Способы уравновешивания крутильных колебаний коленчатых валов двс

Уравновешивание V-образных двигателей

Чтобы снизить вибрацию двигателя при его работе, необходимо уравновесить моменты, создаваемые силами инерции. Для этого предусмотрены противовесы, закрепленные на коленчатом валу болтами или выполненные при изготовлении вала, а также уравновешивающий вал. Моментам сил инерции противостоят также противовесы на уравновешивающем вале и в шестерне его привода. Уравновешивающий вал приводится во вращение от коленчатого вала и вращается в противоположном ему направлении. Уравновешивающий вал используется также для привода масляного насоса.

Рис. Уравновешивание двигателя V 10 TDI VW:
1 – гаситель крутильных колебаний; 2 – силиконовая жидкость; 3 – задающий диск частоты вращения коленчатого вала; 4 – противовес коленчатого вала; 5 – коленчатый вал; 6 – противовес уравновешивающего вала; 7 – уравновешивающий вал; 8 – противовес уравновешивающего вала; 9 – шестерня привода масляного насоса

Противовесы изготовляются из сплава вольфрама, высокая плотность которого позволяет уменьшить их размеры.

Каким бы жестким ни был коленчатый вал, он подвергается крутильным колебаниям. Кру­тильные колебания можно представить как постоянное закручивание с последующим раскру­чиванием вала, что происходит при работе двигателя с определенной частотой. При совпадении частоты крутильных колебаний с частотой внешних сил может наступить резонанс, который приведет к резкому увеличению нагрузок, действующих на коленчатый вал, и, как следствие, к его поломке. Излом коленчатых валов (обычно в месте соединения щеки с коренной шей­кой) был частой причиной выхода из строя двигателей старых конструкций. Современные ко­ленчатые валы имеют высокую жесткость, и резонансные частоты находятся за пределами возможных частот вращения валов этих двигателей. Тем не менее, в конструкции двигателей часто применяют гасители крутильных колебаний, которые снижают до нужного уровня виб­роактивность коленчатого вала. Одним из способов гашения крутильных колебаний является разделение шкива или диска, установленного на коленчатом вале, на внутреннюю и наружную части – двухмассовый маховик. Обе части соединится уп­ругим материалом, который поглощает вибрации за счет внутреннего трения.

Другим способом является заполнение корпуса маховика силиконовой жидкостью. Гашение крутильных колебаний коленчатого вала осуществляется за счет сил сдвига, действующих в силиконовой жидкости.

Источник

Способы уравновешивания крутильных колебаний коленчатых валов двс

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О КОЛЕБАНИЯХ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА

Для коленчатых валов автомобильных двигателей наибольшую опасность представляют крутильные колебания, хотя и изгибные колебания в некоторых конструкциях могут привести кполомкеколенчатоговала.

Крутильные колебания опасны не только для деталей криво-шипно-шатунного механизма, но также и для всех механических передач, соединенных упругой связью с коленчатым валом. Поэтому при проектировании двигателей и механических передач всю систему (двигатель + трансмиссия) рассчитывают на крутильныеколебания.

Крутильные колебания вызываются периодическими изменениями тангенциальных сил, приложенных к коленам вала двигателя, и являются следствием крутильной упругости вала.

Для упрощения расчета действительную крутильную систему заменяют эквивалентной (рис. 175, а и б). Последняя представляет собой вал постоянного диаметра,не обладающий массой, с насаженными на нем дисками (сосредоточенными массами) с моментами инерции JuJt, …, заменяющими связанные с валом массы.

Действительная и эквивалентная системы имеют одинаковые частоты собственных (свободных) колебаний и почти точное совпадение форм этих колебаний.

Частотой собственных колебаний системы вала называются частота, с которой колеблется выведенная из покоя система без воздействия внешних сил. Система вала с к дисками имеет к—1 частот собственных колебаний. Если систему вывести из покоя произвольным образом (например, закрутить вал за концы в противоположные стороны и осовободить его), то одновременно возникнут собственные колебания с различной частотой, наложенные одно на другое.

Амплитудой колебаний (в радианах или градусах) называется наибольшее угловое отклонение колеблющегося диска от положения покоя.

Формой колебаний вала называется график амплитудных отклонений масс от положения покоя по длине эквивалентного вала.

Каждой частоте собственных колебаний соответствует определенная форма колебаний. Те сечения вала, которые при колебаниях не отклоняются от положения покоя, называются узлами колебания.

Форма колебаний обозначается по числу узлов (одноузло-вая форма, двухузловая форма и т. д.). Форма с самой высокой для «йстемы из к масс частотой колебаний имеет к — 1 узлов.

