内燃机质量平衡
内燃机工作过程计算指导书
.内燃机工作过程计算一、 内燃机实际工作过程的数值计算1、基本原理与公式在推导气缸工作过程计算的基本微分方程式时，作如下的简化假定：①不考虑气缸内各点的压力、温度和浓度的差异，并认为在进气期间，流入气缸内的空气与气缸内的残余废气实现瞬时的完全混合，缸内状态是均匀的，亦即为单区计算模型。
②工质为理想气体，其比热、内能仅与气体的温度和气体的组成有关。
③气体流入或流出的气流为准稳定流动。
④不计进气系统内压力和温度波动的影响。
⑴能量平衡方程式根据热力学第一定律，得出能量守恒方程的一般形式如下：()w s e B s dQ dm dm dQ d mu dWh h d d d d d d φφφφφφ=++++ m ：工质的质量 u ：工质比内能 Q B ：燃烧放出的热量Q w ：通过系统边界传入或传出的热量 W ：作用在活塞上的机械功 m s ：通过进气阀流入气缸的质量 m e ：通过排气阀流出气缸的质量h s 和h ：分别为进气阀前和气缸内气体的比焓()(,).1()()w s e B s d mu du dmm u d d d u f T du u dT u d d T d d dQ dm dm dQ dT dV dm u d p h h u m u d d d d d d d d m T φφφλλφφλφλφφφφφφφλφ=+=∂∂∴=+∂∂∂∴=+-++--∂∂∂QQ ⑵质量平衡方程式通过系统边界的质量有：喷入气缸的瞬时燃油质量B m 、流入气缸的气体质量s m 及流出气缸的气体质量e m ，质量平衡的微分方程可写为：s eB dm dm dm dm d d d d φφφφ=++ ⑶气体状态方程式pV mRT=⑷气缸工作容积21[1cos (121(sin 2180h sh s V V V dV d φελπφλφ=+-+-=+h V 气缸工作容积（3m ）V 气缸瞬时容积（3m ）s λ 曲柄连杆比（2s SLλ=） dVd φ气缸容积变化率 （3m /度）⑸传热计算公式气缸中的气体通过活塞顶面、气缸盖底面及气缸套的瞬时传热面进行热量传递。
内燃机燃烧中的热力学分析
内燃机燃烧中的热力学分析第一章：引言内燃机是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能进行工作的发动机。
在内燃机中，当发动机的活塞向上运动时，燃料和空气混合物被压缩，而当点火器点火时，混合物燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，这样机械能就被产生了。
内燃机具有功率密度高、重量轻、响应速度快等优点，因此被广泛应用于各种交通工具和动力设备中。
本文旨在对内燃机燃烧中的热力学分析进行深入探讨。
第二章：内燃机燃烧的基本过程当汽油进入汽车发动机的汽缸中时，其首先被注入空气。
空气和汽油混合物在汽缸中被压缩，而点火器点火时，则燃烧开始。
燃烧产生的气体使活塞向下运动，从而将热量转化为机械能。
在这个过程中，汽油分解成一系列小的有机分子，每个分子中都含有氧化剂和还原剂。
当点火器点火时，氧化剂被释放出来，与还原剂反应，燃烧产生高温高压气体。
第三章：内燃机燃烧中的热力学分析热力学分析是研究内燃机中热量转化的一个重要手段。
根据热力学原理，热量转化过程是一个能量守恒的过程。
车用内燃机的热力学分析主要分为两种方法：一是质量平衡法，即用质量守恒法去计算不同燃烧阶段的燃料与空气的进出量，然后利用这些数据去计算热量的输入和输出量；二是热力学平衡法，即在假设燃烧过程中，所有实际反应都遵循热力学平衡的前提下，利用热化学平衡计算出气体成分，从而计算热量的输入和输出量。
第四章：内燃机燃烧的优化内燃机的性能很大程度上受燃料燃烧的影响。
为了提高内燃机效率和降低排放，需要通过燃烧优化来改变燃烧过程。
常见的燃烧优化方法包括：1.燃油预混——在氧化剂中，将燃料和空气混合，使其能更加完全地燃烧；2.调整燃烧室形状——通过改变燃烧室的形状和适当安排喷油嘴和点火器位置，可以降低混合物的点火延迟，提高燃烧效率；3.采用电控喷油技术——通过引入电子控制技术使燃料供应和点火时机更加精确，从而提高燃烧效率；4.采用燃料添加剂——添加剂可以改变燃烧过程的反应特性，使其热值更高，燃烧速率更快，减少涡流和不完全燃烧等问题。
动平衡计算
单缸发动机的平衡：一．1.单缸发动机的旋转惯性力为：2r r P m r ω=往复惯性力：2(cos cos2)j j P m r t t ωωλω=+ 一阶往复惯性力：2cos j j P m r t ωω=Ⅰ 二阶往复惯性力：2cos2j j P m r tωω=Ⅱ 一般忽略二阶往复惯性力。
对于单缸内燃机的平衡一般采用过量平衡法。
过量平衡法：过量平衡法又称转移法，是采用在曲柄臂的配重完全平衡掉旋转质量惯性力后再加一部分平衡重，这部分平衡重用来平衡部分一阶往复惯性力。
由于这部分平衡重虽然平衡掉了部分气缸中心线方向的往复惯性力，但同时也在气缸中心线的垂直方向产生了一新的惯性力，所以这种方法也叫转移法，即指将气缸中心线方向的惯性力转移到了与之垂直的方向上。
