第一节 活塞、连杆的运动及其作用力
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x′1=ω*sin* R
x′2= (2ω)sin2 *λR /4
=0°(上止点)或=180°(下止点),x′ =0， 最大速度x′max出现在α＜90°的某一位置
3 活塞的加速度 X″≈ω2cos *R + (2ω) 2cos2 *λR /4 X″＝ x″1＋x″2 x″ 1=ω2cos *R ，是一次曲柄的向心加速 度在气缸中心线的投影 x″2= (2ω) 2cos2 *λR /4，是二次曲柄 的向心加速度在气缸中心线的投影 α=0°时, x″max=Rω2 (1+λ),方向向下， 最大 α=180°时, x″= -Rω2(1-λ)，方向向上 α＜90°或α＞270°的某个位置x″ =0(此 时活塞速度最大)
α=0°时,x=0(即活塞在上止点)
α=180°时,x=2R=S(即活塞在下止点)
R 2
α=90°或270°时,x=R+ ＞R ，即活塞不 在行程ห้องสมุดไป่ตู้央，而在α90°或 α270°的某一 位置时X＝R
2活塞的速度
X′≈ω*sin *R + (2ω)sin2 *λR /4
x′=x′1+x′2
第六章 柴油机及推进轴系的振动
船舶推进轴系产生： （1）扭转振动 （2）纵向振动 （3）回旋(横向)振动 振动危害： （1）机件磨损增加或损坏 （2）降低柴油机经济性和可靠性 （3）引起船体水平、垂向振动（对底脚螺栓、 贯穿螺栓影响大，对气缸盖影响小） （4）影响船员工作条件，损害船员健康
第一节
活塞、连杆的运动及其作用力
五、曲轴回转不均匀度 1.定义：曲轴回转最大角速度与最小角速 度之差与平均角速度之比 2.原因：动力输出不均（四冲程机相对大） 3.影响因素： （1）气缸数 多则不均匀度小 （2）飞轮 小则不均匀度大 （3）柴油机行程 长超长则不均匀度大 （4）负荷不均、封缸运行 、单缸熄火、 爆压过高、风浪天航行导致不均匀度增 大
（2）影响因素：和运动件的质量及运动时的 加速度有关，与ｎ2成正比，与负荷无关。 为防曲柄连杆机构惯性力过大而引起机件损 伤和机器强烈振动，柴油机不易超速运行 2）往复惯性力 Fj=-mjx,,=-mjw2cos*R-mj(2w)2cos（2） R/4 （1） Fj与x,,方向相反，作用线与气缸中心 线平行 （2） Fj由Fj1和Fj2组成，为两个回转质量为 mj/2，回转半径分别为R和R/4的曲柄自上 止点起同步反向，分别以角速度和2回转 产生的离心力的合力
二、连杆的运动 摆角 β=sin-1(λsin) 摆动角速度 β′=λωcossecβ 摆动角加速度 β″=-λ(1-λ2)ω2· sin· sec3β 由上述公式可知: 1）α=90°和270°时, 连杆在气缸中心线两侧 的摆角β的绝对值达到最大值 2）α=0°和180°、β=0°时, 连杆摆动角速度 β′最快,其数值相等,方向相反 3）α=90°和α=270°时, β″达到最大值
三、 曲柄连杆机构的气体力和惯性力 1.气体力Fg 作用在燃烧室部件上，方向沿气缸中心线 向下，与柴油机工作过程和负荷有关，与运动 部件质量无关 2.曲柄连杆机构惯性力 1）类型及影响因素 （1）类型： 活塞组件往复运动所产生的往 复惯性力； 曲柄不平衡回转质量回转运动所 产生的回转惯性力（离心力）； 连杆运动所 产生的惯性力（小端往复惯性力，大端离心惯 性力，杆身连杆力偶）
PT＇ P＇ F F b
四、曲柄连杆机构作用力分析 1合力F F=Fg+Fj，作用在气缸中心线连杆小端处。 低速、增压柴油机连杆始终受压，四冲程中、 高速机换气上止点附近连杆受拉伸。 F 分解合 成为：柴油机输出转矩、倾覆力矩、作用在主 轴承上的力 2活塞销处的作用力 1）侧推力FＮ＝Ftgβ，对主轴承产生倾覆力矩 Md=FN*H, 作用在机体上 2）连杆推力FL=F/cosβ 注：短连杆二者均增大
一 活塞的运动
1活塞的位移 x=R(1-cos)+L(1-cos) Rsin=Lsin 式中: －曲轴转角; β－连杆摆角; λ＝R/L－连杆比，一般低速机为1/3－1/5 经简化， 得：x≈R(1-cos)+(1-cos2)λR /4 x=x1+x2 x1= (1-cos) R x2= (1-cos2)λR /4
