发动机动力学计算

课程名称：发动机动力学 课程代码：8200240 发动机动力学计算基本内容
以495型柴油机为例：
一已知条件
二 动力学计算的主要内容
（一）活塞运动规律的运算
活塞位移x, 速度v ，加速度J 的计算，并绘制曲线图
(),(
),(
x f v f J f ααα==
=
（二）曲柄连杆机构的动力计算 1，作用在活塞上的气体压力的计算
A ，进气行程 0180CA α=︒
'0()g g p p p bar =-，'g p ——气缸内绝对压力计算时候取'00.9g a p p p ==
0p ——大气压力取01p bar =
B ，压缩行程 180360CA α=︒
11
00(
)()n n a c g a a cx c
V s h p p p p p V x h +=-=-+（bar ），a V ——气缸总容积，a h c V V V =+ h V ——气缸工作容积，2
4
h D V S π=
c V ——燃烧室容积，1
h
c V V ε=
- cx V ——压缩过程中活塞处于任意位置时候的气缸容积 cx h c V F x V =+， h F ——活塞顶面积，2
4
h D F π=
x ——活塞位移，()()1cos 1cos 24x R λαα⎡⎤
=-+-⎢⎥⎣⎦
c h ——当量余隙高度
1
c s
h ε=
-，1n ——平均压缩多变指数
1100
1.41n n
=-
n ——标定转速
当360CA α=︒时，取(0.450.5)()g c z c p p p p =+-其中
z p ——最高爆发压力（一般自己选择）75z p bar =，1n c a p p ε=
C ，膨胀行程 380540CA α=︒
2
2200(
)0()()n n n c c z g z z z bx bx c
pV p h V p p p p p p p V V x h =-=-=-+ ()bar
z p ——最高爆发压力 取75z p bar =并选定z p 出现在370CA α=︒处
z V ——膨胀始点的气缸容积，z c V V ρ= ρ——初期膨胀比
取 1.635ρ=，bx V ——膨胀过程中活塞处于任意位置的气缸容积
bx h c V F x V =+，2n ——膨胀平均多变指数，取2 1.18n =
D ，排气行程 540720CA α=︒
01 1.151g r p p p =-=-
()bar r p ——排气终点压力，取01.15r p p =
2，往复惯性力 J p
22
3
cos()cos cos cos j j
j h h m m p j R F F αβαωλββ-⎡⎤
+=
=-+⎢⎥⎣⎦
bar j m ——往复惯性力，1'j m m m =+
'm ——活塞组（含销、环、销挡圈，活塞）的质量，'m =1.336Kg
1m ——连杆组换算到小头孔中心的代替质量，1m =0.502Kg
β——连杆摆角 (sin(sin ))arc βλα=
λ——曲柄连杆比，R L
λ=
3，作用在活塞销上总作用力p
g j p p p =+
bar
4，总作用力p 在曲柄连杆机构的分解与传递 活塞侧压力
n g p p β
=，连杆力
cos l p
p β
=
曲柄切向力
s i n ()
c o s
t p
αβ
χ+= 曲柄径向力
c o s (
)
c o s
K p
αββ+=
5，曲轴主轴颈，曲柄销所受的切向力及扭矩
各缸切向力之间的关系 各缸扭矩
1213141()(180)(540)(360)
t t t t t t t t αααα==︒+=︒+=︒+
11223344h
h h h
M t R F M t R F M t R F M t R F ====
曲轴主轴颈（承） 承受的切向力及扭矩
34h
Z R F R F R F R F
各曲柄所受的切向力和扭矩
)M
合成扭矩：积累到最后一个主轴颈的扭矩即是发动机的合成扭矩。

4
1i M M
=∑=∑ ()N M
平均扭矩：1
k
i m M
M k
==
∑ k ——计算点数
指示功率的计算 9549.3
m i M n
N =
()kW 有效功率的计算
e i
m N N η= ()kW m η——机械效率 取0.85m η=
绘制单缸扭矩及合成扭矩的曲线图。

6，曲柄销及轴承负荷的计算
2q p == ()bar
rl Z k k =-
rl k ——连杆换算到
大头孔中心的质量2m 产生的离心力
22rl h
m R k F ω=
2 1.359m Kg =
g p 的方向角
12
t a r c t g θ=
方向角通式：(1)90Z Z T
Z Z T
θθ=-
︒
+ 绘制曲柄销极坐标符合图、磨损图，绘制连杆轴承极坐标负荷图、磨损图 7，主轴颈及主轴承负荷的计算
495柴油机平衡块的布置简图
已知：A, 曲柄销质量 10.7833k m k g =
B, 单个曲柄上除去主轴颈重叠部分质量为2k m
2 1.149k m Kg =，其质心至主轴颈中心距离32.3mm ρ=
C, 曲轴上单个平衡块的质量 1.616p m Kg =，平衡块质心至主轴
颈中心距离55.9r mm ρ=
（1）第一主轴颈负荷1Z p
第一主轴颈受力分析
连杆大头与曲拐不平衡质量产生的离心惯性力合力为r k
222()k r
r rl rk h h
m m m k R R k k F F ωω+=
==+ ()bar
k m ——整个曲拐的换算质量
121
2
'2k k k k k m m m m m kg R
ρ
=+=+ 整个平衡块质量的离心惯性力p k
2p p h
m k r F ρω=
()bar
192.5
124
p p
k k = ()bar
因此1
z
p ==
（2）第二主轴颈负荷2
z p
2z p ==
(3) 第三主轴颈负荷3
z p
3z p ==
（4）第四主轴颈负荷4
z p
42
z p ==
（5）第五主轴颈负荷
5
z p
52
z p ==
（6）绘制第一、二、三主轴颈极坐标负荷图及磨损图。