采用过量平衡法，往复惯性力在x 与y 轴方向的力为（不考虑二阶惯性力）：22cos cos()x j j r F m r t fm r t ωωωωθ=-+2sin()y j r F fm r t ωωθ=-+其中 r j f m m =经过一些列的数学变化，可以证明此方程为一个椭圆方程。
主轴倾角θ：发动机不平衡力F 随曲柄转角变化，在某一角度F 达到最大，该角度和X 方向的夹角定义为主轴倾角，主轴倾角表示最大惯性力方向。
对于卧式发动机机，其f 值一般控制在0.2～0.3的范围内效果最好，f 值小于0.2时，惯性力椭圆就会变得过于细长，如果发动机在车架上的安装角度稍有偏差，也会在垂直方向上产生较大的振动，这种对安装角度偏差过于敏感的f 值也不适应批量生产；若f 值大于0.3，发动机运转时就会在垂直方向产生较大的惯性力，引起垂直方向产生较大的振动，骑乘的舒适性就会就变差。
要减小发动机的振动，除了控制f 外，控制θ也至关重要，θ它表明了惯性力矢端椭圆长轴与气缸中心线方向的关系。
总的原则是，发动机在车架上安装好后，其曲柄连杆机构的惯性力矢端的椭圆的长轴应与水平方向接近。
内燃机的功能剖析
一、内燃机的工作原理内燃机的工作原理是利用燃料在气缸内燃烧产生的热能，通过气体受热膨胀推动活塞移动，再经过连杆传递到曲轴使其旋转做功。
内燃机在实际工作时，每次能量转变，都必须经历进气、压缩、作功和排气四个过程。
每进行一次进气、压缩、作功和排气叫做一个工作循环。
若曲轴每转两圈，活塞经过四人冲程完成一个工作循环的叫做四冲程内燃机；若曲轴每转一圈，活塞只经过两个冲程就完成一个工作循环的叫做二冲程内燃机。
重复上述压缩、燃烧，膨胀，排气等过程，周期循环，不断地将燃料的化学能转化为热能，进而转换为机械能。
二、内燃机的传动机构组成（画出传动路线图）往复活塞式内燃机的组成部分主要有曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动装置等。
四冲程汽油机四冲程柴油机四冲程柴油机三、内燃机的传动机构的传动原理（针对内燃机中存在的每种机构，例如：连杆机构，齿轮机构····）气缸是一个圆筒形金属机件。
密封的气缸是实现工作循环、产生动力的源地。
各个装有气缸套的气缸安装在机体里，它的顶端用气缸盖封闭着。
活塞可在气缸套内往复运动，并从气缸下部封闭气缸，从而形成容积作规律变化的密封空间。
燃料在此空间内燃烧，产生的燃气动力推动活塞运动。
活塞的往复运动经过连杆推动曲轴作旋转运动，曲轴再从飞轮端将动力输出。
由活塞组、连杆组、曲轴和飞轮组成的曲柄连杆机构是内燃机传递动力的主要部分。
活塞组由活塞、活塞环、活塞销等组成。
活塞呈圆柱形，上面装有活塞环，借以在活塞往复运动时密闭气缸。
上面的几道活塞环称为气环，用来封闭气缸，防止气缸内的气体漏泄，下面的环称为油环，用来将气缸壁上的多余的润滑油刮下，防止润滑油窜入气缸。
活塞销呈圆筒形，它穿入活塞上的销孔和连杆小头中，将活塞和连杆联接起来。
连杆大头端分成两半，由连杆螺钉联接起来，它与曲轴的曲柄销相连。
连杆工作时，连杆小头端随活塞作往复运动，连杆大头端随曲柄销绕曲轴轴线作旋转运动，连杆大小头间的杆身作复杂的摇摆运动。
单缸柴油机动平衡机的原理
单缸柴油机动平衡机的原理单缸柴油机是一种内燃机，通过燃烧柴油产生高压气体，使活塞在汽缸内做往复运动，从而驱动曲轴旋转，产生动力。
在单缸柴油机运转的过程中，为了保证其正常稳定的工作，需要对其进行平衡。
单缸柴油机的平衡机构包括平衡轴、配重块和平衡重锤等部分。
其平衡原理主要是通过引入一定的质量偏心，在活塞和曲轴的运动过程中产生一个与主体部分相反的力矩，以达到平衡的效果。
平衡机构的设计是为了减小或消除由于惯性力而引起的振动和不平衡力，以提高发动机的运行平稳性和可靠性。
在单缸柴油机中，活塞的运动是通过连杆传动到曲轴上，而曲轴转动的过程中会产生一定的不平衡力矩。
这是因为柴油机活塞在运动过程中，其加速度和速度的变化导致了惯性力的变化，进而产生了不平衡力矩。
这种不平衡力矩会引起引擎的振动和震动，影响机器的稳定性和寿命。
为了减小或消除这种不平衡力矩，需要引入平衡机构。
平衡机构的设计通常是基于几个原则：1. 力矩平衡原则：平衡机构应该产生一个力矩，与不平衡力矩相反，从而达到平衡的效果。
2. 质量平衡原则：平衡机构中的质量应该与不平衡力矩成比例，以达到平衡的效果。
3. 角度平衡原则：平衡机构中的质量应该根据曲轴的旋转角度进行调整，以达到平衡的效果。
在实际的设计中，常见的平衡机构包括平衡轴、配重块和平衡重锤等。
平衡轴是一个与曲轴平行的轴，可以通过传动装置与曲轴连接。
它的作用是在运动过程中产生一个与曲轴不平衡力矩相反的力矩，从而达到平衡的效果。
配重块和平衡重锤是通过在曲轴或连杆上增加一定的质量偏心，以减小或消除由于活塞和连杆的运动产生的不平衡力矩。
平衡机构的设计需要考虑多个因素，包括活塞质量、连杆长度、曲轴半径等。
这些因素与柴油机的排量、功率和转速密切相关。
在实际设计过程中，需要根据柴油机的工作条件和性能要求，通过数学建模和实验验证，确定最佳的平衡机构参数。
