Уравновешивание моментов от сил инерции ВПДМ

Уравновешивание моментов от сил инерции ВПДМ рассмотрим на примере рядного ДВС типа R2 со схемой коленчатого вала показанной на рис. 2.10, а.

Схема действия момента УИ от сил инерции 1-го порядка в ДВС типа R2 с противоположно направленными коленами (а) и годограф этого момента (б)

Рис. 2.10. Схема действия момента УИ;1 от сил инерции 1-го порядка в ДВС типа R2 с противоположно направленными коленами (а) и годограф этого момента (б)

Здесь угол между плоскостями кривошипов составляет 180° и равномерное чередование рабочих ходов возможно только для 2-тактных ДВС. В этом ДВС сила инерции 1-го порядка в первом цилиндре Р;п = М-Р-со2-coscp, во втором — Р-12 = = М-Р-со2 - cos (ср -н 180°) = -M-R-co2-cosq), т. е. силы равны и противоположно направлены. Они образуют неуравновешенный момент

Он будет действовать в плоскости осей цилиндров, в данном случае в вертикальной плоскости. Напомним, что направление вектора момента сил перпендикулярно плоскости, действия момента, так, что глядя по направлению вектора момента, вращение, совершаемое силами происходит по часовой стрелке (рис. 2.11).

Векторное изображение момента пары сил

Рис. 2.11. Векторное изображение момента пары сил

Напомним также, что годограф вектора соответствует линии перемещения (траектории) конца вектора за период. Тогда годограф момента М;- будет представлять горизонтальный отрезок перпендикулярный плоскости, проходящей через оси цилиндров (см. рис. 2.10, б). На годографе показаны его центр (точка О) и ряд точек, соответствующих некоторым промежуточным значениям аргумента (угла поворота кривошипа). Уравновешивание момента М;- может быть осуществлено с помощью двух балансирных валов, вращающихся во взаимно противоположных направлениях с угловой скоростью коленчатого вала, как показано на рис. 2.12, а.

На каждом валу установлено по два противовеса с дисбалансами М1г1 — на одном валу и М2г2 — на другом. Противовесы на каждом валу установлены на некоторых расстояниях друг от друга («Ь» и «с») в противоположных направлениях, так что каждый балансирный вал статически уравновешен, т. е. при вращении результирующая центробежных сил равна нулю и на валах действуют только моменты Мс от центробежных сил:

MC] =M1r1-b-со2 — на одном валу и МС22г2 -с-со2 — на другом. Дисбалансы противовесов и их расположение должны быть такими, чтобы выполнялось условие: Мс = МС2. Оси валов параллельны оси коленчатого вала, а угол плоскости установки противовесов ф соответствует положению плоскости кривошипа ДВС. Уравновешивание момента от сил инерции 1-го порядка ВПДМ для рассматриваемого примера достигается при условии

или с учетом указанных выше условий:

Схемы уравновешивания момента Mj от сил инерции 1-го порядка в ДВС R2 с противоположно направленными коленами, двумя (а) и одним (б) балансирным валом

Рис. 2.12. Схемы уравновешивания момента Mj от сил инерции 1-го порядка в ДВС R2 с противоположно направленными коленами, двумя (а) и одним (б) балансирным валом

Такой результат получен вследствие заданной схемы размещения балансирных валов: при их вращении горизонтальные составляющие моментов центробежных сил взаимоуничтожатся, а вертикальные — суммируются. Векторная схема суммирования моментов подобна схеме сложения центробежных сил, приведенных на рис. 2.8 (для валов № 1 и 2). Годограф результирующего момента центробежных сил от обоих балансирных валов является горизонтальным отрезком (см. рис. 2.10, б). С учетом правил изображения векторов моментов сил физически результирующий момент от обоих валов действует в вертикальной плоскости (как и уравновешиваемый М^). Возможные схемы установки балансирных валов для уравновешивания моментов сил инерции гораздо шире возможных схем установки валов для уравновешивания сил инерции. Из условий обеспечения внешней уравновешенности оси балансирных валов можно располагать в любом месте внутри остова силовой установки без соблюдения их взаимной симметрии относительно оси коленчатого вала. Необходимо лишь чтобы их оси были параллельны оси коленчатого вала (рис. 2.12, 2.13). Однако следует иметь в виду, что в зоне остова СА на участке от опор коленчатого вала до опор балансирных валов существуют значительные нагрузки, обусловленные внутренней неуравновешенностью. Поэтому целесообразно располагать балансирные валы ближе к коленчатому валу. Указанные выше возможности решения задач внешней уравновешенности позволяют не только облегчить задачу компоновки балансирных валов, но и упростить схему уравновешивания момента сил инерции 1-го порядка: в качестве одного из балансирных валов (того, что вращается в ту же сторону, что и коленчатый вал) можно использовать сам коленчатый вал, т. е. на нем разместить одну пару противовесов, а вторую пару — на балансирном валу, вращающемся в противоположном направлении (см. рис. 2.12, б). В итоге для уравновешивания момента сил инерции 1-го порядка можно применить лишь один балансирный вал. Уравновешивание для этого варианта достигается при условии

Изложенные выше особенности установки валов объясняются тем, что при сложении (вычитании) векторов моментов сил их можно переносить не только по линии действия, как это выполняется с векторами сил, но и параллельно самим себе.

Похожим способом можно уравновешивать и момент от сил инерции 2-го порядка ВПДМ. Неуравновешенный момент Mj2 действует в некоторых конструкциях многоцилиндровых ДВС (R3, R5 и др.). Для его уравновешивания необходимо установить два балансирных вала вращающихся во взаимно противоположных направлениях с удвоенной угловой скоростью (относительно коленчатого вала) ±2ш.

Требования к их размещению такие же, как для случая уравновешивания момента Mj .

Отличие заключается в том, что для уравновешивания момента от сил инерции 2-го порядка нельзя использовать в качестве одного из балансирных валов сам коленчатый вал, так как его угловая скорость должна быть в 2 раза больше. Таким образом, для полного уравновешивания ^обходимо обязательно установить два балансирных вала.

Выше рассмотрены способы уравновешивания моментов от сил инерции ВПДМ 1-го и 2-го порядков, когда они действуют только в одной (вертикальной) плоскости и годографы моментов имеют линейный вид (отрезки). Это справедливо для рядных конструкций ДВС. В некоторых V-образных ДВС указанные моменты в течение периода меняют как величину, так и плоскость действия. Их годографы являются в общем случае эллипсами (рис. 2.13, в).

Такие годографы моментов имеют: ДВС типа V6, с углом развала 90° с коленчатым валом, имеющим разрезные шатунные шейки, обеспечивающие равномерное чередование рабочих ходов; ДВС типа V8, с углом развала 75°, имеющий крестообразный коленчатый вал с разрезными шатунными шейками, и некоторые другие. В этих случаях полное уравновешивание рассматриваемых моментов может быть осуществлено с помощью балансирных валов, у которых центробежные моменты от каждой пары противовесов должны быть неодинаковы: М^-сф M2r2‘d, М3г3-1ф M4r4- f. Уравновешивание возможно только при определенных значениях установочных углов балансирных валов х, ос, ц, v (рис. 2.13, а, б). Параметры балансирных валов (центробежные моменты, установочные углы) находят по данным анализа уравновешенности конкретной конструкции V-образного ДВС. Заметим, что из-за малой виброактивности действия момента от сил инерции 2-го порядка и для упрощения конструкции ДВС его обычно не уравновешивают.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >