Строительные машины и оборудование, справочник






Равномерность хода, силы инерции и уравновешенность многоцилиндровых двигателей


Категория:
   Устройство и работа двигателя


Равномерность хода, силы инерции и уравновешенность многоцилиндровых двигателей

В рассмотренном ранее четырехтактном одноцилиндровом двигателе сила давления газов действует на поршень периодически через каждые три полуоборота коленчатого вала, вследствие чего даже при наличии маховика значительного веса коленчатый вал вращается неравномерно, вызывая сотрясения всего двигателя.

В четырехтактном четырехцилиндровом двигателе рабочие ходы происходят на каждом полуобороте вала и следуют непрерывно один за другим; в шестицилиндровом двигателе рабочие ходы перекрываются примерно на 1/3 хода поршня и в восьмицилиндровом — на 1/2 хода поршня. Вследствие этого при увеличении числа цилиндров обеспечивается более равномерное вращение коленчатого вала и постоянство развиваемого им крутящего момента, что дает возможность уменьшить массу маховика. Таким образом, вес маховика, отнесенный к л. с. мощности двигателя, с увеличением числа цилиндров двигателя уменьшается, так как равномерность работы его в этом случае повышается.

Кроме сил, возникающих от давления газов, в двигателе еще действуют силы инерции. Вследствие того, что возвратно-поступательно движущиеся детали (поршневая группа с верхней частью шатуна) имеют некоторую массу и движутся неравномерно с ускорениями, возникает значительная по величине сила инерции поступательно движущихся частей. Величина этой силы инерции Ри равна произведению массы возвратно-поступательно движущихся частей тп на их ускорения. Общая (суммарная) сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс всегда равна сумме двух сил инерции: большей — первого порядка Ри1 и меньшей — второго порядка Ри2.



Рис. 1. Схема сил, действующих от давления газов в одноцилиндровом двигателе

Эти силы, кроме величины, отличаются тем, что периодом изменения силы инерции первого порядка, т. е. временем, в течение которого она один раз достигает максимальных положительного и отрицательного значений, является полный оборот коленчатого вала, а периодом изменения силы инерции второго порядка — пол-оборота коленчатого вала.

Наибольшего значения суммарная сила инерции Ри достигает, когда поршень переходит через верхнюю и нижнюю мертвую точку. При этом в в. м. т. сила направлена вверх, а в нижней — вниз. Сила считается приложенной к центру поршневого пальца.

Силы инерции поступательно движущихся частей в одноцилиндровом двигателе остаются свободными, т. е. ничем не уравновешенными. При переходе поршня через мертвые точки суммарная сила инерции достигает максимального значения и изменяет направление, передаваясь через детали кривошипно-шатунного механизма на картер двигателя; она вызывает значительные сотрясения двигателя и основания, к которому он крепится. Кроме того, эта сила дополнительно нагружает детали и сочленения кривошипно-шатунного механизма, повышая их износ.

Рис. 2. Схема сил инерции, действующих в двигателе

Кроме силы инерции поступательно движущихся частей, вследствие наличия смещенной от оси вращения массы шатунной шейки с нижней головкой шатуна на кривошипе при вращении вала возникает центробежная сила S.

Эта сила всегда направлена по радиусу кривошипа от его центра и дополнительно нагружает подшипники коленчатого вала. Величина сил инерции возрастет при повышении числа оборотов коленчатого вала двигателя.

Для того чтобы устранить вредное действие указанных выше сил на двигатель, производят их уравновешивание. Полностью уравновешенным называется такой двигатель, у которого сумма сил инерции первого и второго порядка, сумма центробежных сил и сумма моментов этих сил равны нулю. В этом случае действие сил инерции не вызывает вибрации и сотрясений двигателя.

В одноцилиндровом двигателе для уравновешивания сил инерции поступательно движущихся частей Ри необходимо применять специальные уравновешивающие устройства. Действие центробежной силы S легко может быть уравновешено установкой на валу противовесов, создающих при вращении вала силу Sn, равную по величине центробежной силе кривошипа, но направленную в противоположную сторону.

В многоцилиндровых двигателях вследствие того, что возникающие в них силы инерции поступательно движущихся и вращающихся масс могут иметь разные направления при одинаковой величине, происходит частичное или полное уравновешивание эти сил. Таким образом, многоцилиндровые двигатели являются более уравновешенными, чем одноцилиндровый двигатель.

Так, например, в рядном четырехцилиндровом двигателе при положении поршней в мертвых точках силы инерции первого порядка численно равны между собой и направлены попарно (в крайних и средних цилиндрах) в разные стороны, вследствие чего сумма этих сил равна нулю. Две пары сил инерции первого порядка создают в продольной плоскости двигателя моменты, численно равные между собой, но направленные в разные стороны, т. е. сумма моментов этих сил также равна нулю. Таким образом, силы инерции первого порядка и их моменты в таком двигателе полностью уравновешены. Все силы инерции второго порядка Риг при данном положении вала направлены в одну сторону (вверх) и, следовательно, не уравновешены. Не уравновешены также и моменты этих сил, но из-за малости величины этих сил действие их незначительно, поэтому их специально не уравновешивают.

Центробежные силы инерции, действующие на кривошипах вала, имеют одинаковую величину и попарно направлены в разные стороны, также равны по величине и противоположны по направлению и их моменты S а, т. е. центробежные силы, и их моменты в двигателе полностью уравновешены. Следовательно, четырехцилиндровый рядный двигатель хорошо уравновешен и не требует для этой цели применения специальных уравновешивающих устройств.

Ввиду того что моменты центробежных сил имеют довольно значительную величину и постоянное направление, они создают дополнительную нагрузку на коренные подшипники коленчатого вала. Для разгрузки подшипников от действия этих моментов в двигателях некоторых марок на кривошипах вала устанавливают противовесы, которым создают противоположно направленные центробежные силы Sn. Поэтому центробежные силы в каждом цилиндре взаимно уравновешиваются, и действие моментов их исключается. Вследствие этого коренные подшипники разгружаются от моментов центробежных сил, что повышает срок службы подшипников и шеек вала.

В рядном шестицилиндровом двигателе из-за особенностей расположения кривошипов вала взаимное действие всех сил инерции и их моментов уравновешивается, т. е. такой двигатель является полностью уравновешенным. Для разгрузки коренных подшипников вала от действия моментов, создаваемых центробежными силами, в некоторых шестицилиндровых двигателях на коленчатом валу устанавливают противовесы.

При изготовлении коленчатого вала с полыми шатунными шейками величина центробежных сил вследствие уменьшения неуравновешенных масс снижается, и действие их моментов на коренные подшипники становится незначительным. Поэтому в некоторых конструкциях двигателей указанное выше уравновешивание моментов центробежных сил не производят.

В многоцилиндровых четырехтактных V-образных двигателях вследствие особенностей расположения кривошипов вала и осей цилиндров, некоторые силы инерции и их моменты не уравновешиваются достаточно полно. Это относится также и к двухтактным рядным дизелям; поэтому в них устанавливают дополнительные противовесы на коленчатом валу и применяют специальные уравновешивающие механизмы. Действие уравновешивающих устройств рассмотрено далее при описании общей конструкции двигателей. Для улучшения уравновешенности двигателей все поступательно движущиеся детали (поршневые группы и шатуны) подбирают в данный двигатель одного веса, а вращающиеся детали тщательно балансируют.

Читать далее:

Категория: - Устройство и работа двигателя

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины