1、第三节 曲柄连杆机构的受力分析及其平衡导入： 考研所需 新教学大纲要求 内燃机中唯一对外传力和动力输出部分 要想了解受力必须先掌握运动 要想了解运动必须先了解结构一、曲柄连杆机构的运动规律1、机构运动简图图中， L-连杆长度2、活塞的位移：设曲柄以顺时针角速度 转动，且当转过 角时，连杆与活塞轨迹线夹角为 ，此时活塞从上止点下移 x, 则有：x=R+L-OA=R+L-(OC+AC) 又因为：OC=Rcos AC=Lcos 所以：x=R+L- Rcos- Lcos（1）在公式（1）中，、R、L 已知，故应将 也转化成已知量，为此令： R/L=（2） Sin =BC/R, Sin=BC/L R=B
2、C/ sin L=BC/ Sin = R/L= = SinBCi Sin Sin=Sin又 cos = cos=2si1sin12上式中、 已知 可求。但是， 是瞬时变化的，精确得到 cos 很麻烦而且，从工程实践角度出发，没必要非常精确，根据牛顿二项式将上式展开得：BxBOLCBAAAA 上止点线A 下止点线Rcos 8421sinsi21sin4而一般来讲，=1/3-1/4，且，Sin1 若从第三项忽略不计，则cos (3)21sin将（2） 、 （3）式代入（1）得：x=R+L-R cos-L(1- )2sin= R+L-R cos-L+ 又因为 L=1LRx=R- R cos+ 2si
3、= R（ 1- cos+ ）书中公式，该式还可进一步简化为n= R(1- cos)+ 2si41= R(1- cos)+ (1- cos2)=x1+x2 x1= R(1- cos) x2= R (1- cos2)413、活塞的运动速度导入：活塞的平均速度 Vm=2R/1000 =Sn 10-3/30；是对其在 0- 内的瞬时速度进行积分再除以 所得，Vm 的大小表明了该发动机的强化程度，而其在某一瞬时的速度可有下式导出：V= =r(sin+1/2sin2)=v 1+v2dxtdxt4、活塞的加速度a= Rcos+cos2）=a 1+a2vtvt其中：a 1 为第一简谐加速度，a 2 为第二加速
4、度5、活塞的运动规律线图由右式可得其运动线图如下（1） 、线图（2） 、分析、x 线图、v 线图（v 指向曲轴轴心为正，离开为负；）、a 线图（3） 、结论、尽管 大致可以认为是匀速，但活塞的运动速度基本成正弦曲线规律、由于速度的变化导致加速度也按一定的规律变化，从而产生惯性力，引起发动机的冲击和振动（活塞从上向下时，前半程 Fj 向上；后半程 Fj 向下。活塞由下向上运动时，前半程 Fj 向下，后半程 Fj 向上）二、曲柄连杆机构的受力分析导入：、内燃机中的主要运动构件，对外输出机构，曲轴的受力最复杂、曲柄连杆机构受到的作用力很多、由于机车速度变化较小，加速度很小，所以移动惯性力可以忽略不计
5、；摩擦力只可减小不能消除，这里不讨论；工作阻力是根据机器标定功率设计的，而且无时不刻都在变化，不加讨论、本章只讨论气体压力、往复运动的惯性力、旋转离心力1、气体压力 Fp（1） 、作功行程中的气体作用力：在作功行程中，气体作用力 Fp 作用在活塞顶上，传到活塞销上，分解为 Fp1 、 Fp2，分力 Fp1 沿连杆传到曲柄销上，并可分解为 FR 和FS，垂直于曲柄的分力 FS（sspeed） ； FS 形成转矩 Tq，推动曲轴旋转；分力 Fp2 则将活塞压向气缸的左侧（主压力面） 。（2） 、压缩行程：对在压缩行程中，作用在活塞顶上的气体压力 FP 也可以分解为两个分力 FP1 和 FP2，而F
