Автор: Заикин А.Е.
Теги: авиация авиационное оборудование военная авиация авиационная промышленность
Год: 1941
Текст
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ВОЕННАЯ ВОЗДУШНАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА АКАДЕМИЯ КА им. ЖУКОВСКОГО
А. Е. ЗАИКИН, В. Г. ГАРШИН, А. Е. ВОРОНЦОВ, Я. С. АДРИАНОВ,
С. И. БОГОМОЛОВ, Г. Д. ВОЛИКОВ, М. И. ДАНИЛОВ
АВИАЦИОННЫЕ
ДВИГАТЕЛИ
КОНСТРУКЦИЯ и РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ
Под редакцией бригинженера, доцента,
кандидата технических наук А. Е. Заикина
У тверждено Всесоюзным комитетом по делам
высшей школы при СНК СССР в качестве учеб-
ника для высших, авиационных технических учеб-
ных заведении
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО ОБОРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Москва 19 4 1
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
50-5-2
Курс конструкций авиационных двигателей составлен по программе,
принятой на инженерном факультете Военной воздушной академии КА им. проф.
Н. Е. Жуковского.
Помимо анализа конструктивных форм отдельных деталей авиационных
двигателей в книге приведены методы расчета деталей на прочность и изло-
жены вопросы: динамики двигателя, уравновешивания и крутильных колебаний.
В большинстве глав приведены сведения об особенностях производства
той детали двигателя, рассмотрению которой посвящена данная глава.
Книга утверждена Комитетом по высшей школе при СНК СССР в
качестве учебника по конструкции авиационных двигателей для авиационных,
технических Втузов и может также служить пособием для инженерно-техни-
ческих работников авиационных заводов и институтов.
По конструкции и динамике авиационных двигателей имеются еще сле-
дующие книги:
И. Ш. Нейман, Динамика, расчет на прочность авиационных двига-
телей, ч. I, ОНТИ, 1933, ч. II, ОНТИ, 1934;
И. Ш. Нейман, Динамика авиационных двигателей, Оборонгиз, 1940;
П. И. Орлов, Конструкция авиационных двигателей, Оборонгиз, 1940;
В. А. Доллежаль, Редукторы числа оборотов авиационных двигате-
лей, Оборонгиз, 1939;
Атлас деталей авиационных двигателей, под ред. В. Я. Климова^ ч. I,
ОНТИ, 1934, ч. II, ОНТИ, 1937;
Атлас общих видов моторов, под ред. А. Е. Заикина, ВВА им. Н. Е.
Жуковского, 1838.
Некоторые сведения по конструкции авиационного двигателя можно
найти в книгах:
Р. П а й, Авиационные двигатели легкого топлива, Оборонгиз, 1941;
М. М. Масленников, Общий курс авиационных двигателей легкого
топлива, ОНТИ, 1938.
В ближайшее время в издании Оборонгиз выходят следующие книги по
конструкции и расчету на прочность авиационных двигателей:
П. И. О р л о в, Агрегаты авиационных двигателей;
В. А. Доллежаль, Редукторы авиационных двигателей (переиздание);
С. В. С е р е н с е н, Динамическая прочность;
Авиационные двигатели, атлас общих видов и узловых чертежей, под
ред. А. Е. Заикина.
Редактор Г. К. Холоманов
Тираж 6000. Подписано к печати 6/11 1941 г. А35399. Количество печ. лис-
тов 38J/4 + 3 вкл. Количество уч.-авт. листов 54,27. Количество знаков в печ.
листе 63360. Заказ № 142/3251.
Цена 20 руб., пер. 2 руб.
Типография Оборонгиза. Киев, Крещатик, 42.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ПРЕДИСЛОВИЕ
Предлагаемый курс конструкций авиационных двигателей составлен
по программе, принятой на инженерном факультете Военной воздушной
академии КА им. проф. Н. Е. Жуковского.
Включенный в книгу материал состоит из анализа конструктивных
форм отдельных деталей двигателя и из освещения применяющихся в
учебной и конструкторской практике методов расчета деталей на проч-
ность. Вопросы динамики двигателя, уравновешивания и крутильных коле-
баний изложены в объеме, минимально необходимом для правильного
определения расчетных усилий и понимания преимуществ различных
конструктивных схем и устройств.
Совместное рассмотрение .этих вопросов в одном курсе, когда раздел
динамики подкрепляется последующими поверочными расчетами, проекти-
рованием и изучением конкретной материальной части, вполне оправдано
педагогической практикой кафедры. Целесообразность такого построения
курса подтверждается также структурой таких классических курсов кон-
струирования двигателей, как курсы Гюльднера, Дуббеля, Засса, Кернера,
Клименко.
Быстрое развитие конструкций авиационных двигателей, ежегодно
претерпевающих значительные изменения в деталях, создает большие
трудности в изложении курса.
Один из часто практикующихся способов изложения заключается в
подробном и последовательном описании выполненных узлов конструкции
в различных двигателях, которые, по мнению автора, являются наиболее
совершенными или интересными. Другая система, установившаяся в ВВА
на основании длительного опыта чтения этого курса, заключается в том,
что каждый узел конструкции расчленяется на элементы общие и обяза-
тельные для двигателя любой фирмы, и в курсе дается обзор различных
конструктивных форм, применявшихся в этих элементах.
Таким образом, например, вместо описания поршней, цилиндров и
других узлов двигателей Паккард, Испано-Суиза, Ролльс-Ройс и т. п. раз-
бираются возможные формы днища, юбки, пальца поршня, головки ци-
линдров, формы связи гильзы цилиндра с блоком, оребрения и пр. с
оценкой преимуществ и недостатков различных конструктивных решений.
Достоинство такого способа изложения заключается в том, что общих
конструктивных принципов немного, они не устаревают, изложение ока-
зывается более стройным и систематическим. При этом можно, не пере-
гружая курс излишними подробностями, гораздо полнее и шире исполь-
зовать отрицательный опыт отживших конструкций, который является
не менее поучительным, чем положительный опыт конструкций, призна-
ваемых сегодня более совершенными и современными. При этом вообще
отпадает необходимость в методологически ошибочном делении конструк-
ций на современные и устарелые, ошибочном потому, что оно суживает
горизонт читателя и подавляет техническую инициативу.
В большинстве глав данной книги имеются краткие указания о наибо-
лее характерных особенностях производства отдельных деталей двигателя.
Хотя освещение вопросов производства не входит в программу данного
курса, но нами приведены краткие данные, необходимые для правильного
понимания некоторых конструктивных особенностей деталей, правил конт-
роля и эксплоатации и пр.
з
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Читатель не найдет в книге исследований и сравнения тепловых про-
цессов, теории нагнетателей, карбюрации, специфических вопросов двига-
телей тяжелого топлива, охлаждения, зажигания, так как все эти вопросы
рассматриваются в специальных курсах.
Из вопросов, связанных непосредственно с курсом конструкций авиа-
ционных двигателей, в книге отсутствуют обзор общих данных. мате-
риальной части и перспективы развития конструкций авиадвигателей. Весь
этот материал ежегодно обновляется настолько, что помещать его в книгу,
рассчитанную на применение в качестве учебника в течение нескольких
лет, было бы нерационально. Кроме того, по ряду перечисленных вопросов
либо нет установившейся точки зрения, либо при изложении необходимо
выходить далеко за рамки программы курса, как например, при рассмот-
рении вопроса о преимуществах жидкостного и воздушного охлаждения.
По тем же соображениям в книге не помещены стандарты, технические
условия на отдельные детали и другие справочные материалы, тем более
что помещение их, кроме того, значительно увеличило бы объем книги.
Отсутствие в иллюстративном материале общих видов двигателей в
разрезах объясняется тем, что при сильном уменьшении в книге они те-
ряют педагогическую ценность.
Общая методическая структура курса и трактовка конструктивных ма-
териалов приняты такими же, как в лекциях, читаемых в Военной Воз-
душной Академии КА начальником кафедры бригинженером А. Е. За и-
киным. Им же проведена общая редакция всего учебника и написана
глава „Крутильные колебания" и все параграфы по расчетам, изложен-
ным в отдельных главах, за исключением расчетов в главе „Смазка". По его
указаниям для главы „Динамический расчет авиационного двигателя"
выполнены: инж. Талалай—§§ 2 и 3 и адьюнктом инж. Кораллкиным—
§ 7, 8 и 9.
Остальные главы учебника составлены преподавателями кафедры кон-
струкций авиационных двигателей ВВА.
Военинженер 1-го ранга, доцент Я. С. Адрианов — „Уравновешива-
ние", „Шатуны", „Втулки винтов" и §§ 5 и 6 главы „Динамический рас-
чет авиационного двигателя".
Военинженер 1-го ранга В. Г. Гаршин—„Поршни", „Цилиндры и
блоки", „Картеры".
Военинженер 2-го ранга А. Е. В о р о н цо в — „Коленчатые валы", „Ре-
дукторы", „Распределение".
Военинженер 1-го ранга Г. Д. Воликов — „Приводы к нагнетателям".
Военинженер 2-го ранга М. И. Данилов — „Приводы к вспомогатель-
ной аппаратуре".
Доцент С. И. Б ог о мо л о в — „Смазка".
В подготовке к печати принимали участие военинженер 3-го ранга
М. И. Шор, военинженер 3-го ранга адъюнкт С. Ф. Копылов, инж.
В. И. Алексеев, техники-конструкторы В. .С. Епифанова, В. В.
Баб ух, чертежники-конструкторы Т. В. Голубцова, В. П. Якушева
и лаборант В. Т а л а л а й.
Авторский коллектив учебника выражает признательность заместителю
начальника академии дивинженеру Е. С. Андрееву и начальнику ин-
женерного факультета бригинженеру А. Н. Пономареву за поддержку,
оказанную кафедре при выполнении этой работы.
Авторы и редакция приносят также благодарность рецензентам Герою
Социалистического Труда доктору технических наук проф. А. А. М и-
кулину и доктору технических наук. проф. Л. К. Мартенсу за ряд
ценных указаний, сделанных при просмотре рукописи.
Все замечания, пожелания и критические указания читателей будут
приняты с благодарностью.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ГЛАВА I
ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
§ 1. ВВЕДЕНИЕ
Динамический расчет заключается в определении сил и моментов,
действующих на элементы шатунно-кривошипного механизма.
Первым этапом динамического расчета является построение инди-
каторной диаграммы. Для вновь проектируемого двигателя индикаторная
диаграмма строится на основании теплового расчета. Для поверочного рас-
чета существующего двигателя она может быть построена упрощенным
методом по известным уже данным: мощности, числу оборотов, удельному
расходу топлива и размерности двигателя. Получается так называемая
конструктивная индикаторная диаграмма. Вторым этапом дина-
мического расчета является определение сил от инерции и суммирование
их с силами газа для шатунно-кривошипного механизма одного цилиндра.
Третий этап заключается в суммировании сил от нескольких цилин-
дров на одном колене вала и в суммировании крутящих моментов от всех
колен в случае рядного двигателя или многорядной звезды. Обычно весь
динамический расчет ведется при номинальном режиме на расчетной высоте.
§ 2. КОНСТРУКТИВНАЯ ИНДИКАТОРНАЯ ДИАГРАММА НОРМАЛЬНОГО
НЕВЫСОТНОГО И ПЕРЕРАЗМЕРЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Если номинальная мощность соответствует полному открытию дрос-
селя на земле, то давление в начале сжатия ра (фиг. 1) принимается равным
0,9 -ь 0,95 Ро- Для переразмерен-
ного двигателя, задросселирован-
ного на земле, конструктивная ин- р
дикаторная диаграмма строится для
расчетной высоты и давление ра
принимается равным 0,9 ч- 0,95 рп,
где рн — давление на расчетной
высоте.
Расчетная высота может быть
определена по высотной характе-
ристике на максимальном числе
оборотов и данному номиналу, т. е.
без учета изменения числа обо-
ротов с высотой. При отсутствии
высотной характеристики можно
воспользоваться графиком измене-
ния по высоте значения
Фиг. 1. Индикаторная диаграмма.
как это показано в задаче 1.
В формуле (1) pHi Тн — давление и температура на расчетной высоте по стандартной
атмосфере;
А» Л)—то же на земле.
5
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Правильный выбор давления ра значительно влияет на величину площади
индикаторной диаграммы.
Задача 1
п = 1445 об/мин.;
Определить величину ра на предельной высоте для двигателя
М-17-ф, если на земле
We. но., = 500 л- с- п₽и
Ч. max = 715 л- с- ПРИ
п = 1665 об/мин.;
= 0,7.
Мо тах ?15
По фиг. 1' // = 3000 м.
По стандартной атмосфере рн = 0,715 кг/см2, следовательно,
ра = 0,9 • 0,715 ~ 0,65 кг/см2.
(2)
Давление в любой точке политропы сжатия определяется по формуле:
Р=Ра (у У"> (3)
где показатель политропы сжатия П!=1,35;
р — текущее значение давления, соответствующее объему V;
Va — полный объем, соответствующий давлению ра.
Давление в конце сжатия рс будет:
рс = Ра^> (4)
здесь е — степень сжатия.
Максимальное давление вспышки p'z теоретической диаграммы опре-
деляют по среднему индикаторному давлению, известному для данного
мотора. Из курса теории двигателей известно, что
* Р / п 1 1 Пг '1 1 Л1\
, ZC / Р Z 1 Е 1 Е |
е — 1 у рс П2 — 1 пг — 1 )
Решая это уравнение относительно р', получим:
, П2— 1 1—е—1
Л = р< + (ъ-1)—г— (5)
1 1 - £ 1 - Е
где
п2— средний показатель политропы расширения;
' Pi
pi = —--среднее индикаторное давление теоретического цикла;
у. — коэфициент полноты индикаторной диаграммы.
Обычно принимают п2 = 1,24; у. = 0,95.
Величина р; находится по формуле:
— М?900
Pi~~ nVwm’
где
Ne — номинальная мощность двигателя в л. с.;
V— литраж двигателя в л;
п — число оборотов в минуту на расчетной высоте;
—механический к. п. д. на данном режиме.
Фактическое максимальное давление pz меньше, чем р';
Pz^P’zk-, (7)
здесь k = 0,85 и является коэфициентом снижения давления вспышки.
6
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Давление по линии и в конце расширения рь вычисляется по уравне-
ниям (8), (9):
(8)
Р^Р>П'- (9)
Для облегчения расчетов приводятся графики на фиг. 2, 3 и табл. 1.
Таблица 1*
Уд V 10 10 10 9 10 8. 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3
[у М,35 1 V а ] \У J 1,0 1,153 1,352 1,619 1,991 2,547 3,443 5,082
г^у’24 ) 1,0 1,139 1,319 1,556 1,885 2,362 3,115 4,450
Фиг. 2. График для определения давления
конца расширения и сжатия.
Полученная таким образом теоретическая индикаторная диаграмма скру-
гляется.
При скруглении точку С (фиг. 1) выбирают в соответствии с углом
опережения зажигания, вычитая 10—12°, соответствующих периоду скры-
того горения; точку С" сле-
дует брать на 5 ат выше
точки С; максимальное дав-
ление pzmax следует считать
лежащим на 12—15° после
ВМТ, но если расчет произ-
водится с интервалом 20°,
то pz max следует относить к
углу 20° после ВМТ.
Точку Ь' выбирают в со-
ответствии с началом вы-
хлопа по диаграмме газо-
распределения, а точку Ь"
берут по середине между
точками а и Ь.
Петлю всасывание—вы-
хлоп не строят, так как на-
сосные потери учитываются
в значении а также по-
тому, что силы газов в этом
случае очень малы по срав-
нению с силами от инерции.
При пользовании форму-
лой (6) необходимо зада-
ваться значением ^т. На земле
при полном открытии дросселя
Однако для переразмеренного
^=0,85-0,9.
двигателя величина т^т на расчетной высоте
может сильно отличаться от указанного значения. В этом случае, если
известен соответствующий расчетной высоте расход топлива Се кг/л.с.ч.,
величину можно найти по формуле
О')
* Табл. 1 заимствована из книги И. Неймана, Динамика авиационных моторов.
Справочник, часть I, стр. 193.
7
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
значение же Q (индикаторного удельного расхода) можно вычислить по
формуле
с‘ = <10>
где
Ни — низшая теплотворность топлива;
тц — индикаторный к. п. д. при данном составе смеси.
Величина определяется по формуле:
(11)
и графику изменения отношения по
а (фиг. 4).
Фиг. 4. Влияние коэфициента
избытка воздуха на мощность
и экономичность.
§ 3. КОНСТРУКТИВНАЯ ИНДИКАТОРНАЯ ДИАГРАММА ВЫСОТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
С ПРИВОДНЫМ ЦЕНТРОБЕЖНЫМ НАГНЕТАТЕЛЕМ (П. Ц. Н.)
Основная особенность построения индикаторной диаграммы высотного
двигателя заключается в определении индикаторной мощности на расчет-
ной высоте NiH, которой должна быть эквивалентна площадь искомой
индикаторной диаграммы, т. е.
N,=NeB + Nc + Nr-bN,
(12)
где
Ne— эффективная мощность на расчетной высоте;
Nc — мощность, потребляемая нагнетателем;
Nr — мощность трения;
AJV — приращение мощности за счет насосной работы нагнетателя.
В формуле (12) величина Ne известна из конструктивных данных.
Мощность, затрачиваемая на нагнетатель,
~^3600.75 >
(13)
где
Le — теоретически необходимое количество воздуха;
— адиабатический к. п. д. нагнетателя;
Лад = 102,5 Тн
кгм
кг ’
(14)
L —адиабатическая компрессорная работа для 1 кг воздуха;
8
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
рн
и
—-давление и температура на расчетной высоте в стандартной атмосфере;
Pk — давление во всасывающих трубопроводах на расчетной высоте.
Фиг. 5. Диаграмма для определения £ад и
Пример: Н — 3,2 км; —900 мм рт. ст.; =0,60.0 т в е т: Ьад = 4850 кгм; Ы — 80°; Т = 347х»
Величину Laa можно также определять, пользуясь графиком (фиг. 5).
Прирост мощности ДМ определяется либо по формуле:
... 0,9/>* — Рн) Vhn /1СЧ
ДМ =______1_____222___, (15)
900 4
либо по формуле:
ДМ =0,9^—Р" N: — CN, . (16)
PiH 'и ‘и '
Если, как обычно принято, вы-
ражать pk и рн в мм рт. ст., а
Pi— в кг!см2, то
0,9 (Pk-PH)
Ая735
(17)
Значения величины С даны на
фиг. 6 при pt = 15 кг!см2.
Мощность трения на высоте М
равна, примерно, мощности трения
двигателя тех же размеров без на-
гнетателя у земли:
Фиг. 6. Диаграмма для определения поправки
мощности на противодавление.
здесь Мо — индикаторная мощность двигателя без нагнетателя на земле.
Из курса теории авиадвигателей известна следующая формула, связы-
вающая величины с N,o:
н
r
&
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
где
(19)
На фиг. 7 даны значения Д для е = 6 и
Фиг. 7. Диаграмма для определения поправки
мощности на атмосферные условия.
= 0,55 (величина влияет
на ГД
Таким образом, задаваясь
достаточно проверенным зна-
чением rir7lo =0,85—0,9, имеем:
(20)
Для вычисления величины
Tk в формуле (19) имеем:
Tk = Тн + ДЛ
здесь Д^--подогрев воздуха в
нагнетателе; он определяется
по формуле:
д/ _...Л,|Л
102,5^ •
Величину М можно также
определить, пользуясь графи-
ком (фиг. 5).
Подставляя в формулу (12) значения Nr из формулы (20) и AN из фор-
мулы (16), получим:
N,„
- —w
(21)
К
где
К =1+С- Г
(22)
Формула (21) дает окончательное
торной мощности двигателя на
расчетной высоте.
Величина К .на фиг. 8 по-
строена для тех же условий, что
А и С, и при т]то = 0,85.
Изменение т\то в пределах
0,8 н- 0,9 дает колебание вели-
чины К до 5%.
Дальнейший ход построения
индикаторной диаграммы высот-
ного двигателя проводится в опи-
санном выше порядке с той лишь
разницей, что для начальной точ-
ки принимается ра = 0,94-0,95 pk.
Нахождение можно значительно
упростить, относя мощность нагнета-
теля к механическим потерям и вы-
числяя суммарный механический к. п. д.
двигателя по формуле:
выражение для определения
индика-
Г>т Heji + Nc + Nr—bN
Фиг. 8. Диаграмма для определения индикаторной
(23) мощности двигателя с П.Ц.Н.
Заменяя здесь по формулам (13), (20) и (15) величины Ne, N,. и A2V, можно заранее
10
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
вычислить величину ^т, так что дальнейшее нахождение N. сведется к вычислению по
формуле
= (24)
>т
На фиг. 9 даны значения величины ч(т , вычисленные для ут = 0,85; Се — 250 г/л. с. ч.-,
а = 0,8 и всех остальных данных, принятых при построении графиков для С, Д и К.
Для другого значения iqm данные фиг. 9 могут быть достаточно точно пересчитаны
на основании формулы
Ti/7Z — "0^85” ’
здесь —полный механический к. п. д. двигателя при данном .
Фиг. 9. Диаграмма для определения суммарного механического к. п. д.
Необходимо помнить, что фиг. 9 показывает изменение механического к. п. д. всего
двигателя в зависимости от его расчетной высоты Нр и давления наддува р^, т. е. по
существу изменение т]'т двигателя с разными нагнетателями, а не с одним и тем же на
разных высотах.
Задача 2
Построить конструктивную индикаторную диаграмму двига-
теля Даймлер-Бенц DB-600 С, имеющего следующие данные („Flugs-
port“ № 20, 1937 г.):
Ne//=910 л. с.; п = 2400 об/мин.; Се = 240 г/л. с. ч.-,
pk— 1,15 кг/см?', Pk = 845 мм рт. ст; Нр = 4000 м.
Число цилиндров i =12; 5 = 160 мм; D = 150 мм; е = 6,5; = 34 л; ре = 10,05 кг/см2;
G ~ 0,545 кг/л. с.
Принимаем: Lo = 14,7; а = 0,85; = 0,55.
Тн = 262° абс.; рн = 462,26 мм-, LaR = 5060 кгм/кг;
5060 - 910 - 0,240 • 14,7.0,85
= 93,0 л. с.
0,55 • 3600 • 75
По формуле (17), задаваясь р,-^ = 12 кг/см2, находим:
0,9(845 462^6) =
12 • 735
11
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
при
И
По формуле (20)
5060
102,5 • 0,55
= 90°
Tk = 262 + 90 = 352°.
а _ 845 1/ 288
760 V 352
- 1,08.
По формуле (22), приняв = 0,85, получим:
Фиг. 10. Индикаторная диаграмма.
pz — 0,85 • 59,0 = 50,15 кг!см2;
К = (I + 0,039) - -Ж (1 - 0,85) = 0,9.
По формуле (21)
кт 910 + 93
NiH- 0,9 —И 15 л. с.
Если NiH определять по фиг. 9, то
= 0,816 и Мя = ~=И 15 л. с.
Отсюда по формуле (6)
1115-900 <ЛО , о
Pi 34 • 2400 ” 12,3 кг^М ‘
Далее:
Ра = 0,9 • 1,15 = 1,035 кг)см2-,
рс = 1,035 • 6,51,35 = 13,0 кг!см2;
p'i = -fgV"= 12,95 кг!см*'-
ls24 —1
Pz~ 1,35—1
1 6,5х “ ]’?б
+0,24-1).
^--^-•«3.0+
-б-5 — 1 .12,95 =
1—6,51-1’24
= 59,0 кг [см?-,
рь = 59,0—= 5,81 кг/см2.
6,5х’24
Для построения индикаторной диаграммы (фиг. 10) составляем табл. 2.
Масштабы целесообразно выбирать такими, чтобы размер диаграммы был примерно
200 X 200 мм. В частности, независимо от величины 5, удобно принимать Va = 200 мм.
Таблица 2
10 10 10 9 10 8 10 7 10 6 10 5 10 4 10 3 5 6 6,5
200 180 160 140 120 100 80 60 40 33,3 30,8
1,035 1,195 1,40 1,67 2,06 2,64 3,56 5,26 , 9,10 11,38 12,95
5,81 6,60 7,65 9,05 10,95 — — — — 53,65 59,00
Построенная диаграмма должна быть после скругления обязательно
подвергнута проверке планиметрированием, так как ошибка в диаграмме
скажется на правильности всего динамического расчета.
Разница в исходной и найденной величинах pL не должна быть
больше 2%.
12
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИВЕДЕННЫХ МАСС ШАТУННО-КРИВОШИПНОГО
МЕХАНИЗМА. ТОЧНЫЕ ВЫРАЖЕНИЯ СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ ПОРШНЯ
Шатун имеет сложное движение: поступательное — вдоль оси
цилиндра с ускорением J и вращательное — около центра А с пере-
менной угловой скоростью ₽' и ускорением р".
Соответственно этому на шатун’массы /14 действуют (фиг. 11): сила инерции
/И/, центробежная сила Ala(fl')2, приложенные в центре
циальная сила инерции Pt.
Величину ее можно получить
суммированием сил инерции от-
дельных точек шатуна, имеющих
элементарную массу Ат.
Если обозначить через х рас-
стояние такой точки от центра А,
то получим:
Pt = Ьгпх$" = Map. (26)
Момент этой силы относительно
точки А будет:
МА = ^тх$”х = £Дтл2р" =
(27)
точки А
Расстояние силы Pt от
будет:
_ JA
L Pt Ма‘
(28)
Однако определение нагрузки то-
чек А и В по этим силам практи-
чески не удобно, и потому для
упрощения
(фиг. 11, б)
тяжести,
и танген-
условно заменяется двумя массами
обычно масса шатуна
м, = м„ = м
и М2=Мвр=М~,
(29)
из которых первая имеет только поступательное, а вторая только враща-
тельное движение около центра О.
Системы (фиг. 11, а и 11, б) эквивалентны, если суммы проекций сил на
оси координат и моменты относительно какой-либо точки (например А)
одинаковы, т. е. при следующих условиях:
Рх = Ma (Р')2 sin р — Pt cos р = Мвр sin а; (30)
Py = Mj—7Ha(P')2cosP— P;Sin₽ = Л4вр 7?u>2 cos а + Maj\ (31)
MA = Mja sin ₽ — JA ₽" = MBp^2£ sin (a + p). (32)
Как будет показано далее, соотношения (29) удовлетворяют лишь
уравнениям (30) и (31).
Для доказательства определим вначале значения ₽', р" и j.
Из треугольника АОВ
sin р — -j- sin a. (33)
Взяв первую и вторую производные по времени и обозначая а' — <о,
имеем:
₽'=4“S (34)
_ R — со sin a cos Р -f- Р' sin р cos а
Л L cos2 Р
13
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Принимая во внимание уравнение (34), имеем окончательно:
Q* _ К ( COs2 а Sin ₽ R Sin “ /ОГЧ
Р <35>
Величина j найдется, как вторая производная пути поршня S по времени
S = R + Z —(Я cos а 4- L cosp); 1
S' = /?а) sin а + L$' sin р. • J
Учитывая соотношение (34), имеем:
S' = Ru> (sin а + cos а ; (37)
j = S" = Rm (<о cos а — о> sin а -1ПД; + cos а--с0---\-$1п [/') =
J \ cos p 1 cos2 p 1 J
D sin a sin P , R cos2a\ /oo4
= AM cos a--------+ ~r----------™ • (38)
\ cos p 1 L cos3 3) v ’
Подставляя найденные значения p', 8" и j в уравнения (30), (31) и (32),
получим:
я ж f R cos a\2 . q
Ma —г <o-----5) sin p —
k L cos p/ r
— Ma ~os,pp gj cosp =/HBp7?io2sina. (30)
Вынеся за скобку в левой части уравнения величину Ma -j- <о2, делим
обе части уравнения на AM и после очевидного приведения подобных
членов находим значение массы ТИ2, удовлетворяющее уравнению (30)
Мкр = -?-М.
Величина Мг определится из уравнения (31)
Ma(P')2 cos p + Pt sin p + MRp R&* cos a
Zr 1П — < * J . ’ ~ .
(29')
(ЗГ)
Воспользовавшись отношениями (34), (26), (35), (29') и (38), имеем:
cos2 a sin В R sinaX , R
----»о • т б J sm $+Ма -г-®2 cos a
cos3 р L cos р/ r 1 L
~ и2- cos P4-Af« у и2 • C
Mn=M~—^______________________h___L __ o_______2
_ „ / Sin a si np R cos2 a
tfw2 [ cos a-o--+ —r---To
\ cosp £cos3p,
Вынося в числителе за скобку величину Ма после приведения
подобных членов получаем в скобках в числителе и в знаменателе оди-
наковые выражения.
После сокращений имеем:
м„ =М-------^-М = М а-=-!^. (29')
1-» Lj
Теперь посмотрим, удовлетворяют ли уравнению (32) найденные зна-
чения и /Ивр.
Вообще уравнение (32) можно представить так:
Mja sin р — JA Р" — sin (a 4- Р) =
= Ma [/ sin p — /?сй2 sin (a 4- P)] — JA p" = A. (32)
Если значения /Ип и /Ивр удовлетворяют уравнению (32), то Д = О,
в противном случае Д ф 0.
14
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Пользуясь уравнением (38), легко показать, что
г . . п г» « • / , пм Г гт о / sin a sin В . /? cos2. о
[j sin₽ —7?<»2sin (а + ₽)] = (cosa----cosp + ~Г co^pJ sin р —
гт 9/ • о । nJ# cos2 a sin р sin а (sin2 р + cos2 Р) П Qff г
-№2(sinacosp + cosasin₽)J =№2|д-------ЕБ^р---------^Б1р--------Л
Таким образом
= (MaL — JA)^№. (39)
Это выражение иногда представляют иначе, вводя соотношение
Ja — Лх. т + А/л2.
Тогда
Д -= (MaL — Ма? — /ц. т) ₽" = [Ma (L-a) — Jn. т] ₽".
В авиационных двигателях средней мощности наибольшее значение этой
величины лежит в пределах 2 4 кгм. Обычно при расчетах ею прене-
брегают и разноску масс делают по уравнениям (29).
В случае механизма с прицепными шатунами вначале делается разноска,
масс прицепных шатунов по уравнениям (29). На фиг. 12 для простоты,
нанесен лишь один прицепной шатун.
М1п = Л1г Мйр =7И; -f. (29")
После этого разносится суммарная масса главного шатуна:
/Ис=/И+^Л1Вр,
либо по найденной предвари-
тельно новой координате цен-
тра тяжести с", либо непо-
средственно по уравнениям:
+ (40)
Л4Вр ~ 7ИС -/ИПш. 1
Здесь с (фиг. 12) —коорди-
ната центра кривошипной го-
ловки прицепного шатуна.
Если палец прицепного ша-
туна не вошел в величину
7И/вр, то он должен быть учтен
значениями М и Ь.
Фиг. 12. Разноска масс шатунов с проушиной.
При наличии одной проушины (как. показано на фиг. 12) центр тяжести
системы смещен с оси главного шатуна. Однако в целях упрощения этим
обычно пренебрегают.
Суммарная масса поступательно-движущихся частей равна
Ч=^пш+^по₽ и М=/И,п + Л1„ор>
где /Ипор — масса поршня с кольцами и пальцем.
Вследствие разницы в величине 7ИПщ и 7И^, величины Мп главного
и прицепных шатунов отличаются друг от друга, но так как Л4Пш
0,1--0,2/ИПор, то эта разница не столь велика, и ею часто пренебре-
гают.
Для выполненных конструкций шатунов определение заменяющих масс
7ИП и 7Ивр может быть сделано непосредственным взвешиванием поршней
и кривошипных головок, положенных на весы так, чтобы их центры при-
ходились на опорах.
15
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 5. ПРИБЛИЖЕННОЕ ВЫРАЖЕНИЕ ДЛЯ СИЛ ИНЕРЦИИ ПОСТУПАТЁЛЬНО-
ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСТЕЙ ПРОСТОГО ШАТУННО-КРИВОШИПНОГО МЕХАНИЗМА
Точное выражение ускорения поступательно-движущихся масс, приве-
денное в формуле (38), ввиду сложности неудобно для пользования и в
дальнейшем мы будем пользоваться приближенным
выражением, которое получается следующим образом.
Из фиг. 13 имеем:
S = О А — OD~R-\~ L — (7? cos а + L cos ₽). (36)
Из треугольника OBD имеем:
sin р — ~ sin а.
Заменяя cosp через sinp в выражении (36), получим:
S = (7?4-Z)— R (cos а 4- •/”] — a2 sin2а). (41)
Разлагаем радикал в ряд по биному Ньютона
1 — A2 sin2 а = 1-- X2 sin2 а — х-Ц, X4 sin4 а —
- 2^6 >6 Sin6 “ “ 2.4'Л'Л'Х8 Si"8 “• • •
1
j Прежде чем подставить этот ряд в уравнение (41),
Фиг. 13. заменим степени синусов косинусами кратных углов
sin2 а = (1 — cos 2а);
sin4 а — _L (cos 4а — 4 cos 2a 4- 3);
sin6 a = _ * (cos 6a — 6 cos 4a 4- 15 cos 2a— 10);
(41')
sin8 a = ® (cos 8a — 8 cos 6a 4- 28 cos 4a — 56 cos 2a 4~ 35).
Подставляя найденные значения синусов в уравнение (41) и делая при-
ведение подобных членов, получим :*
S=(R 4- L)- R (cos a 4- 4-7<4-p2 cos 2a —p4 cos 4аф-р6 cos 6a—p8 cos 8a4r .,. j =
= 7?(1 4~ A) “ 7? (cos a 4" P2 cos a — p4 cos 4a 4~ Pe cos 6a — p8 cos 8a 4“ ...), (42)
*=Тх+^К8+^х5+г1х’+---«
pa=4-?-+-^k3+^s+^8v+--->
P<= + wX3+®V+46feV+---’ <42')
Рб = + 512 k5 + 2048 ‘ ’
Ps^ +-^x74-
* Проф. И. LU. Нейман, Динамика авиационных моторов.
16
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В авиационных двигателях величина К изменяется в пределах от -X
о, 1
до Поэтому постоянные р весьма быстро убывают. Изменение этих
величин в зависимости от л по данным проф. И. Ш. Неймана приведены
в табл. 3.
Таблица 3
1 3,4 0,0747 0,0753 0,000424 0,00000501 0,0000000582
1 3,7 0,0686 0,0689 0,000326 0,00000307 0,0000000322
J 4 1 1 0,0632 0,0635 0,000256 0,00000205 0,0000000186
Поэтому с достаточной для практики точностью расстояние поршня
от ВМТ определится, если ограничиться лишь первыми тремя членами
уравнения (42), принимая К — р2 = — X.
Тогда
S = Z?[(1 +— (соэа-р ™ ксоз 2a)j. (43)
Значения коэфициента при R в уравнении (43) в зависимости
поворота кривошипа для разных л приведены в табл. 4.
от угла
Таблица 4 *
cos а -р —- cos 2a
4
Данные для определения путей, проходимых поршнем
а° Xх 1 Знак\ j 1Д2 1/3,4 1/3,6 1/3,8 1/4,0 1/4,2 Знак я°
0 ~г 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 + 360
10 + 0,0199 0,0196 0,0194 0,0192 0,0190 0,0188 + 350
20 + 0,0786 0,0775 0,0766 0,0757 0,0749 0,0742 + 340
30 + 0,1730 0,1707 0,1687 0,1669 0,1652 0,1637 + 330
40 + 0,2985 0,2947 0,2914 0,2883 0,2856 0,2831 + 320
50 + 0,4489 0,4435 0,4387 0,4344 0,4306 0,4271 + 310
60 + 0,6172 0,6103 0,6042 0,5987 0 5938 0,5893 + 300
70 + 0 7960 0,7878 0,7806 0,7742 0,7684 0,7631 + 290
80 + 0,9779 0,9690 0,9611 0 9540 0,9476 0,9418 + 280
90 + 1,1563 1,1471 1,1389 1,1316 1 1250 1.1190 + 270
100 + 1,3252 1,3163 1,3084 1,3013 1,2949 1,2891 + 260
ПО + 1.4800 1,4719 1,4647 1,4582 1,4524 1,4471 + 250
120 + 1,6172 1.6103 1,6042 1.5987 1.5938 1,5893 + 240
130 + 1.7345 1,7291 1,7243 1,7200 1,7161 1,7127 + 230
140 + 1,8306 1,8268 1,8234 1,8204 1,8177 1,8152 + 220
150 + 1,9051 1,9028 1,9008 1,8989 1,8973 1.8958 + 210
160 4- 1,9580 1.9569 1,9559 1,9551 1,9543 1,9536 + 200
170 + 1,9895 1,9892 1,9890 1,9888 1,9886 1,9884 + 190
180 + 2,0000 2,0000 2.0000 2.0000 2,0000 2,0000 4- 180
Скорость поршня найдется, как первая производная от пути по
• времени:
v = = /?о) (sin a + 2р3 sin 2a — 4р4 sin 4a + 6p6 sin 6a — 8p8 sin 8a + ...). (44)
* Табл. 4, 5, 6 заимстврва^Гд^^игитГпр^Ч^ Ш. Неймана, Динамика авиацион-
ных моторов.
ВВА—142—2.
17
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
С достаточной для практики точностью скорость поршня определяется
из формулы (43)
•V == Р« (sin а 4- -у л sin 2а) . (44*)
Значения коэфициента при в уравнении (44') в зависимости от
угла а и 1 приведены в табл. 5.
Данные для определения скоростей поршня
Sin а + ~ Sill 2 а
&
Таблица 5
a° Знак\ 1/3,2*’ 1/3,4 1/3,6 1/3,8 1/4,0 1/4,2 Знак a°
0 + 0,0000 0,0000 j 0,0000 0 0000 0,0000 0 0000 I i 1 — I 360
10 + 0,2271 0 2240 0,2212 0,2187 0 2164 0,2144 — 350
20 + 0,4425 0.4366 0,4313 0.4266 0 4224 0 4185 — 340
30 + 0,6353 0,6274 0,6203 0,6140 0,6083 0 6031 — 330
40 + 0,7967 0,7876 0 7796 0,7724 0 7659 0 7600 — 320
50 + 0 9199 0,9109 0,9028 0,8956 0,8891 0,8833 — 310
60 + 1,0014 0 9934 0,9863 0 9800 0 9743 0 9691 r- 300
70 + 1,0401 1,0342 1,0290 1,0243 1,0200 1 0162 1 290
80 + 1,0383 1,0351 1,0323 1,0298 1 0276 1,0255 — . 280
90 + 1.0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 —_ 270
100 + 0,9314 0 9345 0.9373 0,9398 0 9421 0 9441 — 260
110 + 0,8393 0,8452 0,8504 0 8551 0,8593 0 8632 250
120 + 0,7306 0,7387 0 7457 0.7521 0,7578 0 7629 —- . 240
130 + 0,6122 0,6212 0.6293 0,6365 0,6429 0 6488 .—- 230
140 + 0,4889 0.4980 0.5060 0 5132 05197 05256 —_ 220
150 + 0,3647 0,3726 0,3797 0,3861 0,3917 0 3969 — 210
160 + 0,2416 0 2475 0.2527 0.2574 0,2617 0,2655 — 200
170 + 0,1202 0,1234 0 1262 0,1287 01309 0 1329 — 190
180 + 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0.0000 0,0000 — 180
Для определения ускорения поршня берем производную по времени
от скорости
==^0)2[cosa+4p2cos2a--16p4cos4a-|-36p6cos6a—64p8cos8a-H ••], (45)
или, пользуясь формулой (44), получим:
/ = Pco2(cosa 4- К cos 2a). (45')
Значения коэфициента (cos a 4- k cos 2a) в зависимости от a и а приве-
дены в табл. 6.
Пользуясь уравнением (45'), силу инерции поступательно-движущихся
масс можно представить формулой
Рин = — Л)п •/ =— MaR^ (cos a 4- К cos 2a). (46)
В формуле (42) положительной считается сила инерции, направленная
к валу двигателя.
Для дальнейшего исследования удобнее освободиться от отрицатель-
ного знака в формуле силы инерции; поэтому будем считать силы инер-
ции положительными, если они направлены вверх, т. е. от оси вала.
Если теперь воспользоваться формулой (45), то выражение для сил
инерции можно написать следующим образом:
Рин = ТИпРс)2 (cos a 4- 4р2 cos 2a 16р4 cos 4a 4- 34p6 cos 6a — 64p8 cos 8a 4- ...)==
~ cos a 4~ C<2) cos 2a — C(4) cos 4a 4- C(6) cos 6a — cos 8a 4- ..., (47)
18
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
причем
С(1) COS а = cos а = Р(1);
С(2) cos 2а — RM пы2 4р2 cos 2а — Р(2);
С<4) cos 4а = 16р4 cos 4а == Р(4)
и т. д. называются силами инерции 1-го, 2-го, 4-го и т. д. порядков.
Данные для определения ускорений поршня
(470
Таблица 6
COS а + Л cos 2а
з° Знак\ 1/3,2 1/3,4 1/3,6 1/3,8 1/4,0 1/4,2 Знак a°
0 + ; 1.3125 1,2941 1.2778 1.2632 1.2500 1.2381 + 360
10 + ! 1,2785 1,2612 1,2458 1,2321 1.2197 1,2085 4- 350
20 •4- | 1,1791 1,1650 1,1525 1,1413 1,1312 1,1221 -г 340
30 1,0223 1 0131 1,0049 0 9976 09910 0 9851 + 330
40 0,8203 0,8171 0 8143 08117 0 8095 08074 320
50 + 0.5885 0 5917 0,5945 0 5971 0 5994 0 6015 + 310
60 + 0,3438 0 3529 0,3611 0 3684 0 3750 0 3810 + 300
70 0,1026 0,1167 0,1292 0,1404 0,1505 0.1596 + 290
80 0,1202 0,1027 0,0874 0 0736 0,0613 0 0501 — 280
90 0 3125 0,2941 0,2778 0,2632 0,2500 0.2381 — 270
100 0,4074 0,4500 0 4347 0 4209 04086 03974 — 260
110 0,5814 0,5673 0,5548 0 5436 05335 05244 — 250
120 । 0,6564 0,6471 0,6389 0,6316 0,6250 0,6191 — 240
130 0,6971 0 6939 0,6910 0 6885 0 6862 0,6841 — 230
140 0 7118 0,7150 0.7178 07203 0,7226 0,7247 — 220
150 1 0.7098 0.7190 0.7271 0,7344 0.7410 0.7470 — 210
160 i 0.7003 0.7144 07269 07381 0,7482 0,7573 - — 200
170 - 0,6912 0,7084 0,7238 0,7375 0.7499 0,7611 — 190
180 1 0,6875 0,7059 ! I 0,7222 0,7368 0,7500 0,7619 — 180
По величине эти силы изменяются по гармоническому закону (по закону
косинуса). Их наибольшие значе-
ния (амплитуды) быстро убывают
с увеличением порядка, как это
следует из величин р2, р4 и т. д.
Их периоды обратно пропорцио-
нальны номерам порядков. Пе-
риод силы инерции 1-го порядка
равен времени одного оборота
вала двигателя. Период силы
инерции 2-го порядка в два раза
меньше, а 4-го порядка — в 4
раза и т. д.
Как следует из вывода, эти
силы всегда направлены вдоль
оси цилиндра. Графически эти
силы в функции угла поворота
вала представлены на фиг. 14.
Как следует из уравнения (47),
Фиг. 14. Изменение сил инерции 1-го,
2-го и 4-го порядка.
в общем виде силы инерции простого кривошипно-шатунного механизма
можно написать так:
PeH = SP<*> = SCW)COSfct.
1 1
(48)
1»
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
8 6. СИЛЫ ИНЕРЦИИ ПОСТУПАТЕЛЬНО-ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСТЕЙ МЕХАНИЗМА
С ПРИЦЕПНЫМ ШАТУНОМ
Определение сил инерции шатунно-кривошипного механизма с прицеп-
ным шатуном сложнее, чем механизма главного шатуна, вследствие гро-
Фиг. 15.
Из фиг. 15 видно, что
? = ₽ + Г
где ф = 7( —V.
Тогда
Sf = OD — [/? cos az 4-
моздких тригонометрических пре-
образований. Поэтому здесь дается
лишь ход вывода уравнения дви-
жения поршня и окончательные
результаты.
Механизм с прицепным шату-
ном (фиг. 15) может выполняться
с углом проушины 7Z, равным и не
равным углу между цилиндрами 7.
Обычно в двигателях с звездо-
образным расположением цилинд-
ров 7Z = 7, в рядных — чаще 7Z ф 7.
Рассмотрим общий случай, когда
При обозначениях, показанных
на фиг. 15, путь поршня прицеп-
ного шатуна St может быть опре-
делен из следующего выражения:
S^OD-OD' = OD —
—(R cos az 4-r cos <p -f-1 cos ₽z). (49)
Tz = ₽ — I,
cos (p — Ф) 4- I cos pz] =
— OD— [/?cosaz4-rcosфcosp4-rsin<bsinp 4-/cospj. (49'.)
Из фиг. 15 видно, что
sin р = k sin (az 4- 7),
следовательно,
cosp — )/l—- sin2p —X2sin2(az 4-7).
Точно так же
’ cos pz = Z 1 — sin pf .
(50)
Что же касается величины sinpz, то ее можно получить, проектируя
звенья прицепного механизма на перпендикуляр к оси цилиндра.
Из четырехугольника OACD'(фиг. 15) имеем:
sin Pz = sin a.t-Y sin (p — ф). (50')
Развертываем оба радикала (50) в ряд по биному Ньютона '
/1—X2sin2(az4-7)= 1 —4-X2sin«(az4^7)— ^X4sin4(az4-7)4-.. .,
/ 1 — sin2pz = 1------- sin23z—~ sin4pz 4~ ...
Воспользовавшись соотношениями. (41') и (50), найденное значение
радикалов подставляем в выражение (49') и путем двукратного диферен-
цирования находим ускорение поршня прицепного механизма.
20
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
После ряда преобразований, которые вследствие громоздкости здесь
не приводятся, это выражение может быть представлено в виде беско-
нечной суммы синусов и косинусов
У; = ^2>Р а cos Лаг 4~ 0)2 sin kat1 (51)
А=1 к~1
где k = 1, 2, 3... и т. д.
Коэфициенты и до 3-го порядка имеют следующие значения*:
а<1) = R 4- rX sin 7 sin ф 4- sin s sin Ф»
= rX cos 7 sin — rXz cos & sin
a(2) = rX2 cos 27 cos ф 4- &z cos 28;
*<2) = -- rX2 sin 27 cos ф -fc- sin 28;
(52)
=----rX? sin 38 sin Ф;
о 1
^<3 > = r)3 cos 38 Sjn ib
о 1
где Xz = X а угол 8 и длина л обозначены на фиг. 15. При 7Z = 7 <р О
и, следовательно,
Z»(1) = 0;
«<2> = rX2 cos 2'( -J- ZX2 cos 28;
b(2) = — rX2 sin 2-f + ZX2 sin 28;
a<3) = 0;
Z>(3) = 0. (52')
В литературе можно встретить другую формулу для ускорения поршня
прицепного шатуна, которую можно получить из выражения (52').
Подставляя значения коэфициентов а1, а2 и й3 в формулу (51), по-
лучаем:
Ji ~ U? cos az 4“ cos 27 cos 2а —
— rX2 sin 27 sin 2а 4~ sin 28 sin 2а],
что’ дает:
У; = й)2 [/? cos az + rX2 cos 2 (az 4- 7) + Щ cos 2 (а — 6)], (53)
или, принимая во внимание обозначение Xz
yz =со2/? [cos az 4- х COS 2 (az 4-^7) + cos 2 (а/ — s)j- (54)
Представим, наконец, выражение для сил инерции в виде, не содержа-
щем параметров az, л и 8. Для этой цели в уравнении (53) следует пре-^
образовать лишь последний член
X, cos 2 (a, - 8) = -A- 42C0S [2(а _ т) - 28] =
— [(л2 cos2 8 — л2 sin 28) cos 2 (a — 7) -|- 2л2 sin 8 cos 8 sin 2 (a — 7)].
♦ См. H. Г. Бруевич и H. В. Ширяев, Уравновешивание авиационных дви-
гателей, изд. ВВА, 1933.
21
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 16. Ускорения поршня прицепных шатунов девяти-*!
цилиндрового звездообразного двигателя Хорнет. ,
Фиг. 17. Ускорения поршня главного и прицепного
шатунов V-образного двигателя Кертис-Конкверор.
22
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Из треугольника АВС (фиг. 15) имеем:
42 cos8 8 — л2 sin2 8 = (L — г cos ?)2 — (г sin у)2 ==
= Л2 + г2 cos2 7 — 2гЛ cos 7 — г2 sin2 7 =
= Z,2 — 2rL cos 7 + г2 cos 27;
2л2 sin 8 cos 6 — 2r sin 7 (Л — r cos 7) — 2Л sin 7 — r8 sin 27.
Следовательно,
lz cos 2 (az — 8) = [(Z2 4- r2 cos 27 — 2Lr cos 7) cos 2 (a — 7) -f-
4- (2Lr sin 7 — r2 sin 27) sin 2 (a —7)] =
= [L? cos 2 (a — 7) 4^2 cos 27 cos (a — 7) — 2Lr cos 7 cos 2 (a — 7) 4-
4- sin 7 sin 2 (a — 7) — r2 sin 27 sin 2 (a — 7)].
Группируя подчеркнутые члены и подставляя их значения в уравне-
ние (54), будем иметь:
Р/ин = MiAfa2 [cos (a — 7) 4- X (1 4- ) COS 2a —
— 2X cos (2a — 7) + cos 2 (a — 7)J . (55)
Выражения (52), (53) и (54) в дальнейшем будут необходимы для ис-
следования уравновешенности. При выполнении же динамического расчета
обычно в учебной практике принимают силы инерции поступательно-дви-
жущихся частей прицепного шатуна такими же, как и у главного. Об
ошибке, вводимой при этом, можно судить по диаграммам (фиг. 16 и 17),
построенным на основании данных инж. Смольянинова.
§ 7. СУММИРОВАНИЕ СИЛ ГАЗА И СИЛ ИНЕРЦИИ ПОСТУПАТЕЛЬНО-
ДВИЖУЩИХСЯ МАСС
Разложение сил по элементам шатунного механизма
с центральными шатунами
Силы газа на индикаторной диаграмме даны в функции хода поршня;
силы инерции — в функции угла поворота коленчатого вала. Поэтому,
прежде чем приступить к суммированию этих сил, следует построить их
в функции какой-либо одной независимой переменной.
АВ — 2R — ход поршня;
ОО' е~ —смещение центра;
«—угол поворота кривошипа;
S — соответствующий .путь, пройденный поршнем.
Фиг. 18. Диаграмма Брикса.
В авиационных двигателях приходится суммировать силы от нескольких
цилиндров, приходящихся на одно колено, и поэтому удобнее произво-
дить это суммирование по углу поворота коленчатого вала. Для этого
построения необходимо сначала сделать разметку углов поворота на оси V
индикаторной диаграммы.
Наиболее точно эту разметку можно сделать вычислением по фор-
муле (37). Однако в учебной практике можно пользоваться построением
геометрически подобного шатунного механизма при различных углах по-
ворота вала или по диаграмме Брикса, как показано на фиг. 18.
23
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Сила газа, действующая на днище поршня при различных его поло-
жениях, находится по формуле
Рг =Рп(р— Рн\
(56)
где
Fn — площадь днища поршня;
р —давление (абсолютное), взятое из индикаторной диаграммы в кгрм2',
Рн — давление в картере в кг[смг, равное давлению окружающей среды.
Полученные значения РГ наносятся на диаграмму (фиг. 19) и в табл. 11.
На эту же диаграмму и таблицу наносят кривую изменения сил инерции
поступательно-движущихся масс, вычисленных по
Правило знаков ^указано на фиг. 20. Сила дав-
ления газа на поршень принимается положи-
тельной независимо от такта (сжатия или расши-
рения). Соответственно этому сила инерции, на-
правленная к оси коленчатого вала, принимается
положительной, и от оси — отрицательной, что
совпадает по знакам с результатом формулы (46).
формуле (42).
Фиг. 20. Разложение сил
по элементам шатунного
механизма.
Фиг. 19. Развернутая индикаторная диаграмма.
Далее алгебраическим суммированием находится
Рс=рг+Рин. (57)
" Полученная суммарная сила Рс разлагается на составляющие К' и N
(фиг. 20)
К' — р •
COS г (58)
(59)
сила же К' в свою очередь —на силы Z и Т
7= sin (« + ₽) = ft (60)
Z = Л'соз (« + ₽) = ft С^И>. (61)
За начало отсчета угла поворота коленчатого вала принимается ?ВМТ; удобно при
этом начинать расчет с такта всасывания. Наиболее удобный масштаб диаграммы 25 кг =
= 1 мм и 10° = 5 мм.
Силы Т,Z, К и W определяются для тех же значений угла поворота
коленчатого вала, что и Рс (табл. 11), и для контроля наносятся на гра-
фик (фиг. 30, 31, 32) (см. задачу 3). Правило знаков для этих сил пока-
зано также на фиг. 20.
Вычисление сил К, N, Z, Т можно вести либо непосредственно по
формулам (58), (59), (60) и (61) и табл. 7, 8, 9, 10, либо по графикам,
24
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
построенным на основании этих таблиц, если просчет ведется в промежу-
точных интервалах.
От вращательных масс шатуна получается центробежная сила
С = — Мвр/?аА (62>
Окончательно суммарная сила, действующая на шейку кривошипа в
случае одноцилиндрового двигателя, будет:
7<=/7^ + (Z + C)2. (63>
На этом заканчивается динамический расчет одноцилиндрового дви-
гателя.
Таблица 7*
Значения tgB
а° Xх ЗнакХ. 1/3,2 1/3,4 1/3,6 1/3,8 | 1/4,0 1/4,2 ' 1 Знак а°
0 0,0000 0,0000 0,0000 0 0000 0,0004 0,0000 360
10 + 0,0545 0,0511 0,0483 0 0457 0,0435 0 0413 — 350
20 + 0,1075 0,1011 0,0954 0.0904 0,0858 0 0816 — 340
30 + 0,1581 0,1487 0,1403 0,1327 0 1260 0 1198 — 330
40 + 0,2050 0.1925 0,1815 0,1716 0,1628 0 1548 — 320
50 + 0,2465 0,2313 0,2178 0,2058 0,1951 0,1856 — 310
60 + 0,2811 0,2634 0,2478 0,2341 0,2218 0,2107 —. 300
70 + 0,3073 0,2876 0,2704 0 2552 0,2417 0 2296 — 290
80 + 0,3233 0,3026 0,2844 0,2683 0 2540 0,2413 — 280
90 + 0,3291 0,3077 0,2891 0.2728 0,2582 0.2453 — 270
100 + 0,3233 0,3026 0,2844 0.2683 02540 0,2413 — 260
ПО + 0,3073 0,2876 0,2704 0,2552 0 2417 0,2296 — 250
120 + 0,2811 0,2634 0,2478 0,2341 0,2218 0,2107 — 240
130 + 0,2465 0,2313 0 2178 0,2058 0,1951 0,1856 — 230
140 + 0,2050 0,1925 0 1815 0 1716 0,1628 0,1548 — ! 220
150 ; + 0,1581 0,1487 0 1403 0 1327 0,1260 0,1198 .— j 1 210
160 : + 0,1075 0,1011 0.0954 0 0904 0,0858 0,0816 ! 200
170 i + 0,0545 0,0511 0,0483 0,0457 0,0435 0,0413 — 190
180 + 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 1 i 180
Л Таблица 8
Значения cosp
а° X X ЗнакХ 1/3,2 1 1/3,4 1 1/3,6 1/3,8 1/4,0 1/4,2 Знак а°
0 + 1,0000 1,0000 1.0000 1,0000 1,0000 1,0000 + ! 360
10 + 0,9985 0,9987 0,9988 0,9990 0,9991 0.9992 + 350
20 + 0,9943 0,9949 0,9955 0,9959 0 9963 0,9967 + 340
30 + 0,9877 0,9891 0,9903 0,9913 0,9922 0,9929 + 330
40 + 0,9796 0,9820 0,9839 0,9856 0 9870 0,9882 + 320
50 + 0,9709 0,9743 0,9771 0,9795 0,9815 0 9832 + 310
60 + 0,9627 0,9670 0,9706 0,9737 0,9763 0 9785 + 300
70 + 0 9559 0,9611 0,9653 0 9689 0.9720 0,9746 + 290
80 + 0 9515 0,9571 0,9619 0,9658 0 9692 0 9721 + 280
90 + 0,9499 0,9558 0,9606 0,9648 0 9683 09712 + 270
100 + 0,9515 09571 0,9619 0 9658 0.9692 0,9721 + 260
НО + 0,9559 0,9611 09653 0.9689 0,9720 0,9746 + 250
120 + 0,9627 0,9670 0 9706 0,9737 0,9763 0,9785 + 240
130 + 0,9709 0,9743 0,9771 0,9795 0.9815 0,9832 + 230
140 + 0,9796 0,9820 0,9839 0,9856 0,9870 0,9882 + 220
150 + 0,9877 0,9891 0,9903 0,9913 0,9922 0,9929 4- 210
160 + 0,9943 0,9949 0,9955 0 9959 0,9963 0,9967 + 200
170 + 0,9985 09987 0.9988 0 9990 0,9991 0,9992 + 190
180 4- 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 + 180
* Таблицы 7, 8, 9 и 10 заимствованы из книги И. Неймана, Динамика авиационных,
моторов.
25-
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Значения
sin (о + Р)*
COS р
Таблица 9
а° \и Знак X 1/3,2 1/3,4 1/3,6 1/3,8 1/4,0 1 1/4,2 I Знак 1 «°
0 4- 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 . 360
10 4- 0,2273 0,2240 0,2212 0,2187 0,2164 0,2144 — 350
20 4- 0,4430 0,4370 0,4317 0,4269 0,4227 0,4187 — 340
30 4- 0,6369 0,6288 0,6215 0,6150 0,6091 0,6038 — 330
40 4- 0,7998 0,7903 0,7818 0,7743 0,7675 0,7614 — 320
50 4- 0,9245 0,9147 0,9060 0,8983 0.8915 0,8854 — .310
60 4- 1,0066 0,9977 0,9899 0,9831 0,9769 0,9714 - 1 1 300
70 4- 1,0448 1,0381 1,0322 1,0270 1,0224 1,0182 I 290
80 4- 1,0409 1,0374 1,0342 1,0314 1,0289 1,0267 — 280
90 4- 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 — 270
100 4- 0,9287 0,9323 0,9354 0,9382 0,9407 0,9429 — 260
110 4- 0,8346 0,8413 0,8472 0,8524 0,8570 0,8611 — 250
120 4- 0,7255 0,7343 0,7421 0,7490 0,7551 0,7607 — 1 240
130 + 0,6076 0,6174 0,6261 0,6337 0,6406 0,6467 — 230
140 4- 0,4858 0,4953 0,5038 0,5113 0,5181 0,5242 1 » 220
150 4- 0,3631 0,3713 0,3785 0,3851 0,3909 0,3962 — 210 '
160 4- 0,2410 0,2470 0,2523 0,2571 0,2614 0,2653 — 200
170 4- 0,1200 0,1233 0,1261 0,1286 0,1309 0,1329 — 190
180 4- 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 — 180
о cos(a-hP) Таблица 10
Значения -—~
cos р
X. Х Знак \ 1/3,2 I 1/3,4 1/3,6 1/3,8 1 1/4,0 1 | 1/4,2 Знак а°
0 + 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 + 360
10 + 0.9754 0,9759 0.9764 0,9769 0,9773 0,9776 + 350
20 + 09029 0,9051 0,9070 0,9086 0,9103 0,9118 340
30 + 0,7870 0,7917 0.7958 0,7997 0,8030 0,8061 + 330
40 + 0,6343 0,6423 0,6494 0,6557 0.6614 06665 + 320
50 + 0,4539 0,4656 0,4760 0,4851 0,4933 0,5006 + 310
60 0,2566 0,2719 0,2854 0,2973 0,3079 0 3175 4- 300
70 + 0,0532 0,0718 0,0879 0,1022 0,1149 0,1261 + 290
80 0,1447 0,1244 0,1064 0,0906 0,0765 0,0640 — 280
90 0,3291 0,3077 0,2891 0,2728 0 2582 0,2453 — 270
100 — 0,4920 0,4717 0,4537 0,4379 0.4238 0,4113 — 260
110 — 0,6307 0,6123 0,5961 0.5819 0,5691 0 5578 — 250
120 —. 0,7434 0,7281 0,7146 0,7027 0,6921 0,6825 — 240
130 —- 0,8317 0.8199 0,8096 0,8004 0,7923 0 7850 — 230
140 — 0,8978 0,8898 0,8827 0,8764 0,8707 0,8655 — 220
150 — 0,9451 0 9404 0,9362 0,9324 0,9290 0.9259 — 210
160 — 0,9764 0,9743 0.9723 0.9706 0,9690 0 9676 — 200
170 — 0,9943 0,9937 0.9932 0,9928 0,9924 09920 — 190
180 — 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1 — 180
§ 8. СУММИРОВАНИЕ СИЛ ОТ НЕСКОЛЬКИХ ЦИЛИНДРОВ, ДЕЙСТВУЮЩИХ
НА ОДНУ ШЕЙКУ КРИВОШИПА
Силы Z и Т суммируются порознь алгебраически. При одинаковых
поступательно-движущихся массах для этого используется таблица, составлен-
ная для одного цилиндра. В случае большой разницы поступательно-дви-
* Сделаем преобразование
sin(&4-B) sin a cos В 4-cos a sin В , sin В
----—'-^-1 =---------------- -й== sin а 4- cos а-£.
cos р--------------------------------------------cos Р cos р
Таким образом табл. 9 может служить одновременно как для нахождения Т по формуле '
^60), так и точных значений скорости поршня по формуле (37).
26
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
жущихся масс различных цилиндров следует для каждого отдельного ци-
линдра составлять самостоятельную таблицу этих сил.
Для суммирования величины Z и Т заносятся в соответствующие графы
табл. 12 в своем порядке, но со смещением начальной фазы для каждого
цилиндра, согласно порядку работы (см. задачи 5 и 4).
Наиболее часто применяющийся для 12-цилиндрового V-образного дви-
гателя порядок работы цилиндров показан на фиг. 21. Обычно в расчетах
обозначение направления вра-
щения, нумерация цилиндров
и коренных шеек произво-
дятся сзади, смотря на двига-
тель со стороны, противопо-
ложной винту.
Таким образом если в 12-ци-
линдровом V-образном двига-
Леб 7 5 3 Б 2 4
\/\/\/\/\/\
Праб 6 2 Л 1 5 3
Фиг. 21. Порядок вспышек в цилиндрах 12-цилин-
дрового V-образного двигателя.
теле за начало отсчета углов
поворота коленчатого вала принята, например, ВМТ такта" всасывания
первого левого цилиндра, то эта же фаза в первом правом цилиндре бу-
дет через 7 • 60 = 420° угла поворота коленчатого вала, при направлении
вращения по часовой стрелке. В случае вращения коленчатого вала
против часовой стрелки начальная фаза в первом правом цилиндре
Фиг. 22. Определение боковой силы на
поршне главного шатуна от прицепного.
будет через 300° поворота коленчатого
вала.
Для звездообразных двигателей силы
Z и Т подсчитываются аналогично в
таблице, если угол между цилиндром
кратен интервалу подсчетов.
Для девятицилиндровой звезды ин-
тервалы подсчетов могут быть приняты
5, 10 и 20°. Порядок работы, цилиндров
этого двигателя следующий:
1— 3—5—7—9—2-4—6—8-1.
В случае, если угол между цилин-
драми не кратен интервалу подсчета,
как, например, для семицилиндровой
звезды, у которой угол между цилин-
360 с,о 3 ~
драми 7 = 51°суммирование сил Z
и Т удобнее вести графически.
Для этого следует ось абсцисс кривых сил Z и Т, построенных для
одного цилиндра, разбить на 7 равных отрезков (фиг. 34, 35). После со-
вмещения этих частей кривой на одном отрезке производят графическое
суммирование сил.
Если при расчете учитывается кинематика прицепных шатунов, следует
для силы Pt соответствующих цилиндров иметь отдельные таблицы. Силы
же Zt и Тг по шейке вала от прицепных шатунов могут быть найдены гра-
фическим разложением силы Рг на схеме геометрически подобного меха-
низма, построенного при различных углах поворота коленчатого вала
(фиг. 23).
Однако для упрощения часто считают шатуны центральными с равными
поступательно-движущимися массами.
Как видно из фиг. 25—26, разница в результате подсчетов по упрощен-
ному и по точному методам для двигателей Кертис-Конкверор и Хорнет
получается относительно небольшой.
В случае прицепного шатунного механизма необходимо также учесть
увеличение бокового давления на поршень главного шатуна от действия
прицепного.
27
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 25. Диаграмма ..суммарной силы Т для девятицилиндро-
вого звездообразного двигателя (пунктир — с учетом кине-
матики прицепных шатунов)
(по данным инж. Смольянинова).
Фиг.' 23. Диаграмма силы Z на одном колене V-образного
двигателя (пунктир — с учетом кинематики прицепного
шатуна).
(по данным инж. Ширяева).
двигателя (пунктир— с учетом кинематики прицепного
шатуна).
Фиг. 26. Диаграмма суммарной силы Z для девятицилиндро-
вого звездообразного двигателя (пунктир — с учетом кине-
матики прицепных шатунов).
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 9. СУММИРОВАНИЕ МОМЕНТОВ МНОГОКОЛЕННОГО ВАЛА И НАХОЖДЕНИЕ
РЕАКЦИЙ КОРЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ
При суммировании моментов и нахождении реакций коренных подшип-
ников многоколенного вала вначале определяются значения крутящего
момента на одном колене по суммарной тангенциальной силе (табл. 12).
Ряды значений, одинаковые для всех колен, смещены по времени один
относительно другого сообразно с порядком работы цилиндров. Так, напри-
мер, для 12-цилиндрового V-образного двигателя с углом между цилинд-
рами 60° начальное значение момента на пятом колене наступит при
повороте первого колена на 120°; на третьем колене — при повороте
на 240° и т. д., т. е. сообразно порядку работы левого ряда 1—5—3—6—2—4.
Суммирование моментов дано в табл. 13; нумерация шеек показана
на фиг. 27.
Фиг. 27. Нумерация колен и шеек вала.
Обычно наибольшее значение суммарного крутящего момента наблю-
дается не на последней, а на промежуточной коренной шейке (для шести-
коленного вала — на IV или V).
Суммарный крутящий момент от колен, лежащих сзади вы-
бранного колена, называется „подходящим". Так, при а — 20° М — 112,2 кгм
будет „подходящим" к пятому колену.
Средняя ордината кривой суммарного крутящего момента должна
удовлетворять уравнению:
= N>- (64)
Очевидно, что мгновенное значение момента, скручивающего вал винта,
с учетом механических потерь, будет:
Ме = >
(65)
где
7ИС—табличное значение суммарного крутящего момента;
тп7 —механический к. п. д., учитывающий все потери, включая привод нагнетателя.
ш
Для нахождения реакций на коренных шейках (при
того вала) обычно прини-
мают валза.разрезную балку
с разрезами по серединам
коренных шеек. Тогда для
симметричных колен реак-
ции опор
Z'-ф- и =
расчете коленча-
Для одной коренной
шейки суммарная реакция
от левого и правого колен
будет получена, как геоме-
трическая сумма сил реакций
от действующих в данное мгновение сил Z и Т в обоих
коленах (фиг. 28).
29
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При этом нет необходимости определять, какому углу поворота вала
соответствует данное мгновение; достаточно, чтобы была задана какая-
либо одна из действующих сил, так как найти одновременно действую-
щую силу в соседнем колене можно по табл. 12 и 13.
Так, если в случае 12-цилиндрового двигателя надо найти реакцию на VI
коренной шейке при Г6 — 674 л;г, то по табл. 12 /И6 = 53,5 кгм и по
табл. 13 ТИ5— — 41,3 кгм, т. е. по табл. 12 Г5 = —520 кг.
Одновременно по табл. 12 находим соответствующую этому значению
Т5 величину Z5 = — 722 кг и Z5 + С — —1952 кг.
ПРИМЕРЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
Задача 3
Динамический расчет рядного двигателя (Кертис-Конкверор).
Дано:
Ne = 600 л. с.; п — 2400 об/мин.; i = 12; 7 = 60°; диаметр цилиндра D = 130.17 мм;
ход поршня S = 158,74 мм; Vh = 25,711 л; е = 5,8; L = 254 мм; I = 192,8 мм; г = 61,25 мм
7z = 66°30'; /? = 79,37 мм; =
Вес комплекта поршня Опор = 1 >341 кг.
1 341
Масса поршня Л4пор = Q81 = 0,1368 кг • сек2/м.
Вес комплекта главного шатуна с пальцем прицепного шатуна Огл = 2,587 кг.
Фиг. 29. Индикаторная диаграмма.
Задача 4
Расстояние центра тяжести
от поршневой головки: у глав-
ного шатуна а = 204,1 мм; у при-
цепного = 89,4 мм.
При расчете можно пренебречь
особенностью кинематики прицеп-
ных шатунов, считая их централь-
ными: Мп = 0,192 кг • сек*]м;
Mi — 0,1798 кг • сек2(м.
Полагаем для всех пилинров
Мп = 0,192 кг • сек^м;
Л4вр = 0,2454 кг • сек2/м.
Силы инерции
С = — 0,2454 • 1010 = — 1230 кг;
Рин = — 0,192 • 5010 (cos а +
4- X cos2а) = 962 (cos a -J- X cos 2а)
Построив индикаторную диа-
грамму (фиг. 29), перестроив
ее по углу поворота, и приме-
няя формулы (58—61), получаем
табл. 11 и фиг. 19, 30, 31, 32.
На основании этих данных
составляются табл. 12 и 13 и стро-
ятся графики, представленные на
фиг. 23, 24 и 33.
Динамический расчет д е в я т и и и л и н д р ов о го звездообразного
двигателя (с углом между цилиндрами 7 = 40°).
Дано:
Ne = 520 л. с.; п = 2400 об/мин.; е = 5,5; X = у? ; D = 146 мм; S = 165 мм; вес поршня
Gnop = 2,00 кг; вес главного шатуна Ош = 5,43 кг; вес пальца прицепного шатуна Опц =
— 0,18 кг; вес прицепного шатуна Ое=0,92кг; длина главного шатуна £=295 мм. Расстояние
центра тяжести от поршневой головки с учетом пальцев прицепных шатунов а ==2&> мм.
Длина прицепного шатуна I — 227 мм. Расстояние центра тяжести от поршневой головки
= 127 мм.
В данном расчете также считаем шатуны центральными.
Определив силы газа, силы инерции и усилие, действующее на элементы шатунно-криво-
шипного механизма от одного цилиндра, в том же порядке, как в предыдущем примере,
можем приступать к суммированию сил Z и Т (см. табл. 14 и 15, согласно порядку работы:
1 „3-5-7—9—2—4-6—8— 1).
30
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 33. Диаграмма суммарного крутящего момента.
31
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица 11
а° Р Р~~ 1 Лин рс, N, 1 к1’ Z, т,
цил. кг]см- кг]см2 кг кг кг кг | кг кг кг
0 —1262 —1262 0 —1262 —1262 ! 0
20 —1134 -1134 — 122 —1143 — 1024 — 504
40 — 789 — 789 — 162 — 806 — 500 — 631
50 — 331 — 331 — 93 — 344 — 85 — 334
80 116 116 38 122 — 17 121
100 450 450 146 474 — 222 417
120 631 631 177 655 — 469 458
140 684 684 140 698 — 614 332
160 675 675 73 679 — 659 163
180 0,90 — 0,10 ~ 13 661 648 0 648 — 648 0
200 0,92 — 0,08 — 11 675 664 — 72 668 — 649 — 160
220 0,98 — 0,02 — 3 684 681 — 139 695 — 612 — 331
240 1,10 0,10 13 631 644 — 181 669 - 479 — 468
260 1,40 0,40 53 450 503 — 163 530 — 248 — 466
280 1,90 0,90 120 116 236 — 77 248 — 34 — 246
300 2,88 1,88 250 — 331 — 81 23 — 84 — 21 82
320 4,66 3,66 487 — 789 — 302 62 — 309 — 191 241
340 7,66 6,66 887 —1134 — 247 27 — 251 — 222 111
360 14,66 13,66 1787 —1262 525 0 525 525 0
380 37,00 36,00 4800 —1134 3666 393 3670 3310 1625
400 22,65 21,65 2883 — 789 2094 430 2138 1329 1675
420 14,26 13,26 1765 — 331 1434 403 1489 368 1445
440 9,84 8,84 1150 116 1266 412 1330 — 184 1318
460 7,44 6,44 857 450 1307 423 1375 — 644 1213
480 6,12 5,12 682 631 1313 369 1368 - 976 953
500 5,30 4,30 563 684 1247 256 1272 —1120 605
520 4,00 3,00 392 675 1067 115 1072 —1050 257
540 2,94 1,94 254 661 915 0 915 — 915 0
560 1,80 0,80 105 675 780 — 84 785 — 760 — 188
580 684 684 — 140 698 — 614 — 332
600 631 631 — 177 655 — 469 — 458
620 450 450 — 146 474 — 222 — 417
640 116 116 — 38 122 — 17 - 121
660 — 331 — 331 93 — 344 85 334
680 — 789 — 789 162 — 806 500 631
700 । —1134 —1134 122 —1143 1024 504
—
:32
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица 12
а° 1-го лев. ЦИЛ- ^лев. кг Znp кг кг Z + C кг Т л лев кг ^пр кг Т'с кг ^кр кгм
0 —1262 — 21 —1283 —2513 0 82 82 6,5
20 —1024 — 191 —1115 -2345 — 504 241 — 263 — 24,5
40 — 500 — 222 — 722 — 1952 — 631 111 — 520 — 41,3
60 — 85 525 440 - 790 — 334 0 — 334 — 26,5
80 — 17 3310 s 3293 2063 121 1625 1746 138,5
100 ‘ — 222 1329 1107 — 123 417 1675 2092 166,0
120 — 469 368 — 101 -1331 458 1445 1903 151,0
140 — 614 — 184 — 798 —2028 332 1318 1650 131,0
160 — 659 — 644 —1303 —2533 163 1213 1376 109,0
180 — 648 — 976 —1624 —2854 0 953 953 75,6
• 200 — 649 —1120 —1769 —2999 — 160 605 445 35,3
220 — 612 —1150 -1762 -2992 — 331 257 — 74 — 5,9
240 — 479 — 915 — 1394 —2624 — 468 0 — 468 — 37,2
260 — 248 — 760 — 1008 -2238 — 466 — 188 — 654 — 51,9
280 — 34 — 614 — 648 — 1878 — 246 — 332 — 578 — 45,9
300 — 21 — 469 — 490 -1720 82 - 458 — 376 — 29,8
320 — 191 — 222 - 413 — 1643 241 — 417 — 176 — 14,0
340 — 222 — 17 — 239 — 1469 111 — 121 — 10 — 7,9
360 525 — 85 440 — 790 0 334 334 26,5
380 3310 — 500 2810 1580 1625 661 2256 179,0
400 1329 —1024 305 — 925 1675 504 2179 173,0
420 368. —1262 — 894 —2124 1445 0 1445 144,8
440 — 184 —1024 —1208 —2438 1318 — 504 814 64,5
460 — 644 — 500 —1144 —2374 1213 — 631 582 46,2
480 — 976 — 85 — 1061 —1291 953 — 334 619 49,1
500 —1120 — 17 —1137 — 1367 605 121 726 57,6
520 —1150 — 222 —1372 —2602 257 417 674 53,5
540 — 915 — 469 — 1384 —2614 0 458 458 36,4
560 — 760 — 614 —1374 —2604 — 188 332 144 11,4
580 — 614 — 659 — 1273 —2503 — 332 163 — 169 — 13,4
600 — 469 — 648 —1117 —2347 — 458 0 — 458 — 36,4
620 — 222 — 649 — 871 2101 - 417 — 160 — 577 — 45,8
640 — 17 — 612 — 629 —1859 — 121 — 331 - 452 — 35,8
660 — 85 — 479 — 564 — 1794 334 — 468 — 134 — 10,6
680 — 500 — 248 — 748 — 1973 631 — 466 165 13,1
700 —1024 — 34 — 1058 —1288 504 — 246 258 20,5
ВВА—142—3
33
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица 13
<х° 1-го лев. цил. кгм м2 кгм МШ кгм Ms кгм М1У кгм м, кгм Mv кгм Af6 кгм MVI кгм м6 кгм MV1! кгм
0 6,5 — 37,2 — 30,7 49,1 18,4 151,0 169,4 — 36,4 133,0 26,5 159.5
20 — 24,5 — 51,9 — 76,4 57,6 — 18.8 131,0 112,2 — 45,8 66,4 179,0 245,4
40 — 41,3 — 45,9 — 87,2 53,5 — 33,7 109,0 75,3 — 35,8 39,5 173,0 212,5
60 — 26 5 — 29,8 — 56,3 36,4. — 19,9 75,6 55,7 — 10,6 45,1 114,8 159,9
80 138 5 — 14,0 124,5 Н,4 135,9 35,3 171.2 13,1 184,3 64,5 248,8
100 166,0 — 7,9 158,1 -13,4 144,7 — 5,9 138,8 20,5 159,3 46,2 205,5
120 151,0 26,5 177,5 — 36,4 141,1 — 37,2 103,9 6,5 110,4 49,1 1595
140 131.0 179,0 310,0 — 45,8 264,2 — 51,9 212,3 — 24.5 187,8 57,6 245,4
160 109,0 173,0 282,0 — 35,8 246,2 — 45,9 200,3 — 41,3 159,0 53,5 212,5
180 75.6 114,8 190,4 — 10,6 179,8 — 29,8 150,0 , — 26,5 123,5 36,4 159,9
200 35,3 64.5 99,8 13,1 112,9 — 14,0 98,9 138,5 237.4 11,4 248.8
220 — 5.9 46,2 40,3 20,5 60,8 — 7,9 52,9 166,0 218,9 — 13,4 205,5
240 — 37,2 49,1 11,9 6,5 18,4 26,5 44,9 151,0 195,9 — 36,4 159,5
Таблица 14
а° 1-го цил. Л Л т3 Л т5 тв Л ; Гз Тв ST ST/?
0 0 323 — 125 — 610 — 225 250 1210 125 1700 2648 218
20! — 625 140 500 — 510 — 450 0 850 510 1610 2035 168
40 — 850 0 850 — 125 — 610 — 250 413 610 1570 1608 133
60 — 500 1580 625 184 — 510 — 450 0 450 1480 2856 244
80 + 125 1700 0 323 — 125 — 610 — 225 250 1210 2648 218
100 510 1610 — 625 140 500 — 510 — 450 0 850 2035 168
120 610 1570 — 850 0 850 — 125 — 610 — 250 413 1608 133
140 450 1480 — 500 1580 625 184 — 510 — 450 0 285 244
160 250 1210 125 1700 0 323 — 125 — 610 — 225 2648 218
180 0 850 510 1610 — 625 140 + 500 — 510 — 450 2035 168
240 — 610 — 225 250 1210 125 1700 0 323 — 125 2648 218
320 323 — 125 — 610 — 225 250 1210 125 1700 0 2648 218
400 1700 0 323 — 125 — 610 — 225 250 1210 125 2648 218
480 1210 125 1700 0 323 — 125 610 — 225 250 2648 218
560 — 225 250 1210 125 1700 0 323 — 125 — 610 2648 218
640 — 125 — 610 — '225 250 1210 125 1700 0 323 2648. 218
Таблица 15
а° 1-го цил. Z2 z3 z* z5 z6 Z7 z8 z9 9 sz 1
0 — 1650 — 300 — 25 — 565 — 900 — 925 —1150 - 25 2000 — 3540
20 —1270 — 275 — 150 — 264 — 910 — 950 —1490 — 275 400 — 5184
40 — 720 1000 — 720 — 40 — 575 — 925 —1490 — 575 — 205 — 4250
60 — 150 3630 —1270 — 330 — 275 — 850 —ИЗО — 820 — 860 — 2355
80 — 25 2000 —1650 — 300 — 25 — 565 — 900 — 925 -1150 — 3540
100 — 275 400 —1270 — 275 — 150 — 264 — 910 — 950 —1490 — 5184
120 — 575 — 205 — 720 1000 — 720 — 40 — 575 — 925 -1490 — 4250
140 — 820 — 860 — 150 3600 — 1270 — 630 — 275 — 800 —1130 — 2355
160 — 925 —1150 — 25 2000 — 1650 — 300 — 25 — 565 — 950 — 3540
180 95 1490 — 275 400 —1270 — 275 — 150 — 264 — 910 — 5184
34
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Задача 5
Динамический расчет 14-ци л индровой двухрядной звезды.
Дано:
Ne = 800 л. с. Остальные данные те же, что в задаче 4.
Подсчитав все силы от одного цилиндра и построив кривые сил по а, можно присту-
пить к графическому суммированию сил Z й Т для одной звезды, как показано на фиг. 34
и 35; результаты подсчета сводятся в таблицу для принятых интервалов. Для второй
звезды суммарные силы Z и Т будут такие же, что и для первой, но будут смещены по
360°
углу поворота коленчатого вала на -у- = 513/7°.
§ 10. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ХОДА
Выше было показано, что изменение суммарного крутящего момента
на носке вала может быть представлено в виде периодической кривой.
Вид этих кривых и число периодов зависят от числа цилиндров, их рас-
положения и закона движения поршней в разных цилиндрах (фиг. 37).
Л4
Отношение — = К называется степенью неравномерности крутящего
^Ср
момента. По данным, приведенным в книге Энгля „Engine Dynamics", ве-
личина К для двигателей без прицепных шатунов меняется в пределах,
приведенных в табл. 16.
Таблица 16
Значения коэфициента неравномерности крутящего момента
Число цилиндров и их расположение
цилиндр..............................
цилиндра, противоположное............
цилиндра, звездообразное.............
цилиндра, в ряд......................
цилиндров, звездообразное............
цилиндров, в ряд...................
цилиндров, звездообразное............
цилиндров, V-образное, 90°...........
цилиндров, V-образное, 75°...........
цилиндров, звездообразное........ .
цилиндров, двойное звездообразное . . .
К
7.7
5,2
2,74
2,94
1,64
1,17
1,45
1,4
1,42
1,22
1,12
1,13
1,23
1,06
1,03
7Z0 а
Фиг. 34. Суммирование сил Т на колене семи-
цилиндрового звездообразного двигателя.
1
2
3
4
5
6
7
8
8
9
10
12 цилиндров, V-образное, 60° . . .
12 цилиндров, V-образное, 45° ....
14 цилиндров, двойное звездообразное
18 цилиндров, W-образное, 40° . . .
Приведенная в табл. 16 величина коэфициента К получается при усло-
вии полного равенства газовых и инерционных сил во всех цилиндрах. При
несоблюдении этого усло-
вия вид кривых крутящего
момента изменится, как по-
казано на диаграмме (фиг.
38), полученной путем рас-
чета. Одновременно изме-
нится и коэфициент нерав-
номерности крутящего мо-
мента.
Можно считать, что при
наличии прицепных шатунов
величина К возрастает на
10—15% по сравнению с
предыдущими данными.
Для суждения о том,
как повлияет неравномер-
ность крутящего момента на
угловую скорость вала, об-
ратимся к диаграмме, пока-
занной на фиг. 39. Если
предположить, что момент
сопротивления на валу остается по времени
35
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 37. Диаграммы суммарного
крутящего момента для разных
двигателей.
марной силы Т при выпадении из за;
жигания одного цилиндра.
36
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
постоянным, что, как увидим далее, очень близко к истине, то работа
избыточного момента ДЛ4 на участке da вызовет увеличение кинетической
энергий винта и шатунно-кривошипного механизма.
Отсюда возрастание скорости можно найти по уравнению живых сил:
AMfa=d(£-), (66)
здесь J—приведенный момент инерции коленчатого вала с винтом или
маховиком.
Для всего участка от А до В имеем:
? ш2 _ 2
J Mfda = Q = J -^2 mln . (67)
А
Представляя правую часть этого выражения в виде произведения суммы
на разность и помня, что
имеем, помножая и деля правую часть уравнения (67) на <оср:
<0 — (П . t
Q = J 0)2р = §/0)2. (68)
^ср
Величина
— «1 .
g __ max min
носит название коэфициента
Этот коэфициент показывает,
вращения вала составляет разность
между наибольшей и наименьшей
мгновенными угловыми скоро-
стями. Вычислить эту величину
можно, если задана кривая крутя-
щего момента, т. е. известна пло-
щадь, эквивалентная работе. Q, и
известен приведенный момент инер-
ции J вала с винтом.
Для авиационных двигателей,
вследствие больших значений J
(наличие винта) и <оСр, величина о
очень мала, а именно — от 0,001 до
0,002 на режимах номинальной
мощности. При снижении числа,
оборотов дросселированием она
возрастает, так как величина Q
падает медленнее, чем <о*р.
