Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 21
Текст из файла (страница 21)
R – радиус кривошипа.мировании которых по цилиндрамполучается набегающий крутящиймомент.При равномерном чередованиивспышек воспламенения суммарный крутящий момент является периодической функцией с периодом180t/i (где t – тактность двигателя), значения которой даже при установившемся режиме работы меняются в зависимости от угла поворота коленчатого вала.Для оценки степени неравномерности изменения суммарногокрутящего момента двигателя используется коэффициент неравномерности крутящего моментаm=M max - M min,M cp(3.56)где Mmax, Mmin и Mcp – соответственномаксимальное, минимальное и среднее значения крутящего момента.Равномерность крутящего момента повышается с увеличениемчисла цилиндров двигателя.
При заданном числе цилиндров обычно99После интегрирования выражения (3.57) по углу a от a1 до a2 сdwdwучетом=w :dtdaa2wmaxa1wminò (M кр - M cопр )da = ò I 0wdw =Рис. 3.21. Суммарный крутящий момент двигателяиспользуются кинематические схемы, обеспечивающие равномерноечередование вспышек по цилиндрам, что обеспечивает наибольшуюравномерность крутящего момента.На рис.
3.21 приведена зависимостьсуммарного крутящего момента четырехтактного четырехцилиндрового рядного двигателя от угла поворота коленчатого вала.Переменный крутящий моментдвигателя уравновешивается моментом сопротивления Mсопр и моментом касательных сил инерциидвижущихся масс:M кp = M cопрdw+ I 0 , (3.57)dtгде I0 – момент инерции всех вращающихся и приведенных к оси коленчатого вала масс двигателя.Знак разности между моментамиMкр и Мсопр определяет знак угловогоускорения.
Когда крутящий моментпревышает момент сопротивления,угловая скорость вращения валавозрастает. При равенстве моментовdw= 0. В таком случае угловая скоdtрость достигает экстремальных значений wmin или wmax.При угле a1 угловая скоростьприобретает минимальное значение, а при угле a2 скорость достигнет своего максимального значения.+ wminw= I 0 max(wmax - wmin ).2(3.58)a2Интегралò (M кр - M сопр )daсоa1ответствует максимальной избыточной работе крутящего момента завремя поворота коленчатого вала наугол (a2 - a1).Изменение угловой скорости зацикл характеризуется степенью неравномерности вращения коленчатого вала или хода двигателяd=wmax - wmin,wср(3.59)pn– соответст30венно наибольшая, наименьшая исредняя угловые скорости коленчатого вала в течение рабочегоцикла при установившемся режиме; n – частота вращения коленчатого вала.С достаточной для практикиточностью можно принять, чтогде wmax, wmin, wср =wср =wmax + wmin.2(3.60)С учетом выражений (3.59) и(3.60) избыточная работаa2ò (M кр - M сопр )da = I 0dwср .2(3.61)a1Задаваясь степенью d неравномерности хода двигателя, можно оп100ределить требуемый общий моментинерции I0 вращающихся масс, который состоит из моментов инерциивсех моторных масс iIмм, агрегатовдвигателя Iд, потребителя мощностиIп и момента инерции маховика Iм.Ориентировочные значения d дляразличных установок с двигателями,работающими на режиме номинальной мощности, приведены ниже.dУстановкаУстановкаЭлектрогенератор:переменного тока0,0145–0,005постоянного тока0,005–0,0033Насосы, компрессоры0,04–0,01Таким образом, момент инерциимаховика, обеспечивающий заданную степень неравномерности вращения коленчатого вала,a2Iм =режиме работы на его опоры передаются постоянные по величинеи направлению усилия.
У неуравновешенного двигателя силы, передаваемые на опоры, вызываютвибрацию подмоторной рамы иэнергоустановки в целом, что сопровождается повышенным уровнем шума, перегрузками отдельных деталей, увеличением их изò (M кр - M сопр )daa1dw2ср-(iI мм + I д + I п ),(3.62)где i – число цилиндров; Iмм – приведенный момент инерции моторной массы.Момент инерции маховика зависит от числа цилиндров и можетсоставлять для автомобильногодвигателя 85–90 % полного момента инерции I0, а для тракторногодвигателя 75–85 % значения I0.При чрезмерно большом моменте инерции маховика ухудшаетсяприемистость двигателя и транспортного средства в целом.3.2.4. Уравновешивание поршневыхдвигателейДвигатель считается уравновешенным, если на установившемсяdСудовые двигатели,работающие на винт0,033–0,02Транспортные двигатели0,05–0,01носов и другими нежелательнымипоследствиями.Основной причиной неуравновешенности двигателя являетсяналичие сил инерции возвратнопоступательно движущихся массPj и вращающихся масс Pc.
