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1、四冲程直列五缸机平衡分析,吉林大学汽车学院内燃机系袁兆成,一、曲柄连杆机构受力分析,（一）曲柄连杆机构的运动学(活塞的运动学)（二）曲柄连杆机构中的作用力,曲柄连杆机构中的惯性力惯性力与运动质量有关，该机构中的运动质量有往复运动质量,旋转运动质量,往复惯性力,旋转惯性力Fr,往复惯性力的性质：a.Fj与a 的变化规律相同，两者相差一个常数mj，方向相反。b.可以用旋转矢量法确定Fj和Fj的大小、方向，用来判断往复惯性力作用性质。c.Fj和Fj 始终沿着气缸轴线作用。d.往复惯性力总是存在。所以由Fj产生的单缸扭矩、翻倒力矩和自由力总是存在。但是曲轴一转内，翻转力矩之和、自由力矩之和为零。,四、
2、往复惯性力和气压力作用的差别,气压力Fg 是做功的动力，产生输出扭矩。气压力Fg 在机体内部平衡，没有自由力。Fj 没有平衡，有自由力产生，是发动机纵向振动的根源。Fjmax FgmaxFj 所占区域长，总是存在，正负面积相等；Fg 呈脉冲性。,二、内燃机的平衡,平衡的基本概念 旋转惯性力的分析 单列式内燃机往复惯性力的平衡分析,旋转惯性力的分析,旋转质量,旋转惯性力,、静平衡和动平衡,质心在旋转轴上,动平衡,静平衡,旋转惯性力平衡分析,为使动平衡：,1.单拐曲轴,2.三拐曲轴（132，四冲程或二冲程),作曲柄侧视图及轴侧图,图解法,对三个缸作离心力的矢量图,是静平衡,对O点（最后一拐中心）取
3、矩，作力矩矢量图,整体平衡方法,四拐平面曲轴离心力分析,离心惯性力的合力为零，离心惯性力矩也是零,曲轴本身承受有最大达,的内弯矩，而且中间主轴承承受较大的离心负荷,常见的有如图所示的四块平衡重方案，以减轻内弯矩和轴承负荷,四冲程五拐曲轴旋转惯性力分析（1-2-4-5-3）,四冲程5曲拐布置图,四冲程5曲拐轴测图,1,2,4,3,5,四冲程五缸机旋转惯性力分析图解法,曲柄侧视图,四冲程5拐曲轴旋转惯性力多边形,四冲程五缸机旋转惯性力矩分析,四冲程5拐曲轴旋转惯性力矩多边形旋转惯性力矩不平衡，值比较小,利用矢量投影求和的代数方法，求离心力矩的大小和方向,假设缸心距为a，对第五缸中心取矩,各矢量在x
4、轴的投影和为,各矢量在y轴的投影和为,合力矩为,合力矩的方向与y轴的夹角为,旋转惯性力矩不平衡，但是值很小，在平衡块上简单处理采用整体平衡时，平衡块质径积为：,二冲程五拐曲轴旋转惯性力分析（1-2-4-5-3）,二冲程5曲拐布置图,二冲程5曲拐轴测图,1,4,3,5,2,二冲程五缸机旋转惯性力分析图解法,曲柄侧视图,二冲程5拐曲轴旋转惯性力多边形,二冲程五缸机旋转惯性力矩分析,二冲程5拐曲轴旋转惯性力矩多边形旋转惯性力矩不平衡，值比较大,利用矢量投影求和的代数方法，求离心力矩的大小和方向,假设缸心距为a，对第五缸中心取矩,各矢量在x轴的投影和为,各矢量在y轴的投影和为,合力矩为,合力矩的方向与
5、y轴的夹角为,旋转惯性力矩不平衡，值很大，设计曲轴必须考虑采用整体平衡时，平衡块质径积为：,单列式内燃机往复惯性力的平衡分析,几个基本概念,2往复惯性力始终沿气缸轴线作用，大小和方向按简谐规律变化，力矩总是作用在气缸中心线与曲轴中心线组成的平面内。,都是不平衡的自由力，如果不采取平衡措施，就会传到支承上，引起纵向振动。,1.往复惯性力可以用旋转矢量表示为,3,单列式三缸机平衡分析法,发火顺序132,发火间隔角,单列四冲程四缸机（1342）,作曲柄图和轴侧图,1 4 1234,2 3,一阶曲柄图 二阶曲柄图,惯性力分析,单列四冲程六缸机（153624）,惯性力分析：,惯性力矩分析：,相当于两个三
6、拐曲轴对称安置，,在自身已经达到静平衡和动平衡性的曲轴上添加平衡重，目的是减轻轴承负荷和减小曲轴的内弯矩。,单列四冲程五缸机（12453）发火间隔角,作曲柄图和轴测图,可以看出：一阶惯性力和二阶惯性力的合力都是零，是平衡的。,1,2,4,3,5,1,2,4,3,5,四冲程五缸机一阶往复惯性力矩分析,一阶力矩各矢量在x轴的投影和为,各矢量在y轴的投影和为,合力矩为,一阶合力矩的方向与y轴的夹角为,与水平轴的夹角为54向水平轴投影得到此时的实际一阶往复惯性力矩为,二阶往复惯性力矩分析,二阶往复惯性力矩的合力矩幅值为,与水平轴的夹角为18向水平轴投影得到此时的实际一阶往复惯性力矩为,即使考虑到连杆比（1/3），二阶往复惯性力矩的值也比较大，大于一阶往复惯性力矩的幅值。设计中应该采用双轴机构进行平衡。,二阶往复惯性力矩分析与平衡措施,平衡轴的质径积为,平衡轴上的平衡块两两相反，对称布置,
