第十二章柴油机及推进轴系的振动精选文档.ppt
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1、第十二章 柴油机及推进轴系的振动本讲稿第一页,共三十八页简谐振动的概念一1 1、自由振动、自由振动l机械振动:机械振动:l物体在一定位置附近所作的来回往复运动称为机械振动。l简简谐谐振振动动: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。l周期周期T 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;l频率频率f f:单位时间内振动的次数。(根据定义,频率与周期成反比。)l圆频率圆频率1 1:2秒内振动的次数。12f2/T。l振幅振幅A A:振动时物体偏离平衡位置的最大值。一、概述一、概述本讲稿第二页,共三十八页振动的概念二振动过程:振动过程:如图所示从振动
2、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。自振频率1 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固有频率。2 2、阻尼振动:、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。本讲稿第三页,共三十八页简谐振动的概念三3、受迫振动与共振、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外力的大小有关,而且和外力的频率外力的频率和振动振动体的固有频率体的固有频
3、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!题!本讲稿第四页,共三十八页一)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。本讲稿第五页,共三十八页二)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
4、,并可能造成威胁船舶安全的后果。柴油机平衡: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柴油机平衡。本讲稿第六页,共三十八页第一节 活塞、连杆的运动及受力一、曲柄连杆机构的运动一、曲柄连杆机构的运动 1、活塞位移活塞位移x由几何关系可得由几何关系可得:令曲柄半径与连杆长度为则有:称为连杆比,是柴油机的基本结构参数。柴油机的约为1/51/3。本讲稿第七页,共三十八页根据三角函数关系有:所以此乃活塞位移的精确公式。本讲稿第八页,共三十八页活塞的位移将 依
5、照二项式定理展开,可得:因为:取值为1/5-1/3。则 以上数值很小省略。得:此乃活塞位移的近似公式(在工程上已足够精确)本讲稿第九页,共三十八页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)加速度:结论结论:活塞速度的变化规律:活塞速度的变化规律:上止点时v0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。活塞加速度的变化规律: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。本讲稿第十页,共三十八页三、曲柄连杆机构的作用力1、气体力Fg:
6、大小:pg气缸中的压力,变化规律见pV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。使柴油机摆动。本讲稿第十一页,共三十八页三、曲柄连杆机构的作用力2、惯性力、惯性力1)往复惯性力)往复惯性力Fj:大小:方向:与加速度的方向相反,与气缸中心线平行。在上止点时向上,下止点时向下。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。本讲稿第十二页,共三十八页三、曲柄连杆机构的作用力2)离心惯性力FR:大小:方向:离心向外,随曲柄旋转。作用线:与曲柄中心线重合。
7、本讲稿第十三页,共三十八页 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。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。本讲稿第十四页,共三十八页一、单缸机的平衡1、离心惯性力平衡、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、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
8、向上位置。对于一次惯性力,是使两个质量m1以角速度作同步反向回转。对二次惯性力,是使两个质量m2以角速度2同步反向回转。本讲稿第十五页,共三十八页二、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:本讲稿第十六页,共三十八页三缸机的离心力和往复惯性力本讲稿第十七页,共三十八页多缸柴油机可能存在的振动力源(1)合成离心力,(2)合成离心力矩,(3)合成往复惯性力,(4)合成往复惯性力矩,(5)总倾覆力矩,(6)总连杆力偶等。本讲稿第十八页,共三十八页本讲稿第十九页,共三十八页多缸机的平衡 1
9、、离心力及离心力矩的平衡离心力:在单列多缸柴油机中,一般多采用均匀分布的曲柄排列方案,因此合成离心力都是自行平衡的。离心力矩:可能存在不平衡的合成离心力矩。需要平衡的是合成离心力矩本讲稿第二十页,共三十八页不平衡合成离心力矩的平衡方法:(1)各缸平衡法:)各缸平衡法:特点:内部平衡,外部平衡;但平衡重块多,曲轴转动惯量大,扭振谐振频率下降,对轴系的扭转振动不利。(2)整体平衡法:)整体平衡法:特点:在曲轴首尾两个曲柄上各加一对方向相反的平衡重块,消除全部曲柄的合成离心力矩。它的优点是曲轴重量最轻,但不能做到内部平衡,只能达到外部平衡(3)分段平衡法:)分段平衡法:将曲轴分成两段(或数段),而后
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