第2章受力分析.ppt

《内燃机车柴油机》
第二章柴油机的受力分析
第一节曲柄连杆机构的受力
第二节运动惯性力对柴油机工作的影响
一、概述
柴油机工作时,作用在曲柄连杆机构上的力有下列几种:
⑴作用在气缸和活塞上的气体力;
⑵运动件的惯性力;
⑶运动件的重力;
⑷负载的反作用扭矩;
⑸机构的支承反力;
⑹热应力。
运动件的重力,在高、中速柴油机中由于其数值较小,一般不予考虑;柴油机负载的反作用扭矩,与曲轴的输出扭矩相平衡;热应力与结构、受热及冷却等因素有关,情况较复杂,不予考虑。
第一节曲柄连杆机构的受力
二、气体力
是指气缸内工质的作用力,沿着气缸轴线作用到活塞顶面和气缸盖底面,同时又径向作用到气缸内圆面。
作用在活塞上的气体推力为:
Pg=(p-p0)×(π/4)×D·D/1000 (N)
p——气缸内的气体压力 KPa
p0——作用于活塞背部的曲轴箱内气压,一般近似取98KPa。
气体力是机构运动的原动力,它与柴油机的工作过程及负荷大小有关,与柴油机的转速无直接关系,循环变化,最大值Pz在上止点附近。
三、运动惯性力
(一)产生原因
变速运动→加速度
牛顿第二定律 F=ma
之所以有加速度,因为物体上作用有外力F,根据作用力与反作用力定律,如果有外力改变它原有的运动状态,必然有一个反作用力,此反作用力就是惯性力Pa,与加速度的方向相反。
Pa=-ma
特快列车紧急制动或列车急剧减速时,人体往前伸,这就是惯性力的作用,列车作负加速运动,加速度方向向后,惯性力向前,人体质量愈大,惯性冲动愈大。
(二)往复运动惯性力
活塞上、下止点时速度为0,向下速度为正。在曲轴转角90度处达最大值,此后逐渐减慢;在270度处达反向速度的最大值,此后又减慢。
c≈r·ω·sinα+ (λ·r·ω)/2·sin2α
j≈r·ω·ω·cosα+ λ·r·ω·ω·cosα·cosα
c—活塞速度,j—活塞加速度
近似看作一级和二级值的合成,一级值随曲轴转一转而循环变化一次,二级值随曲轴转一转而循环变化二次。
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活塞销
活塞
气缸
连杆
曲柄销
主轴承
机体
(三)离心运动惯性力
旋转质量mr=曲柄质量+连杆大头附近的质量
Pr=-mr·r·ω·ω
曲轴匀速,Pr不变,方向瞬变,主轴颈中心指向曲柄销中心;在活塞上、下止点时,Pr与气缸中心线重合。
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四、气体力与往复运动惯性力的合力
都沿气缸中心线方向,都作用在活塞组上,可合成分析效果。
∑P=Pg+Pj
作用于活塞销中心
∑P分解为: