Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
38
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
7.3 Mб
Скачать

двигателя, до опытным данным существующих двигателей близ­ кого типа:

 

 

т У

nr,

9i

кгс-сг/см,

(2.16)

 

 

Fn

95i

 

 

m

_ Ш е :

.ftW

кгс-са/см,

 

(2.17)

где

gj и

Fn

 

 

g R - приведенные веса поступательно

и враща-

 

 

тельно движущихся деталей КШМ,

отнесенные

 

 

к I

смг площади

поршня Fn

, кгс/смг (см.

 

Введение

табл. I, 2).

 

и m R практиче­

ски

относительных величин масс

удобно,

так как

определяемые по ним силы инерции ПДЫ

и ВМ имеют размерность давления кгс/сма и их можно затем прямо складывать с соответствующими силами от давления газов в цилиндре, имеющими аналогичную размерность.

§ 8. График изменения силы инерции ПДМ в зависимости от угла поворота вала

Аналогично выражениям для ускорения поршня (1.9) и (1.10) формулу (2.5) для СИ ПДМ можно представить в виде суммы двух составляющих:

 

Pj=—mj R ca/(coscx+/\.cOS£oO=

 

 

кгс, (2.18)

где

= -m j RcA^cosa-mjPc*//Uo$2<x=I*I+I>-E

Р л = - т ^ а з гсо5а

кгс

; 1

(2.19)

 

 

p i5l=-nijRou27Lcos2a

КГС-J

 

ков,

- гармонические составляющие СИ ПДМ I и 2-го поряд­

которые обычно называются просто силами

инерции ПДМ

I и 2-го порядков.

 

 

 

 

Поскольку выражения для ускорения поршня и сил инерции

ПДМ

отличаются только

величиной

массы

гп^

и противопо­

ложными знаками, то

графики P,=f (сО, PjT=-f(a) 4 Pjs=f(^)

50

Т а б л и ц а

2

Значения весов д^ и gR поступательно и вращательяо движущихся частей кривошипно-шатунного механизма, отнесенных к площади поршня, выполненных дизелей

Тип двигателя и материал поршня

Тихоходные с толстостенными чугунными поршнями

Средней быстроходности с толстостенными

шнями

Средней быстроходности с тонкостенными чугунными или стальными поршнями

Быстроходные с облегченными алюминиевыми поршнями.

 

9j

g R

 

кгс/см*

кгс/см2

0,25 - 0,6

0,7 -

1,2

0,15

- 0,3

0,15

- 0,25

0,1

- 0,2

0,15 - 0,25

 

0,025

- 0,07

0,03

на рис. 2.5 выглядят точно так же,

как графики jn=f(«),

 

 

jm=-F№ и

 

 

лишь

а

 

на

рис. 1.2 с той

 

 

разницей, что они по­

 

 

вернуты относительно

 

 

оси абсцисс на 180° и

 

 

имеют различный масш­

 

 

таб ординат. Наиболь­

 

 

шая

отрицательная

сила

 

 

Pj

имеет место

при

 

 

<х = 0 и положении

 

 

поршня в в.ы.т. и на­

 

 

правлена она противо­

 

 

положно максимальному

 

 

положительному

ускоре­

 

 

нию поршня, т.е. в сто­

 

 

рону от оси коленчато­

 

 

го вала (см. рис. 1.2).

 

 

Наибольшая положитель­

 

 

ная

сила Р 3

, направ­

 

 

ленная к оси коленча­

 

 

того вала,

при

 

 

 

 

имеет место в н.м.т.,

Рис. 2.5. График

P^-FC^O

а при Л>-^

- дважды

в районе н.м.т.

 

со­

а) при

; б) при Л^-^-

Гармонические

 

 

ставляющие P3l

и PjU

имеют соответственно один и два периода изменения за один оборот коленчатого вала, так же, как и гармоники ускоре­ ния поршня I и 2-го порядков.

32

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите все виды сил, действующих в КШМ при ра­ боте двигателя, и укажите, какими основными факторами они определяются.