总之，单缸柴油机动平衡机的原理是通过引入一定的质量偏心，产生一个与不平衡力矩相反的力矩，从而减小或消除由于活塞和连杆运动所产生的不平衡力矩。
高速往复式内燃机平衡轴设计分析
［ 中图分类号］ Ｋ ２ Ｔ ４
［ 文献标识码］ Ａ
［ 收稿 日期 ］ ０ １ ７ １ ２０ —０ —１ ［ 基金珂目】 江苏省 青蓝工程 基金资助项目 ［ 作者简介］ 刘运兰（９７ ， 湖南益阳＾， １６ 一）女． 岳阳恒立冷气设备股份有限公司工程师
维普资讯
第１ 期
刘运 兰等 ： 高速往复式 内 机平衡 轴设计分析 燃
［ 文章编号］１０ — ７ １２０ ）１ ０３ — ４ ０ ７ １４ （０２ ０ — ００ ０
往 复式 内燃 机 用曲柄 连杆 机构将 活塞 的往 复 运动 转 变为曲 轴 的旋 转 运 动 ． 转 惯性 力 一般 通 旋 过 曲轴上 加平衡 块 得 到较 好 的平 衡 ， 复 惯性 力 往 及 由其 引起 的惯 性 力矩则 较难平 衡 ． 惯性力 直接 通 过支 承传到 发动 机配套 工作 机械 ， 作用时 间长 ， 引起较大 的振 动及 噪 声 ， 成 的 危 害大 ． 造 现代 内 燃 机 为提高升 功 率 ， 转速 愈来 愈 高 ．由于往 复惯 性 力与 转速 的平 方成 正 比 ， 速 往 复式 内燃机 的 高 往复 惯性力 随转速 的增加 而迅 速增 大 ． 缸 内燃 单 机一般 采用双 轴 或单 轴 平 衡 一 阶 往复 ’ 囔性力 ， 直 列 四缸 内燃机 存 在不 平 衡 的二 阶 往复 惯 性力 ， 直 如 图 １所 示 ，一 半 径 为 Ｒ（ 、夹 角 为 ｍ）
（） ｏ
若 Ｒ不变， 即
《内燃机设计》第二版课后习题答案(袁兆成主编)
《内燃机设计》第二版课后习题答案（袁兆成主编）第一章：内燃机设计总论1-1根据公式 τ2785.0ZD v p P m me e = ，可以知道，当设计的活塞平均速度V m 增加时，可以增加有效功率，请叙述活塞平均速度增加带来的副作用有哪些？具体原因是什么？ 答：①摩擦损失增加，机械效率ηm 下降，活塞组的热负荷增加，机油温度升高，机油承 载能力下降，发动机寿命降低。
②惯性力增加，导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。
③进排气流速增加，导致进气阻力增加、充气效率ηv 下降。
1-2汽油机的主要优点是什么？柴油机主要优点是什么？ 答：柴油机优点： 1）燃料经济性好。
2）因为没有点火系统，所以工作可靠性和耐久性好。
3）可以通过增压、扩缸来增加功率。
4）防火安全性好，因为柴油挥发性差。
5）CO 和HC 的排放比汽油机少。
汽油机优点：1）空气利用率高，转速高，因而升功率高。
2）因为没有柴油机喷油系统的精密偶件，所以制造成本低。
3）低温启动性好、加速性好，噪声低。
4）由于升功率高，最高燃烧压力低，所以结构轻巧，比质量小。
5）不冒黑烟，颗粒排放少。
1-3假如柴油机与汽油机的排量一样，都是非增压或者都是增压机型，哪一个升功率高？为什么？答：汽油机的升功率高，在相同进气方式的条件下， ①由PL=Pme*n/30τ可知，汽油机与柴油机的平均有效压力相差不多。
但是由于柴油机后燃较多，在缸径相同情况下，转速明显低于汽油机，因此柴油机的升功率小。
②柴油机的过量空气系数都大于1，进入气缸的空气不能全部与柴油混合，空气利用率低，在转速相同、缸径相同情况下，单位容积发出的功率小于汽油机，因此柴油机的升功率低，汽油机的升功率高。
1-4柴油机与汽油机的汽缸直径、行程都一样，假设D=90mm 、S=90mm ，是否都可以达到相同的最大设计转速（如n=6000r/min ）？为什么？答：对于汽油机能达到，但是柴油机不能。
内燃机工作循环及性能要求
2004年我国公布了汽车燃油经济性法规，从2005年7月1日起实行第一阶段要求， 2008年年初实行第二阶段要求 表 l. 乘用车表燃料消耗量限值(1)单位：L／100km
如果申请车型在结构上具有以下一种或多种特征，其限值见表2： a)装有自动变速器； b)具有三排或三排以上座椅，； c)符合GB／T 15089-2001中3.5.1规定条件的M1G类汽车。 表2.乘用车燃料消耗量限值(2)单位：L／100km
我国轻型汽车（≯ 我国轻型汽车（≯3。5T） 5T） 污染物排放限值
(GB 18352.1-2001) 车辆类型
6座2.5吨以下 M1类
基准质量kg 全部 RM≤1250
1250<RM≤1700
CO（g/km） 2.72 2.72 5.17 6.90 3.5 1.2 1.1
HC+NO（g/km）
SI&IDI DI
此外从行驶的稳定性出发当车速由于外界阻力矩的增加而减少时由于外界阻力矩的增加而减少时希望动力装置能提供更大的主动力矩从而达到新的稳定运行点但内燃机的输出转矩随转速的变化特性通常比较平坦对于柴油机来说更由于柴油机供油特性和涡轮增压器特性分别随转速的降低而供油量相应减少进气增压压力相应减少使输出转矩反而下降因此必须在燃油泵中设置调速器在涡轮增压器上设置放气阀以便改善其原有特性提高发动机对工况变化的适应性
