论文曲轴偏置在增强发动机扭矩和功率方面的研究.doc
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1、. 山东农业大学毕 业 论 文 曲轴偏置在增强发动机扭矩和功率方面的研究 院 部 专业班级 届 次 学生姓名 学 号 指导教师 二一一年六月十日装订线. . 目录摘要IAbstractII引言11曲柄连杆机构的运动学分析.11.1中心曲柄连杆机构运动学分析21.2曲轴偏置式曲柄连杆机构的运动学分析31.3直列式中心曲轴连杆机构的缺点分析41.3.1 死点位置布置不合适41 .3.2活塞运动时最高点和最低点与死点重合41.4曲轴偏置对发动机的影响51.4.1曲轴偏置对发动机各机构运动的影响51.4.2曲轴偏置对发动机四个行程的影响51.4.3 曲轴偏置对发动机燃烧效率、平均有效压力和充气效率的影
2、响62曲轴偏置式曲柄连杆机构上的作用力分析72.1直列式曲柄连杆机构的作用力分析72.2直列式曲轴正置发动机传动效率分析92.3曲轴偏置式曲柄连杆机构的作用力分析112.4中心和偏置式发动机传动效率对比分析133曲柄偏置量的计算方法.143.1方法一:用最大传动效率时的曲轴偏置量.143.2 检验方法一的实用性153.3方法二 采用40压力角的曲轴偏置量计算方法164曲轴偏置式发动机作用力分析184.1切向力分析184.2侧向力分析195结束语20参考文献. 21致谢. 22ContentsAbstract.iiIntroduction11 Kinematics analysis of cra
3、nk rod system.2 1.1 Kinematics analysis of center crank rod system.21.2 Kinematics analysis of crankshaft offset type of crank rod system.3 1.3 Inline type center of crankshaft linkage mechanism analysis and shortcomings.4 1.3.1 Dead spots arrangement inappropriate position.4 1.3.2 Piston motion wit
4、h high and low coin side dead spots .4 1.4 The impact of engine crankshaft offset . 5 1.4.1 The influence of engine crankshaft offset various agencies movement.5 1.4.2 The impact of crankshaft offset four stroke engines.51.4.3 The influence of crankshaft bias on engine combustion efficiency, average
5、 effective stress and the charging efficiency.62 The crankshaft offset type of crank rod system force analysis.6 2.1 Inline type of crank rod system force analysis.6 2.2 Inline type crankshaft is buy engines transmission efficiency analysis.9 2.3 Crankshaft offset type of crank rod system force anal
6、ysis .11 2.4 Center and offset type engine transmission efficiency comparative analysis.133 Crank offset calculation methods.13 3.1 Method1: With maximum transmission efficiency of the crankshaft offset .13 3.2 The practicability of inspection method one. 14 3.3 Method 2: By 40 of pressure Angle cra
7、nkshaft offset calculation method.164 The crankshaft offset type engine force analysis.18 4.1 Tangential force analysis .18 4.2 Lateral force analysis .195 Conclusion .20References.21Acknowledgement22曲轴偏置在增强发动机扭矩和功率的研究作者: 指导教师:( 讲师)【摘要】本文主要研究了曲轴偏置在发动机上的应用及对发动机扭矩和功率的影响。曲轴偏置主要应用到发动机的设计改进方面,可以将运动死点位置移开
8、使之不与上下止点重合;可以有效的利用曲柄滑块机构的急回特性,增大做工行程曲轴转角,减小排气行程曲轴转角。主要在理论上分析了在燃烧室爆发最大压力时确保较大传动效率的的合理偏置距离和偏置率。并检验在这种情况下发动机的切向力和侧向力,以确保发动机的稳定性。该技术并未得到应有的足够重视,对这方面的研究不是很多,相信以后随着发动机技术的进一步发展,曲轴偏置会去的长足发展。关键词: 曲轴偏置; 发动机; 扭矩; 功率The study of crankshaft in enhancement engine torque and powerAuthor: Supervisor: ( lecturer)Abs
9、tract This paper mainly studies the crankshaft bias in the application of the engine and engine torque and power influence. The crankshaft bias mainly applied to the design of the engine, can improve the sports dead spots to no open position and fluctuation check point coincidence; Can improve the t
