6 Уравновешивание двигателя
После выполнения динамического расчета производится анализ уравновешенности рассматриваемого двигателя.
Силы, возникающие при работе поршневых двигателей, можно разделить на внешние и внутренние, которые, в свою очередь, могут быть уравновешенными и неуравновешенными.
К внешним силам относятся вес двигателя, реактивные силы от выпускных газов и движущихся жидкостей, моменты сил сопротивления внешней среды вращению коленчатого вала, вентилятораит. п.
К внутренним силам относятся силы инерции движущихся возвратно-поступательно и неуравновешенных вращающихся масс, а также реактивный крутящий момент.
Уравновешенными силами являются такие, которые при суммировании не дают свободного момента и равнодействующая которых равна нулю — силы давления газов в цилиндре двигателя и силы трения.
К неуравновешенным следует отнести силы, которые передаются на опоры двигателя — вес двигателя, реакции выпускных газов и движущихся жидкостей, силы инерции вращающихся и возвратно-поступательно движущихся масс, тангенциальные силы инерции вращающихся масс при переменной угловой скорости, а также реактивный крутящий момент.
Многие из перечисленных выше сил практически не влияют на уравновешивание двигателя, так как вес двигателя постоянен по величине и направлению, суммарная реакция выпускных газов при установившихся режимах работы двигателя незначительно меняется по величине, суммарная реакция движущихся жидкостей по величине ничтожно мала, тангенциальные силы инерции вращающихся масс практически постоянны по величине и направлению.
Следовательно, причиной неуравновешенности двигателя являются силы инерции возвратно-поступательно движущихся и неуравновешенных вращающихся масс, а также реактивный крутящий момент. Последний в автомобильных двигателях обычно уравновесить невозможно и он передается на раму автомобиля.
Неуравновешенные силы, переменные по величине и направлению, могут вызвать вибрации как двигателя, так и всего автомобиля. Возникающие вибрации особенно опасны при приближении частоты свободных колебаний всей системы автомобиля и отдельных ее составляющих к частоте вынужденных колебаний, вызываемых неуравновешенными силами или моментами.
Для устранения отрицательных последствий, связанных с вибрациями, двигатель должен быть уравновешен, т. е. должна быть создана такая система сил, в которой равнодействующие силы и их моменты были бы постоянны по величине и направлению или равны нулю.
Двигатель называется уравновешенным, если при установившемся режиме силы и моменты, действующие на его опоры (раму автомобиля), постоянны по величине и направлению или равны нулю.
Уравновешиванию подвергаются лишь силы и моменты, имеющие значительную величину. К ним относятся: силы инерции первого порядка возвратно-поступательно движущихся масс; силы инерции второго порядка возвратно-поступательно движущихся масс; центробежная сила неуравновешенных вращающихся масс; свободный момент сил инерции первого порядка М, свободный момент сил инерции второго порядка; свободный момент сил инерции вращающихся масс Mr.
Коленчатый вал двигателя КамАЗ-740.10 изготовлен из высококачественной стали и имеет пять коренных и четыре шатунные шейки, связанные щеками и сопряженные переходными галтелями. Для равномерного чередования рабочих ходов шатунные шейки коленчатого вала расположены под углом 90°. Порядок работы 1-5-4-2-6-3-7-8 .
Силы инерции первого порядка и их моменты при указанном расположении кривошипов взаимно уравновешиваются: ΣРJ I =0 и ΣМJ i = 0. Силы инерции второго порядка для всех цилиндров равны и направлены в одну сторону. Их равнодействующая
.
Силы инерции второго порядка можно уравновесить лишь с помощью дополнительных валов. Суммарный момент этих сил равен нулю: ΣМJII= 0. Центробежные силы инерции для всех цилиндров равны и направлены попарно в разные стороны. Равнодействующая этих сил и момент равны нулю: ΣKr = 0 и ΣМR = 0.
Для уравновешивания сил инерции и уменьшения вибраций на коленчатый вал можно установить противовесы для уменьшения центробежных сил.
Уравновешивание двигателя снижает шумы и вибрации в двигателе, увеличивает его долговечность, но в то же время увеличивает металлоемкость и трудоемкость производства.
Заключение
Согласно заданию на курсовую работу был рассчитан двигатель КамАЗ-740.10. Проведён тепловой, динамический, кинематический расчёт и уравновешивание двигателя, определены параметры процессов, протекающих при его работе.
Литература
1 Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных
двигателей. - М.: Высшая школа, 2002. - 496 с.
2 Конструкционные материалы: справочник / Б.Н. Арзамасов,
В.А. Брострем, Н.А. Буше и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. - М.:
Машиностроение, 1990. - 688 с.
3 Ленин И.М. Теория автомобильных двигателей. - М.: Машгиз,
1958. - 272 с.
4 Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова,
С.А. Вятин и др.; Под общ. ред. В.Г.Сорокина. - М.: Машиностроение,
1989. - 640 с.
5 Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных
двигателей. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1992. - 414 с.
6 Орлин А.С. и др. Двигатели внутреннего сгорания. Конструкция
и расчет поршневых и комбинированных двигателей / Под. ред.
А.С. Орлина. - М.: Машиностроение, 1972. - 464 с.
7 Фролов К.В. и др. Теория механизмов и механика машин. - М.:
Высшая школа, 1998. - 496 с.
8 Лиханов В. А., Деветьяров Р.Р. Расчет двигателей внутреннего
сгорания: Учебное пособие. – Киров: Вятская ГСХА, 2005. - 69 с.