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1、2008年3月机械科学与技术March2008第27卷第3期MechanicalScienceandTechnologyforAerospaceEngineeringVol.27No.3曲柄连杆机构机械传动效率分析孔江生,吴柄胜,卢彦群(河北工程大学,邯郸056038)孔江生摘要:内燃机曲柄连杆机构的机械传动效率是影响其功率输出的主要因素之一。针对这一问题,本文应用低副理论,采用数学建模与理论分析的方法获取了曲柄连杆机构机械效率的表达式,同时确定了影响效率的某些关键因素。研究结果表明:在整个循环过程中,虽然曲柄连杆机构在绝大部分运行区内的机械效率均较高,但在某些关键工作点的机械
2、传动效率却相对较低,结论对相对较低的工作点给出了准确的判断。研究结果为今后提高整体机械传动效率,采取相关手段提升低效工作点效率指明了改进的方向。关键词:曲柄;连杆;机械效率中图分类号:TH12文献标识码:A文章编号:100328728(2008)0320347204AnalysisoftheEfficiencyofaCrankandLinkageLeverKongJiangsheng,WuBingsheng,LuYanqun(HebeiUniversityofEngineering,Handan056038)Abstract:Theefficiencyofthecrankand
3、linkagesystemofaninternalcombustionengineisoneofthemajorfac2torsthataffectthepoweroutput.Forthisreason,weanalyzethemechanicalefficiencybasedonthelowerpairtheory.Wefirstestablisheditsmathematicalmodel.Thenwederivedtheequationsforcalculatingitsefficiency,andpointedoutthekeyfactorsthatinfluence
4、theefficiency.Thestudyresultshowsthatalthoughtheefficiencyishighduringmostperiodoftherunningcircle,therestillexiststhelowerefficiencyarea.Wefinallydeterminedtheexactpointswheretheefficiencyislow,andgivemeasurestoraisethemechanicalefficiency.Keywords:crank;linkagelever;mechanicalefficiency曲柄连
5、杆机构广泛应用于内燃机等机械传动领气几个阶段,曲柄连杆机构传动效率对不同阶段的域,工程技术人员较为重视的领域是其燃烧热效影响是不同的。在做功行程时,曲柄连杆机构传动[1]率,相关研究成果也比较成熟,而对于曲柄连杆效率对功率传递的影响最大。针对这种情况,本文[4]机构的机械传动效率以及提高效率的途径的研究却以做功行程时的曲柄连杆机构为讨论对象。[2]相对欠缺。从机械传动理论方面来说,如果曲柄内燃机传动简图如图1所示,构件1,连杆为构连杆机构的传动效率过低,将导致传动系统整体传件2,曲柄为构件3,同时设连杆的长度为l,曲柄半[3]动效率的降低,因此对曲柄连杆机构的机械传动径为r,连
6、杆与对称线的夹角为θ。效率进行深入的分析,同样有着重要的理论及现实意义。1机械传动效率的影响因素四冲程内燃机的运动分为吸气、压气、做功、排图1连杆机构示意图收稿日期:20070528作者简介:孔江生(1960-),副教授,硕士,研究方向为汽车工程,影响曲柄连杆机构传动效率的因素不仅取决于kongjs@126.com;吴炳胜(联系人),教授,wubingsheng@hebeu.edu.cn尺寸参数,同时还取决于力学模型的建立。建立数348机械科学与技术第27卷学模型时,不得不考虑的一点是所分析系统的惯性曲柄回转中心之间的距离为x0,则有力问题。相对于内燃机做功行程来说,各运动构件
7、222θ)x=x0-(lcosθ+r-lsin的惯性力是相对较小的。这一点可从内燃机做功行lcosθdx=lsinθ1+dθ(1)程的工作压力看出,对于柴油机,其做功行程工作压222r-lsinθ力可达5MPa～10MPa。对于汽油机,其做功行程又由lsinθ=rsinβ得[1,5]的工作压力可达3MPa～5MPa。β=asin(lsin(θ/r))而对于惯性力产生的3个主要因素:沿气缸轴lcosθ线移动的活塞组件、作平面运动的连杆组件、作匀速dβ=222dθ(2)r-lsinθ转动的曲柄组
