Кривошипно-шатунные механизмы (стр. 3 из 4)

.

Оценку степени неравномерности индикаторного крутящего момента производят по коэффициенту неравномерности

,

где

, , ; , , – соответственно максимальная, минимальная, среднеинтегральная величины крутящего момента М и силы Т для периода q.

Количественное значение этого коэффициента обычно определяется для номинальной мощности двигателя. Оно существенно уменьшается с увеличением числа цилиндров (рис. 11).

Для любого угла

можно записать уравнение баланса характерных моментов

,

где Мкр, Мсопр – индикаторный крутящий момент и суммарный момент сопротивления; J0 – момент сил инерции всех движущихся масс двигателя, приведенных к оси коленчатого вала;

– угловое ускорение коленчатого вала.

Для установившегося режима работы двигателя Мкр = Мсопр. Когда Мкр > Мсопр, выполняется избыточная работа, за счет которой ускоряется вращение коленчатого вала и создается положительный момент

;

если, наоборот, Мкр < Мсопр, то вращение коленчатого вала замедляется, происходит отдача ему энергии от движущихся деталей.

Из-за того, что за период q изменяется момент

, меняется мгно-венная скорость вращения коленчатого вала в пределах min- max. При установившемся скоростном режиме работы двигателя n=const, = ср= const.

Относительная величина колебания угловой скорости вращения коленчатого вала, обусловленная неравномерностью крутящего момента, оценивается коэффициентом неравномерности хода (вращения)

δ = (

max - min) / ср.

Если принять приближенно

,

то можно установить равенство:

, (6)

где Lизб – избыточная работа крутящего момента.

Она обычно определяется графически как величина, пропорциональная площадке F1 (рис. 10б).

Lизб=Мм МφF1,

где Мм и Мφ – масштабы крутящего момента и угла

по осям координат.

Для автотранспортных двигателей δ ≈ 0,003–0,0 Из формулы (6) видны основные факторы, влияющие на рассматриваемый коэффициент:

.

При расчете проектируемого двигателя задаются величиной δ и определяют момент инерции

.

Установленная таким путем величина

используется при расчете маховика, который обеспечивает заданный коэффициент δ и создает приемлемые условия трогания с места автомобиля или другой машины, снабженной ДВС.

Момент инерции маховика Jм со сцеплением автотракторных двигателей составляет 75–90 % от момента J0. На долю остальных подвижных масс двигателя (коленчатого и распределительного валов, вентилятора и др.) приходится суммарный относительный момент 10–25 % от J0. Маховик проектируется с учетом требуемых размеров сцепления трансмиссии автомобиля и других особенностей изготовления и эксплуатации двигателя.

5. Крутильные колебания систем коленчатых валов

Коленчатый вал двигателя вместе с присоединенными к нему подвижными деталями представляет собою часть единой сложной механической упругой, колебательной системы как внутри, так и вне его, например, в трансмиссии автомобиля от маховика коленчатого вала до ведущего колеса транспортного средства. При работе установок с ДВС такие системы часто находятся в динамически возбужденном состоянии, когда их детали испытывают не только относительно легко прогнозируемые текущие силы и их моменты, передаваемые от работающих цилиндров, но и дополнительно знакопеременные и пульсирующие, высокочастотные нагрузки, возникающие из-за крутильных колебаний подвижных деталей данной системы. Возбуждает эти колебания переменный по величине и направлению крутящий момент двигателя. Кроме того, на трансмиссию и, следовательно, всю колебательную систему воздействуют ударные нагрузки, передаваемые от дороги через ведущие колеса.

Существуют свободные (собственные) и вынужденные колебания упругих механических систем, например, крутильные колебания валопроводов. Свободные колебания крутильная система коленчатого вала, выведенная из состояния покоя путем начальной закрутки, совершает под действием моментов сил упругости вала и моментов сил инерции связанных с ним масс без воздействия на систему внешних моментов. Такие колебания с течением времени затухают из-за внутреннего трения в деталях валопровода (вследствие гистерезиса – изменения структуры материала деталей) и внешнего трения относительно наружной среды, например, трения в подшипниках вала.

Вынужденные крутильные колебания данной системы – валопровода – возникают на работающем двигателе при воздействии на коленчатый вал периодически изменяющихся крутящих моментов. Характер вынужденных колебаний определяется зависимостями изменения крутящего момента двигателя и моментов сопротивления этим колебаниям. Когда совпадают частоты вынужденных и собственных колебаний, резко возрастают амплитудные закрутки отдельных участков валопровода и напряжения в нем, что может вызывать разрушения элементов крутильной системы. Любые крутильные колебания негативно влияют на работу двигателя и трансмиссии автомобиля – ускоряют износ и поломки деталей сцепления и других узлов. Для уменьшения отрицательных последствий от крутильных колебаний производят сложные расчеты их параметров (частот, амплитуд, напряжений в деталях валопровода), стремятся сдвинуть опасные резонансные режимы колебаний в нерабочую зону изменения частот вращения коленчатого вала, применяют специальные демпфирующие устройства (демп-феры коленчатого вала, коробки передач, сцепления; резиновые втулки карданной передачи и т.д.). Расчеты водопроводов на крутильные колебания проверяются экспериментально при специальных испытаниях двигателя и автомобиля. В эксплуатационных условиях допустимые уровни параметров крутильных колебаний обеспечиваются путем поддержания деталей и узлов крутильной системы в исправном техническом состоянии. И, наоборот, при накладке нескольких неблагоприятных факторов вероятность интенсивного разрушения деталей валопровода возрастает. Таким неблагоприятным сочетанием факторов может быть: неровная дорога, повышенные зазоры в узлах трансмиссии, неисправные демпфирующие устройства, нестабильно работающие цилиндры двигателя. Исправность валопровода оценивают различными способами, например, прокруткой трансмиссии на беговых барабанах при различных частотах вращения ведущих колес и передачах ее коробки. При этом могут измеряться параметры колебаний отдельных элементов валопровода и шумность работы узлов трансмиссии. Испытания крутильных систем автомобилей обычно проводят с использованием рекомендаций ГОСТ 26046–83 (общие требования к испытаниям на крутильные колебания).

Библиографический список

1. Луканин, В.Н. Двигатели внутреннего сгорания [Текст] : учебник. в 3 т. Т. 1. Теория рабочих процессов / В.Н. Луканин, К.А. Мо-розов, А.С. Хачиян [и др.] ; под ред. В.Н. Луканина. – М. : Высшая школа, 2009. – 368 с. : ил.