武汉理工大学《汽车发动机设计》课程设计说明书

衡状态，无需另外计算，因此主要研究气压力与运动质量惯性力变化规律对机构（尤其是曲轴和轴承）的作用。

4.2.1．气缸内工质的作用力（气体压力）

Pg?2?D（P-P0）

4（P0为大气压力，即背压），结合之前P-ɑ图，可以得到Pg-ɑ图，

如图【4-1】所示：

图【4-1】 转角-气体压力图

4.2.2．曲柄连杆机构的惯性力

把曲柄连杆机构运动件简化为mj、mR后，可从运动学规律归纳出两个力： 往复质量mj的往复惯性力Pj，旋转质量mR的旋转惯性力PR1）往复惯性力Pj：

2Pj?mj?j（活塞加速度）?-mjR?（cos???cos2?）（方向与加速度方向相反）

。

在Excel表格中每隔曲轴转角取点，相关数据见附表3，经计算后如下图【4-2】所示：

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图【4-2】 转角-惯性力图

2）旋转惯性力PR:

PR?mRR?2分解为：PRx??mRR?2cos?；PRy??mRR?2sin?。

这两个分量随?简谐变化，如果不能在机构内部加以抵消，则需由发动机支承来承受，使发动机有上、下、左、右跳动的倾向，本次设计中不过多考虑。

4.2.3．作用在曲柄连杆机构上的力

1）气压力与往复惯性力的合成：

P?Pg?Pj，由前面Pg-ɑ图与Pj-ɑ图可得到P-ɑ图如图【4-3】所示：

图【4-3】 转角-合成压力图

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2）曲柄连杆机构上作用力的分析与计算

合成力P作用在活塞上，将分解为两个力：垂直气缸轴线的力Pn（侧向力）与沿连杆轴线的力PL。

Pn?P?tan?，PL?P/cos(?)。

在Excel表格中每隔5曲轴转角取点，相关数据见附表2，经计算后如图【4-4】、【4-5】所示：

?

图【4-4】 转角-侧压力图

图【4-5】 转角-连杆力图

连杆力在曲柄销处又分解为垂直于曲柄半径的切向力Pt和沿曲柄作用的径向力Pk。其中各力在大小上满足下列关系式：

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切向力: P??PLsin（???）?PLsin(???)/cos? 径向力: Pk?PLcos（???）?PLcos(???)/cos?

在Excel表格中每隔5曲轴转角取点，相关数据见附表2，经计算后如图【4-6】、【4-7】所示：

?

图【4-6】 转角-切向力图

图【4-7】 转角-径向力图

规定Pt与w同向为正，Pk指向圆心为正，转矩顺时针为正。

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