Уравновешивание многоцилиндровых двигателей

3 октября, 2011 admin

В отличие от одноцилиндрового двигателя на опоры многоцилиндровых двигателей могут передаваться не только силы инерции, но и моменты от этих сил. Взаимное уравновешивание этих сил и моментов можно достигнуть путем выбора определенного числа цилиндров и соответствующего расположения их и кривошипов коленчатого вала. Если таким методом обеспечить уравновешивание не удается, тогда уравновешивание многоцилиндрового двигателя осуществляется при установке системы противовесов, аналогичной системе для уравновешивания одноцилиндрового двигателя

Уравновешивание центробежных сил. Известно, что равномерное чередование вспышек в цилиндрах двигателей обеспечивается равенством углов между кривошипами ср = 720%» в четырехтактных и ср = 360%» в двухтактных двигателях.

Здесь означает для рядных двигателей число цилиндров. Так как углы между кривошипами равны, то при сложении векторов центробежных сил образуется правильный замкнутый многоугольник, что свидетельствует о равенстве нулю равно действующей сил. Исключение составляет только четырехтактный двухцилиндровый двигатель, для которого Ф = 72072 = 360°, т. е. оба кривошипа направлены в одну сторону.

Момент центробежных сил М = 0, если кривошипы расположены симметрично относительно середины коленчатого вала. Такое зеркально-симметричное расположение кривошипов применяется в четырехтактных двигателях с четным числом цилиндров. При нечетном числе цилиндров, а также в двухтактных двигателях Мг Ф 0.

Уравновешивание сил инерции первого порядка Fц. Сила инерции первого порядка определяется из выражения. Текущие значения силы Fn представляют собой проекции на ось цилиндра вектора с, вращающегося с угловой скоростью со и направленного в любой момент времени от оси коленчатого вала вдоль оси кривошипа.

Таким образом, векторы с расположены аналогично векторам центробежных сил Кг, и при равенстве углов между кривошипами их сумма равна нулю. Вследствие этого сумма проекций векторов с на любую ось также равна нулю.

Следовательно, при равенстве углов между кривошипами сумма сил инерции первого порядка во всех одновальных двигателях, кроме четырехтактного двухцилиндрового, равна нулю.

Момент сил инерции первого порядка MjX равен нулю, если коленчатый вал имеет зеркальную геометрическую симметрию. Если вал не обладает зеркальной симметрией, силы инерции первого порядка создают момент MjU который в рядных двигателях всегда действует в плоскости, проходящей через оси цилиндров, а в образных двигателях момент Mfl определяют, суммируя моменты правого и левого блоков с учетом сдвига их по фазе. Изменяясь по гармоническому закону, момент Мл вызывает продольные колебания двигателя. Уравновесить действующий в плоскости осей цилиндров продольный момент М„ можно путем установки в двигателе двух валов с противовесами (13.

Уравновешивание сил инерции второго порядка Fm, Сила инерции второго порядка Fjn так же, как и сила F. может быть представлена в виде проекции вращающегося вектора Іс на ось цилиндра. Так как вектор Кс вращается с удвоенной угловой скоростью, углы между векторами 2а в многоцилиндровом двигателе будут в 2 раза больше, чем углы между кривошипами коленчатого вала.

В двигателях с кривошипами, направленными в одну сторону (как в четырехтактном двухцилиндровом двигателе) или расположенными под углом 180° (как в четырехтактном четырехцилиндровом двигателе), векторы Кс направлены в одну сторону, так как углы между ними соответственно равны 720 и 360°. Равнодействующая Fjn в этих случаях уравновешивается с помощью двух валов с противовесами, вращающимися в разные стороны с угловой скоростью 2со.

Во всех других случаях сумма векторов кс представляет собой замкнутый многоугольник, следовательно, Рщ = 0.

Для валов с зеркальной симметрией момент сил инерции второго порядка MjU равен нулю, так как сумма моментов каждой пары сил F,n, расположенных симметрично относительно середины вала, равна нулю.

Момент М)и также равен нулю для двигателей, имеющих четное число кривошипов, если они попарно равноудалены от середины вала, и угол между кривошипами в каждой паре равен 180°. Удвоенная скорость вращения векторов Ко обусловливает такое же направление сил инерции F, ц, как и в валах с зеркальной симметрией. В остальных случаях момент сил FjU не равен нулю. Уравновешивают продольный момент М)и так же, как и момент Мд, с помощью двух валов с противовесами. Разница состоит лишь в том, что дополнительные валы должны вращаться с удвоенной угловой скоростью.

2) Плавность хода автомобиля оценивается параметрами верти­кальных колебаний. Измерителями плавности хода являются час­тота колебаний ω или п,мин^–1, амплитуда колебаний z (наиболь­шее перемещение кузова от положения равновесия), скорость колебаний (первая производная перемещения по времени), м/с, ускорения колебаний (вторая производная перемещения по вре­мени), м/с².

Для одномассовой колебательной системы (рис. 13.1), облада­ющей одной степенью свободы и выведенной из состояния рав­новесия, частоты колебаний равны

где Т — период колебаний.

Эти частоты связаны между собой зависимостью

Подставим в указанное выражение значение и, учитывая, что получим

 

Рис. 13.1. Одномассовая колебательная система

 

или с учетом значения ускорения силы тяжести g = 980 см/с²

 

где с — жесткость пружины, кг/см; f ст— статический прогиб пру­жины, см.

С этой частотой будет совершать свободные колебания одно-массовая колебательная система, выведенная из состояния рав­новесия.

Свободные колебания обусловлены наличием восстанавлива­ющей силы (силы упругости) пружины колебательной системы. Они считаются незатухающими и представляют собой гармони­ческие перемещения, описываемые синусоидой.

Дифференциальное уравнение свободных незатухающих коле­баний одномассовой колебательной системы имеет вид

или с учетом ω

Рассмотренная одномассовая колебательная система с одной степенью свободы является простейшей и не отражает реальных колебательных процессов, происходящих при движении автомо­биля.