В каких положениях кривошипа наблюдаются максимальные значения инерции возвратно-поступательно движущихся масс

Материалы, из которых изготовлен поршень

Поскольку к поршням, как к изделию, предъявляются очень высокие требования, такие же высокие требования предъявляются к материалам, из которых изготавливаются поршни.

Можно кратко перечислить требования к этим материалам:

Для снижения инерционных нагрузок материал должен иметь как можно меньший удельный вес, но при этом быть достаточно прочным.

Иметь низкий коэффициент температурного расширения.

Не изменять своих физических свойств (прочности) под воздействием высоких температур.

Иметь высокую теплопроводность и теплоёмкость.

Иметь низкий коэффициент трения в паре с материалом, из которого изготовлены стенки цилиндров.

Иметь высокую сопротивляемость износу.

Не изменять своих физических свойств под воздействие нагрузок, вызывающих усталостное разрушение материала.

Инерционные нагрузки могут вызвать вибрацию колец, следствием чего является потеря герметичности, а в отдельных случаях и поломка кольца. Исследования на вибрационную устойчивость показали, что главным фактором при этом является максимальное ускорение поршня. При этом кольца малой толщины подвергаются вибрации при более высоких ускорениях, которые согласно исследованиям составляют следующие значения.

Высота кольца, мм Ускорение, вызывающее вибрацию, м/сек2.

3,2 12 200
2,4 16 200
1,6 24 200
1,2 32 400

Необходимо применить кольца (из графита или меднографита), т.е. не обладающие упругостью. Поэтому проблемы упругих колебаний не будет стоять. Естественно, чтобы исключить появление ударных нагрузок на кольца при прохождении ВМТ и НМТ, т.е. когда вектор скорости меняет знак, посадку уплотнительного кольца в
кольцевой паз в поршне необходимо выполнять с минимальным допуском с учетом, естественно, температурного расширения.

В каких положениях кривошипа наблюдаются максимальные значения инерции возвратно-поступательно движущихся масс

Сумма сил инерции по оси Y (направление движения возвратно-поступательно движущихся масс) от вра- щения дополнительных масс должна быть равной значению силы инерции первого порядка от возвратно-поступательно движущихся масс PI jA. Сила инерции второго порядка от возвратно-поступательно движущих- ся масс PII jA уравновешивается аналогично – установкой двух дополнитель- ных масс на двух валиках, вращающихся в противоположные стороны с удвоенной угловой скоростью вращения коленчатого вала. Горизонтальные составляющие от сил инерции дополнительных вращающихся масс взаимно уравновешиваются

Из анализа кривой суммарной силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс одноцилиндрового ДВС с учетом уравновешивания следует, что при движении поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) на тактах впуска и расширения при значениях угла поворота кривошипа φ от 0 до 50° сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс полностью уравновешена. Далее начинается ее нарастание в отрицательную область, при положении кривошипа φ = 145º она достигает максимума и начинается ее уменьшение. При достижении поршнем НМТ (угол φ = 197°) суммарная сила инерции имеет еще отрицательное значение и ее вектор совпадает с направлением движения поршня к ВМТ. При движении поршня к ВМТ примерно в течение 45° поворота кривошипа коленчатого вала наблюдается возрастание суммарной силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс. При значении φ = 240° достигается ее максимальное значение и начинается ее резкий спад. При подходе поршня к ВМТ на такте сжатия суммарная сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс принимает нулевое значение, которое сохраняется на 1/8 поворота коленчатого вала на такте расширения. При дальнейшем повороте кривошипа начинается плавное увеличение суммарной силы инерции возвратнопоступательно движущихся масс и при значении φ = 510° достигается ее максимальное значение. Но в этом случае угол отклонения шатуна β приближается к максимальному значению и вектор силы, действующей по оси шатуна, приближается к линии действия суммарных сил, что способствует росту величины тангенциальной силы Т, а следовательно, и крутящего момента. В двух и четырехцилиндровых ДВС с КШМ со сдвоенными кинематическими связями силы инерции первого и второго (первого и второго, третьего и четвертого для четырехцилиндрового) цилиндров смещены относительно нулевого положения на 180°. Это обусловливает возникновение суммарных сил инерции, имеющих гармонические колебания с периодом повторения 180°, аналогичных силам инерции второго порядка, возникающим в двигателе с центральным КШМ. График этих сил представлен на рис. 8.

Как показывает опыт, уравновесить эти силы возможно посредством двух дополнительных масс, вращающихся с удвоенной угловой скоростью. Для трех- и шестицилиндровых ДВС силы инерции первого, второго и третьего (первого и шестого, второго и пятого, третьего и четвертого) цилиндров смещены относительно нулевого положения на 120°. Это обусловливает возникновение суммарных сил инерции возвратно-поступательно движущих-ся масс, имеющих гармонические колебания с периодом повторения 120°. График этих сил представлен на рис. 9. Следует обратить внимание на то, что кривая суммарных сил находится в положительной области графика и вектор ее действия совпадает с вектором перемещения поршня в начале его пути к НМТ на тактах впуска и расширения, что способствует увеличению суммарных сил Р∑, действующих на поршень.

Для пятицилиндрового рядного ДВС кривая суммарных сил (рис. 10) также представляет собой синусоиду в положительной области графика с периодом повторения 72°

4.Что такое «постоянная кривошипно-шатунного механизма»?

Отношение – называется постоянной КШМ.

Для современных ДВС значения λ имеют следующие значения:

ВОД тронковые λ = 0,25 ÷ 0,30; (высокооборотные двигатели) n= 750...2500 об/мин

СОД тронковые λ = 0,20 ÷ 0,25;(средне быстроходныедные) n= 350...750 об/мин

МОД крейцкопфные λ = 0,24 ÷ 0,28;(малооборотные двигатели) n= 100...350 об/мин