Учредители
• Институт машиноведения им. А.А. Благонравова
Российской академии наук
• Московский государственный индустриальный университет
Издатель
Московский государственный индустриальный университет
Журнал зарегистрирован 30 декабря 2004 г. Федеральной службой
по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых
коммуникаций и охране культурного наследия
Свидетельство о регистрации ПИ ¹ ФС 77-19294
РЕДКОЛЛЕГИЯ ЖУРНАЛА
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Ганиев Р.Ф., академик РАН, директор Института машиноведения
им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН)
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР
Скопинский Â.Í., ä.ò.í., ïðîô. (ÌÃÈÓ)
ЗАМЕСТИТЕЛЬ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА
Овчинников Â.Â., ä.ò.í., ïðîô. (ÔÃÓÏ «ÐÑÊ ÌÈû)
ЧЛЕНЫ РЕДКОЛЛЕГИИ
Алешин Í.Ï., академик ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Асташев Â.Ê., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Беляков Ã.Ï., ä.ý.í., ïðîô. (Êðàñíîÿðñê)
Бобровницкий Þ.È., ä.ô.-ì.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Вайсберг Ë.À., ä.ò.í., ïðîô. (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã)
Горкунов Ý.Ñ., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Åêàòåðèíáóðã)
Григорян Â.À., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Дроздов Þ.Í., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Индейцев Ä.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ô.-ì.í., ïðîô. (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã)
Колесников À.Ã., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Кошелев Î.Ñ., ä.ò.í., ïðîô. (Í. Íîâãîðîä)
Лунев À.Í., ä.ò.í., ïðîô. (Êàçàíü)
Махутов Í.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Пановко Ã.ß., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Перминов Ì.Ä., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Петров À.Ï., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Полилов À.Í., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Поникаров Ñ.È., ä.ò.í., ïðîô. (Êàçàíü)
Приходько Â.Ì., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Резчиков À.Ô., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ñàðàòîâ)
Рототаев Ä.À., ä.ò.í., ïðîô., àêàä. РАРАН (Ìîñêâà)
Теряев Å.Ä., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Федоров Ì.Ï., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã)
Чаплыгин Þ.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Шляпин À.Ä., ä.ò.í, ïðîô. (Ìîñêâà)
Штриков Á.Ë., ä.ò.í., ïðîô. (Ñàìàðà)
ВНИМАНИЮ ПОДПИСЧИКОВ!
Подписка на журнал
«Машиностроение и инженерное образование»
проводится в Издательстве МГИУ
Òåë.: (495) 620-39-92. Å-mail: mio@msiu.ru
Подписной индекс Роспечати 36942
© ГОУ ÌÃÈÓ, 2011
МАШИНОСТРОЕНИЕ
И ИНЖЕНЕРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
¹ 3`2012
Выходит 4 раза в год
В номере
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ МАШИН
В.В. Гусаров, С.В. Газиалиев
Улучшение уравновешенности одноцилиндрового двигателя путем
подбора положения его центра масс .........................................2
ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Â.È. Ìàëûãèí, Ô.Â. Черепенин,
Ñ.Ì. Ñêîâïåíü, Í.Â. Ëîáàíîâ, Ä.À. Ульяничев
Способ программного управления подачами копировальных
токарно-карусельных станков с асинхронным электроприводом ..7
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
О.Ф. Трофимов
Прогнозирование усталостных повреждений материалов конструкций
при стохастических режимах их нагружения ...................... 17
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ МАШИН И СИСТЕМ
Â.È. Áàæàíîâ, Ì.Â. Марченков, À.Â. Рябухин
Компьютерное моделирование возникновения газовой кавитации
в вихревых устройствах .......................................................... 24
À.Ì. Локощенко, Ê.À. Àãàõè, Ë.Â. Фомин
Изгиб балки при ползучести с учетом поврежденности и разносопротивляемости
материала .................................................... 29
К.А. Палагута, А.А. Алексеев
Построение кинематической траектории движения автомобиля в
экстремальных условиях ........................................................ 36
Â.Í. Скопинский, À.Í. Áåðêîâ,
Ñ.À. Гавренков, À.Ê. Фокин
Параметрический анализ напряжений в трубопроводе с коническим
отводом при нагружении моментом ................................ 44
Информация для авторов ....................................................... 49
Уважаемые читатели!
Журнал «Машиностроение и инженерное
образование» входит в Перечень ведущих
рецензируемых научных журналов и изданий,
в которых публикуются основные
научные результаты диссертаций на
соискание ученых степеней доктора или
кандидата наук.
1
ISSN 1815-1051
Стр.1
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ МАШИН
В.В. Гусаров, С.В. Газиалиев
УДК 621.431.73
УЛУЧШЕНИЕ УРАВНОВЕШЕННОСТИ
ОДНОЦИЛИНДРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ПУТЕМ
ПОДБОРА ПОЛОЖЕНИЯ ЕГО ЦЕНТРА МАСС
В.В. Гусаров, С.В. Газиалиев
Приведен анализ неуравновешенности одноцилиндрового двигателя, связанной
с возмущениями от действия момента сил инерции относительно центра масс
силового агрегата. Показано, что в некоторых случаях этим моментом можно
частично уравновесить реактивный крутящий момент двигателя. Разработана
программа, позволяющая находить наилучшие координаты центра масс таких
двигателей.
Ключевые слова: одноцилиндровый двигатель, уравновешенность двигателя,
центр масс двигателя и силового агрегата.
Введение
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС)
масс (ВМ) кривошипно-шатунного механизма
(ÊØÌ), силы инерции 1-ãî Pj1
ков от возвратно-поступательно движущихся
масс (ВПДМ) КШМ, а также моменты этих
ñèë: Ìc
от вращающихся
и 2-ãî Pj2
(ЦМ). Величина неуравновешенного момента
определяется расстоянием от ЦМ СА (или той
части СА, которая жестко связана с ДВС) до
линии действия силы. Кроме того, здесь, как и
во всех других типах ДВС, неуравновешен реактивный
крутящий момент Мр
, Ìj1
, Ìj2
[1].
Уравновешивание ДВС
естественными способами
В технической литературе естественным
уравновешиванием называют способы
уравновешивания без применения балансир2
Машиностроение
и инженерное образование, 2012, ¹ 3
© Â.Â. Ãóñàðîâ, Ñ.Â. Газиалиев, 2012
относительно центра масс
порядсхемы
R1 достаточно распространены. Силовые
агрегаты (СА) с подобными ДВС применяются
в средствах малой механизации, мототехнике,
малой энергетике и т.д. Главное достоинство
таких двигателей – компактность и низкая стоимость,
недостаток – плохая уравновешенность.
Заметим, что неуравновешенными в ДВС являются
силы и моменты, вызывающие переменные
реакции на его опорах. Теоретически к ним относятся
центробежная сила Pс
ных валов. Именно такой способ уравновешивания
и рассматривается в данном случае.
На рис. 1 показаны действующие в ДВС
схемы R1 силы и моменты. При этом
;
Pj= Pj1
+ Pj2
Pj1= mrω2
Pj2= mrω2
;
cos ϕ,
λcos 2ϕ; Pñ
= mÂÌrω2
;
Pïð= mïðrïð; ÌΣj= PΣj csin (µ+α),
где с – расстояние от центра КШМ (точки пересечения
оси цилиндра и оси коленчатого вала)
до ЦМ; ϕ – текущий угол поворота кривошипа;
α – угол, характеризующий положение ЦМ;
µ − текущий угол действия силы PΣj
кривошипа; mВМ
; r – радиус
– массы вращающихся деталей
ÊØÌ; m – ÂÏÄÌ; Pj – сила инерции ÂÏÄÌ;
mпр – масса противовеса; PΣj − результирующая
сила инерции; МΣj
силы инерции относительно ЦМ; Pпр
бежная сила противовеса; rпр
масс противовеса; mпр
– момент результирующей
– öåíòðî–
радиус центра
– масса противовеса.
Отметим, что в соответствии с существующей
практикой анализа схем КШМ ДВС одна
часть массы шатуна приведена к массе mВМ
, а
другая – к массе m.
Достаточно просто уравновешивается центробежная
сила Pс
. Для этого необходимо выполнить
условие
(1)
Стр.2
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ МАШИН
Улучшение уравновешенности одноцилиндрового двигателя
путем подбора положения его центра масс
mïð
rïð
= mÂÌ
r.
(2)
конструкции одноцилиндровых ДВС имеют несколько
большую массу противовеса, чем необходимо
для уравновешивания силы Pс
При этом одновременно уравновешивается
и центробежный момент Мс
. Современные
:
mïðrïð=(mÂÌ+ 0,5m)r.
(3)
В этом случае возможно частичное уравновешивание
силы инерции Pj1
. В работе [2] ïîêàçàíî,
что энергия действия возмущающих импульсов
от действия силы инерции 1-го порядка
уменьшается в этом случае в 2 раза.
Вид годографов безразмерной силы инерции
до указанного уравновешивания и после него
показан на рис. 2. Для записи выражений сил в
безразмерном виде принято:
Pj1
;
;
дывается из частично уравновешенной силы
инерции 1-ãî порядка Pj1óð
Результирующая сила инерции PΣj
(ее годограф –
окружность на рис. 2, б) и полностью неуравновешенной
силы инерции 2-го порядка. При этом
Pj1óð
= Pj1
+ Pïð
– Pñ
Годограф силы
.
сила, момент от нее (относительно ЦМ) МΣj
реактивный крутящий момент Мр
показан на ðèñ. 2, â. Эта
,
и определяют
итоговую неуравновешенность СА. Влияние
смещений ЦМ à, b (ñì. ðèñ. 1) на суммарный
импульс возмущений от действия реактивного
крутящего момента Мр
уравновешенных сил инерции МΣj
и момента частично
не однозначно.
Эти смещения ЦМ относительно центра
КШМ по-разному влияют на уравновешенность
одноцилиндрового двигателя в зависимости от
режимов работы и его конструктивных параметров.
В некоторых случаях (как показано ниже)
момент частично уравновешенных сил инерции
ВПДМ может даже способствовать общему
уравновешиванию ДВС за счет уменьшения
импульса возмущений от действия реактивного
крутящего момента. В технической литературе
анализ такого способа уравновешивания не
встречается.
Теоретически с помощью балансирных валов
можно полностью уравновесить и остальные
силы, а также их моменты (кроме реактивного
крутящего момента Мр
), однако из соображений
упрощения и удешевления конструкции
балансирные валы на таких ДВС, как правило,
не применяют.
Машиностроение и инженерное образование, 2012, ¹ 3
Рис. 1. Расчетная схема сил инерций и моментов,
действующих в одноцилиндровом двигателе
(a и b – координаты ЦМ относительно центра)
3
. (4)
склав.
Выражение для неуравновешенного момента
этой силы инерции МΣj
будет иметь вид, показанный на рис. 2,
после некоторых ïðåîác(0,5sin
(α+ϕ)+λsinαcos 2ϕ), (5)
ющее действие определяется результирующим
неуравновешенным моментом на опорах СА:
находится в плоскости действия реактивного
крутящего момента Мр
изменяется с периодом 360° и
( ñì. ðèñ. 1). ÂîçìóùàÌΣð=
ÌΣj + Мр
.
(6)
Авторами разработана программа, позволяющая
при любых задаваемых параметрах одноцилиндрового
двигателя и режимах работы,
характеризуемых частотой вращения n и нагрузкой
– средним индикаторным давлением
pi
, находить изменения указанных моментов
разований можно привести к виду
ÌΣj
= mrω2
где λ − безразмерный кинематический параметр
ДВС.
Момент МΣj
Анализ возможностей уменьшения
возмущений от действия моментов
в одноцилиндровом двигателе за
счет подбора положения его ЦМ
Для наиболее распространенного случая
уравновешивания одноцилиндрового двигателя
с помощью нащечных противовесов годограф
результирующей неуравновешенной силы инерции
PΣj
Стр.3