣壓力作用的差別四、往復(fù)慣性力和氣壓力作用的差別 氣壓力Fg 是做功的動(dòng)力，產(chǎn)生輸出扭矩。氣壓力Fg 在機(jī)體內(nèi)部平衡，沒(méi)有自由力。Fj 沒(méi)有平衡，有自由力產(chǎn)生，是發(fā)動(dòng)機(jī)縱向振動(dòng)的根源。Fjmax FgmaxFj 所占區(qū)域長(zhǎng)，總是存在，正負(fù)面積相等；Fg 呈脈沖性。 二、內(nèi)燃機(jī)

3、的平衡二、內(nèi)燃機(jī)的平衡1. 1. 平衡的基本概念平衡的基本概念 2.2. 旋轉(zhuǎn)慣性力的分析旋轉(zhuǎn)慣性力的分析3.3. 單列式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的平衡分析單列式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的平衡分析旋轉(zhuǎn)慣性力的分析旋轉(zhuǎn)慣性力的分析2mmmkr旋轉(zhuǎn)質(zhì)量 旋轉(zhuǎn)慣性力 、靜平衡和動(dòng)平衡、靜平衡和動(dòng)平衡質(zhì)心在旋轉(zhuǎn)軸上 動(dòng)平衡 靜平衡 旋轉(zhuǎn)慣性力平衡分析旋轉(zhuǎn)慣性力平衡分析 為使動(dòng)平衡： rmrmrmrmrpprpp21 2122質(zhì)徑積1. 單拐曲軸2rmFrr 0rF0M0rrF0rrFF2. 三拐曲軸（132，四沖程或二沖程) 作曲柄側(cè)視圖及軸側(cè)圖 1203360 2403720AA或 圖解法 對(duì)三個(gè)缸作離心力的矢量圖

4、是靜平衡 0rF對(duì)O點(diǎn)（最后一拐中心）取矩，作力矩矢量圖整體平衡方法223rambrmMMrpprprmbarmrpp30aF3cos30MMaFM2aFMr1rr2r1raF2raFraF39030四拐平面曲軸離心力分析四拐平面曲軸離心力分析 1804720A離心慣性力的合力為零，離心慣性力矩也是零 曲軸本身承受有最大達(dá)aFr的內(nèi)彎矩，而且中間主軸承承受較大的離心負(fù)荷 常見(jiàn)的有如圖所示的四塊平衡重方案，以減輕內(nèi)彎矩和軸承負(fù)荷 FrFrFrFr四沖程五拐曲軸旋轉(zhuǎn)慣性力分析四沖程五拐曲軸旋轉(zhuǎn)慣性力分析 （1-2-4-5-3）1445720A四沖程5曲拐布置圖四沖程5曲拐軸測(cè)圖124350rF四沖

5、程五缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力分析四沖程五缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力分析圖解法圖解法曲柄側(cè)視圖四沖程5拐曲軸旋轉(zhuǎn)慣性力多邊形rraFM41rraFM32rraFM4rraFM23rraFM449. 0四沖程五缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力矩分析四沖程五缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力矩分析四沖程5拐曲軸旋轉(zhuǎn)慣性力矩多邊形旋轉(zhuǎn)慣性力矩不平衡，值比較小利用矢量投影求和的代數(shù)方法，求離心力矩的大小和方向假設(shè)缸心距為a，對(duì)第五缸中心取矩各矢量在x軸的投影和為rrrrrrrrrrxaFaFaFaFaFMMMMM3633. 018cos54cos254cos390cos418cos54cos54cos90cos4321各矢量在y軸的投影和為rrrrrrrrrry

6、aFaFaFaFaFMMMMM2639. 018sin54sin254sin390sin418sin54sin54sin90sin4321rryrxraFMMM449. 022合力矩為合力矩的方向與y軸的夾角為542639. 03633. 01ryrxrMMtg22449. 0449. 0ramaFbrmrrpprmbarmrpp449. 0旋轉(zhuǎn)慣性力矩不平衡，但是值很小，在平衡塊上簡(jiǎn)單處理采用整體平衡時(shí)，平衡塊質(zhì)徑積為：二沖程五拐曲軸旋轉(zhuǎn)慣性力分析二沖程五拐曲軸旋轉(zhuǎn)慣性力分析 （1-2-4-5-3）725360A二沖程5曲拐布置圖二沖程5曲拐軸測(cè)圖143520rF二沖程五缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力分析二

7、沖程五缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力分析圖解法圖解法曲柄側(cè)視圖二沖程5拐曲軸旋轉(zhuǎn)慣性力多邊形二沖程五缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力矩分析二沖程五缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力矩分析二沖程5拐曲軸旋轉(zhuǎn)慣性力矩多邊形旋轉(zhuǎn)慣性力矩不平衡，值比較大利用矢量投影求和的代數(shù)方法，求離心力矩的大小和方向假設(shè)缸心距為a，對(duì)第五缸中心取矩各矢量在x軸的投影和為rrrrrrrrrrxaFaFaFaFaFMMMMM5388. 154cos18cos254cos390cos454cos18cos18cos90cos4321各矢量在y軸的投影和為rrrrrrrrrryaFaFaFaFaFMMMMM7361. 454sin18sin218sin390sin454sin

