XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение

Силы, возникающие при работе поршневого двигателя внутреннего сгорания, можно разделить на два вида: внутренние, которые замкнуты в двигателе и на опоры не передаются и внешние, которые передаются на опоры и создают вибрации и «тряску». К первым силам относят, например, силы трения и силы давления газов, ко вторым – силы инерции. Поэтому задачей уравновешивания и балансировки двигателей сводится к переводу внешней неуравновешенности к внутренней [1].

К основным силам инерции в двигателе, создающим внешнюю неуравновешенность являются центробежные силы инерции от вращающихся масс и силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс. В некоторых случаях эти силы так же создают моменты [2].

Уравновешивание осуществляется двумя способами: соответствующим выбором схемы кривошипно-шатунного механизма или применением дополнительных устройств.

Двигатель считается уравновешенным, если выполняются следующие шесть условий [3]:

1. P_c= 0; 2. P_jI = 0; 3. P_jII = 0;

4. M_c= 0; 5. M_jI = 0; 6. M_jII= 0,

где P_c – сумма центробежных сил инерции;

P_jI– сумма сил инерции первого порядка поступательно движущихся масс;

P_jII – сумма сил инерции второго порядка поступательно движущихся масс;

M_c – сумма моментов центробежных сил инерции;

M_jI – сумма моментов сил инерции первого порядка поступательно движущихся масс;

M_jII – сумма моментов сил инерции второго порядка поступательно движущихся масс [4].

Результаты и обсуждение

На рисунке 1 представлена выбранная схема КШМ двигателя и направление действия сил инерции от вращающихся и поступательно-движущихся масс. По данному рисунку видно, что на одной шатунной шейке коленчатого вала находятся два шатуна. Такая схема КШМ позволяет снизить массогабаритные размеры, за счет отказа от промежуточных щек если сравнивать с рядной или оппозитной схемой КШМ.

Рисунок 1 – Схема КШМ четырехцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с углом развала 180 градусов

При геометрическом анализе действия векторов от сил инерции и моментов от этих же сил (см. рисунок 1) следует, что:

1. P_c= 0; 2. P_jI= 0; 3. P_jII= 0;

4. M_c≠ 0; 5. M_jI≠ 0; 6. M_jII= 0;

При такой схеме КШМ остается только уравновесить момент от центробежных сил (M_c) и момент от сил инерции первого порядка (M_jI).

Для уравновешивания момента от центробежных сил были установлены противовесы на продолжении крайних щек (см. рисунок 2) с учетом того что, чем больше расстояние между этими противовесами, тем меньше масса противовеса. Значение суммарного момента от центробежных сил инерции и его уравновешивающего момента представлены ниже (при n=6000 об/мин):

∑|M_c|= ∑|M_{пр_с}|= |P_cꞏa|= |P_{пр_c}ꞏb|=|3073| Нм

Для уравновешивания момента от сил инерции первого порядка необходимо использовать дополнительный балансирный вал с противовесами. В разработанном двигателе в качестве дополнительных валов были задействованы валы приводящие газораспределительный механизм (ГРМ). А противовес был установлен непосредственно в теле приводящих ГРМ шестерен (см. рисунок 2). Значение суммарного момента от сил инерции первого порядка и его уравновешивающего момента представлены ниже (при n=6000 об/мин):

∑|M_j1|= ∑|M_{пр_j1}|= |2ꞏP_j1ꞏa|= |2ꞏP_{пр_j1}ꞏc|=|2879,4| Нм

Рисунок 2 – Схема КШМ с уравновешивающими элементами

Заключение

Таким образом был уравновешен авиационный поршневой двигатель применив оба известных способа, но с учетом стремления к достижению минимальной массы деталей двигателя т.к. в авиации одним из основных критериев, предъявляемых к оборудованию и агрегатам летательных аппаратов является снижение массы с одновременным сохранением надежности.

Благодаря выбранной схеме КШМ удалось произвести самоуравновешивание: суммарной центробежной силы инерции; суммарной силы инерции первого порядка поступательно движущихся масс; суммарной силы инерции второго порядка поступательно движущихся масс; суммарного момента от сил инерции второго порядка поступательно движущихся масс. С помощью дополнительных противовесов на продолжении крайних щек коленчатого вала и на имеющихся валах привода ГРМ удалось уравновесить: суммарный момент от центробежных сил инерции и суммарный момент от сил инерции первого порядка поступательно движущихся масс.

Список литературы

1. Чистяков В. К. Динамика поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания: Учеб. пособие для машиностроительных вузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания». – М.: Машиностроение, 1989. – 256 с.

2. Луканин В. Н. Двигатели внутреннего сгорания: учебник для вузов в 3 т. Т.2: Динамика и конструирование / В. Н. Луканин [и др.]; под ред. В. Н. Луканина, М. Г. Шатрова. – Изд. 4-е, перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2009. – 400 с.

3. Яманин А.И. Динамика поршневых двигателей: Учебное пособие / Яманин А.И., Жаров А.В. – М.: Машиностроение, 2003. – 464 с.

4. Дьяченко Н.Х. Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания: Учебник для вузов / Н.Х. Дьяченко, Б.А. Харитонов, В.М. Петров и др.; Под ред. Дьяченко Н.Х. – Л.: Машиностроение, 1979. – 392 с.

Код для цитирования: Скопировать