книги из ГПНТБ / Болотин Ф.Ф. Динамика корабельных ДВС учеб. пособие

150

зонтальна. Совпадая с ней, векторы М (+)и М 11направлены в противоположные стороны. Поэтому величина малой полуоси

эллипс, но повернутый на 90° (сбольшой горизонтальной и малой вертикальной осями).

Внешнее действие неуравновешенного результирующего мо­ мента М д сил инерции ПДМ можно представить, рассмотрев действие его горизонтальной и вертикальной составляющих (рис. 7.7). Результирующий момент М д оказывает сложное

Рис. 7.7. Внешнее действие неуравновешенного результирую­ щего момента сил инерции ЛДН в v -образном двигателе

151

воздействие на двигатель. Его вертикальная составляющая

ляющей результирующего момента сил инерции ПДМ нет в ряд­ ном двигателе.

Аналогично рассмотренному находят неуравновешенность и по моментам сил инерции ПДМ 1-го порядка.

Форма годографа результирующего момента зависит от угла развала ^ , а значения наибольших вертикальных и горизонтальных составляющих - и от относительной уравно­ вешенности ряда V -образного двигателя и величины единич­ ного момента рассматриваемой силы инерции ПДМ. На рис.7.8 показаны формы годографов фиктивных результирующих момен­ тов и (т.е. повернутых по сравнению с истинными на 90° против часовой стрелки). По этому рисунку можно ориентироваться в правильности выполненных расчетов.

Вопросы для самоконтроля

I . Каков подход к определению неуравновешенности дви­ гателя с ПДП?

152

2.Чем отличается неуравновешенность двигателя с ИДП от неуравновешенности рядного двигателя?

3.Каковы годографы результирующих моментов в двигате­

лях с ЦДЛ при разностороннем и одностороннем вращении ва­ лов?

4.При каком условии и почему двигатель с ПДП полно­ стью уравновешен?

5.В чем сущность второго способа геометрической интер­ претации сил инерции ПДМ, результирующей силы или резуль­

тирующего момента?

6.Каково внешнее действие результирующих сил инерции

ирезультирующих моментов?

УРАВНОВЕШИВАНИЕ ЛВС

Как уже было сказано, достигнуть полной уравновешен­ ности ДВС в широком смысле невозможно, так как переменный опрокидывающий момент, свойственный поршневому двигателю, передается на фундамент. Его непостоянство является след­ ствием самого принципа действия поршневого двигателя. Поэтому будем говорить только об уравновешивании сил инер­ ции.

§ 26. Выбор рациональной кривошипной схемы коленчатого вала

Для получения наиболее равномерного крутящего момента и наименьшей степени неравномерности вращения коленчатого

133

вала кривошипы располагают в виде правильной звезды, что­ бы вспышки следовали через одинаковые угловые интервалы:

О 350°

уравновешенность двигателя по центробежным силам и силам инерции ПДМ 1-го порядка.

Если кривошипная схема 2-го порядка получается в виде правильной звезды, то и по силам инерции ПДМ 2-го порядка двигатель оказывается уравновешенным. Из многоцилиндровых двигателей неуравновешенным по силам инерции ПДМ 2-го по­ рядна является только четырехтактный 4-цилиндровый двига­ тель. Однако изменить величину этой неуравновешенности перестановкой кривошипов невозможно,так как от перестанов­ ки одинаковых по величине слагаемых геометрическая сумма не изменяется.

Итак, уравновешенности сил инерции добиваются выбором кривошипных схем в виде правильной многолучевой звезды.

Неуравновешенность моментов зависит от расположения кривошипов (см. прилож. 3). Однако прямое исследование различных схем весьма затруднительно ввиду огромного ко­ личества их вариантов. Так, при числе цилиндров z . коли­ чество вариантов N кривошипных схем, дающих разные зна­ чения относительной неуравновешенности, равно половине

154

В связи с этим для анализа уравновешенности двигатели делят на группы.

Четырехтактные двигатели с четным числом цилиндров

В таких двигателях кривошипные схемы получаются из попарно совмещенных кривошипов (рис. 6.12, 6.13). Это дает возможность добиться уравновешенности по моментам за счет зеркального расположения кривошипов (совмещенные кривошипы располагают на одинаковых расстояниях от сере­ дины вала). При таком расположении многоугольник моментов оказывается замкнутым, поскольку каждый из моментов, дей­ ствующий слева от плоскости приведения, уравновешивается равным и противоположно направленным моментом, действую­ щим справа от плоскости приведения. Поэтому для четырех­ тактных двигателей следует выбирать кривошипную схему с зеркальным расположением кривошипов.

