V发动机平衡机构改进设计.doc

V发动机平衡机构改进设计———————————————————————————————— 作者：———————————————————————————————— 日期： 目录1 引言 1 发动机简介 1 发动机组成 1 发动机的工作原理 31.2.1 四冲程内燃机的工作循环 31.2.2 四冲程式柴油机的工作过程 31.2.3 多缸内燃机工作顺序 51.3 8V150发动机简介 5 8V150发动机工作顺序分析 5 选题意义 62 发动机运动学及动力学分析 8 曲柄连杆机构运动学分析 82.2 曲柄连杆机构动力学分析 10 气体作用力 10 惯性力 123 发动机的平衡方法研究 193.1 平衡的概念 193.2 8V150发动机的平衡机构分析方法 193.3 平衡方案的比照选择与确定 20 平衡方案比照分析 20 平衡方案确实定 224 原平衡机构分析与改良设计 244.1 本课题所研究的构造改良方案 244.2 原平衡机构分析 244.2.1 平衡轴构造 244.2.2 平衡轴布置 254.2.3 发动机的局部参数与不平衡力计算 254.2.4 平衡轴所产生的平衡力计算 264.2.5 倾覆力 294.3 平衡轴改良设计 294.3.1 平衡轴构造设计计算 304.3.2 构造尺寸计算 314.4 改良前后的平衡构造比照 314.5 改良后的平衡轴构造设计 324.6 本章小结 325 结论 33参 考 文 献 34致 谢 351 引言汽车工业作为我国国民经济的支柱产业，对国家的经济开展和人民生活水平的提高发挥着越来越重要的作用。

一个国家的汽车工业开展水平也是衡量一个国家工业化水平、经济实力和科技创新能力的重要标志世界经济大国都是汽车大国尽管兴旺国家经济开展的重点已经转移到效劳业、电子信息产业的高新技术产业，但由于汽车工业的重要战略地位，兴旺国家仍予以高度重视如今，我国参加WTO之后，关税下降，进口汽车新品种激增，市场竞争日趋剧烈，汽车价格不断走低这在提高人民生活水平的同时也给我国汽车行业带来了严峻考验目前，我国汽车保有量为2000多万辆，并且，国内市场仍有相当大的潜力，要使我国汽车行业在竞争中把握机遇，发动机工艺设计的提高是开展的必然之路作为汽车的重要部件，发动机不仅在汽车行业，在国民经济各部门中，都发挥着极其重要的作用发动机已经成为使用的最广泛的动力机械之一随着发动机朝高速、轻型、大功率方向开展，由此而产生的振动问题也日益严重而发动机产生振动的原因，主要是由于发动机在工作时内部产生诸多不平衡力或力矩这些力或力矩都是发动机曲轴转角的周期性函数而且在一个周期内，这些力或力矩或大小在变，或方向在变，或大小、方向都在变它们通过曲轴轴承和机体传给支架，使发动机整体产生振动而发动机的振动，会给发动机以至整车带来许多不良影响。

例如：发动机的振动会使联接机件的接头松动，从而使发动机的机件损坏，甚至出现意外事故通过对发动机进展平衡分析以及对平衡轴的改良设计，减小发动机的振动，可以进一步提高汽车的舒适性而发动机的平衡分析及平衡轴的改良设计可以使发动机的振动减至最低，从而防止意外事故的发生基于以上种种弊端，[1]1.1.1 发动机组成汽车发动机根本上由以下机构组成：组成：机体组，活塞连杆组，曲轴飞轮组作用：将燃料燃烧所产生的热能，经连杆机构由活塞的直线往复运动转变为曲轴旋转运动而对外作功组成：进、排气门，气门弹簧，挺杆，凸轮轴和正时齿轮作用：使新鲜气体及时进入气缸，并使燃烧所产生的废气及时排出气缸3．汽油机燃料供应系组成：燃油箱，汽油泵，汽油滤清器，化油器，空气滤清器，进、排歧管，排气消声器作用：向气缸内供应已配好的可燃混合气，并控制进入气缸内可燃混合的数量，以调节发动机输出功率和转速，最后将燃烧后的废气排出气缸4．冷却系风冷却和水冷却两种水冷却系组成：水泵，散热器，风扇，分水管，节温器和水套作用：利用冷却水冷却高温零件，并通过散热器将热量散发到大气中去，从而保证发动机在正常温度状态下工作5．润滑系组成：机油泵，润滑油道，集滤器，机油滤清器，限压阀，油底壳等作用：将润滑油分送至各个摩擦面，以减少摩擦力，减缓机件磨损，并清洗、冷却摩擦外表，从而延长发动机使用寿命。