8、18sin18sin90sin4321rryrxraFMMM9797. 422合力矩為合力矩的方向與y軸的夾角為187361. 45388. 11ryrxrMMtg229797. 49797. 4ramaFbrmrrpprmbarmrpp9797. 4旋轉(zhuǎn)慣性力矩不平衡，值很大，設(shè)計(jì)曲軸必須考慮采用整體平衡時(shí)，平衡塊質(zhì)徑積為：?jiǎn)瘟惺絻?nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的平衡分析單列式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的平衡分析 幾個(gè)基本概念 Ccos2CcosjjjFFF2往復(fù)慣性力始終沿氣缸軸線作用，大小和方向按簡(jiǎn)諧規(guī)律變化，力矩總是作用在氣缸中心線與曲軸中心線組成的平面內(nèi)。都是不平衡的自由力，如果不采取平衡措施，就會(huì)傳到支承上

9、，引起縱向振動(dòng)。 1. 往復(fù)慣性力可以用旋轉(zhuǎn)矢量表示為3和jjFF單列式三缸機(jī)平衡分析法發(fā)火順序1322403720A發(fā)火間隔角aCcos30 3aC 3x在水平軸投影后，jjMM3030單列四沖程四缸機(jī)（單列四沖程四缸機(jī)（1342）1804720A作曲柄圖和軸側(cè)圖 1 4 1234 2 3 一階曲柄圖 二階曲柄圖 慣性力分析 2aC3aCaC0C4F0FRjRj023aCaCaCMj單列四沖程六缸機(jī)（單列四沖程六缸機(jī)（153624）1206720A0 0RjRjFF慣性力分析： 慣性力矩分析：相當(dāng)于兩個(gè)三拐曲軸對(duì)稱安置， 0 0, jjMM在自身已經(jīng)達(dá)到靜平衡和動(dòng)平衡性的曲軸上添加平衡重，目

10、的是減輕軸承負(fù)荷和減小曲軸的內(nèi)彎矩。 單列四沖程五缸機(jī)（12453）發(fā)火間隔角1445720A作曲柄圖和軸測(cè)圖可以看出：可以看出：一階慣性力和二階慣一階慣性力和二階慣性力的合力都是零，性力的合力都是零，是平衡的。是平衡的。aaaaO1243512435 0jIF 0jIIF四沖程五缸機(jī)一階往復(fù)慣性力矩分析四沖程五缸機(jī)一階往復(fù)慣性力矩分析aC4aC3aCaC2aCMjI449. 0axjMIm54 有最大值第一缸上止點(diǎn)前5jIF4jIF3jIF2jIF1jIFaaaaO一階力矩各矢量在x軸的投影和為aCaCaCaCaCMMMMMjIjIjIjIjIx3633. 018cos54cos254cos

11、390cos418cos54cos54cos90cos4321各矢量在y軸的投影和為aCaCaCaCaCMMMMMjIjIjIjIjIy2639. 018sin54sin254sin390sin418sin54sin54sin90sin4321合力矩為aCMMMjIyjIxjI449. 022一階合力矩的方向與y軸的夾角為542637. 03633. 01jIyjIxrMMtg365490與水平軸的夾角為54向水平軸投影得到此時(shí)的實(shí)際一階往復(fù)慣性力矩為aCaCMjI2639. 054cos449. 0aC4aC3aCaC2aCMjI449. 0Ca4Ca3Ca2CaCaMj9797. 418a

12、CaCMj736. 418cos9797. 43jIIF1jIIF5jIIF4jIIF2jIIF二階往復(fù)慣性力矩分析二階往復(fù)慣性力矩分析二階往復(fù)慣性力矩的合力矩幅值為aCaCaCaCaCMMMMMjjjjxj5389. 154cos18cos218cos390cos454cos18cos18cos90cos4321aCaCaCaCaCMMMMMjjjjyj736. 454sin18sin218sin390sin454sin18sin18sin90sin4321aCMMMyjxjj9797. 42218736. 45389. 11yjxjrMMtg721890與水平軸的夾角為18向水平軸投影得到此時(shí)的實(shí)際一階往復(fù)慣性力矩為aCaCMj736. 418cos9797. 4即使考慮到連桿比即使考慮到連桿比（1/3），二階往復(fù)慣性力矩的值也比較），二階往復(fù)慣性力矩的值也比較大，大于一階往復(fù)慣性力矩的幅值。設(shè)計(jì)中應(yīng)該采用雙軸機(jī)大，大于