Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Маховик может также служить для облегчения запуска двигателя (особенно при малом числе цилиндров и высокой степени сжатия).С помощью маховика можно прокрутить коленчатый вал двигателя, прикладывая сравнительно небольшоеусилие, поэтому на наружной частимаховика часто располагают зубчатый венец привода пуска двигателя.Запас кинетической энергии, созданный при раскручивании вала с включенным декомпрессионным устройством, позволяет уменьшить мощность пускового устройства. В рядедвигателей маховик служит для присоединения устройств отбора мощности, а также для нанесения меток установки фаз газораспределения, зажигания, топливоподачи и др. В двигателях малой мощности с воздушным охлаждением маховик используется и в качестве вентилятора.Поскольку маховик служит дляулучшения равномерности хода придостаточном запасе кинетическойэнергии, он должен иметь необходимый момент инерции Iм.
Для получения большего Iм при меньшихгабаритных размерах необходимо,чтобы маховик был выполнен в виде массивного обода, переходящегов тонкий диск для его крепления наколенчатом валу. Ранее с такой целью использовались спицы, но изза повышенных напряжений в местах перехода в ступицу от подобныхконструкций отказались. Боковуюповерхность диска также используют совместно с различными устройствами для снятия крутящего момента с вала двигателя. Например, вавтомобильных и тракторных двигателях на маховик устанавливаютмуфту трения (сцепления). Нарис.
6.40 представлены маховикидвигателей различных типов.В случае стационарного двигателянебольшой мощности маховик с ободом крепится на конусе с помощьюшпонки, гайки или винта со стопорящим замком. Конструкция ступицы маховика определяется способомсоединения его с коленчатым валом.Конус обеспечивает плотность посадки и хорошую центровку маховика, но требует точной фиксации в направлении оси коленчатого вала.Маховики тракторных двигателейвыполняют с утолщенным диском(рис. 6.40, а), что увеличивает отводтеплоты от трущихся поверхностейдисков сцепления. На рис.
6.40, бпредставлен маховик быстроходногоавтомобильного двигателя. На ободмаховика напрессовывается зубчатыйвенец, предназначенный для вращения коленчатого вала стартером припуске двигателя. Коленчатый вал всборе с маховиком и сцеплениемподвергают балансировке. Маховиккрепится к фланцу коленчатого валаболтами. При этом одно из крепежных отверстий смещается по окружности, что обеспечивает однозначноеположение маховика относительноколенчатого вала. В некоторых случаях крепежные болты ввертываютсянепосредственно в коленчатый вал.При этом маховик фиксируется от265Рис. 6.40.
Конструкции маховиковносительно коленчатого вала двумяштифтами. Элементы крепления маховика подвергают термической обработке и шлифованию.На рис. 6.40, в показан маховикдвигателя воздушного охлаждениямалой мощности, используемыйтакже в качестве вентилятора. Сэтой целью в маховике установлены специальные лопасти, обеспечивающие нагнетание воздуха в полости охлаждения цилиндра и головки цилиндра двигателя.В крупных судовых малооборотных двигателях маховик устанавливается на выходной фланец упорного вала и крепится к нему призматическими болтами (рис. 6.41).Зубчатый венец служит для зацепления с шестерней валоповоротного механизма.
Для контроля фаз газораспределения на ободе маховикананосятся риски. Валоповоротныймеханизм служит для поворота коленчатого вала при осмотре и ремонте двигателя и может быть выполненв виде двухступенчатого червячнопланетарного редуктора. В случаемалооборотного двигателя коленчатый вал непосредственно соединяется с валопроводом и гребным винтом, обладающими достаточно большим моментом инерции и выполняющими функции маховика.Размеры маховика устанавливают в зависимости от необходимого266С учетом приведенных данныхможно определить момент инерциимаховика.
Размеры маховика определяются из уравнения2æD öI м = mм ç 0 ÷ ,è 2 øРис. 6.41. Маховик малооборотного двигателяЧисло цилиндров(6.40)где mм – масса маховика; D0 – диаметр окружности, проходящей через центр тяжести половины поперечного сечения маховика.Геометрическая форма и момент инерции маховика должныприниматься с учетом габаритныхограничений, а также возможностипри необходимости размещениямеханизма сцепления.Влияние числа цилиндров итактности двигателя на моментинерции маховика, определяемых впроцентах (%) от Iм одноцилиндрового четырехтактного двигателяпри Mc = const и одинаковых d,приведены ниже.1246812четырехтактные100804422114двухтактные4137296––Двигатели:момента инерции, который определяют исходя из заданной степенинеравномерности вращения коленчатого вала по формуле (3.62).
Приэтом доли отдельных деталей двигателя в его суммарном моментеинерции Iå ориентировочно оцениваются следующими величинами:маховик – Iм = (0,75–0,9)Iå;коленчатый вал – Iкв = (0,04–0,13)Iå;возвратнопоступательно движущиеся элементы – Iпд = (0,025–0,075)Iå;распределительные валы, валынасосов и др. – Iв = (0,025–0,07)Iå.Для транспортных двигателей величину момента инерции маховикадополнительно проверяют на трогание с места и разгон транспортногосредства до определенной скоростиvтс. При этом допускают, что трогание с места транспортного средствапроисходит за счет кинетическойэнергии маховика Wм.
