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1、第二章 曲柄连杆机构动力学11 曲柄连杆机构运动学一、中心曲柄连杆机构（正置曲柄连杆机构）,图中：A活塞销中心 B曲柄销中心 L连杆长度 R曲柄半径 S活塞行程，S=2R 曲柄半径连杆长度比（连杆 比），=R/L 曲柄转角：曲柄顺时针方向 旋转时，从气缸中心线的上 方起顺时针方向为正 连杆摆角：自气缸中心线向右 为正 x活塞位移，从上止点位置向下 为正,1、活塞位移： （精确式） （近似式）,近似式与精确式相比误差很小，如当=1/3.5时，曲柄转角为90度时误差为最大，在0.003R左右，此精度在工程上已足够。,2、活塞速度： （精确式） （近似式）,由近似式可得出活塞最大速度及最大速度时曲轴
2、转角 由活塞速度精确式，近似取cos=1，在近似估计时，可认为最大速度出现在+=90时，即连杆中心线与曲柄成直角位置，此时,与精确式相比，计算=k90时的速度，近似式没有误差；其余角度时的误差很小，如当=0.32时，最大误差不大于0.0057R，相对误差小于0.83%。,由近似式可得出活塞平均速度活塞的最大速度和平均速度之比是反映活塞运动交变程度的一个指标： （此值约为1.6）,3、活塞加速度 （精确式） （近似式）用近似式计算加速度在=0、180时没有误差，在=90、270时误差最大。以=0.32时为例，相对误差约为 5.3%,由近似式可得出活塞加速度的最大值和最小值： 当1/4时，=0时活
3、塞正向最大加速度 （极大值） 时活塞负向最大加速度 （极小值，在180360范围内还有一个） （极大值）,=180时活塞的加速度已不是最大负向加速度,可以看出，对于中低速柴油机其连杆较长，小于1/4，活塞加速度在360范围内只有两个极值；对于高速内燃机，一般大于1/4，活塞加速度在360范围内有四个极值实际发动机的活塞最大加速度：汽油机amax=(500-1500)g 柴油机amax=(200-800)g,4、连杆的运动连杆在摆动平面内的运动是随活塞的往复运动和绕活塞销的摆动的复合运动。往复运动规律上面已给出，这里只考虑摆动。连杆摆角： （精确式） （近似式）在=90或270时达到极值： （精
4、确式） （近似式）连杆摆动角速度L： （精确式） （近似式）,在=0或180时达到极值： 连杆摆动角加速度L： （精确式） （近似式）在=90或270时达到极值： （精确式） （近似式）摆动角速度和角加速度精确式中分母均近似等于1，因此两者均随近似按简谐规律变化。,在曲柄连杆机构运动学计算中，通常将活塞的位移、速度和加速度分别除以R、R、R2，无量纲化，写成无量纲位移（活塞位移系数）： （精确式） （近似式）,无量纲速度（活塞速度系数）： （精确式） （近似式）无量纲加速度（活塞加速度系数）： （精确式） （近似式） 再将不同值下上述无量纲量的数值列成表格，以备查用。,二、偏心曲柄连杆机构（偏
5、置曲柄连杆机构）1、采用偏心曲柄连杆机构的原因,凡是曲轴回转中心线或者活塞销中心线不与气缸中心线相交的曲柄连杆机构都是偏心机构。根据偏心方向的不同，分为正偏心机构和负偏心机构。正偏心机构（如图a、图b所示）在活塞下行时连杆摆角较小，使得作功行程中活塞侧推力有所减小。,正偏心机构多用于柴油机，目的是改善散热，减轻主推力边的热负荷，使顶环隙整个圆周上不积碳。,负偏心机构广泛应用于车用汽油机中，目的是减轻活塞对气缸壁的敲击，降低运转噪声。,（a）进、排气上止点前后 （b）压缩上止点前后 活 塞 销 负 偏 置 的 作 用,2、偏心机构运动学参数活塞销或曲轴对气缸中心线的偏心距e与曲柄半径R的比值称为
6、偏心率：=e/R。规定正偏心机构的e和为正，负偏心机构的为负。各运动学参数如下活塞上止点时的曲柄转角：,活塞下止点时的曲柄转角： 活塞行程： 活塞位移：,活塞速度：,活塞加速度： 连杆摆角：连杆摆动角速度：连杆摆动角加速度： 将上述各式与中心曲柄连杆机构运动参数相比，只是多了含的项。由于汽车发动机的偏心率通常都很小，两者的差别很小。,22 曲柄连杆机构受力分析 气体作用力 惯性力 作用在曲柄连杆 重力 机构上的作用力 负荷的反作用扭矩及机构的支撑反力 机构相对运动的摩擦力 一、曲柄连杆机构的惯性力 惯性力：加速度 质量 （一）曲柄连杆机构的换算质量 曲柄连杆机构加速度有往复运动加速度和离心运动加速度两种，计算两种加速度引起的惯性力需将整个曲柄连杆机构的质量分别换算成往复运动质量和离心运动质量。,1、 活塞组质量mp：含活塞、活塞环、活塞销质量2、 式中 mz曲柄销部分质量； m单个曲柄臂不平衡质量； 曲柄臂不平衡质量质心到曲轴回转中 心距离,曲柄换算质量mk：,
