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[定稿]235kw发动机飞轮设计说明书.doc
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CAD-飞轮总成.dwg
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CAD-离合器总成.dwg
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CAD-曲轴飞轮组.dwg
1、段中，由于驱动外力与阻抗外力不能时时相平衡，而其质量分布又不能作相应的变化，必然引起周期性的速度波动，以至影响机器的工作质量。这个问题至今还不能认为是已经彻底解决。目前，在机器上安装飞轮仍然是简便有效的调节速度波动的方法。现在，在大型的工程机械精密齿轮机床和现代化最新研制的六足步行机器人中，都能见到飞轮装置，在另外些机械中，虽然没有安装飞轮，但是许多构件却具有飞轮的效应。飞轮设计的核心问题是计算飞轮的转动惯量。计算飞轮转动惯量的途径是求解描述机械系统运动过程的动力学方程。对刚性构件组成的机械系统而言，其运动方程式集中地表达了外力构件质量包括飞轮的转动惯量和构件运动之间的关系。因而飞轮设计的内容之就是根据已知外力给定的速度变化要求和构件质量计算出飞轮应有的转动惯量。外力是决定机械系统运动规律的主导因素。作用在机械系统上的外力可分为驱动力和工作阻力两类。驱动力由原动机传入，驱使机械系统运动而作正功，工作阻力由工作对象传来，阻抗机械系统运动而作负功。外力的变化规律将直接影响求解运动方程的具体方法和难易程度，通常将外力随运动参数和时间的变化规律称为机械系统的机械特性。下面先介绍几种常见到的外力变化规律常量力作用在机械系统上的外力在稳定运动阶段为常量。例如液压传动系统的驱动力构件的重力在不计绳索重量时起重机的荷重轧钢机和刨床上的生产阻力等。当机械系统的外力均为常量时，机械系统的运动方程将大为简化，计算飞轮转动惯量的方法也比较简单。力是作用构件运动速度的函数属于这类的外力有通风机的载荷离心泵及螺旋桨的工作阻力等。力是机构位置的函数具有这类机械特性的机器力如活塞式压缩机的工作阻力掘土机的载荷弹簧的弹力以及内燃机的输出力矩等都是机构位置的函数。随时间而变化的作用力如球磨机的磨削阻力即是随时间而变化的。在同个机械系统中，可同时存在几个外力，它们可以是按同规律变化，也可能分别按不同规律变化。当出现后种情况时，整个外力系将同时是几个自变量的。
2、以在其他行程中克服阻力，带动曲轴连杆机构越过上下止点，保证曲轴的旋转角速度输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超过载此外，在结不均匀性在允许范围之内。飞轮正是利用其具有较大的转动惯量，在曲轴加速减速过程中吸收或释放其动能，稳定,发动机,飞轮,设计,毕业设计,全套,图纸第章绪论选题目的意义汽车工程的发展贯穿着以第二次和第三次工业革命为契机与标志的近现代世界工业文明飞速向前的轨迹。当今汽车高速化轻量化高效率和低阻尼的发展趋势使得振动与噪声问题愈发突出。汽车是个具有质量弹性和阻尼的振动系统。汽车整车或局部的振动使汽车的平顺性受到很大影响，使乘员产生不舒服和疲乏的感觉。而汽车的平顺性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响在定界限之内，因此平顺性主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价，它是现代高速汽车的主要性能之。汽车的振动还使其动力性无法充分发挥，经济性变差，还会影响到汽车的通过性操纵稳定性，甚至损坏汽车的零部件，缩短汽车的使用寿命。汽车是由多个系统组成的复杂的振动系统，每个系统都存在振动问题，几个主要系统存在的振动问题如下首当其冲的是发动机和传动系汽车行驶时因汽缸内的燃气压力和运动件的不平衡惯性力周期性变化以及道路不平的结果都会使曲轴系统和发动机整机产生振动。其中，曲轴系统的扭振比较重要，而且与整车传动系统密切相关。曲轴受周期性变化的干扰力作用，这种干扰力会使发动机和传动系统产生强烈的扭振。对于扭振引起的这些装置的附加应力大大超过工作应力，这会影响发动机和传动系的工作质量和寿命，产生噪声，造成严重的破坏。除发动机和传动系统外，其它几个振动的系统分别为制动系统转向系统悬架系统车身和车架。严格控制发动机曲轴的扭转振动和降低传动系的扭转振动成为汽车工程人员密切关注和潜心研究的问题。在过去的实践中汽车设计师们采用了许多行之有效的措施，其中个重要而广泛的措施就是为内燃机匹配飞轮。飞轮是个转动惯量很大的。
3、只能用以调节瞬时的不大的能量变化，而不能用作大容量的更高峰载荷补偿器，不能用作需要交配大能量的次能源贮存器。高比强度新材料的出现，例如纤维和晶须增强材料的研制成功，使飞轮单位密度强度有很大的提高，允许的线速度也大幅度的提高。因此大大增强了飞轮单位质量所能贮存的能量，如再配以磁悬装置和真空室，飞轮有可能作为需要较大能量的二次能源贮存器。除了采用高比强度的材料外，还研究了飞轮的最佳几何形状，以使飞轮各处应力分布合理而均匀，以及减少阻力，这样可进步提高飞轮贮存能量的能力。此外，为了减小电动机的驱动力矩，采用变惯性力矩飞轮，如下图，该飞轮具有保证能在径向移动的滑块。图是电机启动前滑块位置图是机组正常运行时滑块的位置。图变惯性力矩飞轮曲轴系统的扭转振动扭转振动的基本概念在内燃机的使用实践中，人们早就发现，当内燃机达到转速时运转变得很不均匀，伴随着机械敲击和抖动，性能也变差了。如果这样长期运转下去，曲轴就可能断裂。当转速提高或降低些，均使敲击和抖动减轻甚至消失。由此可见，这不是由于发动机的不平衡性引起的，否则抖动应随转速的提高而剧增，因为不平衡惯性力是与转速平方成正比的。大量理论和试验研究证明，这种现象的原因主要是由于曲轴发生了大幅度扭转振动所引起，由于轴系扭转刚度不足，在随时间周期变化的单拐转矩作用下，各曲拐间会产生相当大的周期性相对扭转，气缸数愈多，曲轴愈长，这种现象愈严重，这就是曲轴的扭转振动。当轴系达到转速时，施加在曲轴上的周期变化的转矩与曲轴本身振动频率之间产生“合拍”现象，这就是所谓的共振。发生共振时曲轴扭转变形的幅度将大大超过正常值，轻则产生很大的噪声，使磨损剧增，重则使曲轴断裂。因此，在设计内燃机时必须对轴系的扭振特性进行计算分析，以确定其临界转速，振型振幅，扭转应力以及是否需要采取减振措施。扭转振动的定义扭转振动是使曲轴各轴段间发生周期性相互扭转的振动，简称扭振。扭振的现象发动机在转速下发生剧烈抖动，噪声增加，磨。
4、用。采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的结合平顺性。离合器从动盘总成中装有扭转减震器，防止了传动系统的扭转共振减小了传动系统噪声和动载荷。对于重型离合器，由于商用车趋于大型化，发动机功率不断增大，但离合器允许增大尺寸的空间有限现离合器从动盘的直径已达。增加离合器扭转能力，提高其使用寿命，简化操作。已成为重型离合器当前的发展趋势。为了提高离合器的扭转能力，造重型汽车上采用双片干式离合器。从理论上讲，在相同径向尺寸下，双片离合器的扭转能力和使用寿命是单片倍，但受到其他客观因素的影响如散热等，实际的效果要比理论值要低些。结构上采用拉式膜片弹簧的离合器，其允许的传扭能力要比推式大。从动盘采用金属陶瓷的离合器比般有机片摩擦材料传扭能力提高，而使用寿命至少提高。飞轮设计方法多刚体动力学模拟是近十年发展起来的机械计算机模拟技术，提供了在设计过程中对设计方案进行分析和优化的有效手段，在机械设计领域获得越来越广泛的应用。它是利用计算机建造的模型对实际系统进行实验研究，将分析的方法用于模拟实验，充分利用已有的基本物理原理，采用与实际物理系统实验相似的研究方法，在计算机上运行仿真实验。目前多刚体动力学模拟软件主要有，等。多刚体动力学模拟软件的最大优点在于分析过程中无需编写复杂仿真程序，在产品的设计分析时无需进行样机的生产和试验。对内燃机产品的部件装配进行机构运动仿真，可校核部件运动轨迹，及时发现运动干涉对部件装配进行动力学仿真，可校核机构受力情况根据机构运动约束及保证性能最优的目标进行机构设计优化，可最大限度地满足性能要求，对设计提供指导和修正。目前国内人学和企业已经已进行了机构运动动力学仿真方面的研究和局部应用，能在设计初期及时发现内燃机曲柄连杆机构干涉，校核配气机构运动动力学性能等，为设计人员提供了基本的设计依据。在现代机械，特别是在高速运动的机械中，机器动力学是个重要的研究课题，其中包括机器的周期性速度波动的调节。机器在稳定运动阶。
5、损增加，油耗增加，功率下降，严重时发生曲轴扭断。发动机偏离该转速时，上述现象消失。扭振发生的原因曲轴系统由具有定弹性和惯性的材料组成，本身具有定的固有频率。系统上作用有大小和方向呈周期性变化的干扰力矩。干扰力矩的变化频率与系统固有频率合拍时，系统产生共振。研究扭振的目的通过计算找出临界转速振幅扭振应力，决定是否采取减振措施。扭振当量系统的组成根据动力学等效原则，将当量转动惯量布置在实际轴有集中质量的地方当量轴段刚度与实际轴段刚度等效，但设有质量。扭转震动的消减措施曲轴系统发生扭振现象是必然的，只不过轻重程度不同。严重时都要采取扭振消减措施。消除或者减轻扭振带来的危害通常都是由下面几个途径来实现。使曲轴转速远离临界转速在工作转速范围内产生扭振的转速叫做临界转速，所以要保证临界转速避开常用工作转速和标定转速。改变曲轴的固有频率这是结构措施，通常在设计阶段考虑。通过改变结构参数，达到使固有频率远离外界强迫力矩频率的目的。具体措施有提高曲轴刚度。增加主轴颈直径。减小曲轴长度。提高重叠度。减小转动惯量。采用空心曲轴。降低平衡块质量。降低带轮，飞轮质量。提高轴系的阻尼提高轴系的阻尼主要靠材料特性来达到。铸铁的材料阻尼比钢要高出，所以如果强度允许，可以把该钢曲轴改成铸铁曲轴，以达到减弱扭振的目的。改变激振强度采用减振装置汽车离合器结构的发展实际上早在年就出现了单片离合器，但由于当时技术设计上的缺陷，造成了单片离合器在结合时不够平顺等问题。但是，单片干式离合器结构紧凑，散热良好，转动惯量小，所以以内燃机为动力的汽车经常采用它，尤其是成功开发了价格便宜的冲压件离合器盖以后更是如此。多年的实际经验和技术上的改进使人们逐渐趋向于首先单片干式摩擦离合器因为它具有从动部分转动惯量小散热性好结构简单调整方便尺寸紧凑分离彻底等优点，而且由于在结构上采用定的措施，已能做到平顺，因此现在广泛用于大中小各类车型中。离合器对降低曲轴系统的扭震起着至关重要的。
6、圆盘，其主要功用是将在作功行程中传输给曲轴的功的部分储存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲轴连杆机构越过上下止点，保证曲轴的旋转角速度输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超过载此外，在结构上飞轮又往往用作汽车传动系统中的摩擦离合器的驱动件。飞轮是发动机的关键安全件，其功能是调节发动机曲轴转速变化，起稳定转速的作用。发动机在任何工况下，既使是稳定工况，出于负荷的突变，发动机输出扭矩与其所带动的阻力矩之间不相等，而产生曲轴转动角速度的波动，引起曲轴回转的不均匀性。这会产生系列不良后果对曲轴驱动的部件产生冲击，影响工作可靠性。降低使用寿命，产生噪音曲轴振动等。因此必须控制曲轴回转的不均匀性在允许范围之内。飞轮正是利用其具有较大的转动惯量，在曲轴加速减速过程中吸收或释放其动能，稳定曲轴加速度的变化，从而稳定转速。四冲程发动机只有作功行程产生动力，其它进气压缩排气行程消耗动力，多缸发动机是间隔地轮流作功。扭矩呈脉动输出，这样就给曲轴施加了个周期变化的扭转外力，令曲轴转动忽慢忽快。缸数越少越明显。另外，当汽车起步时，由于扭力突然剧增会使发动机转速急降而熄火。利用飞轮所具有的较大惯性，当曲轴转速增高时吸收部分能量阻碍其降速，当曲轴转速降低时释放部分能量使得其增速，这样增降，提高了曲轴旋转的均匀性。发动机飞轮国内外研究现状在机械原理教科书中，将飞轮按其功能切分为稳速稳定速度，减小波动幅度和蓄能积蓄能量适时释出两大类。近期有少量文献提出，利用飞轮夹补偿或平衡输入轴的外力矩，即出现外力矩平衡飞轮。外力矩平衡飞轮应具有变化的等效转动惯量，用以平衡输入轴外力矩的波动。严格地讲，稳速蓄能和平衡外力矩波动三种功能可以同时体现在同飞轮上，无法截然区分。由于铸铁或钢制飞轮的线速度有定的限制，因此，其单位质量所贮存的能量不大。例如时，飞轮单位质量所贮存的能量为。当时为。又由于有轴承的摩擦和空气阻力，运转时其能量损耗也较高。所以，普通的飞。
参考资料：
235KW发动机飞轮设计 .rar（V2.1）
