2553

8.3. Уравновешивание двухколенного вала

Рис. 44. Уравновешивание двухколенного вала

R Kr' Kr'' ; M пp Kr' a; Мпр Кпр b;

На многоколенных валах, несмотря на их полную уравновешенность, устанавливаются противовесы для разгрузки коренных подшипников. У многоколенных несимметричных валах уравновешивание возможно только за счет установки противовесов.

8.4. Уравновешивание одноцилиндрового двигателя

При уравновешивании двигателя рассматривают силы инерции первого порядка Pi1 mi r 2 cos и второго порядка

Pi2 mi r 2 cos2 .

110

Уравновешивание сил инерции первого порядка производится установкой двух противовесов на двух дополнительных валах, расположенных параллельно оси коленчатого вала и имеющих число оборотов, равное числу оборотов коленчатого вала (рис. 44). При этом равнодействующая сил вертикальных составляющих центробежных сил противовесов расположена по оси цилиндра и должна быть направлена в сторону, противоположнуюPi1. Если массу противовесов

выбирать из условий 2mпр 2 cos mj r 2 cos , тогда сила

инерции первого порядка будет уравновешена, а масса противовеса будет равна

Рис. 45. Уравновешивание одноцилиндрового двигателя

1 r mпр 2mi .

Для уравновешивания оси инерции второго порядка устанавливают еще два противовеса на двух дополнительных валах, но частота вращения этих валов должна быть в два раза больше частоты вращения коленчатого вала. Равнодействующую вертикальных составляющих сил инерции второго порядка находят из уравнения

111

2mпр (2 )2 cos2 mir 2 cos2 .

Массы противовесов определяем по уравнению

Реактивный момент воспринимается опорами двигателя.

8.5. Уравновешивание двухцилиндрового линейного двигателя

Рис. 46. Уравновешивание двухцилиндрового линейного двигателя

Продольный момент уравновешивается постановкой двух пар противовесов (рис.46), вращающихся с той же угловой скоростью, что и коленчатый вал и создающий продольный момент, равный по величине моменту сил инерции первого порядка, но противоположно направленный

1 r mпр 2mi .

Силы инерции второго порядка

112

Pj2 A cos2α;Pj2 A cos(180 α) A cos2α;

R2 2A cos2α.

Силы инерции обоих цилиндров направлены в одну сторону и вызывают возмущающую силу. Возмущающая сила может быть уравновешена с помощью двух противовесов, симметрично расположенных и вращающихся в противоположные стороны с удвоенной

1 r

mпр2 4mi ' .

Вдвухцилиндровом четырехтактном двигателе с противоположным расположением цилиндров будут уравновешеном силы инерции первого и второго порядков, момент продольный будет не уравновешен.

Mпр aA(cosα λcos2α).

8.6. Уравновешивание шестицилиндрового линейного двигателя

Рис. 47. Уравновешивание шестицилиндрового линейного двигателя

Коленчатый вал уравновешен (рис. 47).

113

Силы инерции первого порядка от возвратно-поступательно движущихся масс

cos 240 120 cos . 2

R1 2A cosα cosα 0.

Результирующая сила инерции второго порядка:

R2 2A cos cos2(240 ) cos2(120 );

R2 A cos2 cos2 0.

Двигатель уравновешен без постановки противовесов.

8.7.Уравновешивание двухцилиндрового двигателя

сV-образным расположением цилиндров

1.Сила инерции первого порядка для левого цилиндра

Pj1 Acos .

Для правого цилиндра

Pj1 Acos(360 ) Asin ;

R1 (Acosα)2 (Asinα)2 A.

Направление результирующей силы по отношению к оси левого цилиндра:

114

Результирующая сила инерции первого порядка, постоянная по величине (R=A), направлена по радиусу кривошипа и может быть уравновешена постановкой двух противовесов, установленных на продолжение щек (рис. 48).

2mпр 2 mj r 2; mпр 1mj r . 2

Рис. 48. Уравновешивание двухцилиндрового двигателя с V-образным расположением цилиндров

Суммарный момент от сил инерции первого порядкаравеннулю. 2. Силы инерции второго порядка:

Pj2 A cos2 ; Pj2 A cos2(360 A cos2 ).

Результирующая сила второго порядка:

R2 (A cos2 )2 (A cos2 )2 A cos2 2.

Угол между результирующей силой R2 и осьюлевогоцилиндра

tg 2 A cos2 1; 45 .A cos2

Масса противовесов:

2mпр 2 2 cos2 mj r 2 cos2 2;

115

Результирующая сила инерции второго порядка переменна по величине и направлению и действует в горизонтальной плоскости, может быть уравновешена с помощью двух противовесов, вращающихся в противоположные стороны с удвоенной угловой скоростью. Суммарный момент от сил инерции второго порядка равен нулю.

