109) Уравновешивание V-образных двигателей.

При анализе уравновешенности V-образные двигатели условно делят на секции цилиндров, лежащие в одной плоскости, а затем рассматривают ряды этих секций. (как в предыдущем вопросе). В V -образных двухцилиндровых двигателях с углом развала цилиндров γ=90◦ суммарная сила инерции первого порядка левого и правого блоков R1 направлена по кривошипу и не зависит от угла поворота кривошипа. Силу R1 уравновешивают дополнительными противовесами на продолжении щек коленчатого вала. Частота изменения суммарной силы инерции второго порядка в 2 раза выше частоты коленчатого вала, направлена горизонтально и воспринимается опорами двигателя. Моменты суммарных сил инерции в многоцилиндровых двигателях рассматривают аналогично моментам в рядном двигателе. В связи с простотой уравновешивания силы R1 V- образные двигатели с γ=90◦ получили широкой распространение.

Рис. Уравновешивание двигателя V10 TDI VW: 1-гаситель крутильных колебаний; 2 -силиконовая жидкость; 3 -задающий диск частоты вращения коленчатого вала; 4 -противовес коленчатого вала; 5 -коленчатый вал; 6, 8 - противовес уравновешивающего вала; 7 -уравновешивающий вал; 9- шестерня привода масляного насоса;

110) Критерии уравновешенности двигателей.

Двигатель считается уравновешенным, если при установившемся режиме работы на его опоры действуют постоянные по величине и направлению силы и моменты или замыкаются внутри двигателя и на опоры

111) Крутильные колебания.

Коленчатый вал двигателя в процессе работы под воздействием внешних, периодически меняющихся сил совершает вынужденные колебания. При совпадении частот собственных и вынужденных колебаний системы возможно наступление резонанса.

При работе двигателя на резонансном режиме амплитуды колебаний элементов коленчатого вала существенно увеличиваются, а вместе с ними растут и амплитуды напряжений. Дополнительные напряжения, возникающие в элементах коленчатых валов от изгибных, крутильных и продольных колебаний, могут быть весьма значительными и даже в

некоторых случаях приводить к поломке вала. Расчеты и экспериментальные исследования показали, что наиболее опасными, с точки зрения прочности вала, являются крутильные колебания.

При расчете коленчатого вала на крутильные колебания определяются максимальные касательные напряжения, действующие в сечениях вала на резонансных режимах работы двигателя. Для проведения расчета действительную колебательную систему кривошипного механизма заменяют упрощенной, состоящей из одного или нескольких цилиндрических валов с насаженными на них дисками – сосредоточенными массами. При этом необходимо, чтобы динамическая характеристика расчетной приведенной системы была эквивалентна действительной системе, т.е. чтобы при приведении системы были бы сохранены действительные моменты инерции масс и жесткости элементов вала. Расчет коленчатого вала на крутильные колебания состоит из следующих этапов:

•приведение реальной системы коленчатого вала и присоединенных элементов к упрощенной расчетной (эквивалентной) системе;

•определение собственных частот и форм колебаний расчетной системы;

•гармонический анализ крутящих моментов, действующих на колена вала, и момента сопротивления, преодолеваемого двигателем;

•определение критических режимов работы двигателя;

•определение дополнительных напряжений в коленчатом валу, вызванных крутильными колебаниями;

•заключение о работоспособности коленчатого вала.

Вслучае, когда действующие напряжения превосходят допускаемые, возникает необходимость введения устройств, снижающих напряжения от кручения при работе двигателя;

112) Приведение крутильной системы силовой установки с комбинированным двигателем к эквивалентной.

В настоящее время расчет крутильных колебаний производится с использованием ЭВМ. Расчетная система тем ближе к реальной, чем большее число особенностей конструкции приводимых элементов учтено при замене ее эквивалентной системой. Однако с увеличением числа элементов эквивалентной системы растет трудоемкость решения задачи. В общем случае расчетная схема крутильных колебаний ДВС должна включать коленчатый вал двигателя с приведенными к оси коренной шейки массами и его системы, имеющие механическую связь с валом.

Как пример рассмотрим шестицилиндровый четырехтактный двигатель с приводными механизмами от колен вала.

Цифрами указаны номера масс, которые заменяют элементы двигателя. 1-6 - КШМ двигателя (6 цилиндров); 7 – хвостовик коленвала и маховик; 8-10 и 27-m – привод потребителя мощности, 11-16 – газораспределительный механизм; 17-18 – носок коленчатого вала; 19-22 – топливный насос с регулятором; 23-24 – масляный насос; 25 – жидкостный

насос; Крутильную системы силовой установки характеризуют:

Моменты инерции дисков (Ii) и жесткость при кручении упругих связей (Cij).

Определение длин участков при переходе от действительного вала к эквивалентному основывается на условии, что потенциальная энергия закрученного приведенного вала должна быть равна потенциальной энергии действительного вала при тех же закручивающих моментах.

Из равенства потенциальных энергий и соответственно жесткостей при кручении действительного c и эквивалентного c1 валов определяется приведенная длина участка эквивалентного вала. Для расчета автомобильных

и тракторных двигателей наибольшее распространение получила формула Зиманенко:

где l, d, dвн – размеры действительного вала; d1, d1вн – соответственно внешний и внутренний диаметры эквивалентного вала, поперечное сечение которого, как правило, соответствует коренной шейке коленчатого вала.

(В целом важно для понимания, но можно опустить)

Если вал диаметром d переходит в вал диаметром d2, то в месте перехода возникают местные деформации, которые можно учесть, введя поправку длины l, на которую следует укоротить вал большего диаметра и удлинить вал меньшего диаметра.

Поправка длины вала зависит от отношения диаметров участков вала d2/d и радиуса галтели r в месте перехода.

Влияние шпоночных канавок и щлицев на валу учитывается уменьшением диаметра вала d на величину kh (k – коэффициент, учитывающий число канавок; h – глубина канавок. При одной шпоночной канавке k = 0,5, при двух k = 1, при шлицах k = 2).

Сложные участки вала следует разбивать на элементарные. Угол закрутки сложного участка вала под действием момента М будет равен сумме углов закрутки элементарных участков. Следовательно, податливость сложного участка вала равна сумме податливостей элементов вала, а длина сложного участка равна сумме приведенных длин его составных частей.

. Приведение масс при переходе от действительной системы к эквивалентной сводится к определению моментов инерции сосредоточенных масс, исходя из равенства кинетической энергии эквивалентной и действительной систем.

При расчетах определяют моменты инерции относительно оси вращения отдельных элементов вала, имеющих форму простых геометрических тел, после чего находят общий момент инерции.