Введение

В настоящее время в Европе вводятся нормы предельно допустимых уровней шумового и вибрационных воздействий. Вибрация отрицательно сказывается не только на здоровье человека, но и на долговечности деталей двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Снижение виброактивности возможно за счёт как улучшения подвески силового агрегата (СА), так и уменьшения возмущений от самого двигателя. В данной работе рассмотрены вопросы анализа и методы уменьшения возмущений от ДВС. Эти возмущения определяются действием сил и моментов. Силы, возникающие при работе автомобильных и тракторных двигателей, можно разделить на два вида:

а) уравновешенные;

б) неуравновешенные.

Уравновешенными силами называют силы, которые при их суммировании не дают свободного момента и равнодействующая которых равна нулю. К таким силам относятся силы давления га­зов в цилиндре двигателя и силы трения.

К неуравновешенным силам относятся силы, которые пере­даются на опоры двигателя, а именно:

1. вес двигателя;

2. реакции выпускных газов и движущихся жидкостей;

3. центробежные силы инерции вращающихся масс двигателя;

4. силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс двигателя;

5. касательные силы инерции вращающихся масс, возникающие вследствие непостоянной угловой скорости вращения коленчатого вала.

Во всех автомобильных и тракторных поршневых двигателях возникает переменный реактивный момент M_R, при любом положе­нии коленчатого вала равный по величине, но противоположный по направлению крутящему моменту М. В обычных автомобиль­ных и тракторных двигателях этот 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 возвратно-поступательно движу­щихся масс двигателя.

С увеличением равномерности крутящего момента двигателя (следовательно, и реактивного момента) вибрации двигателя, зависящие от этого 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.

Динамическое уравновешивание или просто уравновешивание двигателя заключается в создании такой системы сил, в которой равнодействующие силы и моменты этих сил постоянны по величине и направлению или равны нулю.

Уравновешивание современных автомобильных и тракторных двигателей можно осуществить двумя способами:

1. Расположением определенным образом цилиндров и выбором такой кривошипной схемы коленчатого вала, чтобы переменные силы инерции и их моменты взаимно уравновешивались.

2. 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. В полностью уравновешенном двигателе при установившемся режиме работы силы, передаваемые на его опоры, постоянны по величине и направлению или равны нулю.

Вследствие того, что в автомобильных и тракторных поршневых

двигателях всегда имеет место неравномерность крутящего момента, полное уравновешивание этих двигателей невозможно.

Глава1. Уравновешивание двухцилиндровых двигателей

1. Теория номинальной уравновешенности

Уравновешенность двигателя оценивается величиной результирующих значений сил инерции вращающихся и поступательно движущихся масс, а также моментов от них. При равенстве масс и соответствующих геометрических параметров одноименных деталей кривошипно-шатунного механизма номинальным значениям получаем номинальные значения соответствующих сил и моментов.

Выражение для определения моментов могут быть получены на основе известного из теоретической механики положения о том, что систему сил, действующих на тело, можно характеризовать главными вектором и моментом. Главный момент относительно выбранного центра приведения О равен сумме моментов сил , приложенных к телу, относительно этого центра, т. е.

Главный момент плоской системы сил относительно нового центра приведения A равен сумме главного момента этой системы относительно центра O и момента относительно нового центра A главного вектора , приложенного в центре O:

Если главный вектор плоской системы сил , то главный момент не зависит от выбора центра приведения. Главный вектор в любом случае не зависит от центра приведения и равен векторной сумме рассматриваемых сил.

Следовательно, в общем случае момент сил инерции, действующий на двигатель в продольной плоскости, зависит от центра приведения, выбор которого должен быть обоснованным. Обычно центр приведения для двигателей, у которых , связывают с серединной плоскостью кривошипов коленчатого вала, что дает возможность получать сопоставимые оценки уравновешенности сил различных двигателей. Однако если главный вектор оказывается не полностью уравновешенным, то, например, при расчете колебаний двигателя на подвеске, целесообразно центр приведения перенести в центр инерции. При этом главный момент изменится, а главный вектор останется тем же.

Аналогичен случай, когда механизм уравновешивания сил инерции по каким-либо соображениям располагают не в серединной плоскости кривошипного механизма. Тогда момент необходимо определять с учетом составляющей от силы, создаваемой механизмом уравновешивания.

Рисунок 1. - Обобщенная схема кривошипно-шатунного механизма двигателя

В дальнейшем, как это принято в динамике двигателей, будем вместо выражения “главный вектор” употреблять – “сила”; “главный момент” – “вектор момента”.

В многоцилиндровых двигателях может быть сложное пространственное расположение цилиндров и кривошипов, а также соответствующие им направления векторов сил и моментов. Определение их результирующих оказывается сложной задачей, решаемой обычно, отдельно для каждой конкретной схемы двигателя. Она может быть существенно рационализирована, если свести к двум системам, действующим во взаимно перпендикулярных плоскостях – вертикальной и горизонтальной.

Формулы для определения неуравновешенных сил и моментов многоцилиндрового двигателя находим аналитическим методом, исходя из расчетной схемы осевого кривошипно-шатунного механизма и обозначений, приведенных на рис. 1. Наклон цилиндров задается относительно вертикальной продольной плоскости углами ε_i (i – порядковый номер цилиндра). На схеме показан условный цилиндр с произвольным углом наклона оси ε_i. При отсчете по часовой стрелке принят положительный знак. Положение цилиндров в продольном направлении определяется координатой , отсчитываемой от оси первого цилиндра. Расстояние между серединами первого кривошипа и кривошипного механизма задается координатой l. Угол между кривошипами i-го и первого цилиндров определяется величиной . Таким образом можно задать любые схемы кривошипно-шатунного механизма двигателя и аналитически определить для них неуравновешенные силы и моменты.