第三章 内燃机的平衡1-PPT精选

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三拐曲轴的平衡块的布置
平衡块 平衡块
布置 总质
方案
量
无平衡 0 块
6平衡块 3mr
旋转质量引起的 主轴承负荷①
第1、4 第2、3
主轴 主轴
承
承
0.5Fr 0.5Fr
0
0
2平衡块 1.386mr 0.265Fr 0.361Fr
4平衡块 1.732mr 0.25Fr 0.25Fr ①按每拐截断简支梁计算。
0.125 F
0.25 F
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平衡块设计
• 最后值得指出的一点是，平衡块形状不同， 相同质量的平衡块会产生不同的平衡效果。
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第三节 内燃机往复惯性力的平衡
• 一、往复惯性力的旋转矢量表示法
• 单缸内燃机的往复惯性力可以表示为：
F j F 0(co sco 2 )s
mIrI=(1/2)mjr 即可。
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单缸机的平衡
• 2、在曲轴上布置一平衡块（非平衡曲拐质 量的平衡块），外加两平衡块同向反转，若 不在与曲轴中心同一水平线上，则有附加力 矩。
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单缸机的平衡
• 3m、I。工业用单缸机常用半平衡法，即在mr以外增加
(M p 1 M p 2 )co 1 M sp 3 si2 n M r 1
(M p 1 M p 2 )si1 n M p 3 co 2 M sr 2
式中，Mpi和Mri分别为各平衡块和曲拐离心力对中 央主轴承O点的力矩。
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1
1
1
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a
2
2
2
曲柄侧视图
曲轴布置图
一阶曲柄图
二阶曲柄图
图解法 FRjI 0
Fj1 C
λC
FRⅡ j 2C
λC
MjⅠaC 整体平衡法
FjI2 C
m prp2bajm r2
mprp bamjr
01
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双轴平衡法
2ω
mⅠrⅠ
ω ω
ω
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Mr2 3aFr
Mr1 4aFr
Mr4 aFr
Mr3 2aFr
M r0.44a9 rF
四冲程5拐曲轴旋转惯性力矩多边形
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利用矢量投影求和的代数方法，求离心力矩的大小和方向
假设缸心距为a，对第五缸中心取矩 各矢量在x轴的投影和为
M rx M r1co 9s0 M r2co 5s4 M r3co 5s4 M r4co 1s 8 4arF co 9s0 3 arF co 5s4 2arF co 5s4 arF co 1s 8 0.36 ar 3 F3
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５. 四拐空间曲轴
四拐空间（二冲程发动机）曲轴离心力分析
空间曲轴的离心力自然平衡，
Mr 1a0m rr2
有不平衡的离心力矩
a
mprp
b
10mrr
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5、四拐且曲拐夹角为90度的曲轴
• 四拐且曲拐夹角为90度的曲轴（二冲程四缸 内燃机和四冲程V形八缸内燃机），存在有 不平衡的离心力矩Mr（3.162amrrω2）,作用 在与第一拐成18026’的平面内。理论上可用8 个、2个或4个平衡块进行平衡，但实际上常 用大小不同的6个平衡块进行平衡。其平衡 条件为：
2、二拐曲轴的平衡块的布置
• 对于二拐曲轴，常用的曲拐夹角为180度， 显然此种曲轴是静平衡的，但不动平衡。即：
Fr 0
M rarF arm r2
a
二拐曲轴可以像单拐曲轴那样在每一个曲柄 上都加一个平衡块来平衡，也可以用两块平 衡块进行整体平衡，只要满足：
mp2rp(a/b)mrr 就可以了。
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６.五缸机（曲轴）旋转惯性力分析 （1-2-4-5-3）
A720 144 5
四冲程5曲拐布置图
四冲程5曲拐轴测图
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四冲程五缸机旋转惯性力分析—图解法
1
5
4
2
3
曲柄侧视图
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Fr 0
四冲程5拐曲轴旋转惯性力多边形
