内燃机的平衡ppt课件.ppt

内燃机的平衡一、概述一、概述二、单缸机内燃机的平衡单缸机离心惯性力的平衡由以上分析可以看出，可以用与平衡离心惯性力同样的方法来平衡往复惯性力，只要设计的平衡机构产生的离心惯性力矢量分别与上述正反转矢量大小相等、方向相反即可。3、双轴平衡机构
单缸机单轴平衡机构如下图，其中：
平衡一次往复惯性力所加平衡块质量m1：

平衡二次往复惯性力所加平衡块质量m2：
（a）双轴平衡机构简图对于缸径不大的单缸机，有时为了结构简化，常省去一根与曲轴同旋向的平衡轴，而采用如图（b）所示的单轴平衡机构。
采用单轴平衡机构时，一阶往复惯性力也得到了平衡，但破坏了平衡机构的对称性，与双轴平衡机构相比，又产生了一个附加力矩：
M随α变化，设计时要求ex，ey尽可能小，实际上，上式中，令：

则

可见，ex、ey小，则M随α变化时，波幅小（θ为常数）
二、单缸机内燃机的平衡5、过量平衡法
在缸径更小的单缸机中，为了使结构尽可能简单，常常连单轴平衡机构也省略，而采用所谓的过量平衡法。此时曲柄上除了有平衡mr的平衡块质量外，还要多加一过量的平衡质量εmj，使其产生过量的离心力εC（0<ε<1），ε称为过量平衡率。如下图（c）所示:离心力εC与一阶往复惯性力PjI的合力R在x，y轴上的投影

由以上两式中消去α得：

单列式多缸机，各个气缸的平面力系组成了一个空间力系，因此除了有各种合成惯性力外，还有合成惯性力矩。因此，单列式多缸机振动力源主要有：
1、多缸合成离心惯性力ΣPr
2、多缸合成离心惯性力矩ΣMr
3、多缸合成往复惯性力ΣPjI
4、多缸合成往复惯性力矩ΣMj
5、总倾覆力矩Md=ΣPTR

其中前四种为振动的主要因素，需采取措施予以平衡；总倾覆力矩是总输出力矩的反扭矩，难于消除其波动，只能通过增加缸数、使发火间隔均匀等措施来减小总输出力矩的谐波分量。
1、多缸合成离心惯性力及离心惯性力矩
对于曲柄均匀布置或对称分布的多缸机，ΣPr≡0，但ΣMr有可能不平衡，其在纵向垂直平面内和水平平面内的分力矩的大小和方向都将是变化着的。为计算简便，取水平方向和垂直方向为x—y坐标系，先将离心惯性力分解：

（水平方向）

（垂直方向）

可以看出，分解后垂直平面内的平面力系与一次往复惯性力相同，因此相应的力矩可与往复惯性力矩相同的方法列出：

（垂直分力力矩）
水平平面内的分力矩可用类似的方式写出：

（水平分力力矩）

注：①垂直分力力矩与一次往复惯性力力矩ΣMjI的变化性质、公式、计算方法都相同，只是mj换成了mr；
②ΣMry取最大时，ΣMrx取最小，反之亦然，且

ΣMr大小不变，方向同第一曲柄成一定相位关系，并随曲柄的回转而转动。
2、多缸合成往复惯性力与惯性力矩
由于各缸往复惯性力是平行力系，故可直接求代数和
θ1、θ2、…、θZ为各曲柄与第一曲柄间的夹角。合成往复惯性力矩ΣMj是各缸往复惯性力对发动机质心所形成的力矩和。故对单列式多缸机

一、二次往复惯性力矩可分别写成：

式中，l1、l2、…lZ为曲轴纵向平面上各气缸中心到发动机质心的距离。
3、直列四缸机举例分析

（1）旋转惯性力的合力，其在汽缸中心线方向的投影为：

在垂直于汽缸中心线方向的投影为：

旋转惯性力的合力为：

（2）一次往复惯性力的合力为：

（3）二次往复惯性力的合力为：

（4）旋转惯性力矩为：

可知旋转惯性力矩已经平衡
（5）一次往复惯性力矩为：

一次惯性力矩已经平衡。

（6）二次往复惯性力矩为：

一次惯性力矩已经平衡：
由以上可知：在四冲程四缸机中，除了二次惯性力外，其他的惯性力与惯性力矩都已平衡，但为了减小曲轴的内力矩，减轻轴承载荷，有的内燃机仍装设平衡重。当然，在加装平衡重后，不应破坏原有的平衡状况。
4、内燃机内平衡分析
以上分析都是对内燃机外平衡分析，基于假定曲轴为绝对刚体。但实际上曲轴在弯曲力矩作用下，总会产生变形。若受力及变形较大，会将一部分分力（力矩）传到机体上，引起机体变形，影响轴承载荷，发动机产生振动。曲轴和机体的变形破坏了平衡，从而影响到发动机运转的平稳性，特别在高速机的设计过程中，除主要研究外平衡特性外，尚需研究发动机的内平衡问题。

采用不同的曲柄排列形式，曲轴及机体上所受的弯矩也将不同。当某种曲柄排列具有最小的作用弯矩时，则认为发动机的内平衡性能良好。计算分析内燃机的内平衡性能时，目前一般只考虑离心惯性力在曲轴上形成的弯曲力矩（内力矩）。
如图所示四冲程四缸机，发火顺序为1-3-4-2