柴油机曲轴平衡性分析说明书（全套图纸）.doc

2100T柴油机曲轴的平衡性分析 及平衡措施设计说明书 专业： 班级： 学号： 姓名： 目 录 绪论 2100T柴油机曲轴平衡性的理论分析与计算 旋转惯性力的平衡分析 往复惯性力的平衡分析 相关参数的确定和不平衡的惯性力及其力矩的理论曲线绘制 相关参数的确定 不平衡的惯性力及其力矩的理论曲线绘制 曲柄连杆机构多刚体动力学模型的建立 多刚体动力学方程 多刚体系统建模 曲轴系统建模 活塞系统建模 连杆系统建模 曲轴、活塞与连杆组件的装配 基于Adams的曲柄连杆机构动力学仿真分析 模型文件的导入 运动副的施加 运动仿真的初始条件 运动仿真的结果与分析 2100T柴油机平衡装置的设计 平衡方案的比较 平衡块平衡机构 单轴平衡机构 双轴平衡机构 方案的确定 平衡机构的计算 平衡机构的布置 平衡块的设计 结论 参考文献 1 绪论 往复式内燃机由于工作过程的周期性和机件运动的周期性，曲轴旋转时所产生的旋转惯性力和往复惯性力都是周期性变化的。如果这些力在机内不能相互抵消，传给支承的力也会不断变化。再者，由于输出转矩的波动，也会造成支反力的变化，这些就是往复式内燃机不平衡的原因。平衡性差的内燃机会引起机器在支承上振动，影响乘员的舒适性和驾驶的平顺性，同时会产生振动噪声、消耗能量、降低机器的总效率，还会引起紧固连接件的松动或过载，导致相关仪器和设备的异常损坏。因此，对于内燃机来说具有良好的平衡性极其重要。内燃机的平衡性分析包括两方面的内容：惯性力系的平衡性和扭矩的均匀性。 对于2100T柴油机，由于两缸机自身平衡系统的特殊性，其往复惯性力和该力形成的力矩是不平衡的，因此如何使两缸机既在结构上不过于复杂，又能满足平衡性要求，具有十分重要的意义。分析2100T柴油机曲轴的平衡问题，实质上就是对各缸往复惯性力和各曲拐旋转惯性力构成的空间力系进行简化，如果简化结果主矢量、主力矩均为零，则曲轴是平衡的，反之就不平衡，这是求出不平衡量随时间（曲柄转角）的变化规律即可。 虚拟样机技术在内燃机领域已经得到越来越广泛的应用。本文以多刚体系统动力学为理论基础，利用Proe软件平台建立柴油机曲柄连杆机构的实体模型，并采用ADAMS进行动力学仿真分析，可得到整个系统协调运作下的运动规律和动力学特性参数。针对2100T柴油机存在的平衡问题，在结构允许的范围内提出相应的改进措施和设计合理的平衡机构，根据仿真模拟结果，不断调整，最终得到一套比较可行的平衡方案。 2100T柴油机曲轴平衡性的理论分析与计算 旋转惯性力的平衡分析 内燃机的旋转质量系统（由各曲拐的旋转质量组成），不但要求静平衡，而且要求动 平衡。只有当系统旋转时不但旋转惯性力合力，而且合力矩，才完全平衡。 如图1所示，2100T柴油机的曲轴两曲拐夹角为180，显然满足静平衡方程：。但动不平衡，存在不平衡的离心力矩。 图1 曲轴简图 根据图1，我们可以计算得到，其中为曲拐的旋转质量，为曲轴旋转的角速度，为曲柄半径，为两曲拐之间的距离。 往复惯性力的平衡分析 根据曲柄图可以判断内燃机的平衡情况，图2和图3分别为2100T柴油机的一级和二级曲柄图。 图2 一级曲柄图 图3 二级曲柄图 由图2可知，一级曲柄图的两曲拐是沿圆周均匀分布的，故其一级往复惯性力是平衡的。与此同时，根据图1，可知曲轴两曲拐相对于轴线中点非对称分布，故2100T柴油机存在一个不平衡的一级往复惯性力矩。经过计算得到，，其中，为往复直线运动部分的质量，为曲柄转角。 由图3可知，二级曲柄图的两曲拐沿圆周非均匀分布，故其二级往复惯性力是不平衡的。经过计算得到，，由于二级往复惯性力是不平衡的，就更谈不上二级往复惯性力矩的平衡问题了。 相关参数的确定和不平衡的惯性力及其力矩的理论曲线绘制 通过前面的分析计算，我们已经知道2100T存在不平衡的离心力矩、一级往复惯性力矩，二级往复惯性力及其力矩。为了平衡离心力矩，一般可通过在曲柄上布置平衡重来保证动平衡。本机型受空间限制，只能采用完全平衡法，即在曲轴上布置四个平衡重。对于往复惯性力及其力矩来说，主要是采用安装双轴平衡机构，但结构比较复杂。因此，后期的平衡优化主要针对不平衡的往复惯性力及其力矩展开。 3.1 相关参数的确定 根据前面计算得到的不平衡往复惯性力及其力矩的公式，所涉及的相关参数主要包括往复运动质量，曲轴旋转的角速度，曲柄半径，连杆长度，两曲拐之间的距离。 由2100T柴油机主要技术参数及图纸，上述参数可确定如下： 往复运动质量 ； 曲轴旋转的角速度； 曲柄半径； 连杆长度； 两曲拐之间的距离。 3.2 不平衡的惯性力及其力矩的理论曲线绘制 将3.1中参数带入前面计算得到的公式，可以得到不平衡的一级往复惯性力矩随曲柄