Уравновешивание рядного двигателя

Содержание

Аннотация

Введение

1. Общие положения для уравновешивания двигателей

2. Уравновешивание рядного двигателя

3. Уравновешивание V-образного двигателя

Список использованной литературы

Введение.

Динамика поршневых ДВС изучает законы движения деталей двигателя, его уравновешивание, обеспечение необходимой равномерности хода и т.д.

Современный надежно работающий двигатель может быть создан только на основе подробного изучения кинематики и динамики подвижных частей ДВС с учетом условий работы и характера изменения усилий, нагружающих двигатель.

При работе ДВС возникающие в нем силы можно разделить на два вида: уравновешенные и неуравновешенные.

Уравновешенными силами называются такие силы, равнодействующая которых равна нулю, и которые при их суммировании не дают свободного момента, т.е. моменты от них также равны нулю. К уравновешенным относятся силы давления газов в цилиндре и силы трения.

К неуравновешенным относятся силы, которые передаются на опоры двигателя, а именно:

1. Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс ( ПДМ ) двигателя Pj. К ПДМ двигателя относятся:

- поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец и верхняя часть ша-

туна — для тронковых двигателей;

- поршень с поршневыми кольцами, шток поршня, крейцкопф и верхняя

часть шатуна - для крейцкопфных судовых ДВС.

Силы инерции Pj представляются в виде суммы сил инерции первого, второго и высших порядков. Силы инерции высших порядков невелики, поэтому в расчете они не учитываются.

Силы инерции Р,1 и Pj11 действуют по оси цилиндра , т.е. постоянны по направлению, но переменны по величине и зависят от угла поворота кривошипа коленчатого вала φ.

.

2. Центробежные силы неуравновешенных масс двигателя Рг. Они создают

неуравновешенный вращающийся момент Мвр. К вращающимся массам двигателя,

создающим Мвр относятся:

- масса кривошипа и нижняя часть шатуна, отнесенная к шатунной шейке. Сила Рг постоянна по величине, но изменяет свое направление вместе с поворотом кривошипа.

3. Реактивный ( или опрокидывающий ) момент двигателя MR при любом

положении кривошипа равен крутящему моменту двигателя, но противоположен по направлению. MR, в отличии от крутящего момента, никогда не уравновешен.

4. Касательные силы инерции вращающихся масс, возникающие при непо-

стоянной угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя.

5. Вес двигателя.

6. Сила тяги вентилятора.

7. Силы реакции выхлопных газов и движущихся жидкостей.

Следует отметить, что силы ( пп. 4 - 7) незначительно влияют на неуравновешенность двигателя, поэтому они в расчете не учитываются. Ограничимся рассмотрением действия только сил инерции первого и второго порядков и центробежных сил инерции.

Действие этих периодически меняющихся сил передаются остову двигателя и подмоторной раме, в результате чего эти конструкции начнут совершать колебательные движения, что может привести к разрушению всей установки.

Двигатель считается полностью уравновешенным, если результирующие от действия сил Pj", Р,п , Рг и моментов от них равны нулю.

В качестве мероприятий для уменьшения сил инерции и их моментов ( или для уменьшения их до допускаемых величин) применяются следующие:

1. Выбор оптимальных углов между кривошипами коленчатого вала двигателя.

2. Оптимальный выбор числа и порядка работы цилиндров.

3. Установка на двигателе дополнительных вращающихся масс ( механизм Ланчестера).

4. Обеспечение высокой равномерности крутящего момента по углу поворота коленчатого вала.

Обеспечение п.4 достигается выполнением ряда конструкторских и технологических мероприятий, а именно:

1. Равенство весов поршневой группы по цилиндрам.

2. Равенство весов и одинаковое положение центра тяжести шатунов.

3. Статическая и динамическая уравновешенность коленчатого вала, что

достигается его балансировкой.

4. Единообразие протекания рабочего процесса в цилиндрах, что обеспечивается за счет одинакового наполнения цилиндров, одинаковой степени сжатия и

формы камеры сгорания, одинаковых моментов впрыска топлива по цилиндрам,

одинаковой величины цикловой подачи топлива и т.п.

