內(nèi)燃機(jī)的平衡第二節(jié)旋轉(zhuǎn)慣性力的分析第三節(jié)單列式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的平衡分析第四節(jié)雙列式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的分析第一節(jié)平衡的基本概念返回開(kāi)始內(nèi)燃機(jī)的平衡第一節(jié)平衡的基本概念一、平衡的定義當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在穩(wěn)定工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)如果傳給支承的作用力的大小和方向均不隨時(shí)間而變化，則我們就稱此內(nèi)燃機(jī)是平衡的。實(shí)際上這種情況不存在。二、內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)的原因工作過(guò)程的周期性：發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩是周期性變化的。機(jī)件運(yùn)動(dòng)的周期性：旋轉(zhuǎn)慣性力、往復(fù)慣性力是周期性變化的。三、不平衡的危害引起車輛的振動(dòng)，影響乘員的舒適性、駕駛的平順性。固定式內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)，會(huì)縮短基礎(chǔ)或建筑物的壽命。產(chǎn)生振動(dòng)噪音、消耗能量、降低機(jī)器的總效率。引起緊固連接件的松動(dòng)或過(guò)載、引起相關(guān)儀器和設(shè)備的異常損壞。四、研究平衡的目的和采用的方法通過(guò)內(nèi)燃機(jī)平衡性的分析，為分析和選型提供依據(jù)。尋求改善平衡性的措施，這些措施一般包括：采用適當(dāng)?shù)臍飧讛?shù)、氣缸排列和曲拐布置；加適當(dāng)?shù)钠胶庵?；用適當(dāng)?shù)钠胶鈾C(jī)構(gòu)。

方法主要包括：1．解析法任取一個(gè)坐標(biāo)系，求各力和力矩在該坐標(biāo)系中的投影之和。若∑F＝0，∑M＝0，則該力系是平衡的，反之不平衡。2．圖解法作力和力矩多邊形，如多邊形封閉則力系是平衡，反之不平衡。本章開(kāi)始第二節(jié)旋轉(zhuǎn)慣性力的分析旋轉(zhuǎn)質(zhì)量旋轉(zhuǎn)慣性力、靜平衡和動(dòng)平衡質(zhì)心在旋轉(zhuǎn)軸上動(dòng)平衡靜平衡二、旋轉(zhuǎn)慣性力平衡分析

為使動(dòng)平衡：1.單拐曲軸2.三拐曲軸（1－3－2，四沖程或二沖程)①作曲柄側(cè)視圖及軸側(cè)圖②圖解法對(duì)三個(gè)缸作離心力的矢量圖是靜平衡對(duì)O點(diǎn)（最后一拐中心）取矩，作力矩矢量圖整體平衡方法3.四拐曲軸四拐空間（二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)）曲軸離心力分析空間曲軸的離心力自然平衡，有不平衡的離心力矩四拐平面曲軸離心力分析

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)負(fù)荷的內(nèi)彎矩，而且中間主軸承承受較大的離心常見(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五缸機(jī)（曲軸）旋轉(zhuǎn)慣性力分析（1-2-4-5-3）四沖程5曲拐布置圖四沖程5曲拐軸測(cè)圖12435四沖程五缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力分析—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軸的投影和為各矢量在y軸的投影和為合力矩為合力矩的方向與y軸的夾角為平衡塊質(zhì)徑積為4.六拐曲軸六拐曲軸的平衡性很好，但是也存在內(nèi)彎矩和軸承負(fù)荷問(wèn)題。因此六拐曲軸也要合理布置平衡重。方案有如圖所示幾種。本章開(kāi)始第三節(jié)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2．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，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．單缸機(jī)往復(fù)慣性力的平衡分析都沒(méi)有平衡，需要采取平衡措施。1.雙軸平衡法對(duì)于一階慣性力，用兩根平衡軸四個(gè)平衡重(或兩個(gè))對(duì)于二階往復(fù)慣性力采用類似方法平衡關(guān)系為：?jiǎn)胃讬C(jī)雙軸同向平衡機(jī)構(gòu)2.過(guò)量平衡法（0<ε<1）從中消去α得到當(dāng)過(guò)量平衡率ε=0.5時(shí)，合力矢量變成一個(gè)常數(shù)的圓，方向與曲柄半徑方向相反?，F(xiàn)在高速小型發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)量平衡率有取較小值（ε=0.15~0.2）的趨勢(shì)2.單軸平衡法要求e1、e2盡可能小，以保證附加力矩M盡可能小。當(dāng)平衡軸與曲軸水平對(duì)齊時(shí)，仍然存在不平衡力矩。單軸平衡法多缸機(jī)往復(fù)慣性力平衡分析12121212a曲柄側(cè)視圖曲軸布置圖一階曲柄圖二階曲柄圖單列式兩缸機(jī)（發(fā)火順序1－2－1，四沖程是不均勻發(fā)火）圖解法λC

λC整體平衡法雙軸平衡法更好的曲軸布置應(yīng)該是360度曲拐夾角。此時(shí)發(fā)火均勻，可采用雙軸機(jī)構(gòu)平衡，也可以采用平衡活塞的方法平衡。如右圖所示單列式三缸機(jī)（1－3－2）作曲柄圖和軸側(cè)圖作慣性力矢量圖三拐曲軸一、二階曲柄圖和軸側(cè)圖一階慣性力二階慣性力得到FRjⅠ=0FRjⅡ=012312330O作力矩圖MjⅠmax=出現(xiàn)在一缸上止點(diǎn)后30○。求整體平衡法平衡重質(zhì)徑積，平衡重布置如前圖30Obmprpmpmpmprp