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四冲程五缸机旋转惯性力矩分析
Fr
r
a
a
0.577mr×4=2.308 mr
0.52 F
r
0.25Fr
0.38 2 F
0.382 F
0.5Fr
a
r
r
b
0.385 mr×4+0.667 mr×2=2.873 mr
0.752 F
r
0.289 F
0.19 2 F
0.419 F
0
a
r
r
r
c
0.667 mr×6=4 mr
0.441 F
r
0
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1、对于单拐曲轴的平衡块的布置：
当每个平衡块的质径积或静矩mprp满足下列 条件，单拐曲轴可以达到动平衡：
mprp (1/2)mrr
式中，mp为每个平衡块的质量；rp为平衡块质 心的旋转半径。
Fr
r
mr
Fr
r
mr
rp
mp mp
Fp Fp
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• 动平衡：质量系统旋转时产生的各离心力的 合力和对任意点的合力矩均等于零。
• 首先在设计时要保证曲轴的动平衡，然后在 制造时保证动平衡偏差在许可范围内。
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第二节 旋转惯性力的平衡
• 曲轴系统的动平衡主要靠合理布置平衡块的 办法来实现。
• 但平衡块的设计必须考虑以下各因素： • A.曲轴动平衡 • B.曲轴主轴承负荷 • C.曲轴弯曲负荷 • D.曲轴箱弯曲负荷 • E.曲轴整体质量（提高扭振固有频率）
• 一阶和二阶惯性力都各自可用一对反向旋转 的力矢量的合矢量表达。
• FI＝F＋I＋ F－I • FII＝F＋II＋F－II • F＋I＝ F－I＝(1/2) FI0 • F＋II=F－II=(1/2) FII0
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二、单缸机的平衡
• 1、一阶往复惯性力可以用一对互相反转的 平衡块加以平衡，只要其静矩为：
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二拐曲轴的平衡块的布置
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３.四拐平面曲轴离心力分析
A 720 180
4
离心惯性力的合力为零，离心惯性力矩也是零
曲轴本身承受有最大达 负荷
Fr a
的内弯矩，而且中间主轴承承受较大的离心
Fr
Fr
常见的有 如图所示 的四块平 衡重方案， 以减轻内 弯矩和轴 承负荷
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单列二冲程四缸机（1－3－4－2）
作曲柄图和轴侧图
1
14
A 36090 4
3
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表9－3 四冲程直列六缸内燃机曲轴常用平衡块布置方案的特性比较
平衡 块 布 置 方 案
使主轴承离心载荷尽量 小的平衡块总质量
曲轴 旋转质量引起的主轴承载荷
最
②
大
内 1、7 2、6 3、5 第4
弯
主主主
主
矩
轴轴轴
轴
①
承承承
承
无平 衡 块
1.732
F 0.5Fr 0.5Fr 0.5Fr
各矢量在y轴的投影和为
M ryM r1si9n0 M r2si5n4 M r3si5n4 M r4si1n8 4arF si9n0 3arF si5n4 2arF si5n4 arF si1n8 0.26a3rF 9
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合力矩为
Mr Mr2xMr2y0.44a9rF
Fr
Fr
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3、四拐(平面)曲轴的平衡块的布置
• 对于四拐曲轴，它是二拐曲轴的对称延伸。 此种曲轴从整体上来看是既静平衡又动平衡 （无平衡块时）。但考虑到曲轴内部的弯曲 负荷及主轴承负荷，经常加4个平衡块，也 有加8个平衡块实现“完全”平衡的。
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求整体平衡法平衡重质径积，平衡重布置如前图
mprp2b 3am jr2 0.5 3am jr2
mprp

3a 2 bmjr
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三缸机一阶往复惯性力矩双轴平衡机构
mp30O
mp rp
rp
b
mp
mp
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三缸机一阶往复惯性力矩单轴平衡机构
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(mprp)
mⅡrⅡ
2mprpb2 amjr2
mprp

a 2b