2. К каким точкам КШМ и как приводятся все движущиеся массы КШМ?

3.Каким образом определяются силы инерции и каков их физический смысл?

4.Почему сила инерции поступательно движущейся массы

КУШ подразделяется на силу I и 2-го порядков?

3.В каких направлениях действуют на поршень силы инер­ ции I и 2-го порядков при угле поворота вала 45°?

6.Почему появляется центробежная сила инерции при предполагаемом равномерном вращении приведенной массы КШМ

сш = const ?

7.Какая часть массы шатуна относится к приведенной поступательно движущейся массе КШМ, а какая часть к при­ веденной вращающейся массе шатуна?

8.Как оценить ориентировочные значения приведенных

масс КШМ?

Г Л А В А 3

ДЕЙСТВИЕ СИЛ ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВ И СИЛ ИНЕРЦИИ НА ДЕТАЛИ ДВИГАТЕЛЯ, ФУНДАМЕНТ И ВАЛ ПОТРЕБИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ ДВИГАТЕЛЯ

§ 9. Действие сил давления газов

Рассмотрим действие силы давления газов Рг , определи­ мой формулой (2.1), в нормальном КШМ одноцилиндровогоДВС.

33

Эта сила приложена к поршню и через поршневой палец в точ­ ке В передается на шатун (рис. 3.1).

Разложим эту силу на две составляющие, направ­ ленные по оси шатуна и перпендикулярно к стенке цилиндра. Б результате по­ лучим:

 

- нормальную

силу

 

Mr=P rtgjb

кгс;

(3.1)

 

-

силу по

оси шатуна

 

К г=

Рг

 

( 3 . 2 )

 

cosjb

 

 

Перенесем силу по оси шату­

'ОПР на по линии ее действия в

 

точку А и разложим также

 

на две составляющие, на­

 

правленные по радиусу кри­

 

вошипа и перпендикулярно к

 

нему по касательной к ок­

 

ружности кривошипа. В ре­

Р и с .3.1. Схема действия сил

зультате

получим:

силу

давления газов Рг в нормальном

- радиальную

.кж

COS(«.+J3)

 

 

 

 

( 3 . 3 )

Z r = К г Sin [9 0 - (a + ji)] = к г cos (on-JV) = Р г~

т т к г с ;

- касательную силу

 

 

 

 

 

Т г= Кг со5[90-(а+р)]=кгэ1п(а+]Ь)=Рг~

^

^

кгс.

(ЗЛ)

Перенесем радиальную силу Ъг по линии ее действия в точку 0 . Сюда же приведем силу Т г , для чего приложим в точке Q две равные и противоположно направленные силыТг, параллельные приводимой касательной силеТг , приложенной в точке А .

В

результате этого приведения получаем:

к

оси

ко­

 

- силы Z r и Т г , приложенные

в точке 0

 

ленчатого вала;

точках А

и 0

, с пле­

 

- пару

сил Т г

, приложенных в

 

чом R

. Пара

сил Т г создает

крутящий

момент,

при­

 

ложенный к колену вала,

к г с с м .

 

(3.5)

 

 

 

 

 

 

 

Силы

2 Г и Т г

, приложенные к оси вала, геометрически

скла­

дываются и дают снова силу Кг , но

уже приложенную в

точ­

ке О

. Разложение силы К v на составляющие,направленные

по

оси цилиндра и перпендикулярно к оси цилиндра, дает, в

оси

свою

очередь,

силы Рг и N r , приложенные в точке

0

к

коленчатого вала.

 

 

 

 

вала

Сила N r через подшипники коренных (раыовых) шеек

передается на

остов

двигателя и действует на

него в

по­

перечном направлении. С другой стороны, на остов действу­

ет в противоположную сторону сила

М г , приложенная

к порш­

ню в точке

В . Эти две противоположные силы N r с плечом

Н

образуют

так называемый

опрокидывающий момент М г , при­

ложенный к остову двигателя

и направленный в сторону, об­

ратную действию крутящего момента

М г ,приложенного к ва­

лу.

