книги из ГПНТБ / Ливенцев, Ф. Л. Двигатели со сложными кинематическими схемами. Кинематика, динамика и уравновешивание

репных подшипниках возникнут реакции, которые для несимме­ тричных колен могут быть определены из условий:

и для симметричных колен (а = b):

Для определения компонент векторов диаграммы концевых шеек коренных подшипников можно воспользоваться табл. 18.

П о я с н е н и я к т а б л . .18: 1) для двигателя по схеме на рис. 25 величины Рп и Рг1 берутся из граф 19 и 20 расчетной

Рис. 34. Схемы действия сил и реакций:

1 — д л я п е р в о го к о л е н а в а л а ; 2 — д л я ср е д н е го к о р е н н о го п о д ш и п н и к а ч е т ы р е х т а к т н о го д в и г а т е л я с ч етн ы м ч и сл о м р а б о ч и х ц и л и н д р о в

табл. 12 или из соответствующих граф табл. 15, 16 и 17 для двига­ телей с другими схемами кривошипно-шатунных механизмов, рассмотренных в гл. I;2

Т а б л и ц а 18. Определение компонент векторов для диаграмм концевых* коренных подшипников ДВС при симметричных кривошипах

•

2) цифры графы 6 в табл. 18 получаются в результате геоме­ трического сложения сил из граф 4 и 5 с учетом влияния центро­ бежной силы. Точки, полученные в результате геометрического

93

сложения компонент для одноименных углов а, будут принадле жать векторной диаграмме 2 концевого коренного подшипника (рис. 33) с центром О на оси коленчатого вала. Чтобы определить

истинные значения векторов <7ак1, необходимо ввести поправку на влияние центробежной силы

где тпк — приведенная к центру О' шатунной шейки масса неурав­ новешенной части кривошипа и вращающихся масс шатунов тш.

Эту поправку в виде отрезка 00"' в принятом масштабе для расчетной схемы необходимо отложить от центра О в сторону действия центробежной силы. Полученная таким образом точка О’" ■и будет истинным центром векторной диаграммы рассматриваемого коренного подшипника, из которого и должны быть измерены

истинные значения векторов qaKv Для средних коренных подшип­ ников 2 (рис34) четырехтактных ДВС, имеющих четное число рабочих цилиндров в блоках, и с коленчатыми валами, имеющими зеркально заклиненные кривошипы, компоненты ординат вектор­ ных диаграмм представляют собой алгебраические суммы реакций от сил Р/т, Ргт, PUl и Prn, которые для несимметричных криво­ шипов определяются из условий:

Для определения компонент векторов диаграмм средних ко­ ренных подшипников четырехтактных ДВС можно пользоваться расчетной табл. 19.

Та б л и ц а 19. Определение компонент векторов для диаграмм средних коренных подшипников

четырехтактных ДВС при симметричных кривошипах

94

4) в графе 10 приведены результаты геометрического сложе­ ния компонент граф 8 и 9 с учетом влияния центробежной силы. Поправка на влияние центробежной силы неуравновешенных частей двух кривошипов учитывается так же, как и для конце­

вых коренных подшипников. Истинные значения векторов qaKmn измеряются из нового центра О" диаграммы.

Для остальных коренных подшипников определение ординат векторных диаграмм требует в каждом отдельном случае про­ ведения соответствующего анализа, вытекающего из нижеследу­ ющего положения. Во всяком коренном подшипнике возникают реакции от сил, действующих одновременно на две смежные ша­ тунные шейки, и хотя для всех шатунных шеек векторные диа­ граммы одинаковы, их одновременное воздействие на смежный коренной подшипник не одинаково и зависит, во-первых, от угла взаимного расположения (заклинки) смежных кривошипов и, во-вторых, от угла сдвига фаз рабочих процессов в смежных цилиндрах главных блоковПервое учитывается введением в рас­ чет соответствующих тригонометрических функций, а второе — сдвигом ординат сил в графах расчетной таблицы отстающих по вспышкам цилиндров относительно опережающих.

Взаимное угловое расположение (заклинка) двух смежных кривошипов, ограничивающих рассматриваемый коренной под­ шипник, определяется числом рабочих цилиндров, системой коленчатого вала, тактностью рабочего процесса и . порядком работы цилиндров в главных блоках-

П р и м е р 11. Рассмотрим коренные подшипники между кри­ вошипами 3 и 4 у двух- и четырехтактного двигателей, имеющих по пять рабочих цилиндров (рис. 35). Оба двигателя имеют оди­ наковый порядок работы цилиндров 1-3-5-2-4 и одинаковые си­ стемы коленчатых валов. У двухтактного двигателя 1 (рис. 35) угол взаимного расположения смежных (3 и 4) кривошипов равен 216 или 444°; у четырехтактного двигателя 2 этот угол равен 72 или 288°.