3)离心惯性力 FR=-mR2 R 与向心加速度方向相反 , 永远是离心的。它 的作用线与曲柄中心线重合 , 并随曲柄按角速 P 度ω回转P
N T
H
P ML
β α ω
气体力Fg 惯性力Fj 合力P
N T PT
FR PN＇ T〃 N
T＇
0o 60o 120o 180o 240o 300o 360o
xr11cos??11cos22??r44xx11x22xx111cos??rxx221cos2??r4第一节活塞连杆的运动及其作用力0时x0即活塞在上止点180时x2rs即活塞在下止点90或270时xrr即活塞不在行程中央而在??90或??270的某一位置时xxrr2r?22活塞的速度xsin??rr2sin2??r4xx11x22x11sin??rrx222sin2??r4??0上止点或??180下止点x0最大速度xmax出现在90的某一位置3活塞的加速度x22cos??rr222cos2??r4xx11x22x1122cos??rr是一次曲柄的向心加速度在气缸中心线的投影x22222cos2??r4是二次曲柄的向心加速度在气缸中心线的投影0时xmaxr221方向向下最大180时xr221方向向上90或270的某个位置x0此时活塞速度最大二连杆的运动摆角sin11sin??摆动角速度cos??sec摆动角加速度12222sin??sec33由上述公式可知
3 曲柄销处的作用力 1）FL在曲柄销处分解为切向作用力 T、法（径） 向作用力Z 2）主轴承受力Z＋FR 高负荷 Z 最大，低速 FR 最小，低速高负 荷时主轴承受力最大；低负荷Z最小，高速FR 最大，高速低负荷时主轴承受力最小
4柴油机的输出力矩T*R与倾覆力矩MD 1）回转力矩与倾覆力矩大小相等而方向相 反，但作用在不同部件上，前者作用在 曲轴上（引起曲轴扭转振动），后者作 用在柴油机机体上（将引起柴油机左右 振动），而不能相互抵消 2）在柴油机一个工作循环中，总切向力和 输出力矩要变化ｉ次，转动角速度必然 是ｉ次，而且在一个工作循环中将波动 ｉ次
x′2= (2ω)sin2 *λR /4
=0°(上止点)或=180°(下止点),x′ =0， 最大速度x′max出现在α＜90°的某一位置
3 活塞的加速度 X″≈ω2cos *R + (2ω) 2cos2 *λR /4 X″＝ x″1＋x″2 x″ 1=ω2cos *R ，是一次曲柄的向心加速 度在气缸中心线的投影 x″2= (2ω) 2cos2 *λR /4，是二次曲柄 的向心加速度在气缸中心线的投影 α=0°时, x″max=Rω2 (1+λ),方向向下， 最大 α=180°时, x″= -Rω2(1-λ)，方向向上 α＜90°或α＞270°的某个位置x″ =0(此 时活塞速度最大)
α=0°时,x=0(即活塞在上止点)
α=180°时,x=2R=S(即活塞在下止点)
R 2
α=90°或270°时,x=R+ ＞R ，即活塞不 在行程ห้องสมุดไป่ตู้央，而在α90°或 α270°的某一 位置时X＝R
2活塞的速度
X′≈ω*sin *R + (2ω)sin2 *λR /4
x′=x′1+x′2
第六章 柴油机及推进轴系的振动
船舶推进轴系产生： （1）扭转振动 （2）纵向振动 （3）回旋(横向)振动 振动危害： （1）机件磨损增加或损坏 （2）降低柴油机经济性和可靠性 （3）引起船体水平、垂向振动（对底脚螺栓、 贯穿螺栓影响大，对气缸盖影响小） （4）影响船员工作条件，损害船员健康
第一节
活塞、连杆的运动及其作用力
五、曲轴回转不均匀度 1.定义：曲轴回转最大角速度与最小角速 度之差与平均角速度之比 2.原因：动力输出不均（四冲程机相对大） 3.影响因素： （1）气缸数 多则不均匀度小 （2）飞轮 小则不均匀度大 （3）柴油机行程 长超长则不均匀度大 （4）负荷不均、封缸运行 、单缸熄火、 爆压过高、风浪天航行导致不均匀度增 大