8.8. Уравновешивание восьмицилиндрового V-образного двигателя

Рис. 49. Уравновешивание восьмицилиндрового V-образного двигателя

Данные двигатели рассматриваются как состоящие из 4-х двухцилиндровых V-образных двигателей. Как было указано выше, суммарная сила инерции первого порядка V-образного двухцилиндрового двигателя равна А и направлена по кривошипу. Ввиду симметричного расположения кривошипов суммарная сила инерции равна нулю

(рис. 49).

Суммарный продольный момент от сил инерции первого порядка не уравновешен. Момент вычисляют относительно середины оси коленчатого вала.

Продольный момент от первого и четверного колен M1 4 3аR1.

116

Продольный момент от сил инерции второго и третьего ко- ленM 2 3 аR1.

Суммарный момент, действующий на коленчатый вал от сил инерции первого порядка:

Суммарный момент может быть уравновешен с помощью двух противовесов, устанавливаемых на концах коленчатого вала в плоскости действия момента M .

Масса противовеса может быть найдена из уравнения

mпр 2 b 3,162mj r 2 a;mпр 3,162mj r a.

b

Силы инерции второго порядка

1.Для первого колена R2 mj r 2 cos2 2.

2.Для второго колена

R2 mj r 2 2cos2(90 ) mj r 2 2cos2 . 3. Для третьего колена

R2 mj r 2 2cos2(270 ) mj r 2 2cos2 . 4. Для четвертого колена

R2 mj r 2 2cos2(180 ) mj r 2 2cos2 .

Суммарные силы инерции второго порядка лежат в горизонтальной плоскости, равны по величине, но противоположны по направлению, а поэтому результирующая их величина равна нулю. Продольный момент также равен нулю.

9. РАСЧЕТНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ

Расчетные режимы работы двигателей обуславливают величину и характер изменения сил и моментов, действующих на их детали.

Основными видами нагрузок на детали являются: а) силы давления газов; б) силы инерции;

в) усилия, возникающие от упругих колебаний;

117

г) температурные напряжения.

Метод выбора расчета обуславливается характером действия сил от вышеперечисленных нагрузок. За расчетные режимы принимают наиболее тяжелые условия работы двигателя.

Как правило, принимают следующие расчетные режимы:

1)режим максимального крутящего момента;

2)режим холостого хода при nxx nmax;

3)режим максимальной мощности при n nN .

Первый режим предусматривает максимальное значение газовой нагрузки, при этом действием нагрузки от сил инерции пренебрегают. Такие моменты возможны во время запуска, при работе двигателя на небольших оборотах при полностью открытой дроссельной заслонке.

Второй режим характеризуется максимальной инерционной нагрузкой, что возможно в случае неожиданного выключения нагрузки или резкого изменения подачи топлива при максимальных оборотах коленчатого вала. Как правило, двигатели снабжаются ограничителями чисел оборотов. При отсутствии ограничителя число оборотов может достичь разностного.

Для расчета можно принимать, что nраз (1,4 1,6)nN . При нали-

чии регулятора последний обычно ограничивает обороты в пределах 1,1 1,2от оборотов при максимальной мощности.

Третий режим максимальной мощности при числе оборотовnN . Расчеты по этому режиму производят тогда, когда хотят выявить напряжение в деталях двигателя от совместного воздействия сил давления газов и сил инерции. Третий режим особое значение имеет для двигателей, имеющих наддув, так как в этом случае с увеличением числа оборотов газовая нагрузка возрастает и в результате этого суммарная нагрузка на детали двигателя может увеличиваться и может оказаться больше, чем на режиме максимального крутящего

момента.

Кроме этого, тепловая нагрузка вызывает дополнительные температурные напряжения в сопряженных деталях. Поэтому при расчете на прочность деталей двигателя необходимо принимать во внимание их тепловое состояние.

В заключение проверяют, не лежит ли резонансный режим крутильных колебаний коленчатого вала в диапазоне рабочих чисел оборотов двигателя. При наличии резонанса следует определить напряжения в элементах коленчатого вала и в приводах.

118

9.1. Предпосылки к расчету двигателя на прочность

Как известно, детали двигателя работают в условиях повторяющихся нагрузок, вызываемых периодическими действиями сил давления газов, сил инерции и т.д. Величина напряжений деталей двигателя зависит от условий его работы, а расчетные режимы выбирают наиболее тяжелыми в отношении прочности и долговечности деталей. При расчете деталей на прочность, кроме вышеперечисленных нагрузок, необходимо учитывать в отдельных случаях их динамический характер (нагрузки на шатун в случае заедания поршня).

Нагрузки могут быть статические (маловероятные) и переменные. При статических нагрузках расчет ведут по формулам сопротивления материалов, выведенным из условий совершенной упругости металла. При этом деформации допускаютсятольковпределахупругости.

Степень асимметрии цикла выражается коэффициентом асим-

метрии r σmin . Для симметричного цикла r 1 1, для пульси-

σmax

рующего цикла r 0.

119