О SO izn m 140 300 зво чго m ш воо вво f

Рис. 59. Диаграмма нагрузки на коренную шейку: а -без учета противовесов; б - вал с противовесами

§ 34. ДИАГРАММЫ ИЗНОСА ШЕЕК КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА

На основании полярных диаграмм нагрузок на шейки коленчатого вала можно построить диаграммы износа шеек. Эти диаграммы дают возможность определить наиболее и наименее нагруженные участки шатунных и коренных шеек, что необходимо для правильного определения местоположения масляного отверстия. Кроме того, они дают наглядное представление о характере износа шейки по всей окружности в предположении, что износ пропорционален усилиям, действующим на шейку.

Диаграмму износа шатунной шейки (рис. 60) строят по полярной диаграмме, приведенной на рис. 54, б, следующим образом. Проводят окружность, изображающую в произвольном масштабе шатунную шейку; делят ее на равное количество участков лучами 01, 0,2 и т. д. (обычно на 12 или 18 участков).

Дальнейшее построение

Рис. 60. Диаграмма износа шатунной шейка

осуществляют в предположении, что действие каждого вектора силы распространяется на 60° по окружности шейки в обе стороны от точки приложения силы. Таким образом, для определения величины усилия (износа), действующего по каждому лучу (например, по лучу 011), необходимо:

а) перенести луч с диаграммы износа параллельно самому себе на полярную диаграмму;

б) определить по полярной диаграмме сектор на шатунной шейке (по 60° в каждую сторону от луча 011), в котором действующие силы /?ш.шг создают нагрузку (износ) по направлению луча 011;

в) определить величину каждой силы Rm.mi, действующей в секторе луча 011 (в секторе луча 011 действуют всего три силы: Rm.mia,

Rm.wli и /?ш.ш15). и подсчитать результирующую величину Rm.mJU (Rm.uslil - /?ш.ш1з + Rm.wU + Rm.mib) ДЛЯ луча 011;

г) отложить результирующую величину /?ш.ш8г в выбранном масштабе на диаграмме износа по лучу OjJl от окружности к центру;

д) определить таким же образом результирующие величины сил, действующих в секторах каждого луча (например, в секторе луча Оп,2 действуют все силы Rm.mi, кроме одной /?ш.ш1з, а в секторах лучей 04 и Ощй нет ни одной действующей силы);

е) отложить на каждом луче отрезки, соответствующие в выбранном масштабе результирующим величинам сил Rw.mia, а концы отрезков соединить плавной кривой, характеризующей износ шейки;

ж) перенести на диаграмму износа ограничительные касательные к полярной диаграмме ОА и ОВ и, проведя от них лучи ОА и ОщВ под углом 60°, определить граничные точки {А" к В ") кривой износа шатунной шейки, между которыми обычно располагается ось масляного отверстия.

Для упрощения подсчета результирующих величин Rm.mit составляют таблицу (см. табл. 31), в которую заносят значения сил Rm.uu, действующих по каждому лучу, и их сумму.

Диаграмму износа коренной шейки строят аналогично.

Глава VIII

УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ

§ 35. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Силы и моменты, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются и, если они не уравновешены, вызывают сотрясение и вибрацию двигателя, передающиеся раме автомобиля или трактора.

К неуравновешенным силам и моментам относятся: а) силы инерции возвратно-посТупательно движущихся масс Pj=Pii-{-Pjii* и центробежные силы инерции вращающихся масс Kr;

* При уравновешивании двигателей обычно рассматривают силы инерции только первых двух порядков.

б) продольные моменты Mj ;= Мц + М;и и Mr, возникающие В многоцилиндровых двигателях от неуравновешенных сил Pj п Kr отдельных цилиндров;

в) крутящий момент Мкр и равный ему, но противоположно направленный опрокидывающий момент Мопр = -Мкр, воспринимаемый опорами двигателя.