В многоцилиндровом двигателе неуравновешенные силы Pj и Pc отдельных цилиндров могут вызвать появление неуравновешенного свободного момента в продольнойплоскости.Еще одной причиной неуравновешенности двигателя являетсяпеременность суммарного крутящего момента Mкр и равного ему,но противоположно направленного опрокидывающего реактивного момента Mp, воспринимаемого опорами. Неравномерностькрутящего момента является причиной возникновения крутильных колебаний.Поскольку полностью уравновешенным двигатель быть не может,под уравновешенностью двигателяпонимается соблюдение допустимой степени неуравновешенности.101Задачей уравновешивания двигателя является создание с помощью компоновки и противовесовтакого сочетания сил, при которомсуммарные силы инерции åPj иåPc, а также моменты этих сил Mj иMc обращались бы в ноль.Уравновешивание сил инерциивращающихся масс кривошипногомеханизма двигателя достигаетсятаким размещением вращающихсямасс кривошипов и масс противовесов, при котором были бы соблюдены следующие условия:• центр тяжести приведеннойсистемы вала совпадает с осью вращения последнего;• сумма моментов центробежных сил вращающихся масс относительно любой точки оси вала равняется нулю.На рис.
3.22 представлена схемакривошипа с противовесами, которые, как правило, располагаются напродолжении щек.В большинстве конструкцийКШМ a = b и R ¢ = R ¢¢ = Rпp .Следовательно, m ¢ = m ¢¢ = m пp == 0,5m вр R Rпp .Неизвестны величины mпр иRпр, значения которых связанымежду собой. Поэтому при определении размеров противовесовнеобходимо вычислить статический момент Sпр = mпрRпр противовесов, который должен равняться 1/2 статического моментавращающихся масс.Рис. 3.22.
Кривошип с противовесами для уравновешивания центробежной силыинерцииВ первом приближении формупротивовеса можно принять в форме кругового сектора. Статическиймомент сектораa пр / 2 R2S пр =ò ò rbпр R2dR cos ada =- a пр / 2 R1a пр m вр R2= rbпр (R23 - R13 )sin=,322(3.63)где r – плотность материалапротивовеса; R 2 и R 1 – максимальное и минимальное значения радиуса противовеса соответственно (рис.
3.23).Как правило, величина R2 выбирается максимально возможнойпри заданных размерах картера,чтобы при минимальной массеобеспечить требуемый статический момент. Угол сектора противовесовæö3m вр R÷.a пр = 2 arcsin çç 4rbпр (R23 - R 3 ) ÷1 øè(3.64)Масса противовеса1m пр = rbпр (R22 - R12 )a пр . (3.65)2Рис. 3.23. Расчетная схема для определения размеров противовесов102Расстояние от оси вращения коленчатого вала до центра тяжестипротивовесаRпр =(R23 - R13 )sina пр42 .3 (R22 - R12 )a пр(3.66)В случае произвольной формыпротивовеса значения Sпр можноопределить приближенно, разбиваяпротивовес на отдельные секторы.ТогдаS р = åS i ,iгде Si – статический момент iгосектора, который определяется поформуле (3.63).Полное или частичное уравновешивание сил инерции поступательно движущихся масс одноцилиндрового двигателя может бытьдостигнуто только с помощью противовесов.Дляуравновешиваниясилинерции первого порядка Pj1 приустановке на продолжении щекдвух противовесов (см.
рис. 3.22)величины mпр и Rпр необходимоподобрать таким образом, чтобывертикальная составляющая Pyбыла равна по величине Pj1 ипротивоположна ей по направлению.Однако одновременно с вертикальной составляющей Py == mпрRпрw2cosa будет действоватьгоризонтальная составляющая Px == mпрRпрw2sina. Таким образом,при установке противовесов mпрдействие силы Pj1 переносится извертикальной плоскости в горизонтальную и, следовательно,уравновесить такую силу с помощью противовесов, установленных на продолжении щек коленчатого вала, не представляетсявозможным.Рис. 3.24.
Механизм для уравновешивания силинерции поступательно движущихся масс первого и второго порядковПолного уравновешивания силинерции первого и второго порядков можно достичь, применяя дополнительные валы с противовесами (метод Ланчестера) (рис. 3.24).Дляуравновешиваниясилинерции первого порядка Pj1 надополнительных валах O1 и O2,приводимых в движение от коленчатого вала с помощью зубчатыхпередач и располагаемых симметрично относительно оси цилиндра,¢ .устанавливают два противовеса m прПротивовесы вращаются в разныестороны с угловой скоростью коленчатого вала w и закрепляютсятаким образом, чтобы равнодействующая их центробежных силинерции действовала в плоскости,проходящей через ось цилиндра ипри положении поршня в ВМТ была направлена вниз. На рис. 3.24привод дополнительных валов O1 иO2 осуществляется при помощишестерни 1, сидящей на коленчатом валу, промежуточной шестерни 2 и шестерен 3 и 4, насаженныхна валы O1 и O2.103¢ должнаМасса противовесов m прбыть такой, чтобы развиваемая имицентробежная сила инерции Pc1была равна половине наибольшегозначения силы Pj1:Горизонтальные составляющиецентробежных сил инерции такжевзаимно уравновешиваются.Особенностью уравновешивания многоцилиндровых двигателейявляется то, что в них могут бытьне только неуравновешенные центробежные силы и силы инерциивозвратнопоступательно движущихся масс, но и моменты, которые они создают.Для уравновешивания сил инерции и их моментов в многоцилиндровом двигателе необходимо и достаточно, чтобы равнодействующиевсех сил инерции, действующие вплоскостях, проходящих через осьвала, а также сумма моментов этихсил относительно выбранной осиравнялись нулю:¢ Rпр1 w2 .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
