Донбаська національна академія будівництва і архітектури
Особливості кінематики ДВС з великими дезаксіаламі кривошипно-шатунних механізмів
УДК 621.43
С.А.Горожанкін, А.В.Мартинюк
Викладено особливості кінематики двигунів внутрішнього згоряння з дезаксіальнимі кривошипно-шатунними механізмами. Ці механізми застосовані в розроблених конструкціях двигунів з двома шатунами, з'єднаними зубчастими секторами їх верхніх головок з метою надійного забезпечення розвантаження від бічних сил, що діють на поршень. Досліджено залежності швидкості і прискорення поршня з величинами дезаксіалов до їх граничних значень.
Ключові слова: двигун внутрішнього згоряння, дезаксіальний кривошипно-шатунний механізм, швидкість поршня, прискорення поршня.
Формулювання проблеми
двигун кривошипний шатунний тертя
Одним із шляхів підвищення ККД поршневих двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) є зниження втрат на тертя в їх механізмах. Їх величина в деяких конструкціях досягає 30% індикаторної потужності, причому превалирующими з них є втрати на тертя в кривошипно-шатунном механізмі (КШМ). Тому в даний час проводяться численні дослідження ДВС нетрадиційних схем, в яких робляться спроби знизити втрати в парі «циліндр-поршень». До них слід віднести двухвальні двигуни, у тому числі з кривошипно-кулісним механізмом, що дозволяють знизити втрати на тертя в КШМ [1,2]. Завдяки ряду достоїнств вони дозволяють поліпшити техніко-економічні показники таких машин. Разом з тим на стадії проектування і доведення конструкції необхідні як теоретичні, так і досвідчені дослідження, які дозволяють відобразити реальні процеси, що протікають в двигуні. Вищевикладене визначає актуальність і важливість виконання розробок і проведення експериментальних досліджень двохвальним ДВС, для яких характерні значні величини дезаксіалов їх КШМ.
Аналіз останніх досліджень
В даний час розроблені і досліджуються конструкції КШМ з зубчастими синхронізуючими секторами на поршневих голівках шатунів [3]. У такому двигуні, схема якого наведена на рис.1, при належній точності виготовлення деталей може бути забезпечена практично повне розвантаження від бічних сил, що діють на поршень. Результати досліджень [2] кінематики двохвального двигуна при значеннях дезаксіалов k до ~ 1.3 (k=a/R) показують, що для урівноваження їх по силам інерції першого і другого порядку необхідна установка додаткових противаг на колінчастому валу і додаткових валах. У той же час величина дезаксіалов в деяких конструкціях може досягати значень 2.5 і більше. Це вимагає проведення додаткових досліджень кінематики і динаміки таких ДВС.
Рис.1. Схема двохвального ДВС з зубчастими синхронізуючими секторами на поршневих голівках шатунів
Формулювання завдання дослідження та мета роботи
Нижчеподані результати досліджень параметрів КШМ добре узгоджуються з матеріалами, викладеними в [2]. Але в даній статті при аналізі використані аналітичні вирази в явному вигляді, що дозволяє використовувати одні й ті ж формули при будь-яких значеннях дезаксіалов і дає можливість підвищити точність розрахунків у процесі проектування.
Виклад основного матеріалу досліджень
ДВС з двохвальною кінематичною схемою включає симетричну відносно осі циліндра систему з двох КШМ, в якій колінчаті вали обертаються в протилежні сторони з збігаються за абсолютною величиною фазами кутів їх повороту. Вали пов'язані двома синхронізуючими шестернями. Відносне зміщення, зване дезаксіалом (іноді ексцентриситетом), лежить в межах
? k lt; (1 /? - 1),
де? =R/L - відносна довжина шатуна.
У двохвальним двигунах, де використовуються два зміщені КШМ, k зазвичай не перевищує 3.
З геометричних співвідношень (див. рис. 1) можна отримати вираз для кута відхилення шатуна?
(1)
або
. (2)
Вираз (2) розкладається в ряд по біному Ньютона:
(3)
Для центрального КШМ, або якщо k не перевищує 0.15, з достатньою для практики точністю в розрахунках зазвичай обмежуються двома першими членами розкладання в ряд. Цього, як правило, достатньо для задоволення вимогам врівноваження двигуна і розрахунків його деталей на міцність. У той же час при великих значеннях k для підвищення точності розрахунків і забезпечення більш висок...