Двигатель считается полностью уравновешенным, если при установившемся режиме работы силы и моменты, действующие на его опоры, постоянны по величине и направлению.

Однако поршневые двигатели не могут быть полностью уравновешенными, так как крутящий момент Afкр всегда является периодической функцией угла поворота коленчатого вала и, следовательно, величина опрокидывающего момента Мопр всегда переменна.

Условия уравновешенности двигателя с любым числом цилиндров {при соблюдении равенства масс движущихся частей и идентичности протекания рабочего процесса во всех цилиндрах, а также обеспечении статической и динамической уравновешенности коленчатого вала) принято записывать в следующем виде:

а) результирующие силы инерции первого порядка и их моменты равны нулю: Е Р = О и 2 Мц = 0;

б) результирующие силы инерции второго порядка и их моменты равны нулю: SPju = О и SM / = 0;

в) результирующие центробежные силы инерции и их моменты равны нулю: E/Cr - О и 2 М« = 0.

Таким образом, решение вопроса уравновешивания двигателей сводится к уравновешиванию лишь наиболее значительных сил и их моментов.

Уравновешивание сил инерции первого и второго порядков достигается подбором определенного числа цилиндров, их расположением и выбором соответствующей кривошипной схемы коленчатого вала. Так, например, в шести- и восьмицилиндровых рядных двигателях полностью уравновещены силы инерции первого и второго порядков и их моменты.

При невозможности подобрать для проектируемого двигателя соответствующего количества и расположения цилиндров для полного уравновешивания сил инерции они могут быть уравновешены противовесами, расположенными на дополнительных валах, имеющих механическую связь с коленчатым валом.

В рядных двигателях уравновесить силы инерции первого И второго порядков установкой противовесов на коленчатом валу невозможно. При соответствующем выборе массы противовеса можно частично перенести действие силы инерции первого порядка из одной плоскости в другую, тем самым уменьшив максимальную неуравновешенность в одной плоскости.

Центробежные силы инерции вращающихся масс практически можно уравновесить в двигателе с любым количеством цилиндров установкой противовесов на коленчатом валу.

В большинстве многоцилиндровых двигателей результирующие силы инерции уравновешиваются без установки противовесов за счет

соответствующего числа и расположения колен вала. Однако даже уравновешенные валы часто снабжают противовесами в целях уменьшения и более равномерного распределения нагрузки >?к.ш на коренные шейки и подшипники, а также для уменьшения моментов, изгибающих коленчатый вал.

. При установке противовесов на продолжении щек коленчатого ва-4а результирующая сила, действующая на коренную шейку:

кРш=„.ш + „р, (199)

где Rnp - сила инерции противовеса.

Для получения полярной диаграммы силы /?кш необходимо полюс Ок полярной диаграммы силы /?к.ш (см. рис. 58) переместить по биссектрисе угла при /?npi =/?пр(г+1) между кривошипами на величину Rnp= Rnpi + Rnpu+i) в масштабе диаграммы. Полученная точка Опр будет полюсом полярной диаграммы сИлы Rl..

Снижение средней нагрузки на коренную шейку при установке противовесов показано на развернутой диаграмме результирующих сил, действующих на коренную шейку (см. рис. 59, б).

§ 36. УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ РАЗЛИЧНОГО ТИПА

Одноцилиндровый двигатель (типа УД-1, Д-20, УНД-5). В одноцилиндровом двигателе неуравновешенными силами являются Р/,: Рщ и Kr (рис. 61 и 62).

Неуравновешенных моментов нет, т. е. SM;7 = 0; 2М /=0 и Б jWr = 0.

Для уравновешивания центробежной силы инерции вращающихся масс/Cr (рис. 61) на продолжении щек устанавливают два одинаковых противовеса, центры тяжести которых расположены на расстоянии р от оси коленчатого вала.

