Глава 2

При работе ДВС в его конструкции возникают силы, вызыва­ющие колебательные явления как в элементах самого двигателя («внутренняя» неуравновешенность), так и в системе автомобиль (трактор) — двигатель («внешняя» неуравновешенность).

Внешнеуравновешенным называется такой двигатель, при устано­вившемся режиме работы которого реакции на его опорах остаются' постоянными по величине и направлению. Такой двигатель сам не совершает колебаний на опорах (подвесках), а также не передает колебательную энергию и не возбуждает, колебаний в конструкции машины, на которую он установлен.

Комплекс мероприятий по улучшению уравновешенности назы­вается уравновешиванием двигателя.

1. СИЛОВЫЕ ФАКТОРЫ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТЬ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Силовыми факторами, определяющими неуравновешенность ДВС являются все силовые факторы, которое уравновешиваются реакциями опор и при этом изменяют свою величину и (или) направление.

1. ОДНОЦИЛИНДРОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Часть реакций опор, ответственная за уравновешенность одно­цилиндрового двигателя (ОД), определяется совокупностью следу­ющих силовых факторов (рис. 2.1): R_AR_B,.:,Rn=f(Pji, Ррь М_оар).

В их число не входят:

• газовая сила Р_Т как не вызывающая реакций на опорах;

• вес двигателя G как параметр, не изменяющийся по величине и направлению.

32

Таким образом, силовыми факторами, вызывающими неурав­новешенность одноцилиндрового двигателя, являются

Pjli Pjll?- &ri -Л^оир-

1. МНОГОЦИЛИНДРОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Многоцилиндровый двигатель (МД) представляет собой совоку­пность I (/' — количество цилиндров) ОД, кривошипы которых по- нернуты друг относительно друга на угол S, определяемый ком­поновочной схемой коленчатого вала, и вращаются синхронно, л рабочие процессы сдвинуты по фазе на угловой интервал в соот- ис I ствии с принятым порядком работы двигателя.

На каждом из ОД действует комплекс силовых факторов, вызы- плкнцих его неуравновешенность (Р,ь Рщ, Кг, М_ощ). Величина и нап- 1>л мление их действия определяются положением ^кривошипа каж- щ >i о ОД односительно его ВМТ.

Суммируясь по длине двигателя, одноименные силовые факторы мш ут ослаблять или усиливать неуравновешивающее действие друг 'ipyia. При этом могут возникнуть продольные моменты, урав­новешивающиеся реакциями опор двигателя.

зз

Рис. 2.2. К анализу силовых фак­торов, вызывающих неуравнове­шенность многоцилиндровых дви-

34

Рис. 2.3. К анализу условий уравновешенноеiи кплснчми-ix внлечг а — статической; € - - дтшмипта кпй

И

Отсюда следует, что ЪК,=0 при ZM_CT=0.

Контроль выполнения этого условия осуществляется в статике при медленном проворачивании вала на призмах с проверкой нали­чия «безразличного» равновесия во всех возможных его положени­ях. Выполнение ХМ_Г—0 является условием динамического уравнове­шивания, так как проявляется только при вращении вала и оценива­ется по уровню вибрации его опор (рис. 2.3, б). Здесь ИМ_г=К_га уравновешивается моментом, возникающим на опорах: Л/_оп=Д,_п6 и R_m=K_ra/b.

На практике выполнение условия ЪК_Г=0 достигается установкой противовесов на продолжении щек коленчатого вала. На рис. 2.4, а проиллюстрирован принцип подбора параметров противовесов для уравновешивания hK, на примере одноколенного вала.

Условие уравновешивания: К_г=2Кщ„ где К_ар=М_{сг пр}ш², K_r=msa)² и М_ст.цр = 0,5/и/.

Системы противовесов на продолжении щек используются так­же для динамического уравновешивания коленчатого вала. На рис. 2.4, б на примере плоского двухколенного вала продемонстрирован принцип уравновешивания ZA/,. Противовесы на продолжении крайних щек создают пару сил К_щ,=М_ст.щ₁р}²=т_Прр_ща)², которая на плече b формирует момент М_ур=К_прЬ, уравновешивающий Т,М_Г= К_га—т_ггю²а.

г 6

Рис. 2.4. Принципы уравновешивания коленчатых валов: а — статического; 6 — динамического

36

минимальный суммарный статический момент всех противо­весов.

Примеры неоптимальных с этих позиций систем размещения противовесов приведены на рис. 2.5.

Вариант уравновешивания одноколенного вала, представленный на рис. 2.5, а, не оптимален по сравнению с вариантом рис. 2.4, а, 1ак как здесь при М_С1.щ,=т_гг и ЕХ_г=0 появляется неуравновешен­ный продольный момент 'EM,=КгС. Также не рациональна схема уравновешивания плоского двухколенного вала, приведенная на рис. 2.5, б, так как в этом случае по сравнению с вариантом рис. Л 4, б для выполнения условий ХК,=0, ЪМ_Г=0 требуются проти­вовесы с большим статическим моментом М^щ,=m_rr (а/b *) (М^щ, >

• Мллф, так как Ь'<Ь).

В многоцилиндровых двигателях возможны конструкции колен­чатых валов, для которых условия их полного уравновешивания выполняются автоматически без установки противовесов. Такие валы называются самоуравновешенными.

Этим свойством обладают, например, плоский четыреххолен-

вал (рис. 2.6, а), а также пространственный шестиколенный вал

i углом между кривошипами 120° (рис. 2.6, б).

(Ш_г=0, 5Ж_Г=0);

Гиг 2.5. Примеры неоптимальных систем уравновешивания коленчатых валов: а — статического; б — динамического

37

Рис. 2.6. Самоуравновешенные коленчатые валы:

а — четырехколенный плоский; б — шестиколенный пространственный с углом между кривоши­пами 120°

Для конструкций само уравновешенных валов характерно: четное число кривошипов (больше или равно четырем); плоскость, проходящая через геометрический центр вала перпен­дикулярно его продольной оси, является плоскостью зеркальной симметрии.

На практике противовесы используются и в конструкциях само- уранновешенных валов. В этом случае их назначение — разгрузка коренных подшипников от действия центробежных сил инерции и конструкции вала от действия изгибающих моментов.

0,5 К,

г( 1)

Рис. 2.7. Схема нагружения корен­ных опор в самоуравновешенном четы­рехколенном плоском коленчатом вале

Рис. 2.8. Размещение противовесов для разгрузки коренных опор в самоурав­новешенном четырехколенном плос­ком коленчатом вале

38