（2）影响因素：和运动件的质量及运动时的 加速度有关，与ｎ2成正比，与负荷无关。 为防曲柄连杆机构惯性力过大而引起机件损 伤和机器强烈振动，柴油机不易超速运行 2）往复惯性力 Fj=-mjx,,=-mjw2cos*R-mj(2w)2cos（2） R/4 （1） Fj与x,,方向相反，作用线与气缸中心 线平行 （2） Fj由Fj1和Fj2组成，为两个回转质量为 mj/2，回转半径分别为R和R/4的曲柄自上 止点起同步反向，分别以角速度和2回转 产生的离心力的合力
二、连杆的运动 摆角 β=sin-1(λsin) 摆动角速度 β′=λωcossecβ 摆动角加速度 β″=-λ(1-λ2)ω2· sin· sec3β 由上述公式可知: 1）α=90°和270°时, 连杆在气缸中心线两侧 的摆角β的绝对值达到最大值 2）α=0°和180°、β=0°时, 连杆摆动角速度 β′最快,其数值相等,方向相反 3）α=90°和α=270°时, β″达到最大值
三、 曲柄连杆机构的气体力和惯性力 1.气体力Fg 作用在燃烧室部件上，方向沿气缸中心线 向下，与柴油机工作过程和负荷有关，与运动 部件质量无关 2.曲柄连杆机构惯性力 1）类型及影响因素 （1）类型： 活塞组件往复运动所产生的往 复惯性力； 曲柄不平衡回转质量回转运动所 产生的回转惯性力（离心力）； 连杆运动所 产生的惯性力（小端往复惯性力，大端离心惯 性力，杆身连杆力偶）
PT＇ P＇ F F b
四、曲柄连杆机构作用力分析 1合力F F=Fg+Fj，作用在气缸中心线连杆小端处。 低速、增压柴油机连杆始终受压，四冲程中、 高速机换气上止点附近连杆受拉伸。 F 分解合 成为：柴油机输出转矩、倾覆力矩、作用在主 轴承上的力 2活塞销处的作用力 1）侧推力FＮ＝Ftgβ，对主轴承产生倾覆力矩 Md=FN*H, 作用在机体上 2）连杆推力FL=F/cosβ 注：短连杆二者均增大
一 活塞的运动
1活塞的位移 x=R(1-cos)+L(1-cos) Rsin=Lsin 式中: －曲轴转角; β－连杆摆角; λ＝R/L－连杆比，一般低速机为1/3－1/5 经简化， 得：x≈R(1-cos)+(1-cos2)λR /4 x=x1+x2 x1= (1-cos) R x2= (1-cos2)λR /4
3)离心惯性力 FR=-mR2 R 与向心加速度方向相反 , 永远是离心的。它 的作用线与曲柄中心线重合 , 并随曲柄按角速 P 度ω回转P
N T
H
P ML
β α ω
气体力Fg 惯性力Fj 合力P
N T PT
FR PN＇ T〃 N
T＇
0o 60o 120o 180o 240o 300o 360o
xr11cos??11cos22??r44xx11x22xx111cos??rxx221cos2??r4第一节活塞连杆的运动及其作用力0时x0即活塞在上止点180时x2rs即活塞在下止点90或270时xrr即活塞不在行程中央而在??90或??270的某一位置时xxrr2r?22活塞的速度xsin??rr2sin2??r4xx11x22x11sin??rrx222sin2??r4??0上止点或??180下止点x0最大速度xmax出现在90的某一位置3活塞的加速度x22cos??rr222cos2??r4xx11x22x1122cos??rr是一次曲柄的向心加速度在气缸中心线的投影x22222cos2??r4是二次曲柄的向心加速度在气缸中心线的投影0时xmaxr221方向向下最大180时xr221方向向上90或270的某个位置x0此时活塞速度最大二连杆的运动摆角sin11sin??摆动角速度cos??sec摆动角加速度12222sin??sec33由上述公式可知
3 曲柄销处的作用力 1）FL在曲柄销处分解为切向作用力 T、法（径） 向作用力Z 2）主轴承受力Z＋FR 高负荷 Z 最大，低速 FR 最小，低速高负 荷时主轴承受力最大；低负荷Z最小，高速FR 最大，高速低负荷时主轴承受力最小
4柴油机的输出力矩T*R与倾覆力矩MD 1）回转力矩与倾覆力矩大小相等而方向相 反，但作用在不同部件上，前者作用在 曲轴上（引起曲轴扭转振动），后者作 用在柴油机机体上（将引起柴油机左右 振动），而不能相互抵消 2）在柴油机一个工作循环中，总切向力和 输出力矩要变化ｉ次，转动角速度必然 是ｉ次，而且在一个工作循环中将波动 ｉ次