Полная версия

Главная arrow Техника arrow Динамика двигателей: уравновешивание поршневых двигателей

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Трехцилиндровые двигатели

Трехцилиндровые двигатели достаточно распространены в автомобиле- и тракторостроении. Обычно их применяют в ДВС с рабочим объемом 0,8—1,2 л.

С учетом обеспечения равномерного чередования рабочих ходов угол расклинки кривошипов (угол между плоскостями соседних колен) в ДВС типа R3 должен быть равен 120°. Соответствующая схема коленчатого вала показана на рис. 3.9 (возможен еще один вариант, в котором второе и третье колена меняются местами).

Схема коленчатого вала, силы инерции от ВПДМ и моменты этих сил рядного 3-цилиндрового ДВС R3

Рис. 3.9. Схема коленчатого вала, силы инерции от ВПДМ и моменты этих сил рядного 3-цилиндрового ДВС R3

Интервал между вспышками для 4-тактного ДВС при равномерном чередовании вспышек должен составлять величину 720°/3 = 240°, для 2-тактного — 360°/3 = 120°. Для схемы на рис. 3.7 порядок работы 4-тактного ДВС — 1—2—3; 2-тактного — 1—3—2.

Силы инерции от ВПДМ 1-го (Pj ) и 2-го (Р;-2) порядков в каждом цилиндре действуют по оси цилиндра (рис. 3.9). Таким образом, эти силы параллельны и лежат в одной плоскости. Результирующие этих сил находятся алгебраическим суммированием соответствующих сил в отдельных цилиндрах:

Результирующие моменты от этих сил (?Mj и ^ Mj2) можно находить относительно любой точки, так как суммы сил равны нулю. Моменты лежат в плоскости расположения сил, т. е. в плоскости осей цилиндров (на рис. 3.9 в вертикальной плоскости, проходящей через ось коленчатого вала). Выражения для моментов сил относительно точки пересечения оси 2-го цилиндра с осью коленчатого вала (точка С на рис. 3.9, где а — расстояние между осями цилиндров) имеют вид

Преобразования в показанных выражениях результирующих сил ?P;i, ^Pj2 и моментов ^М;1, ^Mj2 выполнены по известным формулам тригонометрии. Анализ более сложных конструкций ДВС (например, 5-цилиндровых) целесообразно выполнять с использованием компьютерных технологий. Ниже (см. параграф 3.5) показан метод определения результирующих сил инерции ВПДМ и моментов от этих сил в среде Mathcad.

Итак, силы инерции от ВПДМ в ДВС R3 уравновешены, а моменты от этих сил не уравновешены: они действуют в вертикальной плоскости, проходящей через оси цилиндров. С учетом полученных выражений для моментов сил инерции видно, что они меняются гармонически. Максимального значения момент от сил инерции 1-го порядка достигает при угле поворота коленчатого вала ф = -30° (за 30° до прихода поршня 1-го цилиндра в ВМТ), момент от сил 2-го порядка при ф = 15°.

Оценим теперь действие центробежных сил и результирующего момента от них в рассматриваемом ДВС. Центробежные силы действуют на каждом колене по радиусу кривошипа. Величина каждой определяется по формуле (см. главу 1) PCK=Mr-R • ш2. Поскольку центробежные силы не параллельны друг другу, их результирующую необходимо находить как векторную сумму

То же относится и к оценке результирующего момента ^ Мс от этих сил. Таким образом, необходимо найти как величину (модуль), так и направление действия векторов ?Рс и ?Мс. Обычно вычисления этих сил и моментов выполняют довольно громоздкими графоаналитическими способами [10, 13].

Покажем простой способ определения результирующей центробежных сил и моментов в рядных ДВС по данным найденных значений ^ Pj и ^ М;- .

Определим проекцию результирующей центробежных сил на ось 1-го цилиндра (вертикальную ось У) для рассматриваемого ДВС:

Для ДВС с другим числом цилиндров выражение (3.6) будет иметь иное число гармонических составляющих. Это выражение после преобразований можно привести к гармонической функции вида: Л-соз(ф + 5), где Л — амплитуда, соответствует модулю результирующей центробежной силы; угол § соответствует направлению действия результирующей центробежной силы относительно плоскости 1-го колена (откладывать угол 8 относительно радиуса кривошипа нужно против направления вращения). Формула (3.6) аналогична (3.2) для результирующей сил

https://urait.ru инерции ВПДМ 1-го порядка . Отличие лишь в значении массы: учитывается масса неуравновешенных вращающихся масс (Мг), а не совершающих возвратно-поступательное движение (М). Таким образом, по формуле для результирующей силы инерции от ВПДМ 1-го порядка можно определить проекцию результирующей центробежных сил на вертикальную ось. Наибольшее значение соответствует модулю, фазовый сдвиг показывает направление результирующей сил инерции вращающихся масс КШМ относительно радиуса первого колена. Аналогичным образом по формуле для результирующего момента ? Mj могут быть определены модуль и направление результирующего вектора момента центробежных сил ^ Мс.

Таким образом, находим, что в ДВС типа R3 результирующая центробежных сил ^Рс = 0 (как и ^Рл из выражения (3.2)), т. е. двигатель самоуравновешен от действия центробежных сил. Результирующий момент от центробежных сил Хмс = = [За-Мг -Р-со2. Он действует в плоскости, проходящей через ось коленчатого вала, расположенной под углом 30° к плоскости 1-го колена (следует из выражения (3.4)).

Для уравновешивания центробежного момента в ДВС R3 устанавливают нащечные противовесы, как показано на рис. 2.3. При установке противовесов по схеме, показанной на рис. 2.3, а, обеспечивается не только внешнее, но и внутреннее уравновешивание ДВС от действия центробежных сил (см. параграф 2.2).

В настоящее время в большинстве серийно выпускаемых конструкций 3-цилиндровых двигателей уравновешивают еще и момент от сил инерции ВПДМ 1-го порядка ?М;1. Общий принцип уравновешивания этого момента рассмотрен в параграфе 2.4 и показан на рис. 2.14, в. Для рассматриваемого ДВС возможная схема размещения четырех противовесов (попарно) на коленчатом и одном балансирном валу показана на рис. 3.10.

Для обеспечения уравновешивания момента ^M;i необходимо, чтобы статические моменты противовесов расположенных на балансирном и коленчатом валах удовлетворяли условиям

Суммарный момент от двух пар противовесов должен быть равен уравновешиваемому моменту ?М;1 (см. выражение (3.4)), откуда окончательно имеем: 2Мпр1пр -К = Тза-M-R.

ЗЛО. Схема уравновешивания момента  инерции

Рис. ЗЛО. Схема уравновешивания момента от сил инерции

ВПДМ 1-го порядка с помощью балансирного вала в ДВС типа R3

Радиус-векторы противовесов должны быть расположены под углом 30° к плоскости 1-го колена (как показано на рис. ЗЛО). Ось балансирного вала должна быть параллельна оси коленчатого вала. Противовесы (Мпрпр и Мпр2пр2 на рис. 3.10) можно выполнять не только на щеках, но и в виде приливов на шкиве и маховике коленчатого вала. Вместо этих двух противовесов можно применить шесть противовесов, устанавливаемых на каждой щеке коленчатого вала, как показано на рис. 2.3, а. В этом случае их целесообразно объединить с противовесами, служащими для уравновешивания центробежного момента ?МС. Тогда общий дисбаланс каждого из шести нащечных противовесов определиться по формуле МПр=гпр=0,5(0,5М + Мг)-К.

Уравновешивание момента ^М;1 обеспечивается при любом месте расположения балансирного вала в силовом агрегате. Следует иметь в виду, что на опоры балансирного вала передается существенный опрокидывающий момент. Поэтому необходимо обеспечить жесткость и прочность подшипникового узла и опор.

Неуравновешенный момент ^М;- от сил инерции ВПДМ 2-го порядка в этом ДВС (см. выражение (3.5)) в принципе можно уравновесить двумя балансирными валами, вращающимися с удвоенной угловой скоростью во взаимно противоположных направлениях, как показано в параграфе 2.4 и на рис. 2.14, г. Однако обычно его не уравновешивают. Во-первых, возмущающее действие момента ^MJ2 (°Дениваемое по импульсу сил момента) в 8 раз меньше, чем от действия момента ?МЛ (см. главу 1). Во-вторых, применение еще двух дополнительных балансирных валов нерационально по конструктивным соображениям.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>