У двухтактного угол между вспышками в цилиндрах 4 и 3 равен 216°; у четырехтактного 432° по углу поворота коленчатого вала. Для определения результирующих компонент векторов Л1(4,з) и Л-(4,з) необходимо просуммировать проекции всех реакций (Р*з, Р'г3, Р\4 и PU) на осях уу и zz■Нетрудно видеть, что у рассматриваемых двигателей суммы эти не будут одинако­ выми.

95

Из этого простого примера видно, что у рассмотренных двига­ телей при одинаковом числе рабочих цилиндров, одинаковом порядке их работы, при одинаковой системе коленчатых валов

идля одноименных коренных подшипников взаимное угловое расположение смежных кривошипов, направление действия сил

иих реакций, а также углы сдвига фаз рабочих процессов —

различны. . ' Что касается методики определения углов сдвига фаз рабочих

процессов для смежных рабочих цилиндров, то для ее уяснения рассмотрим примеры.

П р и м е р 12. Допустим, что четырехтактный двигатель имеет п блоков по шесть рабочих цилиндров в каждом блоке и

Рис. 35. Расчетные положения смежных кривошипов 3 и 4 к прн- ‘ меру 11:

1 — для двухтактного н 2 — для четырехтактного двигателей

что на каждую шатунную шейку действует по п рабочих порш­ ней. Число кривошипов у коленчатого вала будет шесть и так как двигатель четырехтактный, то коленчатый вал должен иметь три пары зеркально заклиненных кривошипов (1—6\ 2— 5 и 3—4), показанных на схеме заклинки 1 кривошипов (см. рис. 37). При­ мем порядок работы цилиндров в главном блоке (он же будет

ив остальных п — 1 блоках) 1-5-3-6-2-4; тогда углы сдвига для рабочих процессов у двух смежных цилиндров главного блока могут быть найдены по табл. 20, не требующей пояснений. Для всех смежных кривошипов угол со знаком плюс означает сдвиг фазы вверх, а со знаком минус— вниз.

Расчет компонент векторов диаграмм для всех коренных под­ шипников двух- и четырехтактных ДВС (кроме крайних у обоих типов ДВС -и средних у четырехтактных машин с четным числом цилиндров в блоках) может быть произведен с помощью табл. 21, составленной для коренного подшипника kl между кривошипами k

иI для многоцилиндрового двухили четырехтактного двигателя

(схема 1, рис. 36). Реакции Р а и Р ' а в опоре kl от сил P i k и Р Гк

96

Та б л и ц а 20. Определение угла сдвига фаз

вградусах угла поворота коленчатого вала

кривошипах для всех коренных подшипников ДВС кроме крайних и средних (в кН)

4

П о я с н е н и я к т а б л. 21: 1) цифры для граф 2 и 3 бе­ рутся из граф таблиц силового расчета для сил Pik и Prk, действу­ ющих на колено вала от всех поршней секции кривошипно-ша­ тунного механизма (см. также пояснения 1 к табл18 и 19);

2)в графах 2 и 3 величины получены расчетом;

3)цифры граф 6 и 7 получены из граф 2 и 3 путем сдвига по вертикали на угол между вспышками в опережающем и отста­ ющем цилиндрах главного блока;

4)в графах 8—11 величины получены расчетом согласно формулам;

5)цифры граф 12 и 13 являются алгебраическими построчными

суммами цифр граф 4—5 и 8—11 в сочетаниях, соответствующих записанным формулам;

6)графа 14 — результат геометрического сложения компонент граф 12 и 13 с учетом поправки на влияние центробежных сил не­

уравновешенных частей кривошипов k и /, включая неуравнове­ шенные вращающиеся массы шатунов, отнесенные к Центрам ша­ тунных шеек кривошипов.

Если кривошипы k и I имеют неуравновешенные центробежные

Рис. 36. Расчетные положения смежных кривошипов:

/ — для коренного подшипника kl двух- и четырехтактных ДВС; 2 —для коренного подшипника 1, 2 двухтактного двигателя

силы, включая центробежные силы вращающихся частей шатунов [см. формулу (85) ]

•^CÜKA -^CÜKZ ^ пк^^ t

то каждая из них при симметричных кривошипах вызовет реакцию в смежном коренном подшипнике

Произведя их геометрическое сложение, как это показано на схеме 2 рис. 37, для кривошипов 5 и 6, находим точку О", которая будет истинным центром диаграммы и из которой производятся

измерения величин векторов qaKik-

Пр и м е р 13. Рассмотрим двухтактный двигатель, имеющий

пблоков по семь цилиндров в каждом блоке. На каждую шатун­ ную шейку будут действовать п рабочих поршней. Порядок работы цилиндров в главном блоке (и ш других) 1-5-7-2:4-б-3■ Коленча­ тый вал имеет семь кривошипов, заклиненных йод углом 51° 26' (схема 2 на рис. 36).

