книги из ГПНТБ / Сегаль В.Ф. Динамические расчеты двигателей внутреннего сгорания

В работе [13] имеется более сложный вывод этой формулы ана­ литическим путем. Общее графическое доказательство дано в ра­ боте [2].

Как видим, результирующая сил инерции первого порядка эквивалентна центробежной силе инерции вращающейся массы, вес которой равен половине веса всех поступательно-движущихся масс. Полное уравновешивание сил инерции центробежных и пер-

Рис. IV.53. К определению сил инерции первого порядка в трех­ цилиндровом звездообразном двигателе

вого порядка достигается с помощью противовесов, устанавли­

где р — расстояние от ц. т. противовеса до оси вращения. Результаты аналогичного исследования действия сил инерции

второго порядка на трехцилиндровую звезду показаны на рис. IV.54. В этом случае силы инерции второго порядка сводятся к одной силе, вращающейся с удвоенной угловой скоростью в на­ правлении, противоположном вращению вала, и имеющей вели­ чину

Следует особо отметить, что результирующие сил инерции вто­ рого порядка для числа цилиндров в звезде более трех оказываются равными нулю.

237

Действие сил инерции четвертого и шестого порядков иссле­ довано в работе [21]. Там показано, что при четном числе ци­ линдров и числе цилиндров, равном девяти, силы инерции четвер­ того и шестого порядков взаимно уравновешиваются. При пяти цилиндрах остаются силы инерции четвертого и шестого порядков, а при семи цилиндрах — только силы инерции шестого порядка.

Уравновешивание двигателей, состоящих из нескольких звезд. На основании изложенного выше можно считать, что на каждую звезду действует сила инерции, направленная по оси кривошипа и имею­ щая величину

(IV. 134)

Учитывая, что кривошипы двух звезд располагают под углом в 180° и что расстояние между звездами равно L3, можно считать,

Рис. IV.54. К определению сил инерции второго порядка в трехцилиндровом звездообразном двигателе

что силы инерции взаимно уравновешиваются, но образуют мо­ мент, равный

( о в + і е пд) ш і ,

Для уравновешивания этого момента необходима установка на крайних щеках противовесов, причем вес каждого должен быть равен

где b — расстояние между противовесами.

У четырехзвездного двигателя, имеющего коленчатый вал, по­ казанный на рис. 1.27, силы инерции центробежные и первого порядка, определяемые формулой (IV. 134), взаимно уравнове­ шиваются. Ввиду симметрии вала относительно его ц. т. уравно­ вешиваются также и моменты этих сил. Что касается сил инерции второго порядка, то они, как было показано выше, уравновеши­ ваются для каждой звезды отдельно. Шестизвездный двигатель, имеющий коленчатый вал (см. рис. 1.27), также оказывается урав­ новешенным, поскольку1неуравновешенные силы каждой звезды направлены по осям кривошипов.

238

28. СИЛЫ, ПЕРЕДАЮЩИЕСЯ Ш Е Й К А М И КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ МНОГОРЯДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

В гл. Ill было показано, что величину и точки приложения сил, передающихся шейками коленчатого вала, своим подшипни­ кам, можно определить, когда для всех положений кривошипа известны радиальная и тангенциальная составляющие силы, дей­ ствующей на этот кривошип. Отсюда следует, что все способы рас­ чета, установленные для однорядных двигателей, можно распро­ странить на многорядные машины.

Необходимые для расчетов значения радиальных и танген­ циальных составляющих силы, передающейся общей шейке, уста­ навливаются согласно изложенному в п. 26. Дальнейшие вычисле­ ния выполняются по таблицам, подобным табл. 18 и 21. Приведем результаты таких вычислений для некоторых из основных много­ рядных машин.

Давление на шейки четырехтактного Ѵ-образного двигателя типа М-50 при X = 0,286; p jp z = 0,1; А =0,115; рг = = 125 кгс/см2; F — 254 см2; dm = 9,5 см; /ш = 7,1 см; с° = 0,1;

X254 = 31 700 кгс:

для шатунной шейки

шейки и подшипника. Сравнивая этот рисунок с рис. II 1.9, видим, что на первом, отражающем работу двух цилиндров, имеется два

при -ф = 0 векторные диаграммы для первого и второго оборотов совпадают. Эта шейка так же, как и у однорядного двигателя с таким же коленчатым валом (см. рис. III.4), наиболее нагружена. Как видим, рис. III. 14 и (IV.56) аналогичны. У остальных шеек

239

Раср снижается до 0,22. Как было отмечено в п. 22, уменьшение НВМ за счет противовесов до нуля снижает среднее давление в 1,8 раза. У рассматриваемого Ѵ-образного двигателя такое умень­ шение НВМ получается примерно в 1,5 раза, для остальных корен­ ных шеек— в 1,2 раза.

Рис. IV.55. Векторные диаграммы давления на шатунную шейку и ее подшипник четырехтактного Ѵ-образного двигателя

9 0

-Г +7

Рис. IV.56. Векторные диаграммы давления на коренную шейку и ее подшипник между третьим и четвертым кривошипами

Определим давление на шейки четырехтактного Ѵ-образного

Схема кривошипов коленчатого вала этого двигателя дана на рис. IV.57. Результаты расчета оказались следующими.

240

Векторные диаграммы давлений на шатунную шейку и ее под­ шипник (рис. IV.58), отражающие работу двух рядов цилиндров, по своему характеру совпадают с показанными на рис. III.11. Наи­ большее и среднее относительное давления получились следую­

Результаты расчета для коренных шеек оказались следующими:

Из приведенных данных следует, что у этого двигателя три шейки из четырех несут практически одинаковую нагрузку. Сле­ дует отметить, что относительное среднее давление у двух рас­

то

Рис. IV.58. Векторные диаграммы давлений на коренную шейку и ее подшипник между вторым и третьим кри­ вошипами 16-цилин­ дрового Ѵ-образного

двигателя

Рис. 1Ѵ.59. Векторные диаграммы давлений на шатунную шейку и ее подшипник Ѵ-образ­ ного 18-цилиндрового

двигателя

Рис. IV.60. Векторные диаграммы давлений на опорный диск и его подшипник W-образного 18-цилиндрового двигателя

242

Векторные диаграммы давлений на опорные диски (имеющиеся вместо коренных шеек) и их подшипники показаны на рис. IV.60, а и б. Характерным здесь оказывается то, что опорные диски на­ гружены только на незначительной части своего периметра (рис. IV.60, а). Другими словами, опорные диски вращаясь при­ жимаются к подшипнику. Для уменьшения этой нагрузки при­ меняются вращающиеся вместе с валом противовесы. Направление установки противовеса определяется построением, показанным на рис. IV.60, а.

У этого двигателя центробежная сила противовеса Спр со­ ставляет около 0,2 от наибольшей нагрузки на диск, действующей при значении а от 0 до 120°. При а от 180 до 300° противовес раз­ гружает диск практически полностью. Нагрузка на подшипники распределяется по их периметру значительно равномернее. Опре­ делим давление на шейки четырехтактного звездообразного 42-ци­ линдрового двигателя типа М-503 при к = 0,236; p jp z = 0,121; pz = 130 кгс/см2; F = 200 см2; d — 10,5 см; I — 8,5 см.

Результаты расчетов для этого двигателя показывают, что характер векторных диаграмм давлений на шейки и подшипники по сравнению с W-образным двигателем сохраняется. Только на

Узвездообразного двигателя получается рашах = 0,94; раср =

=0,615; ратш = 0,15.

Соответствующие удельные давления при Рг = pzF = 130 X X 200 = 26 000 кгс:

Можно сопоставить следующие средние относительные давления на шейки, воспринимающие нагрузку от одного, двух, трех и семи цилиндров:

Эти относительные значения можно применять для прибли­ женной оценки удельных давлений на шатунные шейки колен­ чатых валов различных двигателей, имеющих примерно следую­ щие безразмерные параметры: к = 0,25; р(-/р2 — 0,13 и А =0,15'.

16'

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Б а р а н о в Г. Г. Определение основных размеров кривошипно-шатун­ ного механизма с прицепным шатуном. — «Техника воздушного флота», 1933,

№5, с. 18—25.

2.Б р и к с Ф. А. Кинематика, динамика и уравновешивание мотылевых машин. М.—Л., ГНТИ, 1939, с. 118.

3. В а н ш е й д т В. А. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л., Судпромгиз, 1962, с. 423—476.

4. В а н ш е й д т В. А. Конструирование и расчеты прочности судовых дизелей. Л., «Судостроение», 1969, с. 639.

5.В и л ь с о н У . Кер. Вибрационная техника. Практическое руковод­ ство по уравновешиванию двигателей. М.—Л., Машгиз, 1963, с. 415.

6.Г а л ь б а ц - К о к и н Э. М. Некоторые особенности выбора заклини­ вания коленчатого вала и порядка работы многорядного звездообразного двига­

теля. — В сб. работ памяти Мартенса Л. К- «Двигатели внутреннего сгорания», 1965, с. 139—144.

7. Дизели. Справочник. Под ред. В. А. Ваншейдта. М.—Л., «Машинострое­

12.Л у р ь е И. А. Крутильные колебания в дизельных установках. М.—Л., Военмориздат, 1940, с. 218.

13.М а с л е н н и к о в М. М., Р а п и п о р т М . С. Авиационные поршне­ вые двигатели. М., Оборонгиз, 1951, с. 848.

15.Н е й м а н И. Ш. Динамика авиационных двигателей. М.—Л., Оборон­ гиз, 1940, с. 468.

16.О р л и н А. С., К р у г л о в М. Г. С и м а к о в Ф. Ф. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Т. 2. М., Машгиз, 1962, с. 379.

17.П а н о в к о Я. Г., Г у б а н о в а И. И. Устойчивость и колебания уп­ ругих систем. М., «Наука», 1967, с. 415.

19.С е м е н о в М. В. Уравновешивание механизмов авиационных моторов.

Л., изд. ЛКВВИА, 1947, с. 119.

244

7.Крутящий момент на коленчатом валу однорядного дви­ гателя внутреннего сгорания. Переход от усилий первого

15.Примеры исследования уравновешенности однорядных дви­ гателей с одинаковыми и неодинаковыми углами между

246