三缸機(jī)一階往復(fù)慣性力矩單軸平衡機(jī)構(gòu)三缸機(jī)一階往復(fù)慣性力矩雙軸平衡機(jī)構(gòu)單列四沖程四缸機(jī)（1－3－4－2）作曲柄圖和軸側(cè)圖141234

23一階曲柄圖二階曲柄圖慣性力分析2aC3aCaC單列二沖程四缸機(jī)（1－3－4－2）

作曲柄圖和軸側(cè)圖出現(xiàn)在上止點(diǎn)前整體平衡方法：得到FRjⅠ=0FRjⅡ=0單列四沖程五缸機(jī)（1—2—4—5—3）發(fā)火間隔角作曲柄圖和軸測(cè)圖可以看出：一階慣性力和二階慣性力的合力都是零，是平衡的。四沖程五缸機(jī)一階往復(fù)慣性力矩分析一階力矩各矢量在x軸的投影和為各矢量在y軸的投影和為合力矩為一階合力矩的方向與y軸的夾角為與水平軸的夾角為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)慣性力矩為即使考慮到連桿比λ（λ≈1/3），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)構(gòu)進(jìn)行平衡。二階往復(fù)慣性力矩分析與平衡措施平衡軸的質(zhì)徑積為平衡軸上的平衡塊兩兩相反，對(duì)稱布置單列四沖程六缸機(jī)（1－5－3－6－2－4）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，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，目的是減輕軸承負(fù)荷和減小曲軸的內(nèi)彎矩。5，21，63，4本章開(kāi)始第四節(jié)雙列式內(nèi)燃機(jī)往復(fù)慣性力的分析

一、V型兩缸機(jī)平衡分析1.離心慣性力的分析與單拐曲軸平衡方法一樣2.一階往復(fù)慣性力的平衡分析合力為：合力的方向?yàn)椋旱亩它c(diǎn)軌跡是一個(gè)橢圓γ<90o時(shí)C(1+cosγ)為長(zhǎng)半軸γ>90o時(shí)C(1-cosγ)為長(zhǎng)半軸γ＝90o時(shí)是一個(gè)圓變成方向始終與曲柄重合的旋轉(zhuǎn)慣性力平衡措施，以γ<90O

為例取分力較小的分解方案旋轉(zhuǎn)矢量直接用平衡塊平衡,與單缸機(jī)一樣OA=C(1-cosγ)AB=(OD-OA)cosα＝[C(1+cosγ)－C(1-cosγ)]cosα＝2Ccosγcosα平衡往復(fù)慣性力的質(zhì)徑積計(jì)算往復(fù)矢量用蘭氏機(jī)構(gòu)平衡當(dāng)γ＝90°時(shí)，F(xiàn)RjI＝CΦI=α與單缸機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力的平衡方法一樣，總質(zhì)徑積為：3.二階慣性力平衡性分析在坐標(biāo)軸上的投影為也是橢圓γ＝90O時(shí)變?yōu)樗椒较虻耐鶑?fù)慣性力，可以用蘭氏機(jī)構(gòu)平衡例：V型八缸機(jī)（V-8）平衡性分析（γ＝90°）

V型八缸機(jī)用空間曲軸的較多，分析一階往復(fù)慣性力和力矩先將其看成四臺(tái)V－2機(jī)，γ＝90O時(shí)，每臺(tái)V－2機(jī)的FjⅠ＝CΦⅠ=α四臺(tái)V-2機(jī)的RjⅠ構(gòu)成一個(gè)離心力系，按照與二行程四缸機(jī)一樣的分析方法：二、V型多缸機(jī)平衡性分析所以，在采用整體平衡法時(shí)有因?yàn)?，各拐原離心力所構(gòu)成的離心力矩為分析二階往復(fù)慣性力和力矩先看成兩臺(tái)空間曲軸的四缸機(jī)∵直列空間曲軸四缸機(jī)的二階往復(fù)慣性力和力矩都等于零∴兩臺(tái)四缸機(jī)的二階往復(fù)慣性力和力矩也都為零，即V－8機(jī)的二階往復(fù)慣性力和力矩都為零。本章開(kāi)始對(duì)于四沖程V型六缸機(jī)，氣缸夾角γ=60°理想發(fā)火間隔角A=720°/6=120°氣缸夾角γ=90°時(shí)，點(diǎn)火間隔為90°—150°氣缸夾角γ=120°時(shí)，點(diǎn)火間隔為120°，均勻點(diǎn)火三、V型發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火間隔及順序V型發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火輪換方式：有交替式和填補(bǔ)式兩種（1）交替式左右兩缸輪流點(diǎn)火，通常每列氣缸的點(diǎn)火順序相同2L2R30°30°30°120°120°LR1L3L1R3R為使γ≠120°氣缸夾角的V型六缸機(jī)均勻點(diǎn)火，現(xiàn)多采用錯(cuò)拐的曲軸的型式γ=90°當(dāng)氣缸夾角時(shí)，需要采用同一連桿軸頸錯(cuò)拐30度的結(jié)構(gòu)。左列L1L3L4L2右列R1R3R4R2對(duì)于V型八缸機(jī)，理想發(fā)火間隔角A=720/8=90o當(dāng)氣缸夾角γ=90°時(shí)，A=90°均勻點(diǎn)火。

當(dāng)氣缸