У /Л

Рис. 61. Схема уравновешивания центробежных сил инерции в одноцилиндровом двигателе

Рис. 62. Схема переноса действия силы инерции первого порядка одноцилиндрового двигателя из вертикальной в горизонтальную плоскость

Полное уравновешивание силы Кц достигается при условии

за счет подбора /Ппря и р.

По конструктивным соображениям в одноцилиндровых двигателях, как правило, не уравновешивают силу инерции второго порядка, а действие неуравновешенной силы инерции первого порядка частично (обычно 0,5 Pj]) переносят из вертикальной плоскости в горизонталь-

Рис. 63. Схема сил инерции, действующих в двухцилиндровом рядном двигателе с кривошипами, направленными в одну сторону

Рис. 64. Схема сил инерции, действующих в двухцилиндровом рядном двигателе с кривошипами под углом 180°

ную (рис. 62) установкой противовесов. Как видно из рисунка, вертикальная составляющая силы инерции противовеса R„pv уменьшает Силу Рц, ио в двигателе возникает дополнительная горизонтальная сила /?прл.

Масса противовесов (кг)

2тпр J = 0,5mjR/p.

(200)

Таким образом, общая масса каждого противовеса в одноцилиндровом двигателе будет

IP = "пр я + «пр 1~ " 0,5т).

(201)

Двухцилиндровые двигатели (типа Д-16, УД-2, УНД-7 и УНД-10).

Двухцилиндровый рядный двигатель с кривошипами, направленными в однусторону (рис. 63). Порядок работы двигателя 1-2. Промежутки между вспышками равны 360°. Коленчатый вал двигателя имеет кривошипы, направленные в одну сторону.

При принятой схеме расположения кривошипов для каждого цилиндра будут одинаковыми силы Рц, Рщ и Kr Равнодействующие

этих сил для первого и второго цилиндров соответственно:

S Рц = 2/>л = 2mjR(ii cos <f ; 2Р,ц = 2Р,„ = 2mjR(i>k cos 2(р;

= 2Кн = 2/Пн«а)2.

Неуравновешенных моментов нет, так как действующие силы и плечи приложения этих сил одинаковы: ЪМц = 0; Мщ = О и SMr =0.

Уравновешивание двухцилиндрового двигателя осуществляете тем же способом, что и одноцилиндрового.

Двухцилиндровый двигатель с кривошипами под углом 180° (рис. 64). Порядок работы двигателя /-2. Промежутки между вспышками чередуются через 180 и 540°.

При принятой схеме расположения кривошипов силы инерции первого порядка при любом положении коленчатого вала уравновешиваются: 2Р = 0.

В плоскости осей цилиндров эти силы создают неуравновешенную пару с моментом

SMy, =Р„а,

где а - расстояние между осями цилиндров. С помощью противовесов, масса которых

m„pj = mjRa/(pjb),

можно перенести действие момента SM в горизонтальную плоскость [Ь - расстояние между противовесами).

Таким образом, установка противовесов не уравновешивает момента сил инерции первого порядка, а перемещает его из вертикальной плоскости в горизонтальную.

Силы инерции второго порядка Р / для первого и второго цилиндров равны и одинаково направлены. Равнодействующая этих сил

JPju =2mjR(uXcos2(p.

Уравновешивания силы Рщ можно добиться противовесами, установленными на дополнительных валах. Момент от сил инерции второго порядка равен нулю: Мц, =0. Центробежные силы инерции от первого и второго цилиндров взаимно уравновешиваются: Kr =0.

Возникающий от действия центробежных сил инерции свободный момент 2Mr = Kru. Уравновешивание этого момента осуществляется противовесами, масса которых

mnvRmnRalipRb).

Четырехцилиндровый рядный двигатель с кривошипами, расположенными под углом 180°. Порядок работы двигателя /-2-4-3 или 1-3-4-2. Промежутки между вспышками равны 180°. Коленчатый вал двигателя имеет кривошипы, расположенные под углом 180°. По такой схеме (рис. 65) выполнены двигатели: М-24, ВАЗ-2101,