内燃机旋转惯性力的平衡分析

内燃机旋转惯性力的平衡分析 — f王 2第00 . 0 期~鼍;3蓑oIL石FIE油LD矿场EQ机Ul‰ENT2000.29(6)40,42 文章编号:i001—3482(2OO0)06—004003 内燃机旋转’陨性力的平衡分析 / 左其文,孟凡昌,张思敏———_?一————一 (1.华北石油管理局第一机械厂,河j:膏县062650{2.兰州石化职业技术学院,甘肃兰州730060) 摘要:内燃矶(尤其是柴油机)作为机械和贵电设备被广泛使用干石油钻井领域,由干内燃机使用的工况不同.对内燃机的稳定性 要求也不厚相同.尤其是耐由燃帆的振动要求,要求内燃机考规定的二况范内运转时,应有良好的整体稳定性.而影响内燃机整 体稳定性的王要因素(隈于内燃矶自片)就是曲轴皓照转惯性卉,其一争瞄性力和=伊惯性力在内燃机的新机,制造过程中已 基术被平衡.平衡物体主要是曲轴丑l静垃和平衡抽等,但在内燃扭 曲太修过程中遣种平衡可能由于更接曲轴,平衡块,活塞,连歼 霉而被艘坏.现文针对由轴曲旋转惯性力作简要平衡劳析.供修理由 燃机枣考. 关键词竺塑王塑;坩.拆切 中图分类号:TE924021文献标识码:B. Equilibriumanalysisoncrankshaft’srotationinertiaforce ofinternalcombustionengines wen,MENGFan—chang+ZHANGSi—min zuOQi— (1.NolMachineryManufacturingPlant?HuabeiPrAdministration?Qingxian062650-Chinaf 2.LanzbxmparochemicalProfessionalTechnologyInstitute,Lanzhou730060-China) Abstract:Internalcombustionennes(particularlydieselengine)arewidelyusedinthefieldofo.1drilling asonekindofmachineryandelectricityequipment.Becauseofthedifferenceofinternalcombustion engine’sworkingcondition,therequireisdifferentinstability.Particularly,th evibrationrequireshould befulfilled.Internalcombustionengineshouldhavegoodstabilityinwholewhenitisworkinginstandard workingcondition.Mainfactorthataffectsinternalcombustionengine’sstab ilityinwhole(onlyinternal combustionengine)iscrankshaft’srotationinertiaforceThefirst—orderand secondorderinertiaforce havealreadybeenbalancedduringtheprocessofinternalcombustionengine’sdesigningandproducing Thebalancethingsaremainlybalancingweightandbalancingshaftetc..Butduringtheoverhaulof internalcombustionengine,thebalancemaybelostwhencrankshaft,balancingweight,piston, connectingrodetc.arereplaced.Thetextsimplyanalyzesthebalanceofrotationinertiaforcethatcanbe takenasthereferenceofinternaIcombustionengineoverhauI Keywords:internalcombustionengine;crankshaft;rotary;inertiaforce}equilibrium 当内燃机在稳定工况运转时,如果支承所承受 作用力的大小和方向均不随时间(或曲柄转角)变 化,则称此内燃机是平衡的.但是往复式内燃机由于 工作过程的周期性和机件运动的周期性,运转中所 产生的旋转惯性力(或称离心力)和往复惯性力都是 周期性变化的这些力如果在机内不能互相抵消,传 给支承的力也会不断变化.