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第六章柴油机及推进轴系振动第六章柴油机及推进轴系的振动柴油机是往复运动机械,它采⽤曲柄连杆机构把活塞的往复运动转换成曲轴的回转运动。
当柴油机以恒定转速运转时,活塞做往复运动,连杆⼀边随活塞作往复运动⼀边绕活塞销(或⼗字头销)摆动,曲轴基本为匀速回转运动。
由于曲柄连杆机构这种复杂的运动特点,必然要产⽣周期性变化的不平衡⼒和⼒矩。
它们的存在不仅影响活塞、连杆和曲轴的强度,也影响连杆⼩端和⼤端轴承的负荷、润滑和磨损,同时还会使柴油机发⽣振动并引起船体振动,甚⾄会导致柴油机或船体发⽣故障或损坏。
为了改善这种不平衡⼒和⼒矩对柴油机本⾝造成的不良影响,必须采取⼀定的平衡补偿措施,把它们控制在⼀个限定的范围之内。
船舶推进轴系在实际运转中也会受到各种冲击和周期性的激振⼒(或⼒矩)的作⽤。
对于柴油机动⼒装置,主要有以下⼏种激振⼒: (1)柴油机⽓缸⽓体⼒、运动部件惯性⼒与重⼒等产⽣的作⽤在曲轴、曲柄销上的交变切向⼒和径向⼒; (2)螺旋桨在径向和周向都很不均匀的三维伴流场中运转时所受到的交变纵向(轴向)和横向推⼒和⼒矩; (3)轴系部件运转时所产⽣的激振⼒和⼒矩。
由于这些激振⼒和⼒矩的存在,将导致船舶推进轴系产⽣扭转振动、纵向振动和回旋(横向)振动, 造成轴系损坏或影响船舶的正常航⾏。
第⼀节活塞、连杆的运动及受⼒⼀、活塞的运动1.活塞的位移在柴油机中,由活塞(或活塞⼗字头组件)、连杆和曲轴组成的运动机构称为曲柄连杆机构,它的结构简图如图6-1所⽰。
图中B、A、O分别代表活塞销(或⼗字头销)和连杆⼩端、曲柄销和连杆⼤端、主轴颈和主轴承的位置。
BA为连杆,其长度为连杆⼩端中⼼到连杆⼤端中⼼的距离L。
OA为曲柄,其回转半径为主轴颈中⼼到曲柄销中⼼的距离R,等于活塞⾏程S的⼀半,即R=S/2。
B点沿着⽓缸中⼼线在上下⽌点O′和O″之间作往复运动,它与上⽌点O′间的距离x称活塞位移。
假设曲柄按顺时针⽅向转动,从图中的⼏何关系可以得出:x=L+R-(Rcosα+Lcosβ)=R(1-cosα)+L(1-cosβ) (6-1)运算并简化得活塞位移的近似公式:x≈R(1-cosα)+λR4(1-cos2α) (6-2)式中: α---曲轴转⾓;β---连杆摆⾓;λ---连杆⽐,它表⽰曲柄半径与连杆长度之⽐, 即λ=R/L, ⼀般λ=R/L=1/3～1/5。
课题十四柴油机振动与平衡目的要求：1．熟悉曲轴连杆运动及动力情况。
热力学基本概念。
2．了解柴油机振动规律及危害。
3．掌握多缸柴油机振动与平衡的方法。
4．熟悉轴系各种扭振及特性。
5．掌握轴系减振措施及减振装置。
重点难点：1．多缸柴油机振动与平衡的方法。
2．轴系减振措施及减振装置。
教学时数：4学时教学方法：多媒体讲授课外思考题：1．柴油机曲轴连杆机构受力特点。
2．柴油机振动与平衡的方法。
3．什么是轴系的强制扭转振动？有何特性？4．轴系减振有哪些措施？减振装置类型及作用。
课题十四 柴油机振动与平衡第一节 曲柄连杆机构惯性力一、活塞连杆的运动1．活塞的运动 1）活塞的位移x)2cos 1(4)cos 1(αλα-+-≈RR x 2）活塞运动速度V)2sin 2(sin αλαω+≈R V3）活塞运动加速度a)2cos (cos 2αλαω+≈R a 可见在活塞的往复运动中，其运动速度是周期交变的。
2．连杆的运动连杆的运动形态比较复杂，连杆小端随同活塞做往复运动，杆身绕活塞销摆动，连杆大端随同曲柄销做回转运动，从总体上看可视为连杆绕活塞销中心线摆动。
1．当曲柄转角α=90°时，连杆摆动角达最大值且位于气缸中心线右侧，摆动角速度为0；当α=270°时，连杆摆动角也达最大值，但位于气缸中心线左侧，摆动角速度也为0。
2．当曲柄转角α=0°和α=180°时，连杆的摆动角速度达到最大值，且数值相等而方向相反。
二、曲柄连杆机构的惯性力1．往复惯性力F jα⋅-=j j m F)2cos (cos 2αλαω+-=R m j往复惯性力总是沿着气缸中心线作用在活塞销中心上；数值大小和方向随曲柄转角交变且始终与加速度方向相反；在上止点时方向向上，在下止点时方向向下。
2．离心惯性力F Rm R 包括曲柄的回转质量m RR 和连杆转化的质量m c2即m R =m RR ＋m c2。