Найдем, чему равен опрокидывающий момент. Из чертежа

 

следует, что плечо пары сил

Ы г

выражается суммой

проек­

ций

на ось цилиндра отрезков АВ и ОА , т.е.

 

 

Monp= NrH = Nr(RcOS(X+U05]b)=NrR(cOSo<.+^-C05jb).

 

Так как из

треугольника ОАБ

Siyic*

 

 

 

 

 

i _ _

 

 

 

то

с учетом

Х ~

sinjb ’

 

 

выражения (3.1)

для

К1г

 

 

 

 

 

 

КГС-СМ .

(3.6)

35

Как видно из выражений (3.5) и (3.6), опрокидывающий мо­ лен! по величине равен крутящему моменту, а из рис. 3.1 следует, что направление их действия противоположно, т.е.

Мопр— Кф-

(3.7)

Однако эти моменты не уравновешивают друг друга,

так как

они действуют на совершенно различные детали двигателя: на неподвижный остов и на вращающийся коленчатый вал.

Сила Р г , приложенная в точке 0£ , через коренные под­ шипники вала передается на остов двигателя. В то же время равная по величине, но противоположная по направлению си­ ла Р г действует на крышку цилиндра, т.е. также на остов двигателя. Эти две силы Р г полностью уравновешивают друг друга и на фундамент двигателя не передаются. Но силыРг растягивают остов двигателя и для их восприятия в двига­ телях, имеющих литые чугунные или алюминиевые блоки ци­ линдров, чувствительные к растягивающим усилиям, приме­ няются так называемые анкерные связи (ДЦ, 37Д) или сило­ вые шпильки (М-50, М-503 и др.).В двигателях, имеющих сварные стальные блоки цилиндров, не боящиеся растягиваю­ щих усилий, такие связи обычно не применяются (40Д, 2Д4-2).

При вращении коленчатого вала величина сипы Р г , дей­ ствующей на поршень, изменяется в соответствии с характе­ ром индикаторной диаграммы, а направление действия оста­ ется неизменным, если в рабочей полости цилиндра давление всегда больше, чем давление ро со стороны картера дви­ гателя. В тактах расширения и сжатия шатун отклоняется от оси цилиндра в разные стороны и направление действия нор­

мальных сил N r при этом изменяется. Поэтому при работе двигателя происходит так называемая перекладка поршня в цилиндре и он попеременно прижимается силой Nr то в одну, то в другую сторону в плоскости качания шатуна. Именно в этой плоскости имеют место наибольшие износы стенок втул­ ки цилиндра и тронка поршня.

Сила К г в этом случае действует на шатун в одном яа-

36

правлении и вызывает напряжения сжатия и изгиба в его стержне и головках.

Силы^г и Т г действуют на шейки и щеки коленчатого ва­ ла, вызывая в них различные напряжения. Одновременно они передаются на шатунные и коренные подшипники коленчатого вала.

Направление действия касательных сил Т г изменяется так же,как и направление нормальных сил. Поэтому попеременно изменяется направление действия крутящего и опрокидываю­ щего моментов. Тормозящее действие на вал отрицательного крутящего момента в такте сжатия преодолевается за счет накопленного во время такта расширения запаса кинетиче­ ской энергии движущихся масс двигателя и маховика, свя­ занных с коленчатым валом.

Периодически изменяющийся опрокидывающий момент от нор­

мальных сил Мг

стремится опрокинуть двигатель

на бок по­

переменно то в

одну, то в другую сторону. Так

как двига­

тель закреплен

на

фундаменте жестко или

с помощью

упругих

амортизаторов,

то

опрокидывающий момент

вызывает

вибрации

двигателя на фундаменте в поперечном направлении.

 

Таким образом, в отношении внешнего действия сил дав­ ления газов можно еще раз подчеркнуть, что они уравнове­ шиваются в двигателе и на фундамент не передаются, но об­ разуют крутящий момент, вращающий вал двигателя и потре­ бителя его энергии, а так же опрокидывающий момент, дей­ ствующий на фундамент двигателя.

