В.А. Синицын

МОДУЛЬ 3. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ УРАВНОВЕШЕННОСТИ (ДВУХРЯДНЫЕ ДВИГАТЕЛИ) 91

Недостатком двигателя 10V90является крайне неравномерное чередование вспышек по двигателю и неблагоприятные условия нагружения некоторых коренных подшипников (в

нашем случае 1 и 4-й подшипники).

При бл = 180в каждом плоском отсеке силы К = 0 и Z = 0, следовательно, двигатель

10V180самоуравновешен по моментам второго порядка и выбор схемы заклинки кривоши-

пов можно подчинить условию максимальной самоуравновешенности по моментам от цен-

тробежных сил MQ 0 и от сил инерции первого порядка РI. Из рис.2.36 находим, что это-

му условию удовлетворяет схема вала 1 – 4 – 3 – 2 – 5 – 1 ( кр = 72 ). В этом случае остаточ-

ные моменты MR и MI очень малы и их можно оставить неуравновешенными. Порядок работы цилиндров более равномерный, но условия нагружения подшипников коленчатого вала неодинаковы:

2-тактный

вала, обеспечивающую минимальный неуравновешенный момент от сил инерции второго порядка, который можно оставить неуравновешенным. Построив динамически эквивалент-

определяем величину и плоскость действия результирующих неуравновешенных моментов

(рис. 2.36):

MQ 5Q lo ; Q 18 ; M P 5P lo ; M P 2.5CI lo ; P 18 .

Эти моменты уравновешиваются рассмотренными ранее способами.

92

МОДУЛЬ 4. КРИТЕРИИ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТИ И МЕХАНИЗМЫ УРАВНОВЕШИВАНИЯ ДВС 93

МОДУЛЬ 4. КРИТЕРИИ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТИ И МЕХАНИЗМЫ УРАВНОВЕШИВАНИЯ

ДВС

Возможны ситуации, когда сравниваемые варианты конструкции обладают одинако-

вым числом неуравновешенных факторов. В таком случае становится необходимой количе-

ственная оценка неуравновешенности. Для этой цели используют так называемые критерии неуравновешенности. К наиболее часто используемым относят критерии, предложенные Б.С.

Стечкиным и В.Я. Климовым, а также А.М. Кацем.

Критерием неуравновешенности двигателя по Б.С. Стечкину – В.Я. Климову является амплитуда виброперемещений двигателя как твердого тела под действием неуравновешен-

ных сил и моментов в предположении, что он установлен на податливых опорах.

Под действием неуравновешенной инерционной силы Pjk k-го порядка (практическое значение имеют только 1-я и 2-я гармонические составляющие силы Pjk ) двигатель массой mдв колеблется вдоль оси Oy согласно уравнению

.

Подставляя в уравнение его решение в виде y = A sinkωt (здесь А - искомая амплитуда), най-

дем

Двигатель считается удовлетворительно уравновешенным при А ≤ 0,01 мм и плохо уравновешенным, если А > 0,1 мм.

Если на двигатель действует неуравновешенный момент Мjk , то колебания двигателя будут описываться уравнением

,

где Iдв – момент инерции двигателя относительно оси Ох; - угол поворота двигателя отно-

сительно оси Ох.

Удобнее пользоваться не угловыми, а линейными размерами, а потому после анало-

гичного решения

находят

.

94

Неудобством при использовании критерия Б.С. Стечкина – В.Я. Климова является возможность учета только одного неуравновешенного фактора, тогда как двигатель может быть неуравновешен сразу по нескольким факторам, причем последние могут достигать сво-

их амплитудных значений в разные моменты времени.

Критерий А. М. Каца представляют в виде совокупности двух безразмерных коэффи-

циентов (в отличие от критерия Б.С. Стечкина – В.Я. Климова здесь имеется возможность проанализировать неуравновешенность при наличии нескольких неуравновешенных факто-

ров)

.

Здесь D – диаметр цилиндра; Lдв, Ндв – длина и высота двигателя соответственно. Дви-

гатель считается удовлетворительно уравновешенным при ≤ 0,001; ≤ 0,001. Для оценки относительной неуравновешенности авторами работы [10,11] (ОАО «Барнаултрансмаш»)

предложены следующие критерии неуравновешенности.

Величины главных векторов центробежных сил и сил инерции первого и второго по-

рядков определяются как

PR AR P ; PI K A P ;

AR mR r 2 .

В этом выражении центробежная сила инерции одного колена; Аη – амплитудное зна-

чение сил инерции поступательно движущихся масс η – го порядка:

Параметры Кη и Рη, характеризующие относительную неуравновешенность кривошип-

ной схемы, определяются следующим образом:

Здесь z – число кривошипов коленчатого вала, φп – угол заклинки n-го кривошипа относительно первого кривошипа,

96

Как указывалось ранее, 4-цилиндровые 4-тактные рядные двигатели не уравновешены по силам инерции второго порядка. В большинстве двигателей из-за усложнения конструк-

ции двигателя эти силы оставляют неуравновешенными. Однако известны механизмы урав-

новешивания сил инерции второго порядка (механизмы Ланчестера), устанавливаемые, на-

пример, на дизелях Алтайского моторного завода (рис. 4.3 и 4.4).

