В.А. Синицын

МОДУЛЬ 2. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ УРАВНОВЕШЕННОСТИ (ОДНОВАЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ) 63

схемы векторов дает еще две векторные диаграммы CI (и, соответственно, две схемы колен-

чатого вала):

При этих схемах величина результирующих неуравновешенных моментов ∑МR и ∑МСI

такая же, что и в рассмотренном выше варианте. Очевидно, что при всех четырех схемах вала обеспечивается самоуравновешенность по всем действующим силам:

PR = 0; CI = 0 PI = 0; CII = 0 PII = 0.

Из анализа следует, что при всех схемах вала, соответствующих нормальной продоль-

но-симметричной схеме векторов CII, двигатель самоуравновешен по четырем признакам (по всем силам и моменту второго порядка), но результирующий момент первого порядка дости-

гает большой величины и его необходимо уравновесить.

Вариант II (рис. 2.23). Попытаемся, не нарушая продольной симметрии векторов CII,

найти такую схему вала, при которой результирующий момент первого порядка был бы на-

столько мал, что его можно было бы не уравновешивать. При сохранении симметрии векто-

ров плечи составляющих моментов и величина самих моментов не изменяется. Следователь-

торов. Из векторных многоугольников предыдущего варианта видно, что для уменьшения

положение векторов CI3 и CI6 .

64 2.2.12. Одновальный двухтактный 8-цилиндровый двигатель

1

lо

2

CII 1 CII 7

2ω

ωCI1

Рисунок 2.23 – Решение обратной задачи уравновешенности 8-цилиндрового 2-

тактного рядного двигателя

угол с горизонталью замыкающего вектора, находим величину и плоскость действия неурав-

новешенного результирующего фиктивного момента первого порядка MCI . В нашем при-

мере они равны:

неуравновешенным.

МОДУЛЬ 2. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ УРАВНОВЕШЕННОСТИ (ОДНОВАЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ) 65

На рис. 2.23 стрелками показан последовательный ход рассуждений при решении задачи на основе продольной симметрии векторов CII.

Возможен другой подход к решению задачи, основанный на известных результатах

уравновешенности двигателя с четырехколенным крестообразным валом.

Вариант III, рис. 2.23. Рассматриваем 8-коленный вал исходного двигателя состоящим из двух 4-коленных крестообразных валов – левого и правого. Приняв схему левого вала та-

кой же, как в четырехцилиндровом двигателе, 1—3—4—2—1, отложим вектор результи-

Это достигается, если крайние кривошипы 1 4 правого вала направить противоположно, а

средние 2 3 направить так же, как соответствующие кривошипы левого вала. Полученный правый вал со схемой 4—3—1—2—4 необходимо развернуть относительно левого вала по направлению вращения на 45 . Получим 8-коленный вал с заклинкой кривошипов 1—7—3— 5—4—6—2—8—1, при котором неуравновешенный результирующий момент первого по-

развернуты друг относительно друга на 45 . Каждый из валов обеспечивает самоуравнове-

66 2.2.12. Одновальный двухтактный 8-цилиндровый двигатель

шенность по всем силам и продольным моментам второго порядка. Результирующий неурав-

торов составляющих моментов четного и нечетного валов:

Величина момента незначительна и его можно не уравновешивать.

Общие выводы по уравновешенности однорядных двигателей

симметричными только при равномерной продольно-симметричной схеме расположения кривошипов коленчатого вала, которая характеризуется следующими признаками:

−каждая пара равноудаленных от центра тяжести вала кривошипов лежит в одной плоскости и имеет одинаковое направление;

−пары продольно-симметричных кривошипов равномерно распределены по окружно-

Условие самоуравновешенности рядного двигателя по центробежным силам, силам

инерции первого порядка и продольным моментам от этих сил может быть выполнено во всех четырехтактных двигателях с четным числом цилиндров. В двухтактных двигателях равномерная продольно-симметричная схема вала неприменима (неизбежны одновременные вспышки в двух цилиндрах), а, следовательно, невозможны и продольно-симметричные схе-

мы векторов PR, CI.

3. Равномерная продольно-симметричная векторная диаграмма CII может быть полу-

чена в 4 и 2 –тактных рядных двигателях с четным числом цилиндров при любой равномер-

ной схеме вала, получаемой из схемы расположения векторов CII уменьшением в два раза углов между соответствующими векторами.

