2. При каком положении кривошипа будет максимальное значение вращающего момента.

3. Понятие о степени неравномерности вращения.

4. КАКИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПРЕДЪЯВЛЯЕТ Российский Регистр к степени неравномерности судовых дизелей.

5. от каких факторов зависит степень неравномерности вращения.

Тема 3.7.2 2012

ПОНЯТИЯ ОБ УРАВНОВЕШЕННОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

Один из недостатков ДВС –их способность вызывать вибрацию корпуса судна. Причиной являются силы инерции поступательно-движущихся частей ДВС

Виды сил инерции. Поршневые двигатели во время работы могут вызывать сотрясения различной частоты вследствие действия в них периодических неуравновешенных сил.

К периодическим неуравновешенным силам относятся силы инерции поступательно движущихся частей. Они нечем неуравновешенны в ДВС .

Формула силы инерции Ри =-м_п а , где а = - Rω²(cоsа + R/L cos 2а) – ускорение поршня. Выполним преобразования ,получим:

Ри = - м_п Rω² cоsа - λм_п Rω² cos 2а

Т.е сила инерции поступательно движущихся частей являтся суммой двух сил:

- м_п Rω² cоsа = Р_и1 ----силы инерции первого порядка.

Совпадают с частотой вращения коленвала и вызывают общую вибрацию корпуса

λм_п Rω² cos 2а = Р_и2 -----силы инерции второго прядка.

Частота колебаний вдвое больше частоты вращения коленвала . вызывает местные вибрации –переборок,листов и т.д.

Неуравновешенными являются также центробежные силы вращающихся частей- кривошип и нижняя часть шатуна.

Рц= Мв Rω² на рисунке- Iц

Значение этой силы постоянно, но изменяется ее направление и ее составляющие Ie. Ib будут вызывать вертикальные и горизонтальные вибрации.

Обеспечение уравновешенности.

При оценке уравновешенности принято лишь об неуравновешенных силах. Ввиду того что неуравновешенные силы инерции вызывают дополнительные напряжения и преждевременный износ отдельных частей двигателя, необходимо стремиться к тому, чтобы силы инерции и их моменты были уравновешены. Существует два условия равновесия работающего двигателя.:

1. сумма всех действующих сил равна нулю.

2. сумма моментов этих сил относительно центра тяжести тела равна нулю.

Исследования сумм сил инерции и их моментов позволяют сделать следующий вывод-- полностью уравновешенными являются двигатели с четным числом цилиндров 6 и более при зеркальном расположении кривошипов. В этом случае при работе ДВС суммы всех сил инерции и моментов в любой момент времени равны нулю на установившихся режимах

Если при проектировании ДВС это условие не выполняется (нечетное число цилиндров например) то применяют следующие меры.

1. достигают наибольшей уравновешенности за счет подбора порядка очередности работы цилиндров.

2. устанавливают дополнительные противовесы на щеки коленвала. Иногда их устанавливают даже на уравновешенном двигателе для разгрузки рамовых подшипников.

3. устанавливают специальные механизмы, состоящие из валов и эксцентричных масс с приводом от коленвала- например ЯАЗ 204. Но такой конструкции двигатели встречаются редко из-за сложности изготовления.

4. при установке поршней и шатунов обращают внимание на допустимую разницу по весу, которая указана в инструкции завода изготовителя.

ОТВЕТИТЬ НА ВОПРОСЫ:

1. КАКУЮ ВИБРАЦИЮ ВЫЗЫВАЮТ СИЛЫ ИНЕРЦИИ 1-ГО И 2-ГО ПОРЯДКА.

2. КАКОЙ ДВИГАТЕЛЬ СЧИТАЕТСЯ ПОЛНОСТЬЮ УРАВНОВЕШЕННЫМ.

3. ДЛЯ ЧЕГО УСТАНАВЛИВАЮТ ПРОТИВОВЕСЫ И ГДЕ.

4. ПОЧЕМУ ВЕС ПОРШНЕЙ И ШАТУНОВ ДОЛЖЕН БЫТЬ ОДИНАКОВ

( В ДОПУСТИМЫХ ПРЕДЕЛАХ ДЛЯ ДАННОЙ МАРКИ ДВС)

3.6-1 основы теории ДВС 2012

КРУТИЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ

Свободные крутильные колебания. Коленчатый вал двигателя и остальные жестко соединенные с ним валы являются упругими телами. На них насажены массы, обладающие значительными моментами инерции. Такая система вал —массы , как и любое тело на планете, имеет частоту собственных колебаний и способна совершать крутильные колебания.

Пусть, например, вал несет на себе две вращающиеся массы(рис. 262). Если приложить к этим массам моменты, как показано сплошными стрелками, то вал окажется скрученным и каждая масса повернется на угол а. При этом предполагается, что вал скручен в пределах упругих деформаций.

Допустим теперь, что действие моментов сразу прекратится. В силу упругости вала система будет возвращаться в положение равновесия, причем массы будут поворачиваться так, как показано пунктирными стрелками. Вследствие инерции массы при возвратных поворотах не остановятся в положении равновесия, а перейдут его, и вал окажется скрученным, но уже в обратном направлении. Упругость вала опять вызовет поворот масс, а они по инерции вновь перейдут через положение равновесия, т. е. процесс повторится. Таким образом, после прекращения действия моментов система начнет совершать колебательное движение, при котором вал будет скручиваться то в одном, то в другом направлении.