§ 10. Действие сил инерции

Рассмотрим сначала действие силы инерции поступатель­

но движущихся масс Pj

, приложенной к поршню в точке В

(рис. 3.2). Разложение

этой силы на

составляющие Nj и Kj

последующее разложение

силы Kj на радиальную и касатель­

ную составляющие Zj и Tj

, приведение

сил Zj nTj в точку О

 

 

3?

к оси коленчатого вала, определение крутящего и опрокиды­ вающего моментов от сил инерции ПДМ производятся точно так же, как и в рассмотренной выше схеме действия сил давления газов Р г. Но аналогии с формулами (3.1)- (3.6) можно получить следующие выражения для составляющих силы Pj и моментов силТ- и Nj :

Сила Pj , приложенная в точке

О, Рис. 3.2. Схема действия кой другой силой не уравновеши-

сил инерции ПДМ Р; в нор­

вается, поскольку в

цилиндре она

мальном КШМ

 

палец в точке В

 

действует

только на

поршневой

. Поэтому сила Pj

через подшипники колен­

чатого вала и остов двигателя передается непосредственно на фундамент дзигателя и в данном положении КШМ, по­ казанном на рис. 3.2, стремится оторвать двигатель от фундамента в направлении оси цилиндра. Крутящий момент от

касательных силТ^

и опрокидывающий момент

от нормальных

сил N ,• при этом

положении КШМ

направлены противоположно

соответствующим

 

.<г

,.г

 

моментам М кр

и М опр от составляющих сил

давления газов

и,

следовательно, ослабляют

действие по­

следних.

 

 

 

 

38

При вращении колена вала и перемещении поршня сила Pj изменяет направление действия (см. § 8); соответственно

изменяется

направление

действия

всех

составляющих

сил

Nj ,Kj ,Zj ,Tj и моментов

М*р ,Мопр по

одному

разу

за

каждый ход

поршня. Таким

образом,

нормальная сила Nj

по­

переменно

то ослабляет,

то усиливает действие

газовой си­

лы N r', прижимающей поршень к стенке цилиндра.

Сила Kj по­

переменно растягивает или сжимает шатун, ослабляя или уси­

ливая действие

газовой силы К г

. Силы Zj nTj , моменты M KJ|,

М^ртакже попеременно то

ослабляют,

то усиливают действие

газовых

сил Z r,Tr

и моментов

и М опр .

Рассмотрим еще

действие

силы

инерции

вращающихся масс

p R , приложенной в

точке

А

к оси шатунной шейки вала

(рис. 3.3). Перенесем ее по линии дей­

 

ствия (по радиусу кривошипа) к оси

 

 

коленчатого вала в точку 0

и разложим

 

на две составляющие: вертикальную си­

 

лу

Р®

, направленную по

оси цилиндра

 

и горизонтальную силуРй , направлен­

 

ную перпендикулярно к оси цилиндра.

 

 

Этн

силы равны

проекциям

силы Р й на

 

 

соответствующие

оси:

 

 

(3.7)

 

 

 

PR= P RCOSOt кгс ,

 

 

 

 

Рд = Рй5»1П(Х КГС .

 

(3.8)

 

 

Очевидно, что обе составляющие через

 

 

коренные подшипники вала

передаются

 

 

на фундамент двигателя и стремятся при

 

данном положении К11Ш соответственно

 

 

оторвать двигатель от фундамента в

 

 

вертикальном

направлении

и

сместить

 

Рис. 3.3. Схема

его

влево в

горизонтальном

направле­

 

нии.

 

 

 

 

 

 

 

 

действия сил инер­

 

 

 

 

 

 

 

 

ции вращающихся

 

При вращении коленчатого вала сила

масс Pg

Р0 остается постоянной по величине, а

 

к

 

 

 

 

в

г

 

 

как по величине, так

составляющие

силы P R и Р,

изменяются

39

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