Силы кшм
Силы, действующие на поршневой палец, шатунные и коренные шейки
Разложим суммарную силу P, приложенную к оси поршневого пальца, на две составляющие силы (рис. 1.27а). Первая сила направлена по оси шатуна и равна:
.
Вторая сила перпендикулярна оси цилиндра и равна:
.
Графики сил PШ, N и Р по углу поворота коленчатого вала представлены на рис. 1.27б.
а б
Рис. 1.27. Схема сил (а) и графики сил (б), действующих на поршневой палец
Перенесем силу Pш, действующую по оси шатуна, в центр шатунной шейки и затем разложим ее на две составляющие: касательную силу Т и перпендикулярную силу Z (рис 1.28а).
а б
Рис. 1.28. Схема сил (а) и графики сил (б), действующих на шатунной шейке
Сила, действующая по оси кривошипа, равна:
.
Касательная сила определяется формулой:
.
Произведение силы Т на радиус r называют крутящим моментом двигателя:
.
Графики сил T и Z по углу поворота коленчатого вала представлены на рис. 1.28б.
Кроме указанных выше сил на шатунную шейку действует, по радиусу кривошипа, сила инерции вращающихся масс Pr.
Приложим к центру коленчатого вала (точка О) (рис. 1.29) две взаимно противоположные силы Р'ш и Р''ш,, равные и параллельные силе Рш.
Рис. 1.29. Схема сил, действующих на коренной шейке
Силы Рш и Р''ш составят пару сил, момент которой на плече h равен:
.
Тогда момент пары этих сил определяется формулой:
.
Он равен крутящему моменту двигателя Мк.
Разложим силу Р'ш на две составляющие силы:
,
.
Сила Р' действует на опорную раму двигателя, силы же N и N' составят пару сил с плечом H, равным:
.
Тогда момент определяется формулой:
.
Он стремится опрокинуть двигатель и называется реактивным моментом двигателя.
Реактивный момент всегда равен крутящему моменту двигателя, но противоположен ему по направлению.
Неравномерность хода двигателя
1.5. Уравновешивание двигателей внутреннего сгорания
Силы, возникающие при работе автомобильных и тракторных двигателей, можно разделить на два вида: уравновешенные и не-уравновешенные.
Уравновешенными силами называют силы, равнодействующая которых по отношению к опорам двигателя равна нулю и которые при их суммировании не дают свободного момента. К таким силам относятся силы давления газов в цилиндре двигателя и силы трения.
К неуравновешенным силам относят силы, которые передаются на опоры двигателя: вес двигателя, реакции выпускных газов и движущихся жидкостей, центробежные силы инерции вращающихся масс двигателя, силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс двигателя, касательные силы инерции вращающихся масс, возникающие вследствие непостояннойугловой скорости вращения коленчатого вала.
Во всех поршневых двигателях имеет место также переменный реактивный момент, при любом положении коленчатого вала равный по величине, но противоположный по направлению крутящему моменту двигателя. В обычных автомобильных и тракторных двигателях реактивный момент уравновесить невозможно и во время работы он всегда передается на раму автомобиля или трактора.
Неуравновешенные силы, переменные по величине и направлению, могут вызвать вибрации, как двигателя, так и всего автомобиля или трактора, причем наибольшие сотрясения вызываются силами инерции вращающихся и поступательно движущихся масс двигателя.
С увеличением равномерности крутящего момента двигателя вибрации двигателя, зависящие от реактивного момента, уменьшаются.
Неуравновешенные силы, постоянные по величине и направлению, вибраций двигателя не вызывают.
Вибрации двигателя при недостаточной жесткости его деталей могут возникнуть также под действием переменных сил давления газов. Эти вибрации устраняются увеличением жесткости деталей двигателя. Для устранения отрицательных последствий, связанных с наличием вибраций, двигатель должен быть динамически уравновешен.
В уравновешенном двигателе при установившемся режиме работы силы и моменты сил, передаваемые на его опоры, постоянны по величине и направлению или равны нулю.
Уравновешивание современных автомобильных и тракторных двигателей можно осуществить двумя способами:
расположением определенным образом цилиндров и выбором такой кривошипной схемы коленчатого вала, чтобы переменные силы инерции и их моменты взаимно уравновешивались;
созданием с помощью дополнительных масс (противовесов) новых сил, в любой момент времени равных по величине, но противоположных по направлению основным уравновешиваемым силам.
Очень часто оба эти способа применяются одновременно.
Далее рассматриваются способы уравновешивания лишь наиболее значительных сил и их моментов, к числу которых относятся:
P1j – гармонически изменяющаяся сила инерции первого порядка от возвратно-поступательно движущихся масс;
P2j – гармонически изменяющаяся сила инерции второго порядка от возвратно-поступательно движущихся масс;
Рr – центробежная сила инерции неуравновешенных вращающихся масс;
M1 – свободный момент от сил инерции первого порядка;
М2 – свободный момент от сил инерции второго порядка;
Mr – свободный момент от сил инерции вращающихся масс.
Особенно значительные вибрации могут вызываться неравномерным реактивным моментом и гармонически изменяющимися силами инерции и их моментами при резонансе, т. е. в случае, если частоты этих сил или моментов становятся равными частоте собственных колебаний двигателя на опорах.