Тема: Исследование уравновешенности двигателя внутреннего сгорания
Цель: ознакомиться с методикой определения уравновешенности двигателя
Вводный контроль:
Действия сил инерции и их моментов на двигатель с точки зрения эксплуатации являются нежелательными, так они вызывают тряску двигателя и вибрацию машинного фундамента. Вследствие относительно малой массы двигателя и его фундамента эта вибрация передается корпусу судна. Вибрация корпуса вредна, так как она является одной из причин аварии трубопроводов, выхода из строя автоматики управления, появления трещин в фундаментах двигателя и в корпусе судна. Кроме того, вибрация оказывает вредное действие на состояние здоровья экипажа.
Теоретическая часть
Избежать полностью или частично этих явлений можно путем уравновешивания двигателя. Одноцилиндровый двигатель уравновесить невозможно, а в многоцилиндровых двигателях определенная степень уравновешенности может быть достигнута.
Условия уравновешенности двигателя могут быть сформулированы следующим образом. Для уравновешенности сил инерции и их моментов необходимо, чтобы при любом значении угла равнодействующая всех сил инерции алгебраическая сумма моментов, действующих как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, были равны нулю. Уравновешивание может быть достигнуто двумя способами – естественным и искусственным.
Если двигатель уравновешен без применения каких-либо дополнительных устройств, а лишь за счет оптимальных углов заклинки кривошипов, порядка работы цилиндров, выбора кинематических параметров и общей компоновки двигателя, то такое уравновешивание называют естественным.
|
|
Если с целью уравновешивания в конструкции двигателя применяются дополнительные устройства (в виде противовесов на щеках коленчатого вала, динамических противовесов на специальных дополнительных валиках, кинематически связанных с коленчатым валом), то такое уравновешивание называют искусственным.
Порядок выполнения работы:
Определение неуравновешенных сил моментов сил инерции можно производить аналитически и графически. Наиболее простой – графический способ, сущность которого сводится к построению многоугольников сил и их моментов в соответствии с правилами механики.
Для пояснения графического метода определения неуравновешенных сил рассмотрим пример шестицилиндрового двухтактного двигателя с порядком вспышек 1-6-2-4-3-5. Угол заклинивания кривошипов будет равен φ0 = 360º/Z = 360º /6 = 60º.
На рис.16.9 показана схема коленчатого вала двигателя. Ось ZZ представляет след условной плоскости симметрии, проходящей через центр тяжести двигателя. В двигателях с четным числом рабочих цилиндров с достаточной для практики точностью можно считать, что плоскость симметрии проходит через середину средней рамовой шейки. Величины l1, l2, … l6 – расстояния от ос 
ей соответствующих цилиндров до плоскости ZZ.
Рис.16.9 Схема расположения кривошипов
Принимая любой масштаб, строим многоугольник сил инерции первого порядка (рис.16.10). В данном случае многоугольник будет представлять собой правильный шестигранник, стороны ко 
торого параллельны соответствующим кривошипам (схема на рис.16.9). Векторный многоугольник оказывается замкнутым, так как конец последнего вектора совпал с началом первого и, следовательно, равнодействующая ΣРиI от сил инерции первого порядка равна нулю, то есть эти силы для всего двигателя уравновешены.
|
|
Рис.16.10 Многоугольник сил инерции первого порядка
В группу сил инерции первого порядка входят также реальные центробежные силы инерции Рц вращающихся масс, однако строить многоугольник этих сил нет необходимости, так как нетрудно представить, что он будет подобен фигуре, изображенной на рис.16.10. Таким образом, центробежные силы инерции для данного двигателя будут также полностью уравновешены.
Далее следует перейти к определению результирующих инерционных сил второго порядка 
РиII. Влияние функции может быть учтено новой условной схемой расположения кривошипов под углом 2φ0 (рис.16.11). В соответствии с этой схемой строим многоугольник сил РиII, который оказывается замкнутым, а, следовательно, ΣРиII= 0. Надо заметить, что порядок сложения векторов безразличен. При неодинаковых вариантах сложения могут получаться многоугольники разной формы, но результат всегда будет один и тот же.
Рис.16.11 Многоугольник сил инерции второго порядка
Построение многоугольников от сил инерции МиIи МиIIтакже производим по правилам векторной механики. Графическое суммирование вектора сводится к построению многоугольников, стороны которых параллельны кривошипам. Для построения многоугольника моментов МиI воспользуемся схемой кривошипов первого порядка (угол φ0) (см. рис.16.9), а для многоугольника моментов МиII – схемой кривошипов второго порядка (угол 2φ0) (см.рис.16.11). Отметим, что при построении многоугольника моментов следует руководствоваться правилом: векторы моментов для колен, расположенных слева от плоскости ZZ (см. рис.16.9) должны быть направлены от центра по соответствующему кривошипу, а векторы моментов для колен, расположенных справа от плоскости ZZ - по кривошипу к центру вала. Для удобства использования этого правила в верхней части рис. 16.13 приведены две вспомогательные схемы, указывающие направления векторов моментов. Многоугольник моментов первого порядка (рис.16.13 а) оказывается замкнутым, и, следовательно, результирующий момент ΣМиI= 0. Многоугольник моментов второго порядка (рис.16.13 б) не замыкается и результирующий момент ΣМиII≠ 0.
|
|
Рис.16.13 Многоугольник моментов сил инерции
Таким образом, с помощью расчета установлено, что в данном двигателе (рис.16.9) все силы и моменты сил инерции, за исключением моментов сил инерции второго порядка, уравновешены.