如何优化工厂设备的平衡性能与稳定性

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：单缸不平衡离心惯性力用单位转子有效工作面积的离心惯性力表示，即5.多缸转子发动机的合成力多缸转子发动机的合成切向力、合成扭矩与合成倾覆力矩，是以单缸发动机受力情况为基础研究的。

1.偏心轴的扭矩与发动机的倾覆力矩

如图2.40所示，单位切向力的方向与气缸中心和转子中心连线OOr垂直，作用点通过转子中心。因此，对偏心轴中心形成一个扭矩，该扭矩的方向规定为与偏心轴旋转方向相同为正，故单位转子有效工作面积的扭矩为

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图2.40　转子所受的气体压力及其合力

由式（2.29）知，偏心距e为常数，故单位扭矩的变化规律与单位切向力的变化规律完全相同。既然小型转子发动机作用于工作机上的扭矩呈周期性变化，则工作机也必然有一大小相等、方向相反的周期变化的反扭矩作用于小型转子发动机，这个作用于小型转子发动机的反扭矩称为小型转子发动机的倾覆力矩，同样以单位转子有效工作面积的扭矩表示，即

小型转子发动机承受周期变化的倾覆力矩作用后，使小型转子发动机产生周期性的振动，同样，发动机安装基础承受周期变化的扭矩作用也使基础产生周期变化的振动。

2.转子组的离心力

转子在绕本身中心转动的同时，还绕偏心轴中心做旋转运动。转子在绕本身中心旋转的运动中，由于理论上质量分布是平衡的，因此仅在绕偏心轴中心旋转的运动中产生离心力。转子的质心在偏心轴偏心盘的中心，离心力的方向是沿主轴轴颈中心与偏心轴轴颈中心的连线而背向主轴轴颈中心，如图2.41所示。

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图2.41　转子离心惯性力及偏心轴颈负荷

式中，mr为转子组质量；Gr为转子组质量；e为偏心距；ω为偏心轴角速度；g为重力加速度；n为偏心轴转速。

转子组质量包括转子体（含相位内齿圈、偏心轴承），不包括径向密封片、弹簧的质量。这是由于径向密封片及弹簧产生的离心力直接作用在气缸型面，而不作用于偏心轴轴颈。

在转速不变的情况下，转子组离心惯性力的大小为定值，其方向是沿着偏心臂而背向偏心轴中心。为计算方便起见，转子组的离心惯性力也以单位转子有效工作面积的作用力来表示：

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式中，S′r为转子组的离心惯性力。

3.偏心盘的不平衡质量的离心力

由于偏心盘的形心与偏心轴中心不重合，偏心盘旋转时对偏心轴中心也产生离心惯性力。为了减小此离心惯性力与减轻发动机质量，一般将偏心盘去除一部分不必要的质量，通常以钻孔方法实现，故偏心盘的质心也不在偏心轴轴颈中心处。为计算方便，将偏心盘的质量换算到偏心轴轴颈中心线的位置。换算的原则是：换算质量与原来不平衡质量所产生的离心惯性力相等。因此，换算后的不平衡质量为

式中，m′e为偏心盘实际的不平衡质量；e′为偏心盘不平衡质量的质心至偏心轴旋转中心的距离。

同样，为了方便计算，偏心盘不平衡质量的离心惯性力也用单位转子有效工作面积的作用力表示，故偏心盘不平衡质量的单位惯性力为

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4.单缸转子发动机旋转质量离心惯性力

单缸转子发动机的不平衡质量包括转子组（不包括径向密封片及弹簧）与偏心盘。单缸不平衡离心惯性力用单位转子有效工作面积的离心惯性力表示，即

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5.多缸转子发动机的合成力

多缸转子发动机的合成切向力、合成扭矩与合成倾覆力矩，是以单缸发动机受力情况为基础研究的。多缸发动机各个气缸的受力规律是相同的，只是各气缸的相位不同而已。而且多缸发动机的偏心轴为一整体（或组合成一整体），同受几个气缸的力的作用。

在多缸发动机中，某一瞬时的单位切向力为该瞬时各缸单位切向力的代数和，即

式中，TⅠ、TⅡ、TⅢ、TⅣ分别为某瞬时第一、第二、第三和第四缸的单位总切向力。各缸的单位总切向力为各缸各自三个工作室的单位切向力之和，如对第一缸为

对多缸发动机的瞬时总单位扭矩，则为各缸在该瞬时的单位扭矩之代数和，即

式中，MⅠ、MⅡ、MⅢ、MⅣ分别为某瞬时第一、第二、第三和第四缸的单位扭矩。同样，多缸发动机的瞬时单位总倾覆力矩的大小与该瞬时各缸单位总倾覆力矩相等，方向则相反，即

由于一个工作循环的周期为6π，而每个气缸又有三个工作室，故转子发动机的发火间隔为

为节省重复计算工作量，在计算单位总切向力、单位总扭矩或单位总倾覆力矩时，只需计算第一缸对第一工作室的偏心轴转角α1=0～Z即可，即双缸发动机为α1=0～2π，三缸发动机为四缸发动机为

对于三缸转子发动机，按式（2.40）的关系，发火间隔为120°偏心轴转角，设发火顺序为1-3-2-1，即第一缸发火后转过120°偏心轴转角第三缸发火，再过120°偏心轴转角第二缸发火，其相位如图2.42（a）所示。发火顺序为1-2-3-1的转子发动机，其相位如图2.42（b）所示。

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图2.42　三、四缸转子发动机的相位关系

对于四缸转子发动机，按式（2.40）的关系，发火间隔为90°偏心轴转角，设发火顺序为1-3-2-4-1，即第一缸发火后转过90°偏心轴转角第三缸发火，再过90°偏心轴转角第二缸发火，再过90°偏心轴转角第四缸发火。其相位如图2.42（c）所示。发火顺序1-4-2-3-1为的转子发动机，其相位如图2.42（d）所示。

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