多缸柴油机的惯性力矩

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10.1.2柴油机的振动与平衡
10.1.2.1柴油机振动的危害-----产生撞击、变形，影响可靠性、耐久性；使工作条件恶化，损害 健康，甚至因疲劳而酿成事故；对于大型低速柴油机可能引起船体振动，危害船舶安全。 消减振动------平衡法。采用某种形式的平衡器以消除或减小引起振动的不平衡力（力矩）。 10.1.2.2单缸柴油机的振动与平衡 1.单缸柴油机中的振动（它们引起的振动通过柴油机的支撑传递出来，造成整机的振动）
切向力FT对曲轴中心线形成的力矩 FT· R为柴油机的单缸输出力矩。多 缸柴油机的总切向力ΣFT等于各缸 切向力之和，其对曲轴所产生的回 转力矩即为曲轴的输出力矩ΣFT· R ，其大小也是交变的。 曲轴在回转中角速度的变化情况用 回转不均匀度δ来表示，回转不均匀 度表明柴油机回转的不稳定程度(柴 油机气缸数目越多，转动惯量越大 回转不均匀度越小).
柴油机在一定的工况下运转时，活塞作往复运动，曲轴作回转 运动，连杆小端随活塞作往复运动，连杆大端随曲柄销作回转运动 ，杆身绕销或十字头销摆动，曲柄连杆机构这种复杂运动，必然要 产生周期性变化的不平衡力和力矩。 船舶推进轴系在实际运转中受到各种冲击和激振力或力矩的作 用，可能引起轴系损坏或影响船舶正常航行。对柴油机动力装置， 主要有以下几种激振力： （1）柴油机气缸气体力、运动部件惯性力与重力等产生的作用在 曲轴、曲柄销上的交变切向力和径向力。 （2）螺旋桨在径向和周向都很不均匀的三维伴流场中运转时所受 到的交变纵向和横向推力和力矩。 （3）轴系部件运转时产生的激振力和力矩。
简化得
x R(1 cos )
R (1 cos 2 ) 4
OA为曲柄
式中，α为曲轴转角；β为连杆摆角；λ为连 杆比，表示曲轴半径与连杆长度之比，即λ ＝R/L，一般λ＝1/3~1/5。
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2.活塞的速度v
活塞速度v＝dx/dt，由活塞位移对时间的微分得活塞速度的近似公式 为 R v R sin 2 sin 2
任务10.1 柴油机的振动与平衡
项目介绍
知识目标
掌握柴油机主要运动件的 受力和运动特点；熟悉柴 油机产生振动的形式和机 理；掌握柴油机振动平衡 的基本措施。
能力目标
具备识别柴油机各种 振动并采取相应减避 振措施的基本能力。
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任务10.1 柴油机的振动与平衡
10.1.1活塞、连杆的运动及受力
3.切向力FT和法向力Fz
FT FL sin( ) F
Fz FL cos( ) F
图10-3 曲柄连杆机构受力分析
sin cos
cos cos
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4.柴油机的输出力矩和倾覆力矩
输出力矩作用在柴油机之外被驱动 的机械上(如螺旋桨、发电机），而 倾覆力矩则作用在柴油机机体上,二 者不能抵消.
2.单缸柴油机的平衡
为消除振动，安装平衡补偿装置-----设 置一些偏心质量，让它们以和柴油机激 振频率相同的转速旋转，产生补偿力或 力矩以抵消柴油机的不平衡力（力矩） 。具有这种平衡补偿作用的装置，统称 平衡器。 （1）回转惯性力（离心力）FR的平衡 （2）往复惯性力Fj的平衡。 得到平衡一次往复惯性力和二次往复惯 性力的方法（正反转矢量平衡法），其 原理如图（a）、（b）。 使m1r1ω2= mjRω2/2，即m1r1 = mjR /2； 并且使m2r2(2ω)2=mjRλ(2ω)2/4， 即m2r2 = λmjR /4
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10.1.1.1活塞连杆的运动（由活塞（或活塞十字
头组件）、连杆和曲轴组成的运动机构称为曲柄连杆机 构） 1.活塞的位移x--- B点沿着气缸中心线在上下止点O´和 O〞之间作往复运动，它与上止点O´间的距离
假设曲柄按顺时针方向运动,从图 中的几何关系可以得出
连杆
x L R ( R cos L cos ) R(1 cos ) L(1 cos )
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（3）倾覆力矩MD------MD无法平衡， 只能依靠强大的地基由机座的地脚螺 栓来承受） （4）连杆力偶ML----一般都忽略其影 响，不采取平衡措施
4
可见, ，活塞位移v可看成 由v1和v2两个速度叠加而成 (v＝v1+v2, v1＝Rωsinα, v2 ＝2λRωsin2α/4)
3.活塞的加速度a
活塞加速度度a＝dv/dt，由活塞速度对时间的微分得活塞加速度的近似公式 为
a 百度文库R 2 cos R 2 cos2
可见，活塞位移a也可 看成由a1和a2两个速 度叠加而成(a＝a1+a2, a1＝Rω2cosα, a2＝ λRω2cos2α)
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10.1.1.2曲柄连杆机构的受力分析--主要有气体力Fg、往复惯性力Fj、回转惯 性力FR和连杆力偶ML
1.合力F
在活塞上作用的气体力Fg和往复惯性力Fj 的合力F为F＝Fg+Fj，合力F作用在气缸 中心线连杆小端处.
2.侧推力FN与连杆推力FL FN F tan FL F / cos
4.连杆的运动 R sin L sin
arcsin1 ( sin )
上式对时间微分可得到连杆摆动的角速度为
1 a cos sec
1 (1 2 ) 2 sin sec3 )
(1) sinα达最大值时，β也达到最大 值；（2）cosαsecβ达最大值时； （3）当α＝90°或α＝270°时， sinαsec3β达到最大值时，所以角加 速度ε1达到最大值。
﹒是气体力 Fg和往复惯 性力Fj在曲柄 连杆机构的 传递过程中 产生的. ﹒ MD的大小 和方向交变 ，使柴油机 产生左右摇 摆性振动（ 横向振动） 。
由连杆运动 产生的，作 用在连杆摆 动平面且大 小、方向交 变的一个不 平衡力，引 起柴油机左 右摆动。 因数值较小 ，引起的振 动不大
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