车辆需要在多种环境条件和道路工况条件下使用，因而在规定发动机设计 任务时必须考虑发动机在各种条件下能经济、正常、有效使用的适应能力。 对发动机性能有直接影响的自然环境条件包括气温、气压、沙尘等。例如， 低温起动性能是发动机的重要性能指标，对于汽油机一般要求在-10℃环境 温度下不依靠任何辅助起动装置或措施能用电动机拖转后自行点火运转； 对柴油机一般要求在-5℃环境温度下能起动。若车辆工作的环境温度更低， 则往往要考虑采用辅助起动措施来提高发动机的低温环境适应性。低温时 除了有起动问题外，还存在低温进气造成的燃烧不良和金属结构材料的低 温脆性等问题，这些也都是需要注意的。为适应高气温下工作，发动机冷 却系设计必须留有充分余量，橡胶、塑料件的耐高温性能也必须得到保证。 环境气压主要涉及高海拔下因进气密度低而引起的一系列问题。为此可考 虑通过增压提高进气密度以恢复发动机所需要的功率或通过气压控制系统 防止燃油过量造成油耗或排放过高。对于行驶在沙漠等沙尘区的车辆来说， 仅装有通常的空气滤清器是不够的，必须在其前加装初滤器，形成有效的 二级过滤装置来清除进气中的尘埃，否则将严重损害发动机的寿命。
高速往复式内燃机平衡轴低质量设计分析
＝ 。
甜ｎ
… ； ｖ － ３ （ ） １
＝ ÷ ＢＰ Ｒ。 ｉ ０ ｓｎ
式 中 ： 为 平 衡轴 旋转 角速 度 ，ａ ／ ； ｒｄ ｓ Ｐ为平 衡 轴 材料
密 度 ． ｇ ｍ ｋ／ 。
舒 适性 本 文 以扇形 和偏 心圆平 衡轴为 例 ． 分析 了平
衡轴低 质量 设计原 则 。
收 稿 日期 ：０ １０ — ； 订 日期 ：Ｏ ｌ０ ５ ２ ０ —６１ 恬 ３ ２ Ｃ一 ７２ 基 金 项 目 ： 苏 省“ 蓝 工 程 盎 资助 项 目 江 青 基 怍者 筒 舟 ： 福 强 （ ６ － ） 男 ． 士 ． 援 ． 要研 究 方 向 为 内 燃 机工 作 过 程 及振 动 、 亩控 制 研 究 １ ９３ ． 博 救 主 噪
扇 形 平 衡 重 产 生 的 平 衡 力 比ห้องสมุดไป่ตู้偏 圆平 衡 重 要 大 ＝ 关键 词 ：内燃 机 ； 衡 轴 ：低 质 量 计 平 中 图 分 类 号 ：Ｔ １ Ｋ４ ５ ９ 文献标识码 ： Ａ
引 言
往 复 式 内 燃 机 用 曲柄 连 杆 机 构 将 活 塞 的 往 复 直 线 运 动 转 变 为 曲 轴 的 旋 转 运 动 。旋 转 匣性 力 一 般 通 过 曲 轴 上加 平 衡 重来 平衡 ， 往 复惯 性 力 及 由其 引起 的 陨 而 性 力 矩 则 较 难 平 衡 惯 性 力 直 接 通 过 支 承 传 给 发 动 机
１ 对 平 衡 轴 系统 的 要 求
对 平 衡 轴 的 主 要 要 求 是 能 根 据 不 同 类 型 的 发 动 机 来 平 衡 其 一 阶 、 阶 往 复 惯 性 力 或 惯 性 力 矩 另 外 ． 二 还
圈 ｌ 扇 形 平 衡 重 求 平 衡 力 的 示 意 图
3缸柴油机平衡
3缸柴油机平衡摘要：1.3 缸柴油机的概述2.平衡的重要性3.平衡的原理与方法4.平衡的实现与维护5.结论正文：1.3 缸柴油机的概述3 缸柴油机是一种内燃机，它的工作原理是通过燃烧柴油来产生能量，进而驱动活塞做往复运动。
由于柴油机具有较高的热效率和较低的燃油消耗，因此在我国的工程机械、汽车等领域得到了广泛的应用。
然而，3 缸柴油机在运行过程中，由于结构、负荷等因素的影响，会产生振动和噪声，影响其性能和寿命。
为了降低振动和噪声，提高柴油机的运行平稳性，必须对3 缸柴油机进行平衡。
2.平衡的重要性平衡是指内燃机各部件的质量分布和形状设计，使得在运行过程中产生的惯性力和力矩相互抵消，从而降低振动和噪声，提高运行平稳性。
平衡对于3 缸柴油机来说至关重要，它不仅可以提高柴油机的性能和寿命，还可以降低维修成本和环境污染。
3.平衡的原理与方法平衡的原理是根据质量守恒定律和力矩平衡原理，分析内燃机各部件的质量分布和形状设计，使得产生的惯性力和力矩相互抵消。
平衡的方法主要包括静态平衡和动态平衡。
静态平衡是指在静止状态下，通过调整各部件的质量分布和形状，使得其重心与转轴重合。
动态平衡是指在运行状态下，通过调整各部件的惯性力和力矩，使得其相互抵消。
4.平衡的实现与维护平衡的实现需要对3 缸柴油机的各部件进行精确的测量和分析，然后根据分析结果进行调整。
具体包括：测量各部件的质量、形状、重心位置等参数；分析各部件产生的惯性力和力矩；根据分析结果调整各部件的质量分布和形状，使得其重心与转轴重合，惯性力和力矩相互抵消。
平衡的维护主要包括定期检查柴油机的运行状态，及时发现并排除故障，确保各部件的平衡状态得到保持。
5.结论3 缸柴油机的平衡对于提高其性能和寿命具有重要意义。
平衡的原理和方法主要包括静态平衡和动态平衡，实现平衡需要对各部件进行精确的测量和分析，并根据分析结果进行调整。
发动机曲轴动平衡质量分析及解决