98

Рассмотрим коренной подшипник между первым и вторым рабочими цилиндрами главного блока. Суммы проекций реакций на осях уу и zz\

Для симметричных кривошипов будем иметь:

Для расчета компонент векторов можно использовать расчет­ ную табл21, Учет влияния центробежных сил неуравновешен­ ных частей кривошипов производится в таком же порядке, как это сделано в предыдущем примере. Угол сдвига фаз рабочих процессов может быть легко установлен с помощью рис. 36, для рассматриваемого подшипника он равен 154° 18'.

16. Примеры расчетов и построения векторных диаграмм шатунных и коренных подшипников

П р и м е р 14. Рассмотрим действие сил на коренной под­ шипник между рабочими цилиндрами 5 и 6' главного блока для двигателя, компоновочная схема которого представлена на рис. 25, а силовой расчет в табл. 1 2 .

Руководствуясь схемой 1 на рис. 37 и табл. 20, находим, что угол сдвига фаз рабочего процесса цилиндра 6 относительно цилиндра 5 будет (+240°) или (—480°) и что результирующие компоненты векторов для шейки коренного подшипника между кривошипами 5 и 6 будут:

Р/5,6 ———Рt5 —Р'гбcos 30° -f Р\e sin 30°;

Л-5,6 = — P ’rs — РгбЭіпЗО — Л бсоз30°.

При симметричных кривошипах будем иметь:

Л 5,б = — 0,5Рі5 — 0,'5Л*0,866 + 0,5ЛбО,5 = — 0,5Л 5 —

—0,43Ргб. 4 “ 0,25Р*6,

Р/-5,6 = — 0,5Р г5 — 0,5Рл60,5 — 0,5Р<бО,866 =

=- 0,5РГ5 - 0,25Ле - 0,43Рг6.

Имея эти исходные данные и пользуясь примерной табл. 21, составляем расчетную табл. 22 для определения компонент Pföi6

иРгБі<5 векторной диаграммы шатунной шейки. Если вращаю­ щиеся массы шатунов, приведенные к центрам шатунной шейки,

имассы кривошипов 5 и 6 уравновешены противовесами, то учет влияния центробежных сил на величины векторов диаграммы коренного подшипника между кривошипами 5 и 6 исключается.

100

Однако и в этом случае не исключается влияние центробежных сил вращающихся масс шатунов на величины векторов диаграмм шатунных шеек. На рис. 38 представлены векторные диаграммы первой коренной 1 и шатунной 2 шеек, которые построены на основании данных граф 19 и 20 табл. 12; при этом векторы диа­ граммы 1 получены графическим путем как реакции результирую­ щих векторов диаграммы 2 в данном случае для симметричного колена, однако этот способ позволяет строить диаграмму 1 и для несимметричных колен. На диаграмме 2 показано влияние цен-

/ — д л я с о с т а в л е н и я р а с ч е т н ы х ф о р м у л ; 2 — д л я у ч е т а в л и я н и я ц е н тр о ­ б е ж н ы х си л

тробежной силы приведенных к оси шатунной шейки вращаю­ щихся масс главного и прицепных шатунов и их нижних головок, которое приводит или к параллельному перемещению точек диа­ граммы 2 вверх по направлению действия силы Раш (в положе­ ние 3), или к переносу центра диаграммы из точки О в точку 0'

на величину Р шш, что видно из сопоставления векторов qa и qa- Векторная диаграмма 4 для коренной шейки 5, 6 между кривоши­ пами 5 и 6 построена по данным граф 12 и 13 расчетной табл. 22. Векторная диаграмма 5 для вкладыша' шатунной шейки построена с учетом влияния центробежной силы Раш = —40 кН, по данным граф 2 и 3 табл22 с изменением цифр в графе 3 на величину Раш = = —40 кН. На рис. 39 представлены векторные диаграммы ша­ тунной и нижцей коренной шеек и вкладыша шатунного подшип­ ника двенадцатицилиндрового радиального двигателя «Нордберг», составленные на'основании данных граф 62 и 75 расчетной табл. 17, а также данных кривой 6 на рис. 32, для дополнительных

101

Рис. 38.-Векторные диаграммы для шатунных и коренных подшипни­ ков двигателя по схеме на рис. 25 к примеру 14

102