曲柄连杆机构的所有运动零件可分为三组： （1）沿气缸轴线作直线往复运动
（2）均匀转动的曲拐
（3）平面运动的连杆组
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2. 连杆的质量换算
二质量系统
三质量系统
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二质量系统
m1 ml (l l ) / l m2 ml l / l
等效原则： •质量相等 •质心重合 •转动惯量相等
12
5
4.1.2 曲柄连杆机构受力分析
一、气体作用力
二、惯性力
三、零件的受力分析
6
一、气体作用力
1、气体作用力
pg
Fg
D2
4
( pg p )
'
p′
f g pg p'
7
2、缸内压力
8
二、惯性力

曲柄连杆机构的运动及质量换算
往复惯性力 旋转惯性力
9
1.曲柄连杆机构的运动
3.往复质量和往复惯性力 （1）往复运动质量
mj mp m1
（2）往复惯性力
mj r2 cos cos 2 Fj mj x
a
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4. 旋转质量与惯性力
（1）旋转质量
mr mc m2
mc (1/ r)mi ri
（2）离心力
Fr mr r
' 1
法向力：
F F1 cos
F cos( ) Fn F cos( ) cos
' 1
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4、发动机的转矩
Fr sin( ) T F r t cos
18
5、倾覆力矩
Tk Fc h T
r sin( ) sin
4.1 内燃机动力学
Kinematics Analysis of Engine
主要学习内容:
曲柄连杆机构运动学 曲柄连杆机构受力分析 内燃机质量平衡
1
4.1.1 曲柄连杆机构运动学
1.曲柄连杆机构：活塞、连杆、曲轴
2.机构运动： 活塞——直线运动 连杆——平面摆动 曲拐——旋转运动
2
3、运动规律
24Βιβλιοθήκη 25264.1.3 内燃机质量平衡
内燃机曲柄连杆机构的往复质量和旋转质量在 内燃机高速旋转时会产生很大的往复惯性力和旋转 离心力。这些惯性力必须通过发动机的总体布置、 在曲轴飞轮系上加适当的平衡块或设置专门的平衡 轴等方法加以平衡，以减少发动机的振动 。
27
不平衡力源： 1. 往复惯性力
2
2
2mp rp mr r
合力矩为零。
30
2、二缸机的平衡块设计

合力为零 合力矩需平衡
M r aFr amr r 2
完全平衡同单缸机。 整体平衡：
完全平衡
整体平衡
Mr bFp2 bmp2rp
2
31
3、三缸机的平衡块设计
32
4、四缸机的平衡块设计
33
2. 旋转离心力
3. 倾覆力矩（输出转矩的反作用力，无法 平衡。多缸机转矩波动小，倾覆力矩的 激振减弱。）
28


√离心力的合力及合力矩的平衡
一阶往复惯性力的合力及合力矩的平衡 二阶往复惯性力的合力及合力矩的平衡
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曲轴平衡块的设计——离心力的平衡
1、单缸机的平衡块设计
2mp rp mr r
x r 1 cos l 1 cos
定义： r l
2n 曲拐角速度 60 活塞位移
cos 1 sin
2 2
1 x r 1 cos (1 1 2 sin 2 )
3
cos 1 2 sin 2 1 2 2 1 4 4 1 6 6 1 sin sin sin 2 8 16 1 2 2 1 sin 2
活塞位移简化
x r 1 cos (1 cos 2 ) 4
4
活塞运动速度和加速度
x r sin sin 2 2
r cos cos 2 x
2
活塞运动的位移、速度和加速度由两项组成，即由 两个简谐运动合成。
2
14
三、受力分析
1、活塞受力
气体作用力 ＋往复惯性力
F Fg Fj
15
2、连杆小头受力分析
侧推力：
FC Ftg
F F1 cos
F1
F cos
连杆力：
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3、曲柄销受力分析
切向力 ：
F sin( ) F F sin( ) t cos
h
TK FC h T
FC Ftg
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图4-6 惯性力引起的力和力矩 a)对活塞、连杆、曲轴及其轴承的作用 b)对机体、气缸盖的作用 20
运转的平稳性
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发火间隔角：720/4=180 发火顺序：1-3-4-2 当前1缸作功
22
23
发火间隔角：720/6=120 发火顺序为1-5-3-6-2-4