发动机曲轴动平衡质量分析及解决作者：刘军赵靖来源：《时代汽车》2021年第18期摘要：内燃式发动机三大件中的曲轴是由活塞带动做圆周运动的高速回转件，旋转过程承受各种复杂多变的交变载荷;曲轴在加工过程中，对其轴颈直径、圆度、平行度、直线度、轴径跳动、轴径锥度、轴向距离、粗糙度、相位角、动平衡量、清洁度等都会标注各自的技术要求，而曲轴在高速旋轉运动过程中自身产生的不平衡振动与其转速的平方成正比。
高速转动过程中产生的高频率振动会导致轴瓦承受力负载增加及轴瓦上油膜不均匀消耗，曲轴断裂等风险。
曲轴平衡精度的高低对发动机的振动、平稳运行及发动机寿命都很重要。
如何去除曲轴动平衡量，这些都是我们需要分析和解决的问题。
关键词：曲轴动平衡量自动去重数据分析及改进Analysis and Solution of Engine Crankshaft Dynamic Balance QualityLiu Jun Zhao JingAbstract：The crankshaft of the three major parts of an internal combustion engine is a high-speed rotating part driven by a piston to make a circular motion. The rotation process bears various complex and changeable alternating loads; the crankshaft is in the process of machining its journaldiameter and roundness. Parallelism， straightness， shaft diameter runout， shaft diameter taper，axial distance， roughness， phase angle， dynamic balance， cleanliness， etc. will be marked with their respective technical requirements， and the crankshaft itself generates unbalanced vibration during high-speed rotation， which is proportional to the square of its speed. The high-frequency vibration generated during high-speed rotation will lead to increased bearing load and uneven consumption of the oil film on the bearing bush， as well as the risk of crankshaft fracture. The accuracy of crankshaft balance is very important to engine vibration， smooth operation， and engine life. How to remove the dynamic balance of the crankshaft is the problem we need to analyze and solve.Key words：crankshaft， dynamic balance， automatic weight removal， data analysis and improvement1 引言在内燃机汽车发动机的构成部件中，曲轴是最重要的核心零部件之一。
发动机原理第二章 内燃机的循环及性能评价指标
=1
河
b) 混合循环： Q1 、一定
南
理
，，t
工
大
学
二、理论循环的评价
第二章 内燃机循环及性能评价指标
2.平均循环压力pt 单位气缸工作容积所做的循环功 评定循环的做功能力
pt
Wt Vs
tQ1
Vs
混合
ptm
k k 1
pa
k 1
1
k
1t
河 南
等容
ptv
k k 1
pa
k 1
1t
理
柴油机 pr (1.05 ~ 1.2) p0
Tr 700 ~ 900K
排温取决于燃烧温度
河
燃烧过程迟后或后燃（补燃）增加排温升高，
南
理 排温是检查发动机燃烧状况的重要参数
工
大
学
第二章 内燃机循环及性能评价指标
二、实际循环的评价指标 指示指标：以工质对活塞做功为基础，评价实际循
环的做功能力和经济性。
第二章 内燃机循环及性能评价指标
一、卡诺循环与内燃机的动力循环
卡诺循环:绝热压缩、绝热膨胀做功、等温加热、等 温放热
卡诺效率:
tc
W Q1
1
Q2 Q1
1 T2 T1
提高动力循环热效率 的主要途径温差
河 南
卡诺定理：任何实际循环热效率<卡诺效率
理
工 大
意义：指明热力动力机械装置提高热效率的途径
学
第二章 内燃机循环及性能评价指标
一、卡诺循环与内燃机的动力循环
汽油机 — 通过液体燃料（汽油）实现奥托循环 轻便快速内燃机但热效率受限制
柴油机 — 从卡诺循环，以提高热效率增加压缩比提高温 差 热效率至今最高
