|
|
|
Навигация
|
Главная » Мануалы вается из силы С^ шатунной (мотылевой) шейки и силы 2С^ щек и силы С^р противовесов, если таковые имеются. Сила действует на кривошипную и коренные 1/ шейки вала, а силы С,.иС р только на коренные шейки. Удельная центробежная сила действует в плоскости движения шатуна по радиусу кривошипа в направлении от оси коренных шеек к оси кривошипной шейки:  C = -m,ii>R, (19) где /722 -масса вращатель-но движущейся части шатуна, отнесенная к 1 см площади поршня. Удельная центробежная сила колена вала, направленная так же, как и первая сила, равна С^туЯ, (20) где - приведенная масса колена, отнесенная к 1 см площади поршня. Удельная центробежная сила от противовеса, действующая в плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала и проходящей через центр тяжести противовеса по направлению от коленчатого вала к центру тяжести противовеса Фиг. И. Кривые изменения сил N и К Л-пя четырехтактного двигателя.  (21) где т„,=? -масса противовеса, отнесенная к 1 смплощади поршня; V p - объем противовеса; 1 -удельный вес материала противовеса; г„р- расстояние от центра тяжести противовеса до оси коленчатого вала, измеренное по перпендикуляру, опущенному из центра тяжести на ось. В соответствии с указанным выше выбором знаков силы С, и всегда отрицательны и действуют в большинстве случаев в сдиой плоскости - пло- Фиг. 12. Кривые изменения сил Т и Z для четырехтактного двигателя. СКОСТИ качания шатуна. Силы С^р обычно расположены в параллельных плоскостях и действуют в противоположном направлении, поэтому они всегда положительны. Суммарная сила С^пС,р-С^-С„ (22) где п - число противовесов. Сила С нагружает коренные шейки вала и может быть отрицательной, равной нулю и даже положительной. § 4. СИЛЫ И МОМЕНТЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ ОДНОРЯДНОГО ДВИГАТЕЛЯ Учитывая уравновешенность, крутильные колебания и равномерность работы многоцилиндрового двигателя, кривошипы вала развертывают под определенными углами. При этом стремятся к тому, чтобы работа цилиндров не только происходила через одинаковые углы поворота коленчатого вала, что необходимо для равномерности хода двигателя, но и к тому, чтобы последовательно работающие цилиндры по возможности не были расположены рядом, так как при этом увеличивается нагрузка подшипников. В тех случаях, кйгда удовлетворить всем требованиям не представляется возможным, отдают предпочтение тем, которые для данных условий работы двигателя являются наиболее существенными. Таким образом, для каждого числа цилиндров в зависимости от числа тактов двигателя установлена одна или несколько оптимальных конфигураций коленчатого вала и один или несколько оптимальных порядков работы цилиндров. Примем следующее: 1) вращение вала происходит по часовой стрелке, если смотреть на вал со стороны свободного конца; 2) порядковые номера цилиндров отсчитываются от конца вала, где' происходит отбор мощности и находится обычно маховик, к свободному концу вала. Тогда обычно выполняемая конфигурация коленчатых валов однорядных четырехтактных и двухтактных многоцилиндровых двигателей и порядок работы цилиндров определяются данными, указанными в табл. 4. Колено вала каждого цилиндра многоцилиндрового двигателя нагружена силами Z, Т, С^, С^, С„р и крутящим моментом. Силы Z и Т зависят от угла поворота колена. Центробежные силы постоянны по величине и направлению относительно колена. Крутящий момент складывается из двух составляющих. Одна из них, создаваемая тангенциальной силой, действующей на колено данного цилиндра, зависит только от угла поворота вала. Другая же, представляющая собой суммарный момент от сил, действующих в цилиндрах, расположенных по отношению к рассматриваемому со стороны свободного конца вала, зависит, кроме того, от числа цилиндров и порядка их работы. Таким образом, нагрузка каждого колена вала получается весьма сложной и может быть выявлена только после некоторых предварительных подсчетов. Рассмотрим конкретное решение этой задачи на примере четырехтактного шестицилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1-5-3-6- 2-4. Схема коленчатого вала показана на фиг. 13. Для представления наглядной картины одновременной работы цилиндров построим схему, изображенную на фиг. 14. На схеме по оси абсцисс отложены углы поворота коленчатого вала aj, т. е. углы поворота кривошипа первого цилиндра от начала цикла. На отрезке прямой, соответствующем 720°, строим прямоугольник. Горизонтальными прямыми делим его по высоте на Таблица 4 Схемы расположения кривошипов и порядок работы цилиндров однорядных двигателей Четырехтактные двигатели Число цилиндров Схема расположения кривошипов Угол между вспышками в градусах Порядок работы цилиндров   180 и 540  1-2-3 1 2 4-3 1-3-4-2  1 2 4-5-3 1-2-3-6-5-4 1 5-3-6 2-4 1-2-4-6-5-3 1-5-4-6-2-3 Продолжение табл. 4 Четырехтактные двигатели Число цилиндров Схема расположения кривошипов Угол между вспышками в градусах Порядок работы цилиндров  102.8 1-2-4-6-7-5-3  1-6-2-5-8-3-7-4 1-6-2-4-8-3-7-5 1-3-7-5-8-6-2-4 1 -3-7-4-8-6-2-5  1-2-4-6-8-7-5-3  1-2-4-6-8-9-7-5-3 1 3 5 7 9-8-6-4-2  1-6-2-8-4-10-5-9-3-7 1-5-9-3-7-10-6-2-8-4 1-6-9-3-7-10-5-2-8-4 Продолжение табл. 4 Четырехтактные двигатели Число цилиндров Схема расположения кривошипов Угол между вспышками в градусах Порядок работы цилиндров  10; и \ 1 8-3-6-11 -4-7-2-9-12-5-10  9 tCI>S;5 1 -6-9 -2-8-3-12-7-4-11 -5-10 Двухтактные двигатели  1-2-3  1-4-2-3 Продолжение табл. 4 Двухтактные двигатели Число цилиндров Схема расположения кривошипов Угол между вспышками в градусах Порядок работы цилиндров  1-5-2-3-4  1-6-2-4-3-5  1 3 5 2-4-6 1 4 5 2-3-6  L51. 04 1 5 4 6-2-3-7  ,7(5} 5(7) 1 8-2-6-4-5-3-7 1 8-4-6-2-7-3-5 (5)7, (ТН (2)5  6(8) X 1 -7-4-5-2-8-3-6 1 5 7 2-6-4-3-8 Продолжение табл. 4 Двухтактные двигатели Число цилиндров Схема расположения кривошипов Угол между вспышками в градусах Порядок работы цилиндров (7J5  7(8) 8(5) 3\(Z) 1 6 4-5-3-8-2-7 1 -6-4-7-2-6-3-8  1-9-2-7-4-5-6-3-1 i5}i  8(9) 1 9(8] 1 -6-7-3-4-9-2-5-I -6-7-3-5-8-2-4- {5п (7)8  9(6) 7(9) 5(3) 1 10-2-8-4-6-5-7-3-9 1 10-5-7-2-8-3-9-4-6 И (9)3 9(3) \  5(8) 2(5) 32.72 1 ] 1-4-3-7-10-6-2-5-9-8 1-11-2-9-4-7-6-5-8-3-10  1-12-2-10-4-8-6-7-5-9-3-П шесть полосок (прямоуголзииков) по числу цилиндров, в верхней полоске, соответствующей первому цилиндру, наносим схему (последовательность)   6-5 5-If U-3 3-2 2-1 1-0 LTLrLrU 5 if 3 Z  Фиг. 13. Схема коленчатого вала шестнцилиидрового четырехтактного двигателя с порядком работы 1-5-3-6-2-4, осуществления рабочего цикла в данном цилиндре. Вторая полоска показывает последовательность тактов во втором цилиндре. В соответствии с положением его кривошипа и порядком работы цилиндров рабочий цикл в нем начнется через 480° по-lvv4V еле начала циклов в первом цилиндре. Поэтому границу прямоугольника, представляющего такт впуска в этом цилиндре, откладываем от ординаты, соответствующей углу поворота вала, равному 480°. Затем откладываем границы прямоугольника, представляющего такт сжатия, и т. д. Аналогично поступаем и для других цилиндров. Построив график, полу-720°а полную картину одно- ,. временно действующих сил Фиг. 14. Схема работы цилиндров шестицлиндро- j о Бого четырехтактного двигателя с порядком работы различные колена вала. 1-5-3-6-2-4; 1-6 цилиндры. Из Графика видно, что в нервом цилиндре кривошип находится в положении 0° от начала цикла во втором г 240° в третьем 480° в четвертом 120° в пятом , . 