Двухтактные двигатели

В двухтактных двигателях с четным числом цилиндров зеркальные схемы не применяют, так как они дают по две одновременные вспышки в цилиндрах с совмещенными кривоши­ пами, большую неравномерность крутящего момента и скоро­ сти вращения вала, перегруженность среднего коренного подшипника, испытывающего наибольшие усилия сразу от двух соседних цилиндров.

Выбор рациональной схемы производят, ориентируясь на значения относительной неуравновешенности Нх и Ни. Пред­ почитают иметь минимальную относительную неуравновешен­ ность по моментам 1-го порядка, так как, во-первых, еди­ ничный момент Рга1-го порядка значительно больше единич­ ного момента Рпа 2-го порядка и, во-вторых, при Нх 4 О

153

имеют место не только неуравновешенные моменты сил инер­ ции ПДМ 1-го порядка, но и центробежных сил инерции.

Значительно уменьшить неуравновешенность моментов сил инерции двухтактных многоцилиндровых двигателей, а иногда и свести ее к нулю можно за счет применения неравномерной заклинки кривошипов (следовательно,и неравномерного чере­ дования вспышек). В этом случае цилиндры двигателя делят на равные группы. Например, 8-цилиндровый двигатель можно представить как два 4-цилиндровых двигателя, первая груп­ па которого состоит из 1,2,3,4, вторая - из 5,6,7,8 цилин­ дров. Сочетание цилиндров должно быть таково (рис. 8.1),

2

Рис. 8.1. Уравновешивание 8-цидиндрового двухтактного двигателя путем неравномерной заклинки кривошипов

чтобы результирующие силы инерции в каждой группе равня­ лись нулю, относительная неуравновешенность моментов сил инерции ПДМ 2-го порядка также равнялась нулю, а относи­ тельная неуравновешенность моментов 1-го порядка была

Разворачивая кривошипы второй группы цилиндров относитель­ но кривошипов первой группы таким образом, чтобы векторы

136

иRj~8>были направлены no одной линии в противополож­ ные стороны, получаем кривошипную схему полностью уравно­ вешенного 8-цилиндрового двухтактного двигателя.Это до­ стигается за счет неравномерной заклинки кривошипов, сле­ довательно, неравномерного чередования вспышек (через 36°52' и 53°8') и повышенной степени неравномерности вра­ щения вала.

Двухтактные двигатели с ДДП

При Д = 0 двигатели с ИДП полностью уравновешиваются за счет взаимной компенсации результирующих моментов верх­ него и нижнего двигателей. При Д Ф 0 эта компенсация не полная. Выбирая кривошипную схему двигателя с ПДП и разно­ сторонним вращением валов, необходимо стремиться к урав­ новешенности моментов центробежных сил верхнего и нижнего

центробежных сил хорошо компенсируются, то в случае разно­ стороннего вращения валов результирующие моменты горизон­ тальных составляющих центробежных сил верхнего и нижнего двигателей складываются. Поэтому, если они не уравновеше­ ны, следует уравновесить их при помощи специальных устройств в пределах каждого двигателя (см. § 27).

Б двухрядных двигателях с ПДП заклинку валов одного ряда относительно другого делают исходя из получения наиболее равномерного чередования вспышек и крутящего мо­ мента двигателя. Здесь представляется возможность компен­ сации результирующего момента одного ряда результирующим моментом другого ряда. Однако иногда критерием выбора той или иной схемы является не внешняя, а так называемая внутренняя неуравновешенность, понятие о которой дано в

§ 29.

137

Двухтактные v -образные двигатели

При выборе кривошипной схемы следует стремиться к минимальной величине полуосей годографа результирующего момента, значения которых зависят и от угла Я развала блоков. Такая схема может отличаться от варианта, обеспе­ чивающего наименьшую внешнюю неуравновешенность рядного двигателя с числом цилиндров, равным числу цилиндров одно­ го блока.

Таким образом, задача определения оптимальной криво­ шипной схемы во многих случаях решается индивидуально, путем анализа различных вариантов. Большое значение имеет ориентация на зарекомендовавшие себя прототипы. В некото­ рых случаях лимитирующей является не внешняя уравновешен­ ность, а другие факторы.

§ 27. Уравновешивание при помощи противовесов

Если не удается добиться уравновешенности естественным способом, т.е. за счет выбора рациональной кривошипной схемы, то иногда прибегают к специальным уравновешивающим устройствам - противовесам. Противовесы должны в любой момент времени создавать силы или моменты, равные по ве­ личине и противоположные по направлению результирующим неуравновешенным силам или моментам.

Уравновешивание центробежных сил

Если двигатель оказался неуравновешенным по центробеж­ ным силам (.результирующая центробежная сила Р* ^ 0), то ее можно уравновесить противовесом, жестко связанным с валом и создающим центробежную силу, равную и противопо­ ложную результирующей центробежной силе:

P n * = ~ P*R •

158