Ничто не изменится, если во время совершения колебаний вал будет равномерно вращаться. При этом массы то будут опережать те положения, которые занимали бы, вращаясь с постоянной угловой скоростью, то отставать от них.

Упругие колебания вала и насаженных на него масс, возникающие после прекращения действия моментов, называются свободными крутильными колебаниями. Они совершаются лишь под влиянием упругих сил материала вала и моментов инерции масс.

Свободные крутильные колебания, как и все свободные упругие колебания, происходят всегда с определенной частотой (числом колебаний в единицу времени), называемой частотой свободных колебаний. Эта частота зависит от упругости вала и моментов инерции масс и выражается в герцах (гц).

Если у системы больше,чем две массы, то она может иметь несколько форм колебаний. Так, если система трехмассовая (рис. 263), то возможны колебания, при которых две массы движутся в одном направлении, а третья — в другом.

Вал будет иметь сечение, остающееся при колебаниях неподвижным. Такое сечение называется узлом колебаний, а колебания с одним узлом —одноузловыми.

В связи с действием сил сопротивления свободные колебания будут затухать. Основными силами сопротивления крутильным колебаниям являются силы внутреннего трения материала вала.

Вынужденные колебания.

Момент, выводящий систему из состояния равновесия, называется возмущающим. Под действием периодического возмущающего момента вал совершает вынужденные колебания с частотой, равной частоте возмущающего момента. Амплитуда вынужденных колебаний зависит от величины возмущающего момента.

Если частота действия возмущающего момента совпадает с частотой свободных колебаний, то наступает явление резонанса. При резонансе амплитуда вынужденных колебаний во много раз увеличивается по сравнению с амплитудой при том же значении

возмущающего момента вне резонанса. Поэтому при резонансе она может достичь больших значений даже при умеренной величине возмущающего момента.

Частота вращения, при которой наступает резонанс, называется критической. У двигателя может быть несколько критических частот вращения: при одних наступает резонанс с одноузловой формойколебаний, при других — с двухузловой и т. д. Возмущающие моменты могут быть разных порядков, т. е. разных частот. Наиболее опасны резонансы первого порядка с одноузловой и двухузловой формами колебаний.

Если критическая частота вращения находится в зоне рабочих оборотов двигателя ,сектор оборотов, при которых наступает резонанс , закрашивают красной краской и работать ДВС на оборотах в этом секторе не должен. В противном случае двигатель испытывает большую вибрацию ,значения напряжений в валах может превысить допустимые значения ,что приведет к поломке гребного или коленчатого вала.

ДЕМПФЕРЫ

а) селиконовый демпфер, б)механический демпфер

Крутильные колебания могут быть записаны приборами, называемыми торсиографами.

Ослабления крутильных колебаний можно достигнуть поглощением их энергии. Устройства, служащие для поглощения энергии крутильных колебаний, называются демпферами.

Наиболее распространены демпферы сухого и жидкостного ('вязкостного) трения.

Ступица демпфера сухого трения, применяемого на двигателях НФД48, имеет наклонный обод и жестко крепится к концу кривошипа компрессора. К ободу ступицы с помощью шпилек присоединен обод , представляющий зеркальное отражение первого. К внешней поверхности отогнутых ободов приклепано по двенадцать сегментов 6, изготовленных из фрикционного материала. Двенадцатью спиральными пружинами 5 к сегментам прижимаются два диска 4. Эти пружины распирают диски. Зафиксированы диски один относительно другого тремя плавающими пальцами, застопоренными от выпадения из гнезд пружинными кольцами. Затяжка пружин регулируется нажимными втулками 5, вворачиваемыми (или выворачиваемыми) в гнезда дисков При крутильных колебаниях ободы 2 и 7, жестко соединенные с коленчатым валом, вращаются с переменной скоростью. Диски 4, стремясь сохранить постоянную скорость, проскальзывают, что приводит к возникновению между трущимися поверхностями силы трения.

Энергия крутильных колебаний поглощается за счет сухого трения трущихся поверхностей дисков и сегментов. Образующаяся при этом тепловая энергия рассеивается в окружающую среду.

Исправность действия демпфера зависит от силы затяжки пружин. Регулирование их затяжки производится специалистами во время испытаний двигателя с помощью аппаратуры для торсиографирования.

Запрещается регулирование демпферов обслуживающим персоналом.

В демпферах жидкостного трения энергия крутильных колебаний поглощается силами внутреннего трения (вязкостью) жидкости. Одним из типов демпфера вязкостного трения является силиконовый демпфер . Он устанавливается на двигателях 6ЧРН 36/45, 6ЧРНП 36/45, НФД48 и др.

Корпус демпфера крепится с помощью призонных болтов к фланцу хвостовика коленчатого вала. Внутрь корпуса вставлен маховик 2, свободно вращающийся относительно его на втулках , запрессованных в маховик. Корпус 5 закрыт крышкой 3, прикрепленной болтами . В зазор a, образующийся между маховиком, корпусом и его крышкой, заливается силиконовая жидкость. Чтобы избежать ее утечки и попадания воздуха внутрь демпфера, места соединений крышки с корпусом заливаются эпоксидным клеем.

Конструкция .рассмотренного демпфера неразборная и в процессе эксплуатации не требует ухода и регулирования.

59