Частичное статическое уравновешивание механизма

Применяя метод заменяющих масс при статическом уравновешивании кривошипно-ползунного механизма (рис. 3.13, а), рассчитаем значения заменяющих масс звеньев 2 и 3, расположенных в точках Л и В, из условий сохранения масс и сохранения центра масс:

Частичное уравновешивание кривошипно-ползунного механизма от сил инерции массы т_[ и заменяющей массы т_л часто производят одним противовесом т _v расположенным на кривошипе 1

Рис. 3.13. Частичное статическое уравновешивание кривошипноползунного механизма (а) и уравновешивание К-образного кривошипно-ползунного механизма компрессора (б).

При этом заменяющая масса т_в в точке В остается неуравновешенной. Поскольку заменяющая масса т_в совершает возвратно-поступательное прямолинейное движение с ускорением а_в, то для определения динамического воздействия механизма на основание рассчитаем силу инерции, возникающую при вращении кривошипа 1 с постоянной угловой скоростью со:

Как мы это выяснили ранее, ускорение поршня кривошипно-ползунного механизма имеет две гармонические составляющие. Поэтому динамическое воздействие механизма (см. рис. 3.1) на основание будет иметь две гармонические составляющие силы инерции, направленной по оси ползуна ОВ:

где F_nH(I) = m_Ba>²L_0/tcos (p — гармоническая составляющая первого порядка неуравновешенной силы инерции заме;

няющей массы в точке В; F_lul(II) = т_вы²Ь_ол -—cos2ср — гар;

^21.

моническая составляющая второго порядка.

Из рассмотрения предыдущих примеров уравновешивания механизмов очевидно, что достаточно просто происходит уравновешивание вращающихся масс. При уравновешивании масс кривошипно-ползунного механизма, совершающих прямолинейное движение, часто встречаются конструктивные ограничения. При проектировании многоцилиндрового ДВС идут путем выбора разного числа цилиндров и углового расположения кривошипов коленчатого вала с целью равномерного чередования рабочих процессов. Если же для полного уравновешивания ДВС требуется значительное усложнение его конструкции, то двигатель делается частично уравновешенным.

На рис. 3.13, б изображена схема механизма двухцилиндровой компрессорной поршневой машины, оси цилиндров которой расположены под углом 90°. Силы инерции двух цилиндров, действующие по вертикальной и горизонтальной осям, оказываются сдвинутыми по фазе на этот угол:

Поскольку поршни 3 и 5 двигаются по гармоническому закону, то сумма их неуравновешенных сил инерции первого порядка сводится к вращающемуся вектору.

имеющему постоянный модуль.

Такое динамическое воздействие вращающегося вектора ^ F_m можно уравновесить одним дополнительным противовесом, расположенным на кривошипе 1.

Можно указать и универсальный способ уравновешивания прямолинейно движущихся масс, который состоит в применении двух равных по величине, но вращающихся в противоположные стороны противовесов (рис. 3.14).

Для уравновешивания заменяющей массы т_и служит корректирующая масса ш_тр1. Для уравновешивания силы инерции первого порядка /;,"(!) (см. рис. 3.14, о) служат два противовеса 4, которые вращаются в разные стороны с угловой скоростью соответственно со исо кривошипа. Таким образом, углы поворота противовесов 4 равны углу поворота кривошипа 1

Развиваемая каждым противовесом сила инерции (первой гармоники) Т_ур(1) может быть разложена по координатам X и Y. Проекции уравновешивающих сил первой гармоники на ось Y взаимно уничтожаются.

Проекции уравновешивающих сил первой гармоники на ось цилиндра X дают равнодействующую.

противоположную направлению первой гармоники силы инерции заменяющей массы т_к. Выбором величин двух одинаковых корректирующих масс 4 можно сделать проекцию всех сил инерции на ось X равной нулю (рис/ 3.14, а):

Аналогично можно поступить для уравновешивания сил инерции второго порядка. В этом случае две равные кор;

Рис. 3.14. Уравновешивание кривошипно-ползунного механизма противовесами на дополнительных валах: а — уравновешивание первой гармонической составляющей силы инерции; б — уравновешивание второй гармонической составляющей силы инерции ректирующие массы 5 должны иметь вдвое большую скорость вращения (см. рис. 3.14, б), т. е. ш₂ = 2оо,.

Подобным образом, раскладывая неуравновешенную силу инерции масс, совершающих возвратно-поступательное прямолинейное движение, на отдельные гармонические составляющие, можно уравновесить любой механизм, применяя для уравновешивания каждой гармонической составляющей систему двух противовесов, вращающихся в разные стороны с частотой отдельных гармоник. Однако неуравновешенная гармоническая составляющая сил второго порядка у кривошипно-ползупного механизма в Х._п— Ь_АВ/Ь_0Л раз меньше по модулю, чем у сил инерции первой гармоники. Поэтому на практике уравновешивание гармонических составляющих высоких порядков обычно не производят ввиду быстрого их уменьшения.