内燃机工作过程计算指导书
内燃机工作过程计算一、 内燃机实际工作过程的数值计算1、基本原理与公式在推导气缸工作过程计算的基本微分方程式时，作如下的简化假定：①不考虑气缸内各点的压力、温度和浓度的差异，并认为在进气期间，流入气缸内的空气与气缸内的残余废气实现瞬时的完全混合，缸内状态是均匀的，亦即为单区计算模型。
②工质为理想气体，其比热、内能仅与气体的温度和气体的组成有关。
③气体流入或流出的气流为准稳定流动。
④不计进气系统内压力和温度波动的影响。
⑴能量平衡方程式根据热力学第一定律，得出能量守恒方程的一般形式如下：()w s e B s dQ dm dm dQ d mu dWh h d d d d d d φφφφφφ=++++ m ：工质的质量 u ：工质比内能 Q B ：燃烧放出的热量Q w ：通过系统边界传入或传出的热量 W ：作用在活塞上的机械功 m s ：通过进气阀流入气缸的质量 m e ：通过排气阀流出气缸的质量h s 和h ：分别为进气阀前和气缸内气体的比焓()(,).1()()w s e B s d mu du dmm u d d d u f T du u dT u d d T d d dQ dm dm dQ dT dV dm u d p h h u m u d d d d d dd d m T φφφλλφφλφλφφφφφφφλφ=+=∂∂∴=+∂∂∂∴=+-++--∂∂∂ ⑵质量平衡方程式通过系统边界的质量有：喷入气缸的瞬时燃油质量B m 、流入气缸的气体质量s m 及流出气缸的气体质量e m ，质量平衡的微分方程可写为：s eB dm dm dm dm d d d d φφφφ=++ ⑶气体状态方程式pV mRT=⑷气缸工作容积21[1cos (121(sin 2180h sh s V V V dV d φελπφλφ=+-+-=+h V 气缸工作容积（3m ）V 气缸瞬时容积（3m ）s λ 曲柄连杆比（2s SLλ=） dVd φ气缸容积变化率 （3m /度）⑸传热计算公式气缸中的气体通过活塞顶面、气缸盖底面及气缸套的瞬时传热面进行热量传递。
内燃机循环及性能评价指标
Wi p mi Vs p mi
D 2
4
S 103
pmi是衡量实际循环动力性能的一个重要指 标 pmi（MPa） 汽油机 柴油机 0.8-1.5 0.7-1.1
以一个假想的、大 小不变的压力作用 在活塞上，使活塞 移动一个行程，其 所做的功等于循环 功，则此假想的压 力即为平均指示压 力 pmi
e
、 bi 、be的大致范围
bi be [g/(kW· h )] [g/(kW· h)] 205-320 170-205 270-325 190-285
η
t
η
i
η
e
汽油机 0.54-0.58 0.3-0.4 0.25-0.3 柴油机 0.64-0.67 0.4-0.5 0.3-0.45
升功率PL、比质量me和强化系数pmeCm的大致范围 PL me pmeCm m／s ） （kW／L） （kg／kW） （MPa· 汽油机 汽车柴油机 30-70 18-30 1.1-4.0 2.5-9.0 8-17 6-11
第三节 内燃机实际循环及其评价指标
一、实际循环 实际循环通常用气缸内的工质压力p随气 缸工作容积V（或曲轴转角φ ）而变化的 图形表示，即示功图p－V图，p－φ 图称 为展开示功图。p－V图上曲线所包围的 面积（积分）表示工质完成一个实际循 环所做的有用功。 发动机实际循环是由进气、压缩、燃烧、 膨胀和排气五个过程（四个行程）所组 成。
指示功率Pi
发动机单位时间所做的指示功。
p m iVs in n 2 Pi Wi i 60 30
指示热效率η i和指示燃料消耗率bi
指示热效率η i是实际循环指示功与所消耗的 燃料热量之比值 。
发动机动力学复习思考题
发动机动⼒学复习思考题⼀、名词解释题1、“内部平衡”当考虑曲轴为柔性转⼦，发动机机体也是弹性体时，由于曲轴和机体承受惯性⼒及其⼒矩后产⽣周期性变形，此时即使发动机已达到完全的外部平衡，但变形的结果仍会有⼀部分⼒和⼒矩回传到机座，引起发动机振动并向外传递，发动机的这种平衡称为“内部平衡”。
2、“外部平衡”当假定曲轴为刚性转⼦发动机机体也是绝对刚体时，把内燃机当成⼀个整体，来分析曲柄连杆机构惯性⼒及其⼒矩对发动机⽀承、⽀架等外部构件作⽤时，所达成的平衡称为外部平衡。
3、何谓功率平衡？基于能量守恒定律和功能原理，在结构上或机构设计⽅⾯采取相关措施，将机器的速度波动限制在允许范围内，称为功率平衡。
4、何谓质量平衡？调整构件的质量分布及在结构上采取特殊的措施，将各惯性⼒和惯性⼒矩限制在预期的范围内，叫做质量平衡。
5、倾覆⼒矩作⽤于机体，产⽣使发动机沿阻⼒矩⽅向翻转倾覆的趋势。
6、静平衡在垂直于轴线的同⼀个平⾯（径向）内，如果分布在回转件上各个质量的离⼼惯性⼒合⼒为零或质径积⽮量和为零，称为静平衡。
7、曲轴回转不均匀性⽤曲轴的旋转不平均度δ来表⽰8、动平衡分布在回转件上各个质量的离⼼惯性⼒合⼒为零；同时离⼼⼒在轴向所引起的合⼒矩也为零,这样的平衡叫做动平衡.9、质量代换实际机构具有复杂的分布质量，但可以根据动⼒学等效性原则⽤⼏个适当配置的集中质量(质点)代替原来的系统，这样的⽅法叫做质量代换。
10、扭矩不均匀性为了评价内燃机总转矩变化的均匀程度,通常⽤转矩不均匀度µ来表⽰,即11、什么叫发动机稳定⼯况？在⼀个完整的曲轴总转矩变化周期内，内燃机曲轴输出的有⽤功与作业机具的阻⼒功相等。
12、过量平衡通过加⼤曲轴平衡重来部分平衡⼀阶往复惯性⼒的⽅法对旋转惯性⼒的平衡叫做过量平衡法13、部分平衡通过加⼤曲轴平衡重来部分平衡⼀阶往复惯性⼒的⽅法对⼀阶往复惯性⼒的平衡叫做部分平衡法14、转移平衡通过加⼤曲轴平衡重来部分平衡⼀阶往复惯性⼒的⽅法对整机的平衡叫做转移平衡法⼆、填空题1.正置式曲柄连杆单缸机活塞位移在上⽌点后90°曲轴转⾓之前（请填“前”或者“后”）到达⾏程的⼀半，λ越⼤，活塞达到⾏程之半的时刻越提前（请填“提前”或者“延后”）。
发动机平衡轴重力计算公式
发动机平衡轴重力计算公式引言。
发动机是汽车的心脏，它通过内燃机的工作原理将化学能转化为机械能，驱动汽车行驶。
在发动机运转过程中，会产生一定的振动和不平衡力，这些力会对发动机的稳定性和寿命造成影响。
为了减小这些不平衡力，发动机平衡轴被广泛应用于各种类型的发动机中。
平衡轴的设计和安装位置需要考虑到发动机的重心和重力，因此需要进行重力计算来确定最佳的设计方案。
发动机平衡轴的作用。
发动机平衡轴，又称为振动减振轴，是一种通过旋转来抵消发动机内部不平衡力的装置。
它通常由一根或多根轴组成，安装在发动机内部，与曲轴同轴旋转。
通过平衡轴的旋转，可以抵消因活塞运动和曲轴旋转而产生的振动和不平衡力，从而降低发动机的振动和噪音，提高发动机的稳定性和舒适性。
发动机平衡轴重力计算公式。
发动机平衡轴的设计需要考虑到重力对其产生的影响。
重力会对平衡轴产生一定的力矩，影响其在发动机内部的运动和平衡效果。
因此，需要进行重力计算，以确定平衡轴的最佳设计方案。
发动机平衡轴的重力计算公式如下：F = m g。
其中，F为平衡轴受到的重力，单位为牛顿（N）；m为平衡轴的质量，单位为千克（kg）；g为重力加速度，单位为米每秒平方（m/s^2）。
在实际应用中，需要根据发动机的具体参数和工作条件，确定平衡轴的质量m 和重力加速度g的数值，然后通过上述公式计算出平衡轴受到的重力大小。
通过重力计算，可以为平衡轴的设计和安装提供重要的参考依据，确保平衡轴在发动机内部能够发挥最佳的平衡效果。
影响发动机平衡轴重力的因素。
发动机平衡轴受到的重力大小受到多种因素的影响，主要包括平衡轴的质量、安装位置和发动机的工作条件等。
1. 平衡轴的质量。
平衡轴的质量是影响其受到的重力大小的关键因素。
平衡轴的质量越大，受到的重力也就越大，需要更强的平衡效果来抵消这种重力。
因此，在设计平衡轴时，需要充分考虑其质量对重力的影响，合理确定平衡轴的质量大小。
2. 平衡轴的安装位置。
平衡轴的安装位置也会对其受到的重力产生影响。
曲轴的工作条件和要求
曲轴的工作条件和要求
曲轴是内燃机中的重要部件，主要用于转换活塞的往复运动为旋转运动，并通过连杆将动力传输到其他部件。
曲轴的工作条件和要求如下：
1. 强度要求：曲轴需要承受高压力和高转速的工作环境，因此需要具备足够的强度和硬度，以保证不会出现变形、断裂等现象。
2. 刚度要求：曲轴在工作过程中会受到很大的惯性力和振动力的作用，因此需要具备足够的刚度，以减小振动和避免共振现象的发生。
3. 平衡要求：由于曲轴在工作时会出现不平衡力矩，因此需要进行动平衡处理，以减小振动和噪音。
4. 表面质量要求：曲轴的表面需要具备一定的光洁度和平滑度，以减小摩擦损失和磨损，提高工作效率。
5. 耐磨性要求：曲轴经常处于高速旋转状态，容易与其他部件产生接触，因此需要具备良好的耐磨性，以延长使用寿命。
6. 工作温度要求：曲轴在工作过程中会受到高温环境的影响，因此需要具备良好的高温抗性和热稳定性。
总结来说，曲轴的工作条件和要求包括强度、刚度、平衡、表
面质量、耐磨性和工作温度等方面，以保证其正常运转和延长使用寿命。
平衡机的原理是怎样的呢？
平衡机的原理是怎样的呢？
当任何转子绕其轴旋转时，离心力会因相对于轴的质量分布不均匀而产生。
这种不平衡的离心力会对转子轴承产生振动，产生噪音，加速轴承磨损，严重影响产品的性能和寿命。
在制造过程中，主轴、内燃机曲轴、涡轮转子、陀螺转子、摆轮等旋转部件需要通过平衡机平稳、正常地运行。
根据平衡机测量的数据校正转子的不平衡量可以改善转子相对于轴的质量分布，并减小转子旋转时产生的振动或作用在轴承上的振动力。
允许范围。
因此，平衡机是减少振动，改善性能和提高质量的必不可少的装置。
通常，转子的平衡包括两个步骤：
测量和校正不平衡量。
平衡机主要用于不平衡量的测量，而不平衡量的校正通常是通过其它辅助设备，如钻床、铣床、点焊机或手工方法来完成的。
一些平衡器已使校准装置成为平衡器的一部分。
所述平衡转子置于由静轴承支撑的轴承上，并在轴承下嵌入反射器。
在没有转子不等式测量时，光源发出的光束被这个反射器反射，并投射在不等式测量指标的极坐标的原点。
