Зрівноваження шестициліндрових двигунів

На даний час із всіх можливих схем шестициліндрових двигунів найбільше розповсюдження отримали:

а) однорядний двигун з колінами, що розташовані під кутом 120°;

б) однорядний двигун з колінами, що розташовані під кутом 60°;

в) V-подібний двигун з кутом розвалу циліндрів g=90° і трьома колінами, що розташовані під кутом 120°;

г) V-подібний двигун з кутом розвалу циліндрів g=60° і шести колінами, що розташовані під кутом 60°.

Шестициліндровий однорядний двигун з колінами, що розташовані під кутом 120°. Однорядне розташування циліндрів з колінами, що розташовані під кутом 120° (рис.1.13), застосовується виключно для чотиритактних двигунів, для яких за умови порядку роботи 1-5-3-6-2-4 або 1-4-2-6-3-5 забезпечується рівномірне чергування спалахів через 120° кута повороту колінчастого валу. Обидва порядки роботи є рівноцінними.

Рис.1.13. Зрівноваження шестициліндрового рядного двигуна з колінами, що розташовані під кутом 120°

Сили інерції першого і другого порядків, а також відцентрові сили інерції у даних двигунах зрівноважуються повністю і не створюють неврівноважених моментів:

;

(1.38)

Розглянемо момент, що створюють сили інерції першого порядку

Аналогічним чином знаходимо моменти, що створюють сили інерції другого порядку та відцентрові сили інерції:

Даний шестициліндровий рядний двигун з колінами, що розташовані під кутом 120° повністю зрівноважений. Проте, для зменшення сил, що діють на опорні підшипники, на колінчастих валах даного типу встановлюють противаги.

Шестициліндровий однорядний двигун з колінами, що розташовані під кутом 60°. Таке розташування циліндрів і колін застосовується у двотактних двигунах, що забезпечує рівномірне чергування спалахів через 60° кута повороту колінчастого валу за умови порядку роботи 1-5-3-6-2-4 (рис.1.14).

Рис.1.14. Зрівноваження шестициліндрового рядного двигуна з колінами, що розташовані під кутом 60°

Всі сили інерції у даних двигунах взаємно зрівноважуються:

;

(1.39)

Момент від сил інерції першого порядку визначають із рівняння моментів сил T_j₁ відносно осі, що проходить через середину коліна і перпендикулярна до осі колінчастого валу,

(1.40)

Найбільше значення цього моменту і площина його дії визначаються із рівняння

звідки

tgj_x=–0,577; j_x₁=150°; j_x₂=330°; .

У двигунах даного типу момент T_j₁ зрівноважується методом додаткових валів з противагами. За умови положення поршня першого циліндра у в.м.т. площини противаг складають з вертикаллю кут 30° (рис.1.14). У випадку повороту колінчастого валу на кут j=150° або j=330° (коли T_j₁= T_j_1max) відцентрові сили противаг будуть діяти у двох площинах, що паралельні площині дії моменту T_j₁, і яка проходить через осі додаткових валів. У цьому випадку створюється максимальний врівноважуючий момент

або ,

де m_x – маса кожної з противаг, що встановлюються на додаткових валах; r– віддаль центру ваги цих противаг до осей додаткових валів.

Величину маси противаги знаходять з рівняння

Момент від дії сил інерції другого порядку

Відцентрові сили інерції незрівноважених обертових мас призводять до результуючого моменту T_с. Знайдемо моменти, що створюють відцентрові сили у горизонтальній та вертикальній площинах:

Тоді результуючий момент від дії незрівноважених відцентрових сил

Площина дії моменту Т_с обертається з кутовою швидкістю колінчастого валу w і складає з площиною першого коліна кут:

; 30°.

Момент T_с можна повністю зрівноважити за допомогою противаг, що встановлені на продовженні щік першого і шостого колін валу під кутом 30° до площини цих колін. Площина дії зрівноважую чого моменту складає з площиною першого коліна кут 30° (рис.1.14).

Шестициліндровий V–подібний двигун з кутом розвалу 90° і колінами, що розташовані під кутом 120°. Рівномірність чергування спалахів у цьому двигуні не забезпечується ні для дво-, ні для чотиритактного двигуна, внаслідок чого для досягнення заданої рівномірності ходу необхідно встановити маховик з більшим (на 60...70%), ніж у однорядного двигуна, моментом інерції.

Для чотиритактних двигунів звичайно застосовується порядок роботи 1-4-2-5-3-6, а для двотактних застосовується порядок роботи 1-2-3-4-5-6.

Розрахункова схема даного двигуна зображена на рис.1.15. Розглядаючи зрівноваженість такого двигуна, його зручно розділити умовно на три секції, кожна з яких буде представляти собою V-подібний двоциліндровий двигун. Згідно наведеного вище за умови кута розвалу g=90° рівнодійна сил інерції першого порядку для кожної секції є сталою величиною ((R₁)_1;4=(R₁)_2;5=(R₁)_3;6=m_jRw²), направленою завжди по радіусу коліна, внаслідок чого

(1.41)

Рис.1.15. Зрівноваження шестициліндрового V-подібного двигуна з кутом розвалу 90° і колінами, що розташовані під кутом 120°

Рівнодійна сил інерції другого порядку для кожної секції направлена за будь-якого розташування колінчастого валу по горизонталі перпендикулярно його осі

Для двигуна у цілому

(1.42)

Із рис.1.14 рівнодійна відцентрових сил інерції

(1.43)

Величину і площину дії моменту від сил інерції першого порядку T_j₁ можна визначити геометричним сумуванням векторів моментів подібно, як у разі визначення моменту T_с трициліндрового двигуна,

(1.44)

Момент T_j₁ діє у площині, що обертається, і складає з площиною першого коліна кут 30°.

У цій ж площині діє і момент, що створюють відцентрові сили інерції

(1.45)

Моменти T_j₁ і T_с можна повністю або частково зрівноважити за допомогою противаг m_xz, що встановлюють на продовженнях всіх щік колінчастого валу або на продовженнях тільки двох крайніх щік у площині, яка складає з площиною першого коліна кут 30° (рис.1.15).

У цьому випадку масу кожної з противаг можна визначити із виразу

де r_xz – віддаль від центру ваги противаги до осі колінчастого валу.

Момент сил інерції другого порядку (див. зрівноваження трициліндрового двигуна)

(1.46)

Найбільше значення моменту T_j₂ і відповідно положення колінчастого валу, знаходять із рівняння

звідки tg2j_x=0,578; j_x=15° і j_x=195°.

Момент T_j₂ діє у горизонтальній площині і зрівноважується за допомогою противаг, що встановлюють на двох додаткових валах, що обертаються в різні сторони з кутовою швидкістю 2w. Противаги встановлюють так, щоб у разі j_x=15° і j_x=195° їх відцентрові сили діяли у горизонтальній площині і створювали максимальний момент

Крім моментів T_j₁, T_j₂, T_с в кожній секції двигуна в площині, що перпендикулярна до площини коліна, діє момент (рис.1.16). Цей момент виникає внаслідок того, що осі циліндрів кожної секції знаходяться у різних площинах. Геометрично сумуючи вектори моментів (DT_j₁)₁, (DT_j₁)₂ і (DT_j₁)₃ (рис.1.16) кожної секції отримуємо, що у даному двигуні ці моменти взаємно зрівноважені.

Рис.1.16. Розрахункова схема до визначення моменту DT_j₁

Шестициліндровий V-подібний двигун з кутом розвалу циліндрів g=60° і шести колінами, що розташовані під кутом 60°.У чотиритактному двигуні такого типу (рис.1.17) за умови порядку роботи 1-4-2-5-3-6 забезпечується рівномірне чергування спалахів через 120° кута повороту колінчастого валу і, як наслідок, найбільш можлива рівномірність ходу двигуна.

Рис.1.17. Зрівноваження шестициліндрового V-подібного двигуна з кутом розвалу 60° і колінами, що розташовані під кутом 60°

Умовно розділимо двигун на три V-подібні двоциліндрові секції. Рівнодійна сила R₁ інерції першого порядку для кожної секції є сталою величиною. Для першої секції, наприклад,

(1.47)

Аналогічним чином знайдемо рівнодійні сил інерції першого порядку для другої і третьої секцій

Рис.1.18. Визначення рівнодійних сил (R₁)_1;4, (R₂)_1;4

Сили (R₁)_1;4, (R₁)_2;5, і (R₁)_3;6 діють у площинах, що обертаються з кутовою швидкістю w, і створюють кут 30° з площинами першого, третього і п’ятого колін (рис.1.18, а). Таким чином, сили інерції першого порядку розташовані під кутом 120° один до одної і взаємно зрівноважуються

(1.48)

Як і у попередньому випадку, можна довести, що рівнодійні сили інерції другого порядку кожної секції сталі за величиною і рівні між собою

Відповідно, сили (R₂)_1;4, (R₂)_2;5, і (R₂)_3;6 діють у площинах, що обертаються з кутовою швидкістю 2w в сторону, що протилежна до обертання колінчастого валу. Ці площини розташовані під кутом 120° одна до одної (рис.1.18,б) і взаємно зрівноважуються

(1.49)

Рівнодійна відцентрових сил інерції, аналогічно з попереднім випадком, рівна нулю

(1.50)

Величину і площину дії моменту від сил інерції першого порядку T_j₁ можна визначити геометричним складанням векторів моментів від сил (R₁)_1;4, (R₁)_2;5, і (R₁)_3;6 подібно, як у випадку трициліндрових двигунів

(1.51)

Момент T_j₁ діє в площині, що співпадає з площиною першого і шостого колін (рис.1.17).

Аналогічним чином визначають величину площині дії моменту T_с від дії відцентрових сил інерції F_c. Моменти сил F_c діють в площинах першого і шостого, другого і третього, а також четвертого і п’ятого колін:

Оскільки

то момент від дії відцентрових сил інерції

(1.52)

Момент T_с діє в тій ж площині, що і момент T_j₁. Моменти T_j₁ і T_с можна зрівноважити повністю або частково шляхом встановлення противаг на продовженнях двох крайніх щік колінчастого валу.

Величину моменту T_j₂, що діє у площині, яка обертається з кутовою швидкістю 2w, знаходять аналогічним чином

(1.53)

Площина дії моменту T_j₂, так як і вектори (R₂)_1;4, (R₂)_2;5, і (R₂)_3;6, обертається в сторону, протилежну до обертання колінчастого валу двигуна. Момент T_j₂ можна повністю зрівноважити за допомогою противаг, що розташовані на додатковому валу, який обертається з кутовою швидкістю 2w.

У деяких конструкціях шестициліндрових двигунів застосовують опозитне розташування циліндрів. У випадку розташування колін і циліндрів згідно схеми, зображеної на рис.1.19, ці двигуни є повністю зрівноваженими:

; ; ; ; ; .

Рис.1.19. Розрахункова схема шестициліндрового двигуна з протилежним розташуванням циліндрів

Рівномірне чергування спалахів забезпечується за порядку роботи двигуна 1-6-2-4-3-5.

<7 8 91011 12 13 >

Дата добавления: 2014-12-22; просмотров: 1836;