单缸柴油机新型平衡机构设计与研究

摘要

目前，国内单缸柴油机正在不断向大缸径发展，升功率和转速不断提高，这些改变都必须要首先改善单缸机的平衡性能，单缸机的平衡和振动问题已经成为一个亟待解决的问题。目前已有多种单缸机的平衡机构，但都有缺陷，不能很好地达到理想的平衡效果，因此，研究发动机新型平衡机构具有一定的工程应用价值和学术意义。
　　 本文利用偏心渐开线齿轮机构变传动比的特点，将其用于单缸机的平衡机构上，分析偏心齿轮平衡机构的工作原理，建立了理论分析模型，对影响偏心齿轮平衡机构的连杆比、偏心率等因素进行了详细的分析，找出了连杆比、偏心率对平衡性能的影响规律，分析了带惰齿轮的平衡机构相对不带惰齿轮的平衡机构所具有的优势，分析计算结果表明：非匀速平衡机构能明显减小剩余惯性力；选择合适的连杆比和齿轮偏心距，可获得最小的剩余惯性力比。
　　 以S1115柴油机为载体，对原机进行结构分析，在结构和制造工艺上尽量保持与原机有最大的继承性，对偏心齿轮平衡机构进行了结构设计和参数设计；考虑到偏心齿轮的几何中心距的变化，通过设计齿侧间隙自动消除机构，降低了偏心齿轮的冲击噪声，提高了机构的可靠性。
　　 创建了偏心齿轮平衡机构的三维模型和多体动力学仿真分析模型，对仿真过程接触刚度参数的选取进行了详细说明。比较了仿真模型和理论分析模型在相同参数条件下机构动力学特性的差异，并分析了引起差异的原因，为了更好地评价平衡机构的性能，引进了信噪比的概念，同时对齿轮接触力的大小及其影响因素进行了详细分析。通过多体动力学仿真进一步分析验证了转速、安装中心距对平衡性能的影响及齿侧间隙消除机构的优势。
　　 本文大胆创新，成功地实现了采用偏心齿轮平衡机构达到平衡往复惯性力的目的，新型平衡机构最大优点是：柴油机的结构和工艺继承性好，提高转速后输出功率大，振动小，工作可靠，制造成本低，容易组织大批量生产，能满足更多用户的要求，其经济效益和社会效益好，有广阔的市场前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1课题的提出背景

1.1.1单缸柴油机的市场现状

1.1.2单缸柴油机的技术现状

1.1.3单缸发动机平衡性研究的背景

1.2国内外研究现状

1.3本课题研究目的及主要内容

第二章 平衡性分析基本理论

2.1内燃机动力学基本理论

2.1.1曲柄连杆机构运动学

2.1.2机体所受作用力分析

2.1.3单缸内燃机的平衡

2.2非圆齿轮基本理论

2.2.1概述

2.2.2非圆齿轮节曲线设计

2.2.3非圆齿轮节曲线的封闭条件

第三章 非匀速平衡机构的理论计算

3.1偏心渐开线齿轮机构的传动原理及运动分析

3.2偏心齿轮机构的设计

3.3椭圆齿轮

3.4非匀速平衡机构的基本原理

3.4.1无惰齿轮的非匀速平衡机构

3.4.2带惰齿轮的非匀速平衡机构

3.4.3数值计算及其分析

3.4.5结论

第四章 机构改进创新及仿真分析

4.1机构分析

4.2机构实现

4.3三维模型的建立

4.3.1 Pro/E模型的建立

4.3.2齿轮参数化建模

4.4多体系统模型的建立

4.4.1刚体系统模型

4.4.2柔性体系统模型

4.5刚体动力学仿真

4.5.1建立连接副

4.5.2参数设置

4.5.3仿真结果分析

4.6柔性体仿真

4.6.1多柔体系统动力学方程的建立

4.6.2参数设置

4.6.3仿真结果分析

4.7齿侧间隙消除机构仿真

4.7.1扭簧参数的计算

4.7.2仿真结果分析

第五章 全文总结及工作展望

5.1全文总结

5.1.1本文的主要研究成果

5.1.2结论

5.2进一步工作展望

参考文献

致 谢

硕士期间发表的论文