Отдельные свободные колебания масс на валу для данной формы могут быть гармоническими. При этом деформация валов должна быть прямо пропорциональна приложенному моменту. Если на валу установлена муфта с резиновыми элементами (предварительно сжатыми пружинами и т. п.) и зависимость угла закручивания вала от момента нелинейна, то колебания системы не будут гармоническими.

Крутящий момент, под действием которого вращается коленчатый вал, можно рассматривать, пользуясь методами гармонического анализа, как состоящий из суммы синусоидальных моментов (гармоник) с различными частотой, амплитудой и фазой.

Число периодов гармоники, приходящееся на один оборот двигателя, называется порядком гармоники. Так как основной период крутящего момента в четырехтактном двигателе равен двум оборотам, то полученные из гармонического анализа крутящего момента гармоники с периодами 1, 2, 3 … обозначаются как гармоники 1/2-го, 1-го, 1*/2-го … порядков; для двухтактных двигателей дробных порядковнет.

Вынужденные колебания системы вала под действием крутящего момента рассматривают как сумму гармонических колебаний, вызываемыхгармоникамиотдельныхпорядков.

Резонансными колебаниями называются колебания под действием гармоники какого-либо порядка, частота которой равна частоте собственных колебаний системы. Возникающие при резонансе сильные (вынужденные) колебания системы образуют форму, практически совпадающую с формой собственных колебаний соответствующей частоты. Поэтому различают резонанс одноузловой формы, двухузловой и т. д., рассматривая его Как результат действия возбуждающих сил и обозначают как резонанс гармоники 1/2-го порядка, резонанс гармоники 4V2-roпорядка и т. д.

Число оборотов двигателя, при котором возникает резонанс, называют резонансным числом оборотов (рис. 175, г).

Резонансы крутильных колебаний в рабочем диапазоне оборотов коленчатого вала двигателя являются не только нежелательными, но и в ряде случаев недопустимыми. При работе двигателе на резонансном режиме наблюдаетсяследующее:

1.Работа двигателя сопровождается усилением стуков и вибрации как самого двигателя, так и основания; при этом заметныевибрации ощущаются и в кузове автомобиля.

При увеличении или уменьшении числа оборотов коленчатого вала неприятные стуки и вибрации в двигателе уменьшаются или исчезают совсем.

2.Нагреваются отдельные участки коленчатого вала. Это явление чаще всего возникает в валах приводов от стационарных двигателей, если энергия крутильных колебаний расходуется на работу внутреннего (межмолекулярного) трения.

3.Уменьшается мощность двигателя при увеличении числа оборотов коленчатого вала. Это объясняется наличием в системе коленчатого вала крутильных колебаний, при которых некоторая часть мощности двигателя затрачивается на работу внутреннего межмолекулярного трения, а также на работу внешнего трения, возникающего при этих колебаниях и вибрации двигателя в целом.

Способы устранения колебаний могут быть различными. К ним относятся: 1) увеличение или уменьшение частот собственных колебаний системы путем изменения конструкции двигателя (увеличение или уменьшение движущихся масс или жесткостей участков между массами); 2) изменение работы возбуждающих моментов путем выбора другого порядка работы двигателя; 3) постановка специальных устройств (гасителей, или демпферов) для гашения крутильных колебаний.

Первые две меры борьбы с крутильными колебаниями весьма органичены посвоимвозможностям,атретья — универсальна.

Гасители крутильных колебаний можно разделить на три группы: 1) устройства, поглощающие энергию, подводимую возбуждающим моментом, вследствие чего уменьшается амплитуда колебаний; к этой группе относятся гасители сухого трения, гидравлические и ударные; 2) устройства, уравновешивающие возбуждающий момент или изменяющие частоту системы без рассеяния энергии; к ним относятся добавочные массы на пружине (динамический гаситель, устройства для отключения маховых масс при приближении к резонансу, муфты, маятниковые гасители); 3) смешанные устройства, действие которых основано частично на изменении жесткости системы или уравновешивании возбуждающего момента, частично на рассеянии энергии: резиновые гасители, динамические гасители с рессорными пружинами и др.

Широкое применение в автомобильных двигателях получили резиновые гасители крутильных колебаний (рис. 175, д). Маховая масса 1 в этом гасителе присоединена к кожуху 3 через слой резины 2. Резина одновременно является элементом, рассеивающим энергию, и пружиной, с помощью которой к системе присоединяется маховая масса.

Источник

Что такое крутильные колебания и как их гасить?

Крутильные колебания или вибрации возникают в процессе вращения коленчатого вала из-за его неравномерной по разные стороны формы и маховика. В этой статье мы поговорим о том, откуда они возникают, чем опасны, и расскажем об устройстве, снижающим воздействие этих вибраций – гаситель крутильных колебаний.

Что такое крутильные колебания?

Любой маховик двигателя имеет определенную массу, которая не в полной мере сочетается с коленчатым валом мотора. При вращении коленвала, маховик, обладая большой массой, начнет колебаться, что приводит к появлению определенных вибраций не только на нем, но и на валу. Частота и амплитуда колебаний будет напрямую зависеть от массы маховика, а также его радиуса. Чем больше расстояние от края до центра и больше масса маховика, тем выше эта частота колебаний.

При уменьшении воздействия, которое прилагается от поршней и шатунов, уменьшаются и вибрации. Логично предположить, что если не прилагать большую нагрузку на коленвал, от этих вибраций можно избавиться, однако мы не в состоянии постоянно снижать нагрузку на вал, так как автомобиль все время находится в движении. Данный вид колебаний, получаемых при воздействии на маховик внешних сил, называется вынужденным.

Опасным явлением, в которое могут перерасти колебания – это резонанс. В процессе вращения маховика, он находится в механической связи с первичным валом коробки передач. Вал КПП также имеет небольшую величину вибраций, которая взаимно передается на маховик коленвала. Если эти колебания совпадают, это приводит к резонансу – пропорциональному повышению колебаний обоих механических элементов и, как следствие, к разрушению обоих валов.

Гаситель крутильных колебаний

Как вы поняли, совпадение частот этих вибраций совершенно не допустимо, именно поэтому в трансмиссии автомобиля предусмотрено специальное устройство – демпфер. Он устанавливается на диске сцепления автомобиля и имеет специальную конструкцию. Задача демпфера заключается в создании самой упругой связи диска сцепления с его небольшой ступицей на коленчатом валу.

Демпфер представляет собой пружины цилиндрической формы, которые по кругу устанавливаются на всей внутренней окружности диска сцепления. Пружины гасителя обеспечивают защиту трансмиссии автомобиля от совпадения частот колебаний маховика и сцепления на больших оборотах вращения коленвала. Однако, такое устройство не способно обеспечить надежную защиту при низких частотах колебаний. Специально для этого служить другое устройство, которое называется поглотитель низкочастотных колебаний.

В грузовых же автомобилях на сцеплении вместо демпферных пружин применяются круглые, сжимаемые при скручивании элемента. Главное отличие от демпфера – это отсутствие необходимо проводить широкую регулировку элемента. Такая пружина в процессе вращения сжимается и с помощью повышения трения передает вращающий момент на первичный вал КПП.

Видео — Теория ДВС: Коленвал часть 2, «Гаситель крутильных колебаний»

Вот так происходит снижение крутильных колебаний в двигателе и трансмиссии автомобиля при эксплуатации. Как видим, здесь нет ничего сложного или непонятного. Желаем вам удачи на дорогах!

Источник

Способы уравновешивания крутильных колебаний коленчатых валов двс

Крутильные колебания коленчатого вала и их гашение

Под действием периодических нагрузок, возникающих при вспышках рабочей смеси в цилиндрах, коленчатый вал закручивается на некоторый угол. В промежутках между вспышками вал в силу своей упругости раскручивается. Так возникают упругие колебания вала — крутильные колебания. Крутильные колебания, возникающие под действием периодической нагрузки, называются вынужденными. Если вал, один конец которого закреплен, закрутить на определенный угол, а затем отпустить, то также возникнут крутильные колебания, но это будут колебания собственные. Не поддерживаемые внешними силами собственные колебания постепенно затухают, так как их энергия расходуется на преодоление сил трения. Если при работе двигателя частота вспышек, т. е. частота периодически действующих внешних сил, совпадает с частотой собственных колебаний или кратна им, то собственные колебания не затухают, а усиливаются; наступает резонанс колебаний, и авария Двигателя неизбежна.

Для гашения крутильных колебаний, особенно опасных при наличии длинного коленчатого вала, применяют специальные гасители — демпферы. Принцип действия гасителей состоит в том, что силы трения поглощают энергию колебаний.

Гаситель крутильных колебаний двигателя ЯАЗ-М206Б (рис.9) закреплен на переднем конце коленчатого вала. Он состоит из двух тяжелых дисков 1 и 2, присоединенных к своим корпусам 7 и 3 при помощи толстого слоя резины (диск и корпус привулканизированы к резине). Корпуса 5 и 7 жестко прикреплены к ступице 6 шкива болтами. Шкив закреплен на переднем конце коленчатого вала шпонками 4. Диски 1 и 2 имеют различные массы, поэтому эффективность гашения колебаний на различных оборотах повышается. При возникновении колебаний диски 1 и 2 благодаря упругой связи по инерции то опережают вал, то отстают от него; тем самым колебания гасятся, так как их энергия расходуется на преодоление сил молекулярного трения в слоях резины.

Источник