Расходуемаяэнергия маховика Wм определяетсякак разность кинетических энергийпри исходной частоте вращения валаn и частоте вращения вала n1, прикоторой работа двигателя устойчива267W м = I м 0,5(p 30) 2 (n 2 - n12 ). (6.41)Величина n1 зависит от типадвигателя, трансмиссии, состояниядороги и составляет обычно 500–1000 мин-1, начальное значение nвыбирается в пределах (1,5–2,5)n1.Приобретенная транспортнымсредством энергияW тс = 0,5m тс v 2тс ,(6.42)где mтс – масса транспортного средства.Кинетические энергии Wм и Wтссвязаны уравнениемWм =W тс,h м h тр(6.43)где hм – механический КПД двигателя; hтр – механический КПД трансмиссии (0,75–0,9).Скорость транспортного средства vтс связана с частотой вращенияn1 уравнениемv тс =pD к n1,60i ¢(6.44)где Dк – диаметр колеса (с учетомдеформации шин) или начальныйдиаметр ведущей звездочки гусеничного движителя; i¢ – передаточное число трансмиссии.Приравнивая выражение (6.41)и (6.43), получимIм =m тс D к2 n124(n 2 - n12 )h м h п i ¢ 2.(6.45)Следует отметить, что данныйметод определения величины Iмявляется условным.
При троганиитранспортное средство разгоняется за счет энергии топлива, а неза счет кинетической энергии маховика.Маховики отливают из серых(от СЧ18–СЧ30 до СЧ35–СЧ45) испециальных чугунов. Если поверхность маховика подвержена изнашиванию, то металл должен иметьперлитную структуру. При окружных скоростях на наружном радиусе, превышающих 100 м/с, применяется штампованная конструкцияиз малоуглеродистой стали.Допускаемые значения окружной скорости маховиков: чугунных70 м/с; стальных литых 100 м/с истальных штампованных 110 м/с.Расчет маховика на прочностьзаключается в определении окружных нормальных напряжений отдействия центробежных сил инерции при вращении коленчатого вала двигателяs q = 0,25rw2max D м2 10 -6 , (6.46)где r – плотность материала маховика; Dм – наружный диаметр маховика.В диске маховика наиболее опасные напряжения растяжения в окружном направлении имеют местона расточке посадочного отверстиямаховика.
Пренебрегая возможными изменениями толщины диска,эти напряжения можно определитьпо уравнению2ürwmax´ï16ý (6.47)-6 ï22´ [D м (3 + m) + D c (1 - m)]10 ,þsq =где m – коэффициент Пуассонаматериала маховика; wmax – максимальная угловая скорость коленчатого вала; Dc – диаметр расточки.Допустимые напряжения для маховиков [sq]: чугунных 110 МПа истальных 200 МПа.Маховики двигателей массовогопроизводства подвергают выборочной проверке на разрыв при частоте вращения коленчатого вала np == (1,8–2,8)ne.268Глава 7ПОДШИПНИКИВ поршневых двигателях внутреннего сгорания применяют преимущественно подшипники скольжения.
Они отличаются компактностью, удобством монтажа, малымуровнем шума при умеренных потерях на трение. В быстроходных двигателях наряду с подшипникамискольжения в качестве коренныхприменяются и подшипники качения как роликовые, так и шариковые. К достоинствам подшипниковкачения относятся меньшие потерина трение (1,0–1,5 % индикаторноймощности двигателя по сравнениюс подшипниками скольжения), возможность увеличения толщины щекколенчатого вала и сокращение габарита двигателя по длине, повышение жесткости вала и уменьшение его прогибов, незначительноеизнашивание роликов, отсутствиенеобходимости обильной смазки,меньший нагрев масла.
Однако подшипники качения отличаются повышенным уровнем шума при работе, усложняют сборку двигателя и вряде случаев увеличивают габаритные размеры подшипникового узла.В крупных малооборотных и среднеоборотных двигателях подшипники качения не применяют.7.1. Основы конструированияподшипников скольженияПодшипник скольжения в общем случае состоит из корпуса,вкладыша, смазывающих и защитных устройств. В поршневых двигателях корпусомопорой подшипника являются элементы деталей самого двигателя. Опоры подшипников скольжения выполняются в разных вариантах в зависимости от типа и назначения двигателя.
Для шатунных подшипников опорами служат кривошипные головки шатунов, а для коренных при подвесномколенчатом вале – специальныеподвески, присоединяемые к картеру двигателя с помощью шпилекили болтов. В двигателях с фундаментной рамой опорами коренныхподшипников являются поперечные перегородки рамы с прикрепленными с помощью резьбовыхэлементов или домкратов крышками. Опоры подшипников скольжения коленчатых валов выполняютсяразъемными.Вкладыш является основнымэлементом подшипника скольжения. В поршневых двигателях применяют подшипники с гидродинамической смазкой.
При работедвигателя коленчатый вал расположен в подшипнике с некоторымэксцентриситетом (рис. 7.1). Маслоувлекается вращающимся валом всуживающийся зазор, вследствиечего появляется гидродинамическая сила (рис. 7.1, а). В результатевытекания масла по торцам давление по длине подшипника неравномерно: изменяется в первомприближении по параболе с показателем степени 2,2–2,3 и снижается до нуля на краях. Симметриякривой распределения давления подлине l нарушается при наличииперекосов положения цапфы вопоре подшипника (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
