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内燃机设计03内燃机设计03第三章内燃机的平衡第一节概述内燃机运转时产生往复惯性力，旋转惯性力及反扭矩等，这些力或力矩是曲柄转角的周期性函数。在内燃机一个运转周期中，惯性力及其力矩和反扭知的大小、方向在变化，或大小和方向都在变化，并通过曲柄轴承和机体传给支架，使之产生振动。所以，这些力或力矩就是使内燃机运转不平衡的原因。静平衡和动平衡曲柄旋转质量系统，不但要求静平衡，也要求动平衡。静平衡：质量系统旋转时离心合力等于零，即系统的质心（重心）位于旋转轴线上。动平衡：质量系统旋转是，旋转惯性力合力等于零，而且合力矩Mr也等于零。第二节单缸内燃机的平衡一、旋转惯性力的平衡单缸内燃机的总旋转惯性力，包括曲柄不平衡质量和连杆换算到大头处的质量所产生离心力之和。Pr??mrR?2该离心力的作用线与曲柄重合，方向背离曲柄中心，因此，只需在曲柄的对方，装上平衡重，使其所产生的离心力与原有的总旋转惯性力大小相等、方向相反即可将其平衡。通常平衡重是配置两块，每个曲柄臂上各一块，这样可以使曲柄及轴承的负荷状况较好。所加平衡重的大小m?B为：22?2m?m?r??mR?B?BBrRmr?2rBm?B——平衡重质量?——平衡重质心与曲轴中心线之间的距离rB为了减轻平衡重质量并充分利用曲轴箱空间，可尽量使平衡重的质心远离曲轴中心线。二、往复惯性力的平衡一次往复惯性力PjI??mjR?2cos?二次往复惯性力PjII??mj?R?2cos2?令C?mjR?2从形式上看，Pj与离心力一样，但这是mj的往复质量而不是旋转质量。如果把C假想看成是一个作用在曲柄上的离心力，则一次往复惯性力PjI，就相当于该离心力在气缸中心线上的投影。因为这个离心力是假想的，只是形式上相当于一个离心力，故把它作为一次往复惯性力的当量离心力。现把这个当量离心力的质量分成完全相等的两部分。即各等于mj2，并使一部分内气缸中心线开始，半径R的圆上，以向速度顺时针方向旋转，另一部分以同样条件下反时针方向旋转，显然它C们的离心力分为。正转部分离心力作为PjI的正转矢量，A1表示。反转部分离心力作为PjI的反2转矢量，B1表示。在活塞位于止点时，此两当量重合于气缸中心线上。在任一曲轴转角时，正转矢量A1与反转矢量B1的合矢量都落在气缸中心线上，其方向及大小与一次往复惯性力的方向及大小一致。这是因为A1、B1在气缸中心上的投影为CCA1cos??B1cos?????cos??cos??Ccos??PjI22在垂直于气缸中心线方向，A1与B1的投影正好大小相等，方向相反，其和为零。CCA1sin??B1sin?????sin??sin??022同理，二次惯性力正、反转矢量，用A2、B2表示。两矢量重合于气缸中心线上，一正、一反，以2倍于曲轴角速度（2?）旋转。在任一曲轴转角时，A2＋B2的矢量合，都落在气缸中心线上，其方向及大小与二次往复惯性力PjII的方向及大小相同。用正、反转两个矢量来分析惯性力的作用，是平衡分析中行之有效的一种方法。一次惯性力PjI可用两个质量所产生的离心力矢量来代替，所以要想将PjI全部平衡，只要平衡掉这两个离心力即可。具体的做法是采用两根旋转方向相反的平衡轴。第三节单列式多缸内燃机的平衡多缸机，各缸产生的一、二次往复惯性力却是沿各自气缸中心线，因此是互相平等，且作用在同一平面内（气缸轴线平面）；只是一次惯性力与二次惯性力变化频率不相同。各气缸的旋转惯性力沿各自曲柄方向作用在不同平面内。由于各气缸中心线之间有一距离，因此各缸的往复惯性力，和旋转惯性力对于与曲轴轴线垂直的某一参考平面（一般取通过曲轴中央的平面为参考平面），还将产生力矩，如互相抵消，本身就平衡了，如不能抵消，则是不平衡的。离心力产生的力矩和离心力矩，用?Mr表示。由于绝大多数多缸内燃机，曲柄排列从曲柄端视图看，都是均匀分布的，而各缸的离心力大小相等，方向又与曲柄一致，所以离心力的合矢量?Pr在这种情况下就互相抵消了，即?Pr?0。但是由于各缸的离心力作用线不在同一平面内，即使?Pr?0，它们还可能产生合力矩?Mr。这个力矩所在平面通过曲轴中心线，以角速度?旋转，所以，它在垂直平面和水平平面的两个分力矩?Mry与?Mrx的大小和方向都是变化的。至于一、二次往复惯性力，虽然始终作用在气缸轴线平面内，但各缸中该力的大小和方向都是随曲轴转角?而变化的。所以，对多缸机而言，既使曲柄排列均匀，也只有一次惯性力的合力为零，即?PjI?0，其它各次惯性力（如?PjII）就不一定这零。此外，一、二次惯性力，象离心力一样，也要产生合力矩。并用?MjI、?MjII来表示，它们与?Mr所不同的是，始终作用在气缸中心线所在平面，而数值大小随曲轴转角?变化。一、四冲程两缸机的平衡两缸机曲柄采用1800型式。1、旋转惯性力的合力?Pr?Pr?