Главное меню

Судовые двигатели

Уравновешивание двигателей - Страница 2
Индекс материала
Уравновешивание двигателей
Страница 2
Все страницы

Аналогично находится результирующий момент от сил инерции второго порядка. Многоугольник моментов PII li в этом случае строится по схеме фиктивного расположения мотылей (см. рис. 155).

Проекция на вертикальную ось замыкающего момента многоугольника моментов PII li равна действительному значению неуравновешенного мо­мента PII li от сил инерции второго порядка. Направление его определяется путем поворота замыкающего вектора на 90° в сторону вращения вала дви­гателя.

Многоугольник векторов моментов сил инерции второго порядка

На рис. 157 приведен многоугольник моментов PII li рассматриваемого двигателя, замыкающая которого равна МII = 2 ?3 l РII, где l — рас­стояние между осями соседних цилиндров.

Изменение величин сил инерции первого и второго порядков и их мо­ментов за один оборот мотылей происходит по косинусоидам, при этом про­должительность периода изменения сил и моментов второго порядка будет в два раза меньше. Сложение ординат кривых изменения моментов от сил инерции первого и второго порядков позволяет получить кривую изменения результирующего опрокидывающего момента за один оборот вала, дейст­вующего в вертикальной плоскости, проходящей вдоль оси вала.

Если равнодействующая сил инерции какого-либо порядка или равно­действующий момент сил инерции равны нулю у однорядного двигателя, то они равны нулю и у многорядного двигателя с одинаковыми числами цилиндров и расположением колен вала (при условии, что главные к прицепные шатуны у всех колен расположены одинаково).

Рассмотрение уравнений (230) — (237) позволяет установить необхо­димые условия достижения уравновешивания двигателя. На уравновешен­ность двигателя влияют: число цилиндров, угол между мотылями коленча­того вала и наличие у двигателя вспомогательных цилиндров (цилиндры продувочного насоса).

Чем больше число цилиндров, тем лучше двигатель может быть уравно­вешен. Так, например, четырехцилиндровый четырехтактный двигатель имеет неуравновешенную равнодействующую сил инерции второго порядка, равную R2 = 4РII, а шестицилиндровый четырехтактный двигатель

имеет силы инерции первого и второ­го порядков и их моменты полностью уравновешенными.

Угол между мотылями коленчато­го вала выбирается из условия дости­жения наиболее равномерного враще­ния вала, а потому степень уравнове­шенности зависит только от числа цилиндров. При наличии вспомога­тельных цилиндров, присоединенных к двигателю, неуравновешенные силы инерции и моменты двигателя направ­ляются в противоположную сторону неуравновешенным силам инерции и их моментам вспомогательных цилин­дров, что позволяет уменьшить неуравновешенность двигателя в целом.

Уравновешивание центробежной силы эксцентрично вращающихся масс достигается противовесами, присоединенными к щекам мотыля. При этом приведенная масса противовесов должна быть равна приведенной массе вращающихся частей одного цилиндра:

Здесь все обозначения были введены ранее.

Делая массу противовесов равной массе поступательного движущихся и вращающихся частей, можно получить уравновешивание и силы инерции первого порядка от поступательно движущихся масс, но одновременно с этим возникает горизонтальная сила инерции, равная силе инерции пер­вого порядка от поступательно движущихся масс.

Следует заметить, что уравновешивание двухтактных двигателей пред­ставляет некоторые трудности по сравнению с четырехтактными. Дости­жение равномерного вращения вала не позволяет в двухтактном двигателе иметь такое расположение мотылей вала, которое обеспечивало бы наиболее лучшее уравновешивание двигателя.

Схема уравновешивания сил инерции поступательно движущихся масс

Для уравновешивания сил инерции поступательно движущихся масс быстроходных двигателей иногда применяют устройство, показанное на рис. 158. Два параллельных вала О1 и О2, расположенные в корпусе двига­теля, вращаются в противоположных направлениях. На валах эксцентрич­но закреплены одинаковые массы m? на равном расстоянии от осей ва­лов r'. Углы наклона ? масс к вертикальным осям одинаковы. Вертикаль­ные составляющие центробежных сил инерции указанных масс равны m? r??2?cos ?; складываясь, они дают вертикальную равнодействующую 2m? r??2?cos ?. Здесь имеется в виду, что валы O1 и O2 вращаются с угловой скоростью со. Таким образом, наличие этого устройства позволяет пол­ностью уравновесить силу инерции первого порядка при условии:

Горизонтальные составляющие центробежной силы инерции т'r'?2 ?sin ? направлены навстречу друг другу, а потому взаимно уравно­вешиваются.

Неуравновешенность двигателей с расходящимися поршнями значитель­но меньше, чем двигателей с одним поршнем в цилиндре. Двигатели с рас­ходящимися поршнями с одним коленчатым валом имеют полностью уравно­вешенные силы инерции первого порядка, но силы инерции второго порядка при этом суммируются и обычно достигают значительной величины. Если у двигателя с расходящимися поршнями два коленчатых вала (т. е. когда верхний поршень кинематически связан с верхним коленчатым валом, а ниж­ний поршень — с нижним валом и смещение мотылей 180°), то силы инерции и первого и второго порядка взаимно уравновешиваются.

Значения неуравновешенных сил инерции и их моментов являются ис­ходными данными для расчета колебаний корпуса судна или колебаний са­мого двигателя, если он поставлен на упругих опорах (амортизаторах). Для суждения о допустимой степени неуравновешенности двигателя пользуются безразмерными величинами [4]:

Выполненные расчеты показывают, что можно считать двигатель хорошо уравновешенным, если ??0,002; ??0,002, и плохо уравновешенным, если ? ?0,01; ??0,01.

Применяя рассмотренный метод проверки уравновешенности сил инер­ции и их моментов, можно в зависимости от числа цилиндров и от угла меж­ду мотылями определить степень неуравновешенности двигателя. В табл. 9 приведены данные по уравновешенности различных двигателей, имеющих одинаковые значения всех цилиндров, движущихся масс и расстояний l меж­ду цилиндрами. Углы между мотылями удовлетворяют условию наиболь­шей равномерности вращения вала. Как видно из табл. 9, четырехтактные двигатели с числом цилиндров 6 и 8 имеют силы инерции первого и второго порядка и моменты уравновешенные. У двухтактных двигателей (без учета цилиндров вспомогательных механизмов) с числом цилиндров 4—6—8 урав­новешены только силы инерции первого и второго порядка (при числе ци­линдров 6 они имеют дополнительно уравновешенные моменты сил первого порядка).