6、P1 又可以分解为 Fs和 FR，分力 Fs对曲轴造成一个旋转阻力矩 Tq，企图阻止曲轴旋转，而 FP2 则将活塞压向气缸的另一侧（次压力面） 。总之，气体压力作用在活塞顶上，通过活塞销、连杆传力给曲轴，一部分最终由机体主轴承承受；另一部分通过曲轴终端产生输出扭矩。而倾倒力矩则使机体左右摇晃，因此，需通过螺栓使机体固定在车架上。2、构件相对运动的惯性力（1） 、曲柄连杆机构的运动质量、活塞组质量 mp 、曲轴组质量 ms、连杆组质量 mc mc 简化为mc=mcp+mcsmcp=0.3 mc mcs= 0.7 mc因此,在实践工程中将该机构的运动质量简化为两个mj= mp+ mcpmr=ms+
7、 mcs（2） 、往复运动的惯性力Fj= mja=mj 2Rcos+ m j 2Rcos2 =Fj1 + Fj2（3） 、旋转运动的惯性力FC= mr R 2 = FCX+ FCY 而 FCx= mr R 2 cosFCy= mr R 2sin3、作用在曲柄连杆机构上的合力（1） 、作用在活塞销上的合力(F A) (只讨论做功冲程中的情况，注意与 1 中符号的区别)FA=Fp+Fj ； 而： FA FA1 +FA2 其中： FA1= FA /cos ，F A2 = FAtg且： FA1F t+FR Ft 为驱动力。为进一步深入探讨 FR 的作用，再在轴心处加上虚拟的两个大小相等、方向相反的 F
8、t，上方的 Ft 与真 Ft形成驱动力偶矩，下方的 Ft 与 FR 又合成 FA1，F A1 又分解为 FA 和 FA2，上下的两个 FA2 形成倾翻力矩 MFA，该力矩由主轴承传至机座承受。FA FA1 1111fghh11FA2 1111fghh11FA1 1111fghh11FA2 1111fghh11FAFtFtFtFRFR向下运动时的前、后半程MFA= FA2（L cos +R cos）（2） 、作用在曲柄销上的离心力FC= mr R 2 = FCX+ FCY4、作用在曲柄连杆机构上未被平衡的力（1） 、F j（2） 、F C（3） 、M FA思考：曲柄连杆机构主要受哪些力的作用？未
9、平衡的力是什么？如何处理？第四节 曲柄连杆机构的平衡一、单缸发动机曲柄连杆机构的平衡导入：、单缸机的缺点之一震动、举例1、半平衡法：只在曲柄对称位置加平衡重块，可完全平衡 FC 和部分平衡 Fj，但沿垂于直活塞运动方向的分力不能平衡，故称半平衡法2、单轴平衡法：在曲轴的一侧增设一平衡轴，轴上也带平衡重快，可在较大程度上平衡 Fj，沿垂直于活塞运动方向的分力相互抵消，但仍有非平衡力偶存在。单轴平衡法平衡一阶惯往复性力3、双轴平衡法：并可使部分力偶矩的到平衡，但结构复杂双轴平衡法平衡二阶级惯性力4、四轴平衡法（亦称兰彻斯特平衡法）二、多缸发动机的平衡1、对于汽车发动机常用的直列四缸机、六缸机，从整
10、体上看，旋转惯性力系和一阶往复惯性力系已得到完全平衡（由于曲拐均匀布置且相对于曲轴中央主轴颈成镜面对称，惯性力合力及其合力矩均为零） （六缸机二阶往复惯性力系也已得到完全平衡，但四缸机的二阶往复惯性力系惯性力合力不为零2、曲轴的局部（即内部）却受到较大的弯曲力矩，过大会使主轴承过载，振动加剧。因此，四缸机一般在曲柄的反方向上设置平衡重，通常采用四块平衡重，以免曲轴转动惯量过大，容易发生共振，降低发动机最高工作转速。六缸机通常采用六块或八块平衡重，方案较多。三、保证曲柄连杆机构平衡的工程技术措施1、各部分精准的公差与配合2、活塞质量差 ，如：5g3、曲柄及连杆大端质量差 , 如：8g4、不平衡质径积 ，如：15gcm5、采用坚实的地脚螺栓等第五节 曲柄连杆机构的使用和保养一、定期清除各部积碳二、定期检查连杆螺栓的松动和裂纹，并按规定技术拧紧三、定期检查或更换活塞环四、定期清理离心净化室五、正确拆装汽缸盖六、注意振动及其消除