600° в шестом , 360° Из Графика видно, что промежуток между вспышками в первом и втором цилиндрах .-..... 240° во втором и третьем ...... 240° в третьем и четвертом ...... 360° в четвертом и пятом ...... 240° в пятом и шестом , ...... 240° Примем (как и при расчете на прочность), что коленчатый вал разрезан на части плоскостями, перпендикулярными его оси и проходящими через середины опор, и что на коренные шейки действуют суммарные силы от обоих колен. Тогда полученные углы между вспышками в двух расположенных рядом цилиндрах показывают, что шейки 1-2; 2-3; 4-5 и 5-6 находятся в одних условиях нагружения силами, а шейка 3-4 - в других. Шейка 1-О между первым цилиндром и маховиком находится под воздействием сил  О 60 120 180 liiO 300 360 Ш Ш 600 660 720а.° Фиг. 15. Изменение . суммарного крутящего момента шестицилиндрового четырехтактного двигателя. где Ffj - площадь поршня в см; R - радиус кривошипа в м. Величины и R постоянные. Последовательно суммируя эти моменты (с учетом знаков), получим для каждого положения вала величину набегающих крутящих моментов S6. S6-5 S6-4 STe-g, T<, 2 и полного момента Se-i иа шейках 6-5; 5-4; 4-3; 3-2; 2-1 и 1-0. Значение этих моментов для различных положений коленчатого вала вписывают в столбцы 3; 5; 7; 9; И и 13 формы 2. Полный момент является периодической функцией с периодом -т-, где i - число цилиндров; т - число тактов двигателя. Следовательно, значения полного момента для данного примера шестицилиндрового четырехтактного двигателя должны повторяться через каждые 120°. Характер протекания кривой полного момента 26-i показан на фиг. 15. Построив эту кривую, необходимо подсчитать величину средней удельной касательной силы Т^. В данном случае величина средней касательной силы 11уж1а для проверки правильности произведенных подсчетов. Она первого цилиндра и веса маховика, а шейка 6-О - только под воздействием сил шестого цилиндра. Через вал от шестого цилиндра к первому и к маховику, от которого обычно производится отбор мощности, передаются крутящие моменты от ранее расположенных цилиндров. Поэтому величина крутящего момента на коренной шейке каждого колена со стороны свободного конца вала, который будем дальше называть набегающим крутящим моментом, получается различной. Для определения величины набегающих крутящих моментов по шейкам вала и суммарного момента на шейке 1-О составляют таблицу по форме 2. С помощью схемы работы цилиндров (фиг. 14) из формы 1 в соответствии с положением кривошипа каждого цилиндра вписываем в форму 2 значения Т в столбцы 2; 4; 6; j 8; 10 и 12 через каждые 10 или 15° угла поворота коленчатого вала. В форме 2 дан пример заполнения граф при нескольких положениях коленчатого вала. Например, в сумме yj-b + 7120 индекс 6- 5 указывает на то, что момент получен от сложения моментов Те шестого и пятого цилиндров, а индекс 120 означает угол поворота кривошипа, при котором взято значение момента. Учитывая, что в форме 2 приведены для удобства расчета значения касательных сил Т, величина крутящего момента, действующего на коленчатый вал от одного цилиндра, будет равна
o Ф X 4) О <u 3 >> a la 1 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 19 |
 |
 |