Уравновешивание инерционных сил от ВПДМ

Как было показано выше, силы инерции от ВПДМ в каждом отдельном цилиндре действуют по оси цилиндра, меняются гармонически, приложены к середине поршневого пальца, и их можно представить как сумму сил инерции 1-го и 2-го порядков: Р; = Рл + Р]2. С помощью специальным образом установленных балансирных валов можно уравновесить силы инерции как 1-го, так и 2-го порядков и моменты от этих сил при любой схеме ДВС.

Способ уравновешивания основан на том, что при суммировании пары центробежных сил (действующих от противовесов балансирных валов), каждая из которых имеет годограф в виде окружности, можно получить результирующую линейную силу, имеющую годограф в виде отрезка. На рис. 2.8 показана схема механизма Ланчестера применительно к одноцилиндровому ДВС, в котором реализован такой способ уравновешивания сил инерции.

Здесь симметрично линии действия уравновешиваемой силы (в данном случае оси цилиндра) установлены два балансирных вала № 1 и № 2 с противовесами Мггь вращающихся во взаимно противоположных направлениях ±ш с той же угловой скоростью, что и коленчатый вал. Радиусы обоих противовесов находятся в одной плоскости с осью цилиндра. Эти валы служат для уравновешивания силы инерции 1-го порядка. Два других балансирных вала № 3 и № 4 с противовесами М2г2 установлены также симметрично, вращаются с удвоенной угловой скоростью ±2со во взаимно противоположных направлениях и служат для уравновешивания силы инерции второго порядка.

Углы установки противовесов балансирных валов должны соответствовать углу поворота кривошипа коленчатого вала ф: ±ф для противовесов М1г1 балансирных валов № 1 и № 2 и ±2ф для противовесов М2г2 балансирных валов № 3 и № 4. Способ привода балансирных валов с учетом выполнения указанных выше условий не имеет принципиального значения. В рассмотренном случае он выполнен с использованием одной паразитной шестерни и непосредственным зацеплением всех остальных шестерен валов, а можно применить цепной или иную схему привода.

Схема механизма Ланчестера

Рис. 2.8. Схема механизма Ланчестера

При вращении коленчатого вала с угловой скоростью w на валах № 1 и № 2 возникнут центробежные силы РС]1 и РС12 (см. рис. 2.8):

На валах № 3 и № 4 возникнут центробежные силы РС23 и РС24:

Если разложить каждую центробежную силу на горизонтальную (по оси х) и вертикальную (по оси у) составляющие, то видно, что горизонтальные составляющие каждой пары взаимно уничтожатся ?РС х =0, ^РС2Х =0, так как

В результате от противовесов балансирных валов будут действовать только вертикальные составляющие: от балансирных валов № 1 и № 2 — результирующая сила Pqy:

от балансирных валов № 3 и № 4 — результирующая сила РС2У:

где РСпу = РСиу = Мгг • со2 • cosq>; РС2зу = РС2лУ = 4М2г2 • со2 • cos2q).

Эти результирующие силы действуют по оси цилиндра, так же как и уравновешиваемые инерционные от ВПДМ являются гармониками и могут обеспечить уравновешивание при условиях: для силы инерции 1-го порядка

для силы инерции 2-го порядка

Отсюда необходимый для уравновешивания сил инерции 1-го порядка дисбаланс противовесов М1г1 на валах № 1 и № 2 должен быть:

для уравновешивания сил инерции 2-го порядка дисбаланс противовесов М2г2 на валах № 3 и № 4 должен быть:

Можно использовать лишь часть механизма Ланчестера: например установить только валы № 1 и № 2 для уравновешивания силы инерции 1-го порядка и не устанавливать другие. В реальных серийных конструкциях одноцилиндровых ДВС обычно не применяют рассмотренный выше способ уравновешивания из-за громоздкости. Механизм Ланчестера используют для уравновешивания исследовательских одноцилилиндровых установок (отсеков) — моделей реальных многоцилиндровых ДВС. Кроме того, подобные схемы иногда применяются для уравновешивания сил инерции 2-го порядка в рядных 4-цилиндровых ДВС типа R4 и сил инерции 1-го порядка в рядных 2-цилиндровых типа R2.

В 1990-х гг. японская фирма «Дайхацу» разработала еще один способ уравновешивания ДВС от сил инерции 1-го порядка. В отличие от механизма Ланчестера, оба вала, на которых установлены противовесы для уравновешивания силы инерции 1-го порядка (№ 1 и № 2 в механизме Ланчестера), в новом механизме вращаются в одну сторону, противоположно вращению коленчатого вала (рис. 2.9).

Кроме того, для уравновешивания силы инерции 1-го порядка применяют не два, а три противовеса: два из которых (М1г1 и М2г2) установлены на балансирных валах, а один (М0г0) — на коленчатом валу. Валы установлены симметрично линии действия уравновешиваемой силы (для одноцилиндрового ДВС — симметрично оси цилиндра), а расположение противовесов соответствует углу поворота кривошипа ф, как показано на рис. 2.9. Уравновешивание силы инерции 2-го порядка в этом механизме не предусмотрено. Результирующая сила от действия трех центробежных сил противовесов Рс, РС2, PCQ будет линейной (по вертикальной оси) при условии

Как видно из схем разложения центробежных сил на горизонтальные (по осих) и вертикальные (по оси у) векторы (см. рис. 2.9), при таком условии горизонтальная составляющая суммы центробежных сил будет равна нулю = 0), а вертикальная составляющая составит:

Схема уравновешивания ДВС от сил инерции 1-го порядка при размещении противовесов на трех валах

Рис. 2.9. Схема уравновешивания ДВС от сил инерции 1-го порядка при размещении противовесов на трех валах: двух балансирных и коленчатом

Уравновешивание силы инерции 1-го порядка будет обеспечено при условии

откуда определяются значения дисбалансов противовесов:

Рассмотренная схема уравновешивания имеет следующее преимущество перед механизмом Ланчестера: на оси балансирных валов действуют меньшие (в 2 раза) центробежные силы при прочих равных условиях. То, что на подшипники коленчатого вала действует дополнительная центробежная сила от противовеса М0г0 (которой нет в механизме Ланчестера), не является существенным недостатком, так как коленчатые валы могут нормально воспринимать и гораздо большие нагрузки, связанные с работой ДВС.

Принцип такого уравновешивания сил инерции 1-го порядка применяют в некоторых серийных моделях ДВС типа R2, у которых угол расклинки кривошипов равен 0°.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >