Зрівноваження двигуна

Зрівноваженість — це стан двигуна, який при сталому режимі роботи характеризується постійними за значенням і напрямом силами і моментами, що діють на опори.

Для зрівноважування сил інерції і моментів цих сил в багатоциліндрових двигунах необхідно, щоб рівнодіючі всіх сил інерції, що діють на площини, які проходять через вісь валу, а також сума моментів цих сил відносно обраної осі дорівнювали нулю.

Умова повної конструктивної зрівноваженості двигунів виражається системою рівнянь:

∑Р_j1=0; ∑М_j1=0;

∑Р_j2=0; ∑М_j2=0;

∑Р_s=0; ∑М_с=0;

При розробці двигунів важливо правильно вибрати відповідне число і розташування циліндрів, схему розташування кривошипів, місце встановлення найпростіших противаг і складних зрівноважуючих механізмів. З метою досягнення врівноваженості двигуна виконують відповідні вимоги при виробництві двигунів, їх збирання, регулювання, ремонту і експлуатації. При цьому дотримуються допуски на маси і розміри поршнів, шатунів, колінчастого вала і інших деталей; проводять статичне і динамічне балансування колінчастого валу; регулюють робочий цикл у всіх циліндрах, намагаючись забезпечити однакове їх наповнення, однакові ступеня стиснення, моменти запалювання або впорскування палива і т. д.

Зрівноваження — це комплекс конструктивних, виробничих і експлуатаційних заходів, спрямованих на зменшення або повне усунення неврівноважених вільних сил інерції і моментів. Наприклад, встановлюючи противаги, можна зрівноважити відцентрову силу Р_s і її момент (рис. 7.2). Сили інерції першого і другого Рд порядків в одно-, двох - і чотирициліндрових двигунів можна врівноважити за допомогою спеціальних громіздких зрівноважуючих механізмів, які застосовують вкрай рідко. Для шести - і більше циліндрових двигунів такі пристрої не потрібні.

Рис. 7.2. Зрівноваження КШМ за допомогою противаг

До числа додаткових заходів по врівноваженню двигунів відноситься установка на передньому кінці колінчастого валу гасителя крутильних коливань, оскільки ця частина валу здійснює найбільші за амплітудою відхилення — крутильні коливання. Гасителі поглинають енергію коливань, підведену до валу двигуна ззовні, завдяки тертю між елементами гасителя і тим самим зменшують амплітуду коливань (рис. 7.3, а).

Широко застосовують гасителі коливань рідинного тертя (рис. 7.3, б). Рівномірно обертовий при роботі двигуна маховик вміщують в герметичний корпус, заповнений кремнійорганічної рідиною (силіконом). При коливаннях стінки маховика втягують в рух шари силікону, робота сил тертя рідини поглинає енергію коливань.

Для зменшення крутильних коливань можна також створювати інерційні реактивні моменти в певному перерізі вала. Для цього у відповідному місці слід встановити гасителі коливань маятникового або пружньо-массового типу (рис. 7.3,в).

б)

.

А) в)

Рис.7.3. Різновиди гасителів крутильних коливань

7.4. Робота гасителя крутильних коливань

Якщо носок валу закріпити нерухомо, а до маховика прикласти силу, колінчастий вал буде скручений на деякий кут. Якщо припинити дію сили кручення, то вал під впливом сил пружності і сил інерції маховика буде розкручуватися і почне коливатися з частотою, що залежить від його довжини, площі поперечного перерізу і матеріалу. Такі коливання називають вільними, пружними коливаннями кручення, а їх частоту — власною частотою. При роботі двигуна змінні сили протягом циклу створюють другий вид коливань вала — вимушені коливання, частота яких залежить від числа обертів вала, числа циліндрів і тактності двигуна.

При деякому (критичному) числі обертів частота вільних коливань кручення і частота вимушених коливань вала збігаються або стають кратними, настає явище резонансу. При резонансі коливань в матеріалі вала виникають високі внутрішні напруження, амплітуда коливань вала при цьому зростає до меж, при яких можливе його руйнування.

Для ослаблення крутильних коливань застосовують особливі гасителі — демпфери; принцип їх дії заснований на додатку до валу протидіючих сил, що викликають загасання коливань. Гасителі встановлюють на маточини шківа привода вентилятора, тобто там, де амплітуда коливань досягає найбільшої величини і де гаситель краще охолоджується.

Гаситель (рис. 7.4) складається з двох маховичків — великого 3 і малого 2, привулканізованих шарами гуми до фланців 1 і 4, укріпленим на шківі 5. Крутильні коливання колінчастого вала викликають коливальний рух маховичків 2 і 3 відносно переднього кінця вала, тому в шарах гуми виникає внутрішнє (молекулярне) тертя, що зменшує амплітуду коливань вала. Описаний гаситель крутильних коливань встановлюють у двигунах ЯМЗ-М206А.

Рис.7.4. Гаситель крутильних коливань двигуна ЯМЗ-М206А.

 

 

Контрольні питання

1. За допомогою яких сил компресійне кільце притискається до дзеркала циліндра?

2. Переваги і недоліки поршневого пальця, запресованого в головку шатуна.

3. Переваги і недоліки поршневого пальця плаваючого типу.

4. Умови складання поршневого пальця з поршнем.

5. Які фактори враховуються при виборі порядку роботи циліндрів?

6. Як визначити кут зміщення кривошипів колінчастого вала, чергових по порядку роботи циліндрів?

7. Які сили діють вздовж осі колінчатого валу? Спосіб осьової фіксації колінчастого вала.

8. Де доцільніше розміщення шестерень приводу розподільного валу і паливного насоса високого тиску і т. п. – на носку або хвостовику вала, чому?

9. У чому призначення противаг?

10. Переваги і недоліки повноопорних колінчастих валів.

11. Які сили діють в КШМ одноциліндрового двигуна?

12. Призначення і пристрій гасителя крутильних коливань (демпфера). Чому його необхідно встановлювати на носку колінчастого вала?

13. Яким способом передається крутний момент від колінчастого вала на маховик?

14. З якою метою балансування колінчастого валу здійснюється в зборі з маховиком?

15. Чому стрижень шатуна, як правило, має двотаврове розтин?

16. З якою метою зменшують площу опори головки шатунного болта і його гайки?

17. Чому кривошипна головка шатуна повинна мати більшу жорсткість?

18. Чому не можна міняти місцями кришки різних шатунів?

19. Який вкладиш шатунний навантажений більше – верхній або нижній?

 

Література

1. Сандомирський М.Г., Бойко М.Ф. Трактори та автомобілі. Ч. 1. Автотракторні двигуни. – К.: Вища школа, 2000. – 357 с.

2. Лебедєв А.Т. Трактори та автомобілі. Ч. 3. Шасі. – К.: Вища освіта, 2004. – 336 с.

3. Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Конструкция автомобильных и тракторных двигателей. /Учебник для ВУЗов. – М.: Высшая школа, 1986. –352 с.

4. Абрамчук Ф.І., Гутаревич Ю.Ф., Долганов К.Є., Тимченко І.І. Автомобільні двигуни. – Київ: Арістей, 2004. – 476 с.

5. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. – М.: Высшая школа, 2008. – 496 с.

6. Охмат П.К. Мельниченко В.І. “Основи теорії та розрахунку трактора і автомобіля”. Курс лекцій. – Дніпропетровськ: ТОВ «ЕНЕМ», 2009. – 320 с.