1. Общие положения для уравновешивания двигателя

Вибрация двигателя возникает в основном от действия сил инерции поступательно движущихся и неуравновешенных частей двигателя.

1. Силы инерции одной группы можно привести к одной силе и к одному

моменту. Для этого векторы сил нужно перенести в одну точку - центр приведения.

При этом возникают моменты, которые изображаются вектором на диаграмме. Геометрическое суммирование векторов сил и моментов позволяет определить суммарную силу и момент и выполняется отдельно для каждой группы сил и моментов.

2. Векторы центробежных сил инерции, сил инерции первого и второго порядков и их моменты отображают действительные силы и моменты, действующие в

двигателе.

3. Суммарная сила или суммарный момент определяются из построения

векторной диаграммы. Величина суммарного вектора представляет в принятом

масштабе величину силы или момента. Направление результирующего вектора оп-

ределяет направление силы или момента в соответствии с принятыми условиями:

- если центробежные (ц/б) силы действуют вверх по диаграмме, то и вектор

силы направлен вверх;

- если моменты от ц/б сил действуют в вертикальной плоскости и стремятся

повернуть двигатель по часовой стрелке, то вектор момента на диаграмме направлен

вверх..

4. Если суммарная сила данной группы равна нулю, как это часто бывает, то

центр приведения может быть выбран произвольно, например, посередине коленчатого вала. В этом случае силы, находящиеся за центром приведения, будут созда-

вать момент с отрицательным знаком.

5. Для удобства построения векторных диаграмм сил или моментов вначале

определяются их величины , затем строятся фазовые диаграммы, а по ним строятся

векторные диаграммы.

6. Уравновешивание суммарных моментов или сил производятся для каждой группы в отдельности.

7. В V- образном двигателе силы инерции 1-го и 2-го порядков действуют в

вертикальной и горизонтальной плоскостях. Суммарная сила или момент определяются в каждой плоскости в отдельности.

Для вертикальных сил и моментов приняты указанные выше условия, когда силы или моменты достигают максимальной величины ( вектор на графике направлен вверх ). При повороте коленчатого вала на нужный угол вектор силы или момента поворачивается на тот же угол в том же направлении.

Фазовые диаграммы для сил и моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях соответствуют друг другу.

Следует отметить, что вертикальная и горизонтальная силы инерции достигают максимума, когда поршни цилиндров находятся в ВМТ. Вертикальные силы для цилиндров правого и левого блоков имеют одинаковый знак. Поэтому для правого блока векторы сил и моментов откладываются в направлениях, указанных на фазовых диаграммах, а для левого блока - в противоположном направлении.

Горизонтальные моменты могут быть уравновешены 4мя противовесами, установленными на двух валах.

Противовесы устанавливаются не только для «внешнего», но и для «внутреннего» уравновешивания:

- для уменьшения внутренних изгибающих моментов;

- для разгрузки коренных подшипников.

Внутренний изгибающий момент обычно определяется для середины двигателя. Величина внутреннего изгибающего момента зависит от действующих сил в одной половине и сил реакции в той же половине. Если для всего двигателя ц/б сила и момент равны нулю, то и реактивные силы равны нулю, и внутренний

изгибающий момент равен суммарному, действующему в носовой половине двигателя. Это справедливо для Pj, Р,п и для ц/б сил инерции противовесов.

Внутренний изгибающий момент в горизонтальной плоскости в рядном двигателе геометрически складывается из момента от ц/б сил инерции в носовом отсеке и половине внешнего неуравновешенного момента. С учетом противовесов геометрически добавляется момент от ц/б сил инерции противовесов в носовом отсеке плюс половина внешнего неуравновешенного момента от противовесов, взятого с обратным знаком.

Внутренний изгибающий момент в вертикальной плоскости получается суммированием момента от сил инерции 1-го порядка в носовом отсеке с половиной внешнего неуравновешенного момента 1-го порядка, взятого с обратным знаком.

3. Уравновешивания V – образного двигателя.

ЗАДАНИЕ: уравновесить V - образный 6ти цилиндровый двигатель с углом развала блоков 60° с порядком работы цилиндров 12/ 3-4/ 5-6 / и углом заклинки KB 135°.

