Исследование самоуравновешенности и уравновешивание одноблочных двигателей

Достаточно полное исследование самоуравновешенности и методы уравновешивания поршневых двигателей с различными компоновочными схемами изложены в [3]. В данном учебном пособии выполнено аналогичное исследование применительно к 4-тактным поршневым двигателям с компоновочными схемами, характерными для автомобильных двигателей.

Одноцилиндровый двигатель

При разработке конструкции многоцилиндровых ДВС часто вначале создают одноцилиндровый отсек, на котором осуществляется доводка рабочего процесса и деталей ЦПГ. Такой отсек должен быть полностью уравновешен. В отдельных случаях выпускают специальные одноцилиндровые двигатели, например для моторных лодок, привода электрических генераторов небольшой мощности, для бензопил и т. п.

В одноцилиндровом двигателе действуют силы инерции трех видов (рис. 3.5):

• 1) центробежная сила инерции P_R неуравновешенной вращающейся массы;
• 2) сила инерции первого порядка Р_{ поступательно движущейся массы;
• 3) сила инерции второго порядка Р_ц поступательно движущейся массы.

Эти силы действуют в одной плоскости, проходящей через ось цилиндра и перпендикулярной оси вращения КВ. Линии действия этих сил пересекаются в точке, лежащей на оси КВ. Это означает, что плечо у названных сил отсутствует и они не создают соответствующих продольных моментов.

Центробежная сила инерции P_R уравновешивается двумя противовесами, каждый из которых массой т_|]р размещается на продолжении одной из щек КВ. Развиваемая противовесами результирующая центробежная сила инерции по модулю должна быть равна P_R и направлена в противоположную сторону.

Расчет уравновешивающей массы т_пр выполняется исходя из равенства центробежной силы P_R и центробежных сил, создаваемых двумя противовесами массой ш_||р,.

откуда следует, что.

Дальнейшее уравновешивание одноцилиндрового двигателя сводится к уравновешиванию сил инерции первого и второго по;

Рис. 3.5. Уравновешивание сил инерции в одноцилиндровом двигателе рядков. Для решения этой задачи был разработан механизм, получивший название по фамилии изобретателя: уравновешивающий механизм Ланчестера. Схематично этот механизм показан в нижней части рис. 3.5.

Сила инерции первого порядка Я, действующая только вдоль оси цилиндра, уравновешивается специальным механизмом, состоящим (при теоретическом рассмотрении) из двух одинаковых уравновешивающих масс, вращающихся в противоположных направлениях с угловой скоростью со. Плоскость вращения этих масс находится в плоскости рис. 3.5. Эта плоскость проходит через ось цилиндра перпендикулярно оси вращения КВ. При вращении уравновешивающих масс возникают центробежные силы инерции, равные 0,5С,. Уравновешивающие массы подобраны и расположены так, чтобы результирующий вектор суммы проекций этих центробежных сил инерции на ось цилиндра был по модулю равен Я, но направлен в противоположную сторону.

При этом проекции векторов 0,5С₍ на горизонтальную ось имеют одинаковое значение, но направлены в противоположные стороны, поэтому сумма проекций центробежных сил инерции O. SCj на горизонтальную ось равна нулю.

Сила инерции второго порядка Я", действующая также только вдоль оси цилиндра, уравновешивается специальным механизмом, аналогичным по конструкции механизму для уравновешивания силы инерции первого порядка. Отличие состоит в том, что уравновешивающие массы этого механизма должны вращаться с угловой скоростью 2со и создавать центробежные силы, равные 0,5С".

В реальном одноцилиндровом двигателе располагать массы уравновешивающего механизма в плоскости, проходящей через ось цилиндра, конструктивно неудобно, поэтому с каждого торца одноцилиндрового двигателя устанавливается по механизму Ланчестера. При этом необходимо обеспечить, чтобы результирующие векторы создаваемых механизмами Ланчестера центробежных сил инерции располагались в плоскости, проходящей через ось цилиндра.

Возможность полного уравновешивания одноцилиндрового двигателя позволяет сделать вывод о том, что можно уравновесить поршневой двигатель с КШМ независимо от тактности и количества блоков двигателя.