10、ransmission efficiency and reduce the height of the engine; Can the effective utilization of slider-crank mechanism is urgent, increase the trip back to characteristics of the crankshaft work corner, reduce exhaust stroke crankshaft corner.Due to the limit of the experimental conditions, the theoret
11、ical analyses. Mainly analyzes theoretically in the combustion chamber erupted when the maximum pressure to ensure greater transmission efficiency of the reasonable offset distance and offset rate. And inspection in this case the engine cut to force and lateral force, to ensure the stability of the
12、engine.Key words: the crankshaft offset; engine; torque ; power引言曲柄连杆机构是发动机实现工作循环,完成能量转换的主要运动零件。在作功行程中,活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动,通过连杆转换成曲轴的旋转运动,并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中,飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。但是内燃机曲柄连杆机构存在一个致命弱点却无人问津,即内燃机燃烧过程气缸压力处于最高区域时,曲柄力臂值很小,使内燃机扭矩值Me不大。而影响Me值的主要是曲柄连杆机构。内燃机的瞬时力矩,取决于燃烧时的连杆轴向力和回转中心至连杆轴钱
13、及其延长线的垂直距离即力臂。连杆力与力臂之积就是力矩。连杆力和力臂皆是变量。要获得较大的力矩,必须同时有较大的连杆力和较大的力臂。然而气缸压力最大时,力臂值很小,力臂得不到充分利用,相反,力臂最大时,气缸压力又很小,压力又得不到充分利用。由此,笔者想到了可以通过改变曲轴与气缸中心线的位置来使得在气缸压力最大的同时有较大的力臂。这就是曲轴偏置技术的最初想法和目的。现在曲轴偏置技术有了较大发展,但目前并未得到广泛应用,只有本田飞度i-DSIM、丰田1SZ-FE和日产LIVINA骊威等款发动机采用了曲轴偏置式设计。国内有裘澄立专利1(ZL01256936.4)和杨德平等专利2(89205287)。本
14、文主要工作内容如下:(1)介绍了直列式和直列曲轴偏置式曲柄连杆机构运动学分析和机械传动效率的对比及原因分析;(2)曲轴偏置式发动机动力学分析;(3)对于不同情况下两种偏置方法对比分析;(4)曲轴偏置量的求法。1曲柄连杆机构的运动学分析1.1中心曲柄连杆机构运动学分析3图1-1 中心曲柄连杆机构简图如图一所示:是曲柄转角,指从汽缸中心线顺着曲柄转动方向度量的。是连杆摆动角。=r/l 即曲柄半径与连杆长度之比。可以求出活塞位移 X=r+l-rcos-lcos =r(1+1/)-(cos+cos/) (1-1) 在ABO中 sin=r/lsin=sin 带入解得 (1-2)求导可得速度 (1-3)再
15、求导可得加速度 (1-4)1.2曲轴偏置式曲柄连杆机构的运动学分析图1-2曲轴偏置式曲柄连杆机构简图 上止点曲轴转角 下止点曲轴转角 活塞从上止点到下止点的曲轴转角。从下止点到上止点的曲柄转角小于180 4 。记偏心率为,则活塞行程为 (1-5)由于方括号里的数值大于1,所以。活塞位移 (1-6)活塞速度 (1-7)活塞加速度 (1-8)1.3直列式中心曲轴连杆机构的缺点分析1.3.1 死点位置布置不合适 这是曲柄连杆机构中的一个特殊位置。连杆轴线、曲柄中心线二者重合在一起,并通过曲轴回转中心时,此时活塞顶点的位置既是死点。为了分析方便计算,常以此连杆小端中心位置来代替活塞死点位置。曲柄连杆机
16、构有两个死点,即上死点和下死点。1 .3.2活塞运动时最高点和最低点与死点重合活塞向上运动时活塞顶面(或连杆小端中心)所能达到的最高位置;也就是压缩行程或排气行程活塞的最高位置,叫做最高点。在运动分析时一般采用连杆小端中心的最高位置做为最高点。反之活塞下行时顶面所能达到的最低位置,就叫做最低点。同样,在运动分析时一般采用连杆小端中心的最低点位置做为最低点。现在的内燃机都是上死点与最高点重合,下死点与最低点重合。统称为上死点、上止点;下死点、下止点。 当然曲柄连杆机构是一个典型的机械结构,对它的研究与分析已达完美程度。但就曲柄连杆机构的运动规律与气缸中混合气燃烧过程相匹配的完善程度如何,这个匹配
17、能否获得最大力矩,这便是一个特别值得研究的课题。这就是曲轴偏置构想的提出原因。1.4曲轴偏置对发动机的影响1.4.1曲轴偏置对发动机各机构运动的影响通过以上计算可以看出,和中心曲柄连杆机构相比,曲柄偏置式曲柄连杆机构的活塞位移,速度,加速度,的表达式只是多出了一因子。而这个因子将对各个因素产生不同的影响。(1)活塞行程活塞行程加大,这样与原发动机相比,既可以减小发动机的高度,将发动机座的更加紧凑小巧,又可以加大发动机的排量,增大做工体积。如不想增大排量,可将曲轴适量上移,更加减小发动机的垂直高度。(2)活塞位移因为多了因子,当在(0-180)和(360-540)时,即在活塞下行时位移减小。反之
18、上行时位移减慢。活塞上行过程速度较中心式快,压缩行程。切向力相差不大,耗功基本不变。活塞运动速度越快泄露越少,热损失和可燃气体损失降低,有利于提高最高温度、最高压力和循环的热效率。(3)活塞速度如果对活塞位移影响对发动机的功率及扭矩影响不大的话,速度的变化则会对其产生直接的影响。具体影响见下一小结。(4)活塞加速度变化不大,在进行连杆设计和进行强度校核时使用该数据。在计算计算发动机的旋转质量时有影响,因为曲轴重量较大切位置发上了较大变化,需要进行重新的质量布置。1.4.2曲轴偏置对发动机四个行程的影响(1)进气行程活塞下行速度较慢,导致充气效率降低,但由于下行时间较长,可时间充气。再配合以机械
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- 论文 曲轴 偏置 增强 发动机 扭矩 功率 方面 研究
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