内燃机设计-动力学-大集合(最终版)

第一章曲柄连杆机构运动学
中心式曲柄连杆机构运动学
偏心式曲柄连杆机构运动学
主副连杆式曲柄连杆机构运动学第一章曲柄连杆机构运动学
中心式曲柄连杆机构运动学
偏心式曲柄连杆机构运动学
主副连杆式曲柄连杆机构运动学中心式曲柄连杆机构运动学曲柄连杆机构作用力与力矩发动机的平衡曲轴系的扭转振动整机振动零件设计曲柄连杆机构运动学中心式曲柄连杆机构运动学1.质点力系分析方法OBAA1βαR(rad/s)30n⋅=πωLA2xxsL+R曲柄转角连杆摆角上止点行程下止点中心式曲柄连杆机构运动学1.质点力系分析方法主轴承载多缸发动机荷
机构的两个作用活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动活塞上的力转化为曲轴上的扭矩
一个假设曲轴作匀速运转，角速度ω为常数。中心式曲柄连杆机构运动学)cos-L(1)cos-R(1)coscos()()(111βααβ+=+-+=+-=-==RLLRCOACOAAOOAAAx)sinRsin(BCsinRsinLAOBβαβαL==Δ＝有利用正弦定理，中，在2.活塞运动规律分析OBAA1βαRωLA2xxs=2RL+RC活塞的位移:αβsinLRsin=∴51~31==LRλ连杆比αλβsinsin=中心式曲柄连杆机构运动学2.活塞运动规律分析OBAA1βαRωLA2xxs=2RL+RCt⋅=ωαβαλαλααλαβcos2sin2sin1cossin2)(21ddcos2222-=-⋅-⋅=αλβsinsin=)sin1-L(1)cos-R(122αλα-+=x位移:)cos2sin2(sin)cos2sin)2()(sin2βαλαωωβαλλωααα+=--=⋅==RRRdtdddxdtdxv速度:加速度:)cos2sin4cos2cos(cos3232βαλβαλαωαα++=⋅==Rdtdddvdtdvaαλβ22sin1cos-=中心式曲柄连杆机构运动学)sin1-L(1)cos-R(122αλα-+=x⋅⋅⋅-××-×--=-=αλαλαλ66442222sin6421sin421sin211sin1cosαλβ2.活塞运动规律分析OBAA1βαRωLA2xxs=2RL+RC位移:近似速度:近似加速度:51~31==LRλ连杆比00154.0)31(421421][cos44max,2=×=×=λβαλ22sin211cos-=β)]2cos1(4)cos-R[(1)sin21cos-R(12αλααλα-+=+=x近似位移:)2sin2(sinRαλαω+=v)2cos(cosR2αλαω+=a复谐函数无量纲化
简谐运动的规律一阶谐量与曲轴速度同步二阶谐量比曲轴速度快一倍
活塞位移用于示功图转换气门干涉校验动力计算
活塞速度用于计算平均速度Cm(=sn/30,m/s)判断强化程度、计算功率计算最大速度vmax,评价气缸的磨损程度。
活塞加速度用于计算往复惯性力的大小和变化，进行动力计算。中心式曲柄连杆机构运动学2.活塞运动规律分析一阶谐量二阶谐量无量纲单位幅值相位幅值相位位移/R1αcos1-4λα2cos1-速度/ωR1αsin2λα2sin加速度/2ωR1αcosλα2cos00.511.522.5090180270360450540630720α/0CAxλ=1/3R=1XXIXII中心式曲柄连杆机构运动学0,0==vddx即α2.活塞运动规律分析活塞运动位置极值：0)2sin2(sinR=+=αλαωv0)cos1(sin=+∴αλα无解）（或,1/1cos0sin--==∴λαα40,720,180,360,500=∴α一阶谐量二阶谐量无量纲单位幅值相位幅值相位位移/R1αcos1-4λα2cos1-速度/ωR1αsin2λα2sin加速度/2ωR1αcosλα2cos00.511.520102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350Lambda=1Lambda=1/3Lambda=1/5Lambda=0x中心式曲柄连杆机构运动学2.活塞运动规律分析-1.2-0.8-0.400.40.81.2090180270360450540630720α/0CAvλ=1/3Rω=1VVIVII0,0==addv即α活塞运动速度极值：0)2cos(cosR2=+=αλαωa0coscos2)1cos2(cos2coscos22=-+=-+=+∴λααλαλααλα)]811(41arccos[)811(41cos22λλαλλα++-=∴++-=∴一阶谐量二阶谐量无量纲单位幅值相位幅值相位位移/R1αcos1-4λα2cos1-速度/ωR1αsin2λα2sin加速度/2ωR1αcosλα2cos00.511.50102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350Lambda=1Lambda=1/3Lambda=1/5Lambda=0v0774/1==αλ时，当中心式曲柄连杆机构运动学0)]2cos(cos[R2=+=αλαωααdddda2.活塞运动规律分析-1.2-0.8-0.400.40.81.21.6090180270360450540630720α/0CAaλ=1/3Rω2=1aaIaII活塞运动加速度极值：0)cos41(sin2sin2sin=+=+∴αλααλα0)cos41(0sin=+=∴αλα或λαα41cos0sin-==∴或一阶谐量二阶谐量无量纲单位幅值相位幅值相位位移/R1αcos1-4λα2cos1-速度/ωR1αsin2λα2sin加速度/2ωR1αcosλα2cos00.511.520102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350Lambda=1Lambda=1/3Lambda=1/5Lambda=0a00.511.520102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350Lambda=1Lambda=1/3Lambda=1/5Lambda=0a00.511.520102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350Lambda=1Lambda=1/3Lambda=1/5Lambda=0x00.511.50102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350Lambda=1Lambda=1/3Lambda=1/5Lambda=0v中心式曲柄连杆机构运动学
连杆比λ的影响2.活塞运动规律分析)2cos1(4)cos-(1αλα-+=xαλα2sin2sin+=vαλα2coscos+=aA1A2上止点下止点中心式曲柄连杆机构运动学
位移图解法OO’BC’B’Cx0180o90oα)(αfx=2λα2.活塞运动规律分析ABx中心式曲柄连杆机构运动学
加速度图解法（切线法）ECλ+1Dλ-1Fλ3180o0o90o上止点下止点α)(αfa=)(xfa=2.活塞运动规律分析2λ
机构的两个作用活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动活塞上的力转化为曲轴上的扭矩
两个假设曲轴作匀速运转，角速度ω为常数。连杆简化为两个分别集中于连杆小头和连杆大头的两个质量，分别作旋转与往复运动。中心式曲柄连杆机构运动学)sinRsin(BCsinRsinLAOBβαβαL==Δ＝有利用正弦定理，中，在3.连杆运动学分析OBAA1βαRωLA2xxs=2RL+RC连杆摆角β:LR=λαλβsinsin=)sinarcsin(αλβ=)arcsin(270,90max00λβα±==when中心式曲柄连杆机构运动学.180,0;0270,90max.00.00λωβαβα±====when3.连杆运动学分析OBAA1βαRωLA2xxs=2RL+RC连杆摆角β:)sinarcsin(αλβ=连杆摆动角速度:连杆摆动角加速度:βαλωαλαλωβωcoscossin1cos22=-==dtdβαωλλββε322.2cossin)1(--===dtddtd.0180,0;1270,90min..0022max..00==-==βαλλωβαmwhen00.10.20.30.40102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350Lambda=1/3Lambda=1/4Lambda=1/54''中心式曲柄连杆机构运动学)sinarcsin(αλβ=3.连杆运动学分析αωλλβεsin)1(22..--≈=00.10.20.30.40102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350Lambda=1/3Lambda=1/4Lambda=1/5400.10.20.30.40102030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350Lambda=1/3Lambda=1/4Lambda=1/54'αλωβωcos.≈=第一章曲柄连杆机构运动学
中心式曲柄连杆机构运动学
偏心式曲柄连杆机构运动学
主副连杆式曲柄连杆机构运动学B2偏心式曲柄连杆机构运动学1.偏心式机构的特点
定义所谓的偏心是指曲轴轴线与气缸中心线不相交，一般在20mm之内。曲轴转角、连杆摆角
特点曲轴轴线与气缸中心线不相交；行程S≠2R活塞下行与上行所经过的曲轴转角不同；
优点减小膨胀行程中活塞与气缸壁之间的最大侧压力。进气时间延长，压缩时间缩短，膨胀时间延长，有利于提高热效率。ωAA1A2BB1EOexαβ↓α气缸中心线上止点下止点↑αSe1.偏心式机构的特点偏心式曲柄连杆机构运动学
上、下止点对应的曲轴转角ωAA1A2BB2B1EOex1α2α气缸中心线上止点下止点02211180+∠=∠=EOAEOAααRLeOAOERLeOAOE--=-=+==2211sinsinααLRRe/;/==λξλλξλξαλλξλξα--=--=--=+=+=+=11/11//sin11/11//sin21RLReRLReSe2.活塞运动分析偏心式曲柄连杆机构运动学
活塞行程SeωAA1A2BB2B1EOeSexβα1α2α气缸中心线上止点下止点1121)11(11211)11(111)11()11(2221222+-+=+-+≈+-+=-+λξλλξλλξλξλ1121)11()11(222---≈--λξλξλ----+=----+=---=-=2222222222222121)11()11()()(ξλξλReRLeRLOEEAOEOAEAEASe偏心式曲柄连杆机构运动学
活塞行程SeωAA1A2BB2B1CDEOeSxβα1α2α气缸中心线上