6．点火系组成：电源，点火开关，点火线圈，高压线，分电器和火花塞作用：按一定时刻向气缸内提供电火花以点燃缸内的可燃混合气7．起动系组成：起动机和起动继电器作用：带动飞轮旋转以获得必要的动能和起动转速，使静止的发动机起动并转入自行运转状态[2]1.2　发动机的工作原理 四冲程内燃机的工作循环四冲程内燃机由进气冲程，压缩冲程，作功冲程和排气冲程组成一个工作循环第一冲程,活塞由上止点移动到下止点,即曲轴的曲柄由转到.在这个冲程中,进气门翻开,新鲜空气被吸入气缸.因此,第一冲程又称为进气冲程第二冲程,活塞由下止点移动到上止点,即曲轴的曲柄由转到.在这个冲程中,气缸内的气体被压缩,故称为压缩冲程第三冲程,活塞再由上止点移动到下止点,即曲轴的曲柄由转到5400在这个冲程中,燃气膨胀作功,所以又称为工作冲程或作功冲程第四冲程,活塞再由下止点移动到上止点,即曲轴的曲柄由5400转到7200.在这个冲程中，排气门翻开,燃烧后的废气经排气门排出气缸,又称排气冲程 四冲程式柴油机的工作过程四冲程式柴油机工作过程包括进气过程，压缩过程，燃烧过程、膨胀作功过程和排气过程进气过程是由进气门开场开启到进气门关闭为止。

为了获得较多的充气量，活塞到达上止点前进气门就开场开启，当活塞到达上止点时，进气门和进气座之间已有一定的通道面积活塞由上止点下行不久，气缸内的压力很快低于大气压力，形成了真空，空气在大气压力作用下经空气滤清器、进气管道、进气门冲入气缸当活塞到达下止点时，空气还具有较大的流动惯性继续向气缸内充气，为了充分利用气体流动的动量使更多的气体冲入气缸，进气门在下止点之后才关闭在进气门关闭之前，由于气体流动惯性的作用使，使气缸内的气体压力有所上升，但由于气体流动的节流损失，气缸内的压力仍低于外界的大气压力P0进气终点压力Pa约为(0.8-0.95)P0.冲入气缸的空气与燃烧室气壁及活塞顶等高温机件的接触，以及与上一循环没有排净而留在气缸内剩余废气的混合，使进气温度升高，进气终点温度Ta可达300K-340K压缩过程是由进气门关闭到活塞移动到上止点为止进气门关闭之后，随着活塞向上移动，气缸内气体被压缩，使气体的压力和温度上升，在压缩过程初期，气缸内的气体温度低于气缸壁的温度，气缸壁向气体传热随着压缩过程的进展，因此压缩终了的压力和温度较高，压缩终点的压力Pc达3-5MPa,压缩温度TC达750-950K。