m60度 曲拐夹角。此时发火均匀，可 采用双轴机构平衡，也可以采 用平衡活塞的方法平衡。如右图所示
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单列式三缸机（1－3－2） A 720240 3
作曲柄图和轴侧图
合力矩的方向与y轴的夹角为
r
tg1Mrx0.363354 Mry 0.2639
平衡块质径积为
m p rp2 b 0 .4a 4rF 9 0 .4a 4rr m 92
mprp
0.4
a 4b9mrr
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７、四冲程直列六缸曲轴的平衡块的布置
• 四冲程直列六缸内燃机的曲拐夹角为120度， 其曲轴旋转质量系统不加平衡块也是完全平 衡的。但为了减轻主轴承离心负荷和曲轴的 内弯矩，经常加有平衡块。几个布置方案实 例如图9－15所示，其各自产生的效果对比 如表9－3所列。
• 或 Fj=FI+FII • FI=FI0cosφ, FI0=mjrω2
• FII= FII0cos2φ, FII0=λmjrω2 • 式中，FI为一阶往复惯性力；FII为二阶往
复惯性力。二阶往复惯性力比一阶往复惯 性力小得多。高阶往复惯性力实际上可以 忽略不计。
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往复惯性力的旋转矢量表示法
8
４. 三拐曲轴（1－3－2，四冲程或二冲程)
① 作曲柄侧视图及轴侧图
A72 024 或 0A36 012 0
3
3
② 图解法 对三个缸作离心力的矢量图
Fr 0
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是静平衡
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对O点（最后一拐中心）取矩，作力矩矢量图
aFr
90
30 2aFr
3aFr
第三章 内燃机的平衡
• 第一节 平衡的基本概念 • 第二节 旋转惯性力的平衡 • 第三节 往复质量的平衡
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第一节 平衡的基本概念
• 为使内燃机曲轴旋转时运转平稳，不引起支 承的振动，不但要求其静平衡，而且还要求 动平衡。
• 静平衡：质量系统旋转时产生的各离心力的 合力等于零，也就是系统的质心位于旋转轴 线上，没有偏心。
•4、单轴平衡。
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三、单列式内燃机的平衡
• 对于单列式内燃机来说，只要讨论各缸的正 转矢量的合矢量，并将其在气缸轴线方向的 投影乘以2就是最后的结果。
• 单列式内燃机还可能存在往复惯性力矩。
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多缸机往复惯性力平衡分析
单列式两缸机（发火顺序1－2－1，四冲程是不均匀发火）
单列四冲程四缸机（1－3－4－2）
作曲柄图和轴侧图
14
1234
A 720180 4
23
一阶曲柄图 二阶曲柄图
惯性力分析
2aC 3aC
aC
F R j0 F R j 4C 0 M jⅠ 3 a C 2 a C a C 0
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0.33 3 F
0.333 F
0
a
r
r
0.559
0.25
①d 按曲轴0.43两3 m端r×简8=3支.464直mr梁计算Fr；0②.25按Fr 每拐F截0.断25F简r 支0.5梁Fr 计算
a
r
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e
0.5 mr×8=4 mr
内燃机设计 0.375 F r
0.125 F
0.12 5 F
30O
1
1
2
3
3
2
作惯性力矢量图
三拐曲轴一、二阶曲柄图和轴侧图
一阶惯性力
二阶惯性力
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得到 FRjⅠ=0 FRjⅡ=0 内燃机设计
32
90°
作力矩图
30° 30°
MjⅠ 3aC 在水平轴投M影 jⅠx 后 3， aCcos30
MjⅠmax= 3 aC 出现在一缸上止点后30○。
M 1 2aF r M 2 aF r
M r M 1cos30
3Fr a 0
整体平衡方法
o
Mp Mr
mprp2b 3amrr2
rp
mra a
b
mprp
a b
3mrr
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4、三拐曲轴的平衡块的布置
• 对于三拐曲轴，要求曲拐夹角为120度。它 有不平衡的离心力矩Mr(1.732amrrω2）， 作用在与第一拐成300的平面内。实际内燃 机中，有用6个平衡块“完全平衡”的，也 有采用“整体平衡”方案的。各种方案都能 达到整体动平衡的目的，但各种方案所用平 衡块的总质量不一样，曲轴内部负荷及主轴 承负荷也不一样。实际上，用两平衡块的方 案有困难。