如果转子有不均匀的测量，转子支架在不均匀测量的重量扭矩下会倾斜，而且支撑下的镜子也会倾斜和偏转反射的光束，使光束被放置在极坐标指示器上。
光点会离开原点。
根据该点的坐标位置，可以得到不均匀的测量尺寸和位置。
柴油发动机平衡轴结构
柴油发动机平衡轴结构一、引言柴油发动机是一种内燃机，广泛应用于各种交通工具和工业设备中。
为了减少发动机的振动和噪音，提高其运行平稳性和可靠性，柴油发动机通常都采用平衡轴结构。
本文将对柴油发动机平衡轴结构进行详细介绍。
二、平衡轴的作用平衡轴是一种用于平衡发动机振动的装置，通常由一根或多根轴组成。
它的主要作用有以下几点：1. 抑制发动机的一阶振动：发动机在运行过程中会产生一阶振动，即由于气缸的工作冲击而引起的振动。
平衡轴通过逆向振动的方式来抵消这种一阶振动，从而减少了发动机的振动程度。
2. 减小发动机的二阶振动：除了一阶振动外，发动机还会产生二阶振动，即由于曲轴的旋转不平衡而引起的振动。
平衡轴可以通过适当的设计和安装位置来减小这种二阶振动，使发动机运行更加平稳。
3. 提高发动机的可靠性：发动机振动过大会对其它零部件产生不良影响，如增加磨损和损坏的风险。
平衡轴的使用可以减小发动机的振动，降低了这些风险，从而提高了发动机的可靠性和使用寿命。
三、平衡轴的结构平衡轴的结构设计通常会根据发动机的具体要求和工作原理进行优化。
以下是柴油发动机常见的几种平衡轴结构：1. 单轴平衡轴结构：这是最简单的平衡轴结构，由一根轴组成。
它通常被安装在发动机的正中位置，通过对称的质量分布来实现平衡效果。
2. 双轴平衡轴结构：这种结构由两根轴组成，分别安装在发动机的两侧。
它可以更好地抵消发动机的一阶和二阶振动，提高平衡效果。
3. 多轴平衡轴结构：除了双轴结构外，某些高性能的柴油发动机还会采用更多的轴来实现更好的平衡效果。
这些轴通常会根据发动机的具体要求和振动特性进行合理的布置和设计。
四、平衡轴的制造和安装平衡轴的制造通常使用高强度的合金材料，以保证其足够的刚度和耐久性。
制造过程中需要进行精确的加工和平衡校正，以确保平衡轴的质量和平衡效果。
平衡轴的安装位置通常是根据发动机的具体结构和工作特点来确定的。
一般来说，它会安装在曲轴的下方，通过链条、齿轮或皮带传动与曲轴相连。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2、一阶、二阶往复惯性力的矢量表达
3、一阶往复惯性力的平衡（单缸机） （1）半平衡（转移法） 在离心力平衡重上再增加一部分重量， 以完全或部分平衡一阶往复惯性力。 增加了水平方向的附加离心力。
3、一阶往复惯性力的平衡（单缸机） （2）单轴平衡 利用在离心力平衡重和另一同步轴 上置平衡重，完全平衡一阶往复 惯性力。 增加了附加力矩。
3、一阶往复惯性力的平衡（单缸机） （3）双轴平衡 在两根同步轴上设置平 衡重，完全平衡一阶往 复惯性力。 对称布置，不增加附加 力矩。
4、二阶往复惯性力的平衡（单缸机）
2ω
2ω
四轴平衡机构 四轴平衡机构 根据双轴平衡往复惯性力的原则，对称布置四轴，完 全平衡一阶和二阶往复惯性力，且不增加附加力矩。
5、直列多缸机往复惯性力的平衡
• 一阶往复惯性力的平衡 • 一阶往复惯性力矩的平衡
• 二阶往复惯性力的平衡
• 二阶往复惯性力矩的平衡
图10-12直列式3缸机往复惯性力和力矩的平衡性分析 a)曲拐布置及一阶、二阶正转曲柄图 b)往复惯性力的平衡性 c)往复惯性力矩的平衡性
图10-13 V形2缸机往复惯性力和力矩的平衡分析 a)发动机简图 b)一阶、二阶正反转曲柄图 c)往复惯性力平衡性 d) 往复惯性力矩平衡性
3、三缸机的平衡块设计
4、四缸机的平衡块设计
二、往复惯性力的平衡
1、往复惯性力
Fj mj x mj r2 cos cos 2
F mj r cos F 0 cos
2
F mj r2 cos2 F 0 cos2
1 i cos e e i 2 1 i 2 i 2 cos 2 e e 2
第三节 内燃机质量平衡
内燃机曲柄连杆机构的往复质量和旋转质量在 内燃机高速旋转时会产生很大的往复惯性力和旋转 离心力。这些惯性力必须通过发动机的总体布置、 在曲轴飞轮系上加适当的平衡块或设置专门的平衡 轴等方法加以平衡，以减少发动机的振动 。
外部平衡性——在稳定工况下，惯性力和惯性力矩 对机座的作用情况 。
一、曲轴平衡块的设计——离心力的平衡
1、单缸机的平衡块设计
2mp rp mr r
2
2
2mp rp mr r
合力矩为零。
2、二缸机的平衡块设计 • 合力为零 • 合力矩需平衡
M r aFr amr r 2
完全平衡
整体平衡
完全平衡同单缸机。 整体平衡： Mr bFp 2 bmp 2rp2
内部平衡性——惯性力和惯性力矩对发动机机体和 曲轴的作用情况。 不平衡力源：
1. 往复惯性力
2. 旋转离心力 3. 倾覆力矩（输出转矩的反作用力，无法 平衡。多缸机转矩波动小，倾覆力矩的 激振减弱。）
发动机的平衡
• 离心力的合力及合力矩的平衡 • 一阶往复惯性力的合力及合力矩的平衡 • 二阶往复惯性力的合力及合力矩的平衡