3 燃烧过程在活塞到达上止点前(100-350)CA(曲柄转角)时，柴油在高压10-20MPa作用下，由喷油器喷入燃烧室，并与运动着的压缩气体迅速混合，组成了可燃混合气由于此时压缩气体的温度已超过了柴油的自然温度〔约600K〕,柴油与空气中的氧气在高温作用下，经过化学反响形成第一火焰中心火焰从着火中心向未燃烧的可燃混合气传播，使之迅速燃烧，燃烧室的压力和温度急剧升高再活塞运动到上止点之后，气缸内到达最高压力〔最大爆发压力〕Pz约为6-9MPa,最高温度Tz约为1800-2200K由于形成的混合气不太均匀，尚有少数柴油没有氧化燃烧，将在膨胀过程中继续混合燃烧，并且在膨胀过程中某点完毕燃烧过程是从柴油喷入燃烧室开场，到燃料燃烧完毕为止，因此，燃烧开场和压缩终了是同时进展的4 膨胀作功过程活塞到达压缩上止点时，随着曲轴的旋转，活塞下移，燃气开场膨胀作功因此，燃烧过程和膨胀作功过程也是同时进展的，在气缸内到达最大爆发压力时，还有少局部在膨胀过程中边混合边燃烧，这种燃烧现象称之为后燃a,到下止点时Pb约为0.3MPa,Tb约为1000-1200K,膨胀作功过程是从上止点开场到排气门开使开启为止5 排气过程如果活塞到达排气下止点时排气门才开场开启，随着曲轴的旋转，活塞由下止点上移。

由于此时的排气门通道面积太小，气缸内的压力仍然较高，就会增加排气过程消耗的负功所以，缸内的压力大与外界大气压力和排气管道中的压力活塞到达排气上止点时，排气门没有关闭，而是在上止点之后(100-350)CA关闭因为活塞到达排气上止点时，废气还存在流动惯性，利用气体流动的惯性将留在燃烧室的剩余废气排出一局部排气上止点压力Pv-a,排气温度Tv约为700-900K6 进气和排气重叠过程在排气门关闭之前，进气门已经开启，所以有一段时间进、排气门处于同时处于开启状态，成为气门叠开期，所对应的曲轴转角称为气门重叠角 多缸内燃机工作顺序多缸内燃机的各缸工作顺序由内燃机的工作平稳性和构造所决定从内燃机工作平稳性要求，内燃机的曲轴做成对称，各缸膨胀作功过程依次进展1） 各缸的作功间隔角要尽量均衡，以使发动机运转平衡各缸尽量交替作功2） 连续作功的两缸相隔尽量远些，最好是在发动机前半部和后半部交替进展，这样一方面可减少主轴承连续承载，另一方面可防止相邻两缸进气门同时开启而发生抢气现象，可使各缸进气分配较均匀3） V形发动机左右两排气缸交替进展4） 曲拐布置尽可能对称，均匀，以使发动机工作平衡性好[3]1.3 8V150发动机简介本课题所研究的60V8 发动机指V型夹角为60的V型8缸发动机。

V型发动机的长度和高度尺寸较小，在汽车上布置起来比拟方便，尤其是现代汽车比拟重视空气动力学，要求汽车的迎风面越小越好而如果将发动机的长度缩短，便能为驾乘舱留出更大的空间，从而提高汽车的舒适性此外，由于V8发动机采用90V型夹角时可做到各缸均匀发火，所以V8发动机一般都采用90V型夹角，但有时为了系列化、通用化等指标的实现或车体对发动机的宽度有特殊限制和要求时，其它夹角形式也往往被采用，60夹角就是一个典型特例此时，假设采用平面四曲拐的镜面对称曲轴和并列连杆构造，设计其发火顺序为:Ll-R4-L3-R2-L4-Rl-L2- R3，该机的发火间隔角为60-120相间发火[4] 8V150发动机工作顺序分析某8V发动机，其为中心曲柄，平面曲拐，并列连杆，V形夹角为600，根据工作顺序的一般规律，某8V发动机的发火顺序应为：左 1 3 4 2 1 ↘↗ ↘↗ ↘↗ ↘↗右 4 2 1 3其发火间隔角应为：600—1200—600—1200—600—1200—600—1200工作循环表见表 表 工作循环表缸数转角 左1左2左3左4右1右2右3右400____1800作功排气压缩进气排气进气作功压缩进气压缩排气作功1800___3600排气进气作功压缩压缩作功进气排气3600___5400进气压缩排气作功作功排气压缩进气5400___7200压缩作功进气排气 选题意义发动机作为汽车的动力来源，是。