Рисунок 4.3 – Механизм уравновешивания 4-цилиндрового рядного ДВС

Рисунок 4.4 – Механизм уравновешивания 4-цилиндрового рядного ДВС

МОДУЛЬ 4. КРИТЕРИИ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТИ И МЕХАНИЗМЫ УРАВНОВЕШИВАНИЯ ДВС 97

В V-образных 8-цилиндровых ДВС с крестообразной схемой коленчатого вала (см.

рис. 4.5 и 4.6) неуравновешенным является момент от центробежных сил. Для его уравнове-

шивания используют 3 основных метода:

1. Установкой противовесов на продолжении щек коленчатого вала полностью устра-

няется действия центробежных сил инерции на каждом колене вала и, как следствие, момен-

та от этих сил.

2.Увеличением массы противовесов на первой и последней щеках коленчатого вала создается момент, равный моменту от центробежных сил инерции (рис. 4.5).

3.Момент, равный моменту от центробежных сил, создается парой масс – выносным противовесом перед первой коренной опорой и дисбалансом в маховике (рис. 4.6).

Рисунок 4.5 – Уравновешивание V-образного 8-цилиндрового ДВС

Рисунок 4.6 – Уравновешивание V-образного 8-цилиндрового ДВС

98

Чтобы снизить вибрацию двигателя при его работе, необходимо уравновесить момен-

ты, создаваемые силами инерции. Для этого предусмотрены противовесы, закрепленные на коленчатом валу болтами или выполненные при изготовлении вала (рис. 4.7). Моментам сил инерции противостоят также противовесы на уравновешивающем вале и в шестерне его при-

вода. Уравновешивающий вал приводится от коленчатого вала и вращается в противополож-

ном ему направлении. Уравновешивающий вал используется также для привода масляного насоса.

Противовесы изготовляются из сплава вольфрама, высокая плотность которого позво-

ляет уменьшить их размеры.

Рисунок 4.7 – Уравновешивание двигателя V 10 TDI VW:

1 – гаситель крутильных колебаний; 2 – силиконовая жидкость; 3 – задающий диск частоты вращения коленчатого вала; 4 – противовес коленчатого вала; 5 – коленчатый вал; 6 – проти-

вовес уравновешивающего вала; 7 – уравновешивающий вал; 8 – противовес уравновеши-

вающего вала; 9 – шестерня привода масляного насоса

99

ЛИТЕРАТУРА

1. Автомобильные двигатели: Рабочие циклы. Показатели и характеристики. Методы повышения эффективности энергопреобразования / В.Р.Бурячко, А.В.Гук.-СПб: НПИКЦ,

2005. - 292 с., ил. 11.

2. Баландин С.С. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания.-

М.:Машиностроение, 1973. – 173 с.

3.Батурин С.А., Синицын В.А. Уравновешивание ДВС в примерах и задачах. Учебное пособие/Алт. политехн. ин-т им. И.И.Ползунова.-Барнаул:Б.И.,1990. - 88 с.

4.Ваншейдт В.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания.-Л.:Судостроение,1977. -

392 с.

5. Вихерт М.М. Конструирование и расчет автотракторных двигателей.-

М.:Машиностроение,1964. - 615 с.

6. Гугин А.М. Быстроходные поршневые двигатели.-Л.:Машиностроение,1967. - 260

с.

7.Двигатели внутреннего сгорания. Системы поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова.-М.:Машиностроение, 1985. - 456с.

8.Дизели А-01М, А-41, Д-440 и их модификации. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.-Запчасть-экспорт.:Москва,1975.- 135 с.

9.Дизели: Справочник. – 2-е изд. – Л.:Машиностроение, 1977. – 480 с.

10.Дурыманов Б.А., Больжатова З.А. Естественное уравновешивание и способы гашения крутильных колебаний в многорядных двигателях // Двигателестроение, 1985.-№ 2.- С.

17-19.

11.Дурыманов Б.А., Больжатова З.А. Способы естественного уравновешивания двигателей // Двигателестроение, 1987.-№7.С. 14-16.

12.Дьяченко Н.Х. Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания.-

Л.:Машиностроение,1979. - 391 с.

13. Истомин П.А. Динамика судовых двигателей внутреннего сгорания.-

Л.:Судостроение, 1966.-280 с.

14. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей.-

М.:Высшая школа,1980. - 400 с.

15. Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания / Н.Х.Дьяченко, БА.Харитонов, С.А.Батурин, В.М.Петров. Под ред. Н.Х.Дьяченко.-Л.:Машиностроение,1979.

– 392 с.

100

16.Крюков В.В. Способы уравновешивания поршневых двигателей // Двигателестроение, 1983.№ 3. С. 45-46.

17.Кузьмин А.Г., Синицын В.А. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателей внутреннего сгорания. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине “Динамика ДВС”/АлтГТУ.-Барнаул:Б.и.,1996. - 41с.

18.Попык К.Г. Динамика автомобильных и тракторных двигателей.-

М.:Машиностроение,1970. - 326 с.

19.Ханин Н.С.Двигатели ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206.-М.:Машгиз,1964.-262 с.

20.Чистяков В.К. Динамика поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания.-М.:Машиностроение,1989. - 255 с.

21.Яманин А.И., Жаров А.В. Динамика поршневых двигателей: Учебное пособие.-М.: Машиностроение, 2003. 464 с., ил.

22.Янчеленко В.А., Скуридин А.А. Снижение вибрации дизелей, вызываемой неравномерностью крутящего момента // Двигателестроение.- 1981.№ 7. С. 19-22