4. Результаты анализа уравновешенности одноблочных двигателей справедливы и для двигателей сложных компоновочных схем, которые композиционно составлены из этих од-

ноблочных модульных двигателей.

МОДУЛЬ 3. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ УРАВНОВЕШЕННОСТИ (ДВУХРЯДНЫЕ ДВИГАТЕЛИ) 67

МОДУЛЬ 3. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ УРАВНОВЕШЕННОСТИ (ДВУХРЯДНЫЕ ДВИГАТЕЛИ)

2.3. Двухрядные двигатели

Транспортный двигатель 4 V

По условиям компоновки двигателя на транспортном средстве двигатель должен иметь минимальные габаритные размеры по высоте. Этим требованиям удовлетворяют углы между цилиндрами 90 , 120 , 180 . Динамические свойства продольного двухцилиндрового модуля для всех V- образных двигателей одинаковы и зависят только от схемы расположе-

ния кривошипов коленчатого вала. В 2 – тактных двигателях возможна только несимметрич-

ная схема вала, при которой оба кривошипа лежат в одной плоскости, но направлены в про-

тивоположные стороны. В четырехтактных двигателях возможны две схемы вала – несим-

метричная и симметричная, когда оба кривошипа лежат в одной плоскости и имеют одинако-

вое направление. Известно, что двухцилиндровый рядный двигатель любой тактности с не-

2.3.1. Транспортный двигатель 4 V 90

Требуется выбрать схему коленчатого вала, пригодную для 2 и 4 – тактного двигателя,

определить порядки работы по блоку, по отсеку и по двигателю в целом и выполнить анализ уравновешенности.

Для 2-тактного двигателя симметричная схема вала неприменима, т.к. в этом случае неизбежны одновременные вспышки в двух цилиндрах блока, поэтому выбираем схему плоского несимметричного вала. Порядки работы цилиндров в 2-тактном двигателе одно-

значно определяются схемой расположения кривошипов и вспышки назначаются при каж-

дом положении кривошипа в ВМТ соответствующих цилиндров (рис. 2.24). В результате по-

лучается равномерное чередование вспышек через 90 .

В 4 – тактном двигателе возможны два варианта порядков работы по блоку и по отсе-

ку. Возможны также разные порядки работы цилиндров по левому и правому блокам. Раз-

личные сочетания порядков работы по блокам и по отсеку позволяют из множества вариан-

тов выбрать оптимальный порядок работы по двигателю, удовлетворяющий известным тре-

бованиям. В нашем случае все варианты практически равнозначны по равномерности выход-

ного крутящего момента и условиям нагружения подшипников коленчатого вала. В качестве примера на рис. 2.24 приведены два варианта порядка работы цилиндров по двигателю с не-

равномерным чередованием вспышек через 90 - 180 - 270 . Все другие варианты аналогичны этим.

Рисунок 2.24 – Анализ уравновешенности двигателя 4V90° (несимметричный вал)

K1 K2

ω

2ω

2ω

Z1 Z2

Рисунок 2.25 – Анализ уравновешенности двигателя 4V90° (симметричный вал)

70 2.3.1. Транспортный двигатель 4 V 90

Для определения направления вектора Z2 надо вектор Z1 повернуть против вращения вала на удвоенный угол между кривошипами. В результате получаем векторную диаграмму ДЭМ II.

Таким образом, в двигателе 4V 90любой тактности с несимметричной схемой вала в поперечном направлении (вдоль оси Х) действует неуравновешенная сила инерции, амплиту-

да которой изменяется с удвоенной частотой в интервале от 22CII до 22CII . Для уравновешивания этой силы требуется двухвальный уравновешивающий механизм второго порядка.

Равномерная продольно-симметричная схема вала в четырехтактном двигателе обес-

печивает равномерный выходной крутящий момент и самоуравновешенность по продольным моментам от сил Q, т.е. MR = 0 и MI = 0. Векторная диаграмма ДЭМII полностью повто-

ряет соответствующую диаграмму двигателя с несимметричным валом, следовательно и, вы-

воды по уравновешенности остаются теми же.

2.3.2. Транспортный двигатель 4V 120

Порядки работы цилиндров двигателя с несимметричной схемой вала ( КР = 180 ):