Кривошипно-шатунные механизмы (стр. 2 из 4)

Существует два способа уравновешивания двигателей: выбором схем расположения цилиндров и кривошипов коленчатого вала таким образом, чтобы переменные силы инерции и их моменты взаимно уравновешивались; установкой дополнительных противовесов, центробежные силы которых в любой момент времени создают результирующие силы, равные по величине, но противоположные по направлению уравновешиваемым силам.

В поршневых ДВС крутящий момент на коленчатом валу всегда неравномерен, поэтому невозможно полное уравновешивание таких двигателей.

Наибольшие вибрации двигателя вызываются: неравномерным реактивным моментом

, противоположным крутящему моменту; гармонически изменяющимися силами первого и второго порядков возвратно-поступательно движущихся масс; центробежной силой инерции вращающихся масс; моментами от сил инерции первого и второго порядков , вращающихся масс , особенно при резонансе, когда частоты этих сил или моментов равны или кратны частоте собственных колебаний двигателя на опорах. Условия уравновешенности двигателя с учетом перечисленных факторов:

, , , , , .

кривошипный шатунный механизм двигатель

3.1 Уравновешивание одноцилиндрового двигателя

В одноцилиндровом двигателе не уравновешены силы PjI, PjII, КR. Уравновешивание такого двигателя может быть осуществлено с помощью противовесов.

Центробежная сила Кr (рис. 7) может быть полностью уравновешена путем установки двух одинаковых противовесов, центры тяжести которых расположены на расстоянии

от оси коленчатого вала. При полном уравновешивании силы Кr соблюдается условие:

,

где mпр – масса противовеса.

Рис. 7. Силы, действующие в одноцилиндровом поршневом двигателе

Полного уравновешивания сил

и одноцилиндрового двигателя достигают применением дополнительных валов с противовесами. Для уравновешивания силы на дополнительных валах, симметрично расположенных относительно оси цилиндра и вращающихся в разные стороны с той же скоростью w, что и коленчатый вал, устанавливают два противовеса массой (рис. 8а) с радиусом I. Вертикальная составляющая, создаваемая этими противовесами, всегда равна, но противоположна силе:

.

На основании этого уравнения выбирают величины

и так, чтобы соблюдалась равенство

.

Аналогично описанному методу уравновешивания силы

уравновешивается сила с тем отличием, что два вспомогательных, симметрично расположенных относительно оси цилиндра вала вращаются с удвоенной скоростью (рис. 8б). При этом двумя противовесами массой , расположенными на расстоянии от оси дополнительного вала, создается вертикальная составляющая сила, равная величине , но противоположная ей по направлению

.

Используя это уравнение, выбирают величины

и с условием

.

При уравновешивании сил

и одновременно уравновешиваются горизонтальные составляющие, создаваемые противовесами с массами

и .

Установка дополнительных валов для уравновешивания одноцилиндрового двигателя усложняет его конструкцию, увеличивает габариты и металлоемкость.

3.2 Четырехцилиндровый однорядный двигатель с кривошипами под углом 180

Данный тип двигателей наиболее распространен на современных автомобилях и тракторах, особенно на легковых автомобилях. Такие двигатели отличаются относительно хорошей уравновешенностью и равномерным чередованием вспышек в цилиндрах с угловым интервалом 1800.

В рассматриваемом двигателе (рис. 9) действуют силы:

,

,

.

Равнодействующая сил

может быть уравновешена путем установки дополнительных валов, вращающихся со скоростью аналогично системе уравновешивания силы одноцилиндрового двигателя. В некоторых четырехцилиндровых двигателях рассматриваемого типа, например А-41, уравновешивание силы производится по упрощенной схеме с помощью двух груз-шестерен с вращением их от шестерни, закрепленной на средней щеке коленчатого вала. Однако при этом появляются другие переменные силы, действующие на опоры двигателя. В двигателях легковых автомобилей применяют иногда усложненную схему: пару указанных грузов со скоростью вращения приводят в действие от отдельного вала и располагают их так, чтобы результирующая вертикальная уравновешивающая сила действовала по оси действия силы , была равна последней, но противоположна по направлению.

Рис. 9. Силы, действующие в четырехцилиндровом рядном двигателе

Как видно из рис. 9,

, , .

4. Неравномерность крутящего момента

На рис. 10 показана зависимость Т1=f(

) для одного из цилиндров типичного четырехцилиндрового рядного автомобильного двигателя. Текущее значение крутящего момента на коленчатом валу Мкр =Т1 r = constТ. Таким образом, кривая Т1=f( ), в сущности, характеризует изменение индикаторного (без учета механических потерь двигателя) крутящего момента на коленчатом валу Мкр= f( ).

В качестве примера на рис. 10 представлены также кривые Т= f(

) для разных цилиндров данного двигателя с порядком работы цилиндров 1-3-4-2 и равномерными интервалами между вспышками q=1800. В одно и то же время для любого фиксированного угла в различных цилиндрах происходят разные процессы и действуют разные силы Т=f( ) и моменты М= f( ). Эти величины Т и М легко установить, т.к. кривые Т= f( ) идентичны для всех цилиндров, но сдвинуты относительно друг друга по известной закономерности. На рис. 10а произведено суммирование текущих, мгновенных значений сил Т для всех цилиндров и представлена суммарная кривая SТк=f( ) с периодом q=1800. Суммирование значений Т производят либо графически (рис. 10б) для всех цилиндров, или табличным способом: разбивкой участков q=1800 всех цилиндров на равные интервалы, подсчетом величин Т для соответствующих интервалов и их суммированием с учетом знака. Известными способами подсчитываются характерные площадки F1 и F2 и определяется среднеинтегральная величина