再者,由于输出扭矩的波 动,也会造成支反力的变化,这就是往复式内燃机不 平衡的原因 1内燃机平衡的分析方法 分析内燃机的平衡问题,实际上就是对由各缸 往复惯性力F和各拐旋转惯性力F,构成的空间力 系进行简化. a)解析法任取坐标系,求各力和力矩在坐 标轴上投影之和?F和?,若ZF一0,EM=0,则 收稿日期:20000710 作者简价:左其文(1963一),男.河北省沧州凡.工程师1986年毕业于 江汪石油学院机械系?现从事机械设计工作 左其支,等:内燃机旋转惯性力的平衡分析 内燃机是平衡的,若EF?0或??0,则不平衡. b)图解法作力和力矩的多边形,如多边形 封闭,则平衡;如不封闭,则封闭矢量的大小和方向 就代表不平衡量的大小和方向.虽然往复惯性力F 大小随时变化,但因F,t和F.(以及阶数更高的四 阶,六阶等惯性力)都可用旋转矢量定轴投影来表 示,而旋转惯性力F就是大小不变的旋转矢量. 内燃机的旋转质量系统(主要由各拐的旋转质 量%组成)不但要求静平衡而且要求动平衡.所谓 蛭一脏 j-j- a静不平衡系统 静平衡就是说质量系统旋转时离心合力等于零,即 系统的质心位于旋转轴线上(圈lb).因为质心是否 偏离轴线可以静态检查,所以叫静平衡.但当旋转质 量不在同一平面时,静平衡不足保证运转平稳,如 图1b静平衡系统旋转时会给支承造成F一 %一的附加动负荷.只有当系统旋转时不但旋 转惯性力合力F一0,而且台力矩一0.才完全平 衡,该平衡叫动平衡(图lc).图1中F,,F,F 为惯性力 h静平衡系缆c动平衡系统 圈1十衡与动平衡系统 2旋转惯性力平衡性的分析方法离心力合力n一r+..+ .——————————————————————————————— 2.1复数解析法fI{l 以三拐曲轴为例来说明这一方法.三拐曲轴如I厂L-]flJ 图2,曲拐夹角为120..对四冲程发火顺序为1—3一.=_圭J{Ir三1} 2,对二冲程发火顺序为1—2—3.IJ, 第1拐旋转惯性力为F-=F,第2拐旋转惯 性力为F,--Fe”j,第3拐旋转惯性力为F一 ,”i,矢量和 F一Fe+F,{+F.专一0, 所以曲轴是静平衡的.同理可分析其合力矩.按照 右螺旋法则,力矩矢量与对应的力矢量相位差9O., 故若简化中心取在第3拐的中心0点,则有 — F一’一号2.+F(+{一号&一?了F…扣, 由此可见,不平衡的离心力矩矢量大小为?3aF, 它与第1曲拐的夹角:%(如图2)对任意多拐 曲轴(如图3),若曲拐间夹角为8’.用上角()表 示发火顺序号,则各拐旋转惯性力分别为 F(1)一F…一F , Fc”=F,一F,ei(一, F,(n=F一F’一, 图2三拐曲轴 3多缸拉动机旋转惯性力平衡性解廿r倍币蘑 若F一0,则静平衡,否则旋转惯性力不平衡. 通常在各拐夹角相同的情况下,总有F一0.同理, 可求得合力矩 “=F一号d”, )=F一;一, 一 一Fe(一}..…. 合力矩M—Frei()t2(+Frei(一j一dcz,+… “ 2 OILFIELDEQUIPMENT2000Vo】.29?6 +Fm—j一..若A—O.则曲轴动平衡,若 ?0,则可按述公式求出不乎衡力矩矢量的大小和 方向. 2.2图解解析法 用图解解析法分析旋转质量的平衡时.先作出 一一 各离心力F,和各离一L-力矩的矢量多边形,然后 用几何方法计算封闭矢量的大小和方向,作图可在 曲轴轴向投影图(称为曲轴删视图)L进行.以四曲 拐布氍在2个平面内的空间曲轴为倒(如图41. 将各拐以离心力F向某选定的坐标愿点O 平行移动,画出离心力的曲柄侧视图干仃力多边形(如 4 4b),从力多边形求得F=EF一0,故旋转质系 是静平衡的. 各旋转惯性力F对.点之 化点选择无关.否则就有关.所以当F.一0时,,与 O点位黄无关,但当F?0时,研究就没有意义. 当一0时,一股可取最后一拐中点作为力矩简化 点,这样可使作图和计算简化. 『.【日扣{叫曲轴’F-衡丹析 3结论 以上简要分析了惯性力的平衡原理,但在曲轴 的实际修理中经常会出现曲轴弯曲变形;曲轴连杆 轴颈由于磨损而使轴心偏移,磨削后拐角变化;个别 平衡块质量偏差较大这些都会破坏曲袖旋转惯性 力的平衡精度,修理中应特别注意,否01IJ,如果个 别平衡块去重较多,会严重影响单拐的平衡性.这 种现象在柴油机运转的中,后期,由于曲轴会产生 程度不同的弯曲变形,会加大曲轴的不平衡重,从 而使柴油机产生振动 参考文献: [1]荆诺夫内燃机理[M].北京:机械工业出版社. 1968 [2:杨连生.内燃机|殳计[M:.北京:中国农业机械出版杜. 19R1