Анализ и уравновешивание ДВС типа V6 с углом развала 90°, 3-коленным валом, имеющим угол расклинки кривошипов 120° и неразрезные шатунные шейки

Двигатели конструктивной схемы V6 в последние годы находят все большее применение на автомобилях. Такая компоновка, хотя и уступает рядной R6 по уравновешенности, однако превосходит ее по компактности и жесткости. Возможны различные варианты реализации схемы V6 с разными углами развала цилиндров и конструктивными схемами КШМ.

В автомобильных двигателях типа V6 довольно часто применяют 3-коленный вал с углом расклинки кривошипов 120°, углом развала цилиндров 90° и цельными (неразрезными) шатунными шейками (рис. 3.27). В этом случае в принципе (при любом порядке работы) не обеспечивается равномерное чередование рабочих ходов. Уже по этой причине здесь будет худшая уравновешенность по сравнению со схемой R6 из-за больших возмущений от действия результирующего крутящего момента. Обычно для такого варианта реализуют порядок работы 1—4—3—6—2—5, интервалы между последовательными вспышками (в градусах поворота коленчатого вала): 90—150—90—150—90—150. Рассмотрим уравновешенность от действия сил инерции и моментов от них в этой схеме.

Определение результирующих сил инерции ВПДМ и и моментов от них ?М;1 и ^М;-2 в V-образных двигателях имеет некоторое принципиальное отличие от аналогичной задачи в рядных ДВС. Из-за непараллельности осей цилиндров (и, следовательно, сил инерции) левого и правого ряда V-образных двигателей результирующие силы необходимо находить как векторные, а не скалярные (в рядных ДВС) суммы.

Существуют различные аналитические методы определения выражений для результирующих сил и моментов. Наиболее простой и наглядный метод анализа для рассматриваемого двигателя состоит в том, что его представляют состоящим из трех «состыкованных» 2-цилиндровых V-образных двигателей типа V2 с углом развала 90°. Сначала для одного двигателя («отсека») V2 находят результирующие сил инерции 1-го и 2-го порядков (от двух цилиндров), а затем суммируют их для трех отсеков (для шести цилиндров). Для упрощения анализа принимают, что оси противолежащих цилиндров (для данного случая 1-го и 4-го и т. д.) находятся в одной плоскости. Такое упрощение не вызывает заметных ошибок.

Выражение для результирующей силы инерции 1-го порядка для отсека V2, включающего 1-й и 4-й цилиндры (см. рис. 3.27) имеет вид

где PJl4l — сила инерции от ВПДМ в 1-м цилиндре; Р^ц — то же в 4-м.

Схема действия сил инерции и моментов от них в ДВС типа V6 с углом развала 90°, 3-коленным валом, имеющим угол расклинки кривошипов 120° и неразрезные шатунные шейки

Рис. 3.27. Схема действия сил инерции и моментов от них в ДВС типа V6 с углом развала 90°, 3-коленным валом, имеющим угол расклинки кривошипов 120° и неразрезные шатунные шейки:

а — схема остова ДВС и действия сил инерции от ВПДМ в каждом цилиндре; б — схема КШМ и действия сил инерции на каждом колене; в — годографы результирующих моментов от сил инерции

Силы инерции в 1-м и 4-м цилиндрах определяются по формулам

По правилам сложения векторов модуль результирующей силы инерции 1-го порядка определится из выражения:

Угол ц между результирующим вектором силы инерции 1-го порядка Pj i_4 и осью 1-го цилиндра, характеризующий направление его действия, определится из выражения:

Физическая интерпретация полученного решения для вектора Pj состоит в том, что его величина не зависит от угла поворота кривошипа ф и он всегда направлен по радиусу кривошипа, т. е. его действие аналогично действию центробежной силы от неуравновешенных масс колена Рс (см. рис. 3.27, б). Подобным образом действуют результирующие векторы от сил инерции 1-го порядка на 2-м (Р^ ) и 3-м (Р;- ) коленах вала

рассматриваемого ДВС V6.

Анализ действия центробежных сил от неуравновешенных вращающихся масс КШМ аналогичного по схеме 3-коленного вала ДВС типа R3 выполнен ранее (см. параграф 3.3). Таким образом, находим, что в рассматриваемом ДВС: ^Рс=0; ХМс = 7зЬ-Мг-Р-(о2.

Годограф результирующего момента ^Мс представляет собой окружность (см. рис. 3.27, в). Тогда с учетом аналогичного действия векторов сил инерции от ВПДМ 1-го порядка находим, что: ^Р;1 =0; ^Мл = л/ЗЬ-М-Р-со2. Годограф момента ?МЛ —окружность.

Уравновешивание обоих моментов (^Мс и ) выполняют одинаковым способом — установкой нащечных противовесов. Теоретически можно установить два противовеса с дисбалансами М-гпр, как показано па рис. 3.27, б. Для одновременного уравновешивания обоих моментов необходимо выполнить условия Мпрпр -/с = л/зЬ-(Мг + М)-К, где к — расстояния между противовесами, b — расстояния между осями цилиндров (см. рис. 3.27). Величина угла радиус-вектора противовеса относительно плоскости колен вала должна составлять угол 30° (пояснено в параграфе 3.3). Практически для обеспечения задач внутреннего уравновешивания двигателя обычно выполняют шесть нащечных противовесов (на каждой щеке, как показано на рис. 2.3, а). В этом случае дисбаланс каждого противовеса определяют из условия

После установки противовесов обеспечивается полное уравновешивание момента от сил инерции 1-го порядка ВПДМ ? Mjx и центробежного ? Мс.

Рассмотрим действие сил инерции 2-го порядка от ВПДМ. Сила инерции 2-го порядка для отсека V2, включающего 1-й и 4-й цилиндры (см. рис. 3.27) определяется как векторная сумма

где силы инерции 2-го порядка во 2-м и 4-м цилиндрах определяются по формулам

Модуль результирующей этих двух сил инерции 2-го порядка определится из выражения

Направление действия вектора Pj , характеризуемое углом v между ним и осью 1-го цилиндра, определится из выражения

Физическая интерпретация полученного решения соответствует действию гармонически меняющейся от угла поворота Ф силы Pj по линии, расположенной в горизонтальной плоскости, перпендикулярно оси коленчатого вала (рис. 3.27, б).

Суммарную силу инерции 2-го порядка от ВПДМ для всего ДВС V6 найдем как алгебраическую (поскольку все три силы параллельны между собой) сумму результирующих для трех отсеков V2:

После несложных тригонометрических преобразований находим: 2Л=о.

В таком случае результирующий момент ^М;-2 от Действия сил инерции 2-го порядка можно искать относительно любой точки в виде алгебраической суммы. Удобно определить его относительно середины коленчатого вала:

Этот момент действует в горизонтальной плоскости, его годограф — вертикальный отрезок (см. рис. 3.27, в). Момент ;2 можно уравновесить с помощью двух балансирных валов, вращающихся с удвоенной относительно коленчатого вала угловой скоростью во взаимно противоположных направлениях, как показано в параграфе 2.4. Обычно такое уравновешивание не делают из-за громоздкости уравновешивающего механизма и малой виброактивности момента ^Mj .

В итоге рассмотренная конструкция ДВС типа V6 обладает существенно худшей уравновешенностью, чем R6. Это обусловлено, во-первых, неравномерным чередованием рабочих ходов и, во-вторых, наличием неуравновешенного момента от сил инерции ?М;-2 в ДВС типа V6.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >