第六章柴油机及轴系振动

管子、附件等设备的损坏及柴油机装置本身的损坏，以致影响整 个船舶的正常使用，并可能造成威胁船舶安全的后果。
柴油机平衡：
要使柴油机具有良好的动力性能，必须正确分析振动力源的特性 ，采取各种措施，减小、消除振动。对于往复惯性力源及回转惯 性力源，一般采用平衡方法来消除或减小其影响，这种方法称为 柴油机平衡。
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一）引起柴油机及轴系的振动力源
1、往复惯性力和力矩； 2、回转惯性力和力矩； 3、气缸气体力和力矩； 4、螺旋桨因桨叶有限，造成轴向和周向的振动。
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二)振动的危害及平衡
1、振动使磨损增加、噪音上升、管理人员的生活及工作条件恶化； 2、影响机器和仪器的正常工作，若共振将引起柴油机装置的各种
作用点：简化为连杆小端轴承中心。
该力使柴油机上下振动，并和气体力一起形成倾覆力矩。
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三、曲柄连杆机构的作用力
2）离心惯性力FR：
大小：
Fr mR R 2
方向：离心向外，随曲柄旋转。
作用线：与曲柄中心线重合。
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3、倾覆力矩平衡 倾覆力矩是输出扭矩的反作用力矩，不能平衡。 由固定机座的螺栓来承受。
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三、曲柄连杆机构的作用力
2、惯性力
1）往复惯性力Fj：
大小： F j m j x x R2(cos cos 2 )
Fj
(mj R2
cos
mj
R
4
(2)2
cos2
F方j1向：与m加j R速度2 c的o方s向相反，F与j2 气 缸m中j心4R线(平2行)。2 c在os上2止点时向上，
下止点时向下。
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第一节 活塞、连杆的运动及受力
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一、曲柄连杆机构的运动 1、 活塞位移x
x L R R cos L cos
R(1 cos ) L(1 cos )
由几何关系可得 ：
R sin L sin
令曲柄半径与连杆长度为
则有： R sin L sin
称为连杆比，是柴油机的基本结构参 数。柴油机的约为1/5~1/3。
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二、多缸柴油机的振动与平衡
在多缸柴油机中，由各单缸的平面力系组成了一个空间 力系。因此，除了合成的各种惯住力外，还会形成各种 合成的惯性力矩。如三缸机受力情况：
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三缸机的离心力和往复惯性力
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多缸柴油机可能存在的振动力源
sin sin
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根据三角函数关系
有：
所以
sin 2 cos2 1
cos 1 sin2 1 2 sin2
——此乃活塞位移的精确公式。
x R1 cos L 1 1 2 sin2
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活塞的位移
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将 cos 1 2 sin2 依照二项式定理展开，可得：
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简谐振动的概念三
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3、受迫振动与共振 周期性外力的持续作用下发生的振动。 振动引起振幅的大小，不仅与周期性外力的大小有关，而且和外力 的频率和振动体的固有频率有关。 当外力 的频率与振动体固有频率接近或相等时，振动引起的振幅会 急剧增大——共振。
柴油机的振动，实际上就是受迫振动，因此应特别关注 共振的问题！
4、连杆力偶平衡 通常，由于Mc较小，一般可忽略而不采取平衡措 施。
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一、单缸机的平衡
1、离心惯性力平衡 在曲臂上安装平衡重，使平衡重在回转中产生 的离心力与FR的大小相等而方向相反。
2、往复惯性力的平衡 将力简化成一对正反转离心力之和，再采用平 衡离心力的方法平衡，此措施叫做“正反转 平衡轮系法”，来平衡一次及二次往复惯性 力。 它们与柴油机曲轴有一定的正时关系：即当 曲柄处于上止点位置时，平衡重垂直向下， 当曲柄处于下止点时，平衡重应转至垂直向 上位置。 对ω作于同一步次反惯向性回力转，。是对使二两次个惯质性量力m，1以是角使速两度个 质量m2以角速度2ω同步反向回转。
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第六章 柴油机及轴系振动
——熊振林
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一、概述
简谐振动的概念一
1、自由振动 机械振动： 物体在一定位置附近所作的来回往复运动称为机械振动。 简谐振动：最简单最基本的振动就是简谐振动。一切复杂的振动可看
作是若干简谐振动的合成。
周期T：每隔一固定时间，运动状态就重复一次，此固定时间为周期
▪
自振频率ω1
k m
▪ 其他振动形式由于回复力和惯性的形式不同，尽管频率的表达式
可能不同，但它说明：振动系统的频率完全由该系统本身的各个参
数决定，因此称它为固有频率。
2、阻尼振动：在回复力和阻力作用下的振动。
▪ 特点：振幅逐渐减小、振动频率变慢（周期延长）。
▪ 某些情况为了减振、防振，需加大摩擦阻尼。
cos
1
1 2
2
sin2
1 23
4
sin4
1 24
6
sin6
因为： 得：
R
L
取值为1/5-1/3。则
以3上数值很小省略。
cos 1 1 2 sin2 1 1 2 (1 cos2 )
2
4
此乃活塞位移的近似公式（在工程上已足够精确）
x R(1 cos) L(1 cos ) x R(1 cos ) R (1 cos2 )
4
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2、活塞的速度、加速度
1）速度：将活塞的位移x对时间t微分，得活塞的速度v:
2）加Байду номын сангаас度：
x R (sin sin 2 )
2
结论：
x R 2(cos cos 2 )
活塞速度的变化规律：
上止点时v＝0中部v最大下止点v＝ 0中部最大上止点为0，活塞 最大速度处于比中点略高一些位置，位置取决于。上、下止点附近因速 度为零，无法建立液体动力润滑。
；
频率f：单位时间内振动的次数。（根据定义，频率与周期成反比。
）
圆频率ω1：2π秒内振动的次数。ω1＝2πf＝2π / T。 振幅A：振动时物体偏离平衡位置的最大值。
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振动的概念二
▪ 振动过程：如图所示
▪ 从振动的成因分析可知：物体的自由振动与其本身的回复力和物体
所具有的惯性有关。
活塞加速度的变化规律：
在上、下止点达到最大值。在上止点方向朝下；下止点方向朝上。
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三、曲柄连杆机构的作用力
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1、气体力Fg： 大小：
Fg
pg
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D2
pg气缸中的压力，变化规律见p－V示功图
方向：缸内四周，内部平衡。
气体力产生的作用力在柴油机内部平衡，但产生的倾覆力矩MDg使 柴油机摆动。
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