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

внутренняя неуравновешенность, понятие о которой дается в § 29.

Уравновешивание сид инерции поступательно движущихся масс

Линия действия результирующей силы инерции ПДМ совпа­ дает с вертикальной оиыо. Поэтому уравновесить эту силу с помощью противовеса, жестко связанного с коленчатым ва­ лом, невозможно, ибо центробежная сила инерции противове­ са имеет две составляющие: вертикальную и горизонтальную. При помощи такого противовеса можно уравновесить резуль­ тирующую силу инерции ПДМ 1-го порядка

Pfl = Pi COS (ult+ (Pj) ,

установив его таким образом, чтобы вертикальная составля­ ющая противовеса оказалась в противофазе этой силе:

Рп р .«~ —Р * c o s C w t + t f ^ P * COS(wt + ipx-t-18.0°) .

Однако появится точно такая же по амплитуде неуравновешен­ ная горизонтальная составляющая

Рпр.х * P j Sin (u)t + <Pi + 1 8 0 °) .

Удалось, таким образом, лишь перевести неуравновешенность силы инерции ПДМ из вертикальной плоскости в горизонталь­ ную. Иногда и такое решение может оказаться приемлемым.

Результирующую силу инерции ПДМ 1-го порядка можно полностью уравновесить при помощи динамических противове­ сов, вращающихся навстречу друг другу (рис. 8Л). Верти­ кальные составляющие этих противовесов в сумме создают силу, равную и противоположную результирующей силе инер­ ции. Горизонтальные составляющие компенсируют друг друга (вспомним второй способ интерпретации силы инерции ПДМ в виде суммы вращающихся навстречу друг другу двух одинако­ вых по величине векторов). При уравновешивании результи­ рующей силы инерции 1-го порядка угловая скорость враще­ ния противовесов должна равняться угловой скорости вала ш , в случае 2-го порядка-2со .

160

противовесов

К счастью, силы инерции ПДМ многоцилиндровых двигателей являются уравновешенными и нет надобности прибегать к столь сложному устройству.

Уравновешивание моментов центробежных сил

Результирующий фиктивный момент M R центробежных сил инер­ ции при вращении вала вращается вместе с ним. Годографом этого вектора является окружность. Обе проекции результи­ рующего момента являются действительными. Из сказанного следует, что такой момент можно уравновесить двумя проти­ вовесами, находящимися на одинаковых расстояниях от пло­ скости приведения и создающими момент, равный результирую­ щему моменту центробежных сил и противоположно налравлен-

161

фиктивного момента^']ПАП центробежных сил (или вертикаль­

Уравновешивание у-образных двигателей

центробежные силы инерции и их моменты в v -образном двигателе определяются и уравноьешиьаются таким же обра-

164

зом, как в рядных двигателях. В этим отношении v -образ­ ный двигатель ничем не отличается от обычного рядного.

Уравновешивание результирующих сил инерции ПДМ I и 2-го порядков и результирующих моментов этих сил в v -об­ разном двигателе, как и в рядном двигателе, затруднитель­ но, так как требует сложных устройств динамических проти­

ношении моментов сил инерции ПДМ 1-го порядка. Годографом результирующего фиктивного момента является окружность, причем обе проекции этого момента являются действительны­ ми. Уравновесить такой момент можно точно так же, как результирующий момент центробежных сил, при помощи двух противовесов, жестко связанных с коленчатым валом и соз­ дающих равный и противоположно направленный момент М*р = =:М*' . Так как при неуравновешенности по моментам от сил инерции ПДМ 1-го порядка одновременно имеет место неурав­ новешенность по моментам от центробежных сил и начальные фазы фиктивных векторов одинаковы, то можно подобрать массы уравновешивающих противовесов таким образом, чтобы уравновесить одновременно и результирующий момент центро­

создавать момент, компенсирующий результирующий момент сил инерции ПДМ при любом положении коленчатого вала. Это значит, что годограф фиктивного момента противовесов

(т.е. повернутого на 90° по часовой стрелке вектора истин-

166

него момента) должен совпадать с годографом фиктивного рег'/льтирующего момента сил инерции ПДМ, а моменты должны быть в противофазе.

Е § 25 (рис. 7.6) было показано, что фиктивный вектор результирующего момента сил инерции ПДМ может быть пред­ ставлен суммой двух вращающихся навстречу друг другу век­

в случае 2-го порядка уравновешиваемого момента сил инер­ ции ПДМ.

помощи двух пар динамических противовесов

167

с угловой скоростью to в случае уравновешивания результи­ рующего момента от сил инерции I-го порядка и 2to - в слу­ чае 2-го порядка (рис. 8.8*). Аналогично уравновешивается момент М(-,противовесами П 2 » вращающимися по часовой стрелке. Массы противовесов П1 И П2 при одинаковых расстоя­ ниях от плоскостей установки противовесов до плоскости приведения и одинаковых расстояниях центров тяжести про­ тивовесов до оси вращения находятся в соотношении:

mnpi _ M(,f)

"1пр2 М

§ 28. Оценка допустимой неуравновешенности двигателя

Неуравновешенные силы и моменты двигателя передаются на фундамент и корпус корабля и могут вызвать сильную вибрацию двигателя и корпуса, иногда опасную с точки зре­ ния прочности корпусных конструкций или соединений двига­ теля с фундаментом. Вибрации неуравновешенного двигателя, установленного на весьма элластичных амортизаторах, при­ меняемых на установках, где предъявляются особо жесткие требования к акустическому полю корабля (тральщиках, ко­ раблях Ш Ю и др.), могут достигать больших амплитуд, на­ рушая прочность амортизаторов, амортизирующих патрубков

168

трубопроводов, соединяющих их с двигателем, газоотвода, болтов крепления и т.д.

Неуравновешенные силы и моменты имеют периодический характер. При определенных условиях, в случае совпадения частоты неуравновешенной силы (иди момента) с частотой свободных колебаний конструкции "двигатель-корпус", даже небольшие возмущающие силы могут привести к недопустимым колебаниям. Сложность оценки допустимой неуравновешенно­

способа и места установки двигателя на корабле, жесткости фундамента и корпусных конструкций, массы самого двигате­ ля и т.д. .

Оказывает влияние и режим работы двигателя. При работе на постоянных оборотах частота возмущений постоянна. При работе в широком диапазоне чисел оборотов меняются соот­ ветственно и частоты возмущений. Здесь большая вероятность резонанса. Таким образом, в одних условиях двигатель с большой неуравновешенностью может не оказать вредных по­ следствий, в других - более уравновешенный может оказать­ ся непригодным,ввиду недопустимых вибраций, вызываемых его работой.

Корпус корабля имеет бесконечный ряд частот свободных (в вертикальном и горизонтальном направлениях) и скручи­ вающих колебаний. Каэдой частоте соответствует определен­ ная форма колебаний. Практически неуравновешенные силы или моменты могут резонировать с двумя низшими формами по­ перечных колебаний в вертикальной плоскости, вызывая общую вибрацию корпуса корабля (рис. 8.9). Для грубо ориентировочного определения низшей частоты свободных колебаний корпуса корабля применяют приближенные формулы. Наиболее распространенными из них для вертикальных коле­ баний корпуса являются следующие.

169