Определяем результирующую от центробежных сил инерции неуравновешенных вращающихся частей. Они постоянны по величине, действуют по своему кривошипу и направлены от центра вращения. Центробежные силы инерции, возникающие в рассматриваемом 6ти цилиндровом V-образном двигателе, показаны на листе 2. Центр приведения выбираем в точке "О".

Величину и направление всех центробежных сил инерции можно определить схемой кривошипов. Получаем векторную диаграмму первого порядка для центробежных сил инерции PR в масштабе L= PR , где L- радиус окружности векторной диаграммы.

Центробежные силы инерции приложены в разных точках по длине коленчатого вала и направлены согласно схеме на листе 2. Они образуют пространственную систему сил, которую нужно привести к одной силе (главному вектору) и к одному моменту (главному моменту).

Для определения результирующей (или суммарной силы) перенесем PR от всех цилиндров параллельно себе в плоскость, проходящую через центр приведения (0), направив PR по своим кривошипам. Необходимо помнить, что от PR каждого цилиндра возникают моменты (относительно центра приведения), которые необходимо учитывать при уравновешивании двигателя.

Полученная система сил окажется в одной плоскости, проходящей через центр приведения (0). Сложение сил PR выполняется геометрически по правилу многоугольника сил. Искомую результирующую силу обозначим ∑ PR~ (суммарная). В данном расчете результирующая ∑PR равна 0.

3.2. Определение результирующих сил инерции первого и второго

порядка и их моментов.

Сначала исследуем действие сил инерции первого порядка, величина которых равна.

где φ - угол поворота кривошипа каждого цилиндра.

Известно, что силы инерции первого порядка разные для всех цилиндров, но всегда направление по оси своего цилиндра. При определении результирующей этих сил графическим способом удобно воспользоваться тем, что силы Pj представляют собой проекцию на ось цилиндра радиального вектора Рг, вращающийся как вектор центробежной силы инерции, но имеющей величину

Р)1=Рг=mцам ω2 r

Вектор Рг представляет собой центробежную силу инерции неуравновешенной вращающейся массы (т^), вес которой равен весу поступательно движущихся масс.

Поэтому, вместо сложения параллельных векторов Pjl, проще геометрически сложить постоянные по величине, но направленные по осям кривошипов аналогично векторам Рг т.е. векторам ц/б сил инерции, а затем их результирующую спроектировать на ось цилиндра.

Для построения фазовой диаграммы силы инерции левого ряда (блока) каждый вектор повернуть на угол ψ=φ/2 (половина угла развала цилиндров) относительно своего кривошипа против вращения для левого блока, а для правого блока повернуть относительно своего кривошипа на тот же угол по ходу вращения.

Затем по фазовой диаграмме направляем Pj! и замыкаем многоугольник сил. При этом строятся многоугольники для вертикальной и горизонтальной плоскостей; в горизонтальной плоскости изменяем направления векторов для

левого блока на противоположные. Результирующие силы инерции 1-го поряд- ка для вертикальной и горизонтальной плоскостей равны 0, лист 2.

3.3. Построение результирующего момента от сил инерции

первого порядка.

Так как векторы моментов сил инерции первого порядка являются проекциями моментов центробежных сил инерции на ось цилиндра, можно применительно к моментам получить следующее выражение для результирующего момента сил инерции ПДМ первого порядка относительно центра приведения

М1= m ω2 r l cosφ

Этот момент, являясь переменным по величине, зависящим от положения первого кривошипа и действующим в плоскости, проходящей через оси цилиндров, будет стремиться проворачивать двигатель в его плоскости в обе стороны вокруг центра тяжести один раз за оборот коленчатого вала.

Анализируя вышеприведенные рассуждения, можно заключить, что, если уравновешены центробежные силы инерции и их моменты, будут также уравновешены силы инерции первого порядка и их моменты.

Это достигается взаимным расположением кривошипов, а не установкой противовесов на щеках.

В данном расчете вектора моментов от Pj! направляем по соответствующим цилиндрам, а момент равен М1= Pjl 1, где 1 - расстояние от центра приведения до оси соответствующего цилиндра. Построение результирующего момента показано на листе 2.

Результирующий (суммарный) момент в вертикальной плоскости обозначим ∑ МР