Необходимо отметить, что м.а-
ср
(69)
неравномерностй хода.
какую часть от средней угловой скорости
о
ксимальные и минимальные значе-
ния угловой скорости и крутящего момента не совпадают по времени.; Это
объясняется тем, что, например (фиг. 39), на участке от с до В момент
хотя и уменьшается, но все время остается больше момента сопротивлений,
и поэтому движение идет ускоренно с уменьшающимся, но положительным
ускорением.
Величину углового ускорения можно найти из уравнения (66), представ-
ленного в следующем виде:
&Mda-^- == Jud®,
(70)
откуда
dm___ AM
dt j ’
(71)
37
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
(71')
зна-
мас-
т. е. угловое ускорение пропорционально избыточному моменту и, следо-
вательно, может быть представлено кривой момента в соответствующем
масштабе (фиг. 39, справа).
По этому же уравнению, составленному в конечных разностях,
можно построить кривую изменения угловой скорости <о, откладывая
чения Д<» от произвольной постоянной ординаты С в произвольном
штабе (фиг. 39, внизу). Средняя линия, проведенная так, чтобы площади
и Q2 были равновеликими, соответствует юср, величина которой известна.
Ведя отсчет вверх и вниз от этой линии в масштабе, выбранном для Дю,
можно определить скорость ю в любое мгновение (фиг. 39 внизу, справа).
При наличии двигателя с редуктором величина 8 может вычисляться
либо по действительной величине момента инерции винта J его угловой
скорости (о, либо по приведенному моменту инерции
Jo
и угловой скорости коленчатого вала юк. в.
В обоих случаях величина 3 останется без изменения. Действительно,
ш2
О = J ю2 • 8 = А/ <о2 3. (72)
Покажем теперь, что момент сопротивлений можно считать постоянным.
Так как для работы с винтом Л4В = Сю2, то, составляя по аналогии с
вёличиной 3 выражение для степени неравномерности внешнего сопротивле-
ния, получим:
л max mjn _ 03max 40min
^в ср
ИЛИ
__ <£>rnax . <Uniax ' ^min
~ <оср
= 28; (74)
максимальным и минимальным мо-
при 8 = 0,001 ч- 0,002 разность между
ментами сопротивлений составляет около 0,002 — 0,004
от среднего, так что практически
/Ив const.
В транспортных и стационарных двигателях вели-
чина 3, служащая для выбора момента инерции махо-
вика, лежит в пределах 0,04 ч-0,005.
Во время работы двигателя вал винта скручивается
моментом
м«Р=м+л~ = Мч;.
В силу закона равенства действия и противодействия
двигатель, передающий через свои детали этот момент,
сам подвержен действию равной и прямопротивопо-
ложной пары Мr. Если бы вал был жестко связан с кар-
тером при помощи тормоза, то моменты 7HCKp и Mr по-
гасились бы, и силы, нагружающие детали двигателя,
никак не отразились бы на подмоторной раме.
Но так как /ИСкР погашается сопротивлением воздуха и инерцией винта,
то-оставшийся неуравновешенным момент Mr стремится опрокинуть дви-
гатель в направлении, противоположном вращению винта и, следовательно,
нагружает подмоторную раму (фиг. 39а).
Фиг. 39а. Возникно-
вение опрокидываю-
щего момента.
(75)
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таким образом на опорах возникает пара сил реакции
— /Искр,
(76)
которая меняется по такому же закону, как и
/Искр — /Ис •
Замеряя среднее значение опрокидывающего момента, можно опреде-
лить эффективную мощность двигателя:
Л7 — _ ^в^в 4 г
1 е ~ 716,2 “ 716,2 л'
где
/7В—скорость вращения винта об/мин.;
М ==(/?•«) ср — момент сил сопротивления воздуха в кгм.
Это измерение /Ив производится на балансирном станке. Рама балан-
сирного станка, таким образом, нагружена периодически меняющимся
моментом, закон изменения которого представлен, например, на фиг. 36, 37
и др. Однако в силу инерции механизм для измерения момента показывает
лишь среднюю величину 7ИВ.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ГЛАВА II
УРАВНОВЕШИВАНИЕ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
§ 11. ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ ОБ УРАВНОВЕШЕННОСТИ
Во время работы двигателя на него действуют: сила его веса G, реак-
ция отходящих газов Рг, момент пары полезного сопротивления /Икр,
давление газов в цилиндре Рг, силы трения между движущимися частями,
сила тяги винта Рт, центробежные силы инерции вращающихся масс
двигателя Рвр и силы инерции поступательно движущихся масс двига-
теля Рин.
Эта система сил вызывает переменную по величине и направлению
нагрузку фундаментной рамы.
При легкой конструкции рамы, как это имеет место в авиации, эта
переменная нагрузка, достигающая нередко очень большой величины,
может служить источником вибраций всего самолета и причиной поломки
его деталей.
Задача теории уравновешивания заключается в определении этих уси-
лий для различных конструктивных схем двигателя и в изыскании средств,
которые могут уменьшить или сделать постоянной по величине и направ-
лению силу, действующую на фундаментную раму.
Двигатель называется уравновешенным, если при установившемся ре-
жиме работы его опора испытывает некоторое постоянное по величине
и направлению усилие. Поэтому при исследовании уравновешенности дви-
гателя достаточно рассматривать только переменные силы, постоянные же
силы (вес двигателя и сила тяги винта) на уравновешенность двигателя
не влияют.
Реакция отходящих газов в авиационных двигателях является величи-
ной незначительной, поэтому ее во внимание не принимают.
Точно также не принимается во внимание переменное действие на
опоры момента сопротивления вследствие большой равномерности крутя-
щего момента в многоцилиндровых двигателях.
Силы давления газов в цилиндре и силы трения уравновешиваются
внутри двигателя и на фундамент не передаются. Действительно, давле-
ние газов на поршень равно и противоположно их давлению на дно ци-
линдра, сила трения поршня о цилиндр равна и противоположна силе
трения цилиндра о поршень. В таком случае сумма проекций этих сил
на любую ось и сумма моментов их относительно любой оси должны
быть равны нулю. Таким образом силы газов и силы трения на
уравновешенность двигателя не влияют.
Из предыдущего вытекает, что причиной неуравновешенности двига-
теля могут быть лишь силы инерции его поступательно- и вращательно-
движущихся частей. Эти силы пропорциональны квадрату числа оборотов
и достигают значительной величины.
Для достижения уравновешенности двигателя необходимо путем кон-
структивных мероприятий привести силы инерции поступательно- и вра-
40
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
щательно-движущихся масс к равнодействующим силам и моментам, по-
стоянным по величине и направлению или, в частном случае, равным
нулю.
Общий прием исследования уравновешенности заключается в опреде-
лении суммы проекции всех сил инерции на оси координат и суммы их
моментов относительно тех же осей.
§ 12. УРАВНОВЕШИВАНИЕ ВРАЩАТЕЛЬНО-ДВИЖУЩИХСЯ МАСС
В двигателе уравновешивание вращательно-движущихся масс ставится
в связи с уравновешиванием центробежных сил инерции эксцентрично
расположенных вращающихся масс кривошипов коленчатого вала.
Обычно в этом случае различают уравновешивание статическое
и динамическое.
Фиг. 40. Статически неуравно- Фиг. 41. Динамически неуравновешенная
вешенная система. система.
Статически уравновешенной называется система, центр тяже-
сти которой лежит на оси вращения. Например, если центр тяжести S
массы т (фиг. 40) находится на расстоянии е от оси вращения О, то при
вращении этой массы с угловой скоростью со возникает центробежная сила
Рц = те<о2, (77)
которая будет изгибать вал и передаваться на опоры.
Однако статическое уравновешивание еще не исключает возможности
возникновения сил на опорах при вращении, и вращающиеся массы должны
быть уравновешены также и динамически. Это значит, что их ось вра-
щения должна быть свободной осью.
Допустим, что на вал у—у (фиг. 41) помещены две одинаковых массы
т на равных расстояниях р от оси вращения у—у и лежащих в одной
плоскости. При этом центр тяжести системы лежит на оси вращения,
т. е. система статически уравновешена. Но при вращении вала от центро-
бежных сил Рц, Рин возникает пара с моментом
7И0 = игрока, (78)
которая вызовет добавочные усилия на опоры
= = три2 (79)
В коленчатых валах приходится уравновешивать вращающиеся части г
центр тяжести которых находится на большом расстоянии от оси враще-
ния. Для этого прибегают к устройству противовесов (фиг. 42).
Если М (фиг. 42, б) — суммарная масса колена (фиг. 42, а) и вращательных
частей шатуна, отнесенная к радиусу Р; и т<>— массы противовесов,
помещенных на радиусах рх и р2, то для уравновешивания необходимо
соблюсти следующие условия.
41
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Первое условие — статическая уравновешенность:
Л4/?СО2 -|- /«iPito2 4“ ^2?2°>2 = О,
или
MR 4- т$г 4- /и2р2 = 0.
(80)
Второе условие — равенство нулю суммы моментов всех сил относи-
тельно любой плоскости. Возьмем за эту плоскость — плоскость вращения
Фиг. 42.
тробежная
массы М. Тогда
+ m2p2<o2£> = О
или
т1Р1а + т2?2& = 0. (80х)
Условия (80) и (80х) можно
сформулировать иначе: равно-
действующая центробежных
сил от противовесов и цен-
сила от колена и вращательных частей шатуна должны быть
равны и направлены прямо противоположно друг другу.
Выбор мест постановки противовесов, их величина, форма и величины
Pi и р2 определяются кон-
структивными соображе-
ниями.
Обычно при помощи
противовесов уравновеши-
ваются коленчатые валы,
Фиг. 43. Схема расположения противовесов у одноколей-
ных и двухколенных валов.
имеющие одно или два ко-
лена.
Фиг. 43 показывает схе-
мы расположения противовесов у одноколенных и двухколенных валов.
При этом в случаях бив противовесы подбираются и размещаются так,
чтобы их центробежные силы инерции создавали пару сил, равную и про-
тивоположную паре, действующей в плоскости кривошипов вала от его
колен.
Коленчатые валы
рядных многоцилин-
дровых двигателей
стремятся строить
так, чтобы они были
уравновешены без
противовесов. Это
возможно при усло-
вии, если углы ме-
жду коленами
4к
(здесь i — число ко-
лен) и если колен-
чатый вал имеет пло-
скость симметрии,
перпендикулярную оси вала, так что одна половина вала является зер-
кальным отражением другой.
Такими выполняются коленчатые валы четырех- и шестицилиндровых
рядных четырехтактных двигателей (фиг. 44, а, б).
Так как по размерам все колена выполняются обычно одинаковыми,
то геометрическая сумма центробежных сил инерции для случаев, пока-
42
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
занных на. фиг. 44, будет равна нулю. Моменты этих сил относительно
любой оси тоже равны нулю.
В более сложных случаях (нечетное число колен, неодинаковые массы,
несимметричное расположение колен и т. д.) при сложении центробежных сил
инерции получается равнодействующая неуравновешенная сила и пара сил,
которые всегда могут быть уравновешены противовесами.
Итак, коленчатые валы или полностью уравновешены сами собой или
легко уравновешиваются при помощи противовесов.
§ 13. НЕУРАВНОВЕШЕННЫЕ СИЛЫ ИНЕРЦИИ ПОСТУПАТЕЛЬНО-ДВИЖУЩИХСЯ
МАСС. ПРИЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ УРАВНОВЕШЕННОСТИ ДВИГАТЕЛЯ
Главная задача уравновешивания двигателя заключается в уравнове-
шивании сил инерции поступательно-движущихся масс, которые, как по-
казано в § 5, направлены по оси каждого цилиндра и в двигателях с
центральными шатунами выражаются уравнением в виде ряда Фурье
Рнн = Мп AM (cos а -}- 4р2 cos 2а — 16р4 cos 4а -f- 36pe cos 6а — ... -J-) =
= C<!>cosa -J- C(2)cos2a + СЮ cos 4а -|- C<6>cos6a + ..., (47)
или более сокращенно:
Рн„ = рт + р(2) ц- рю + /ЗД_|_ ... = £Р(*> = £C<*> cos ka, (47')
1 1
где Р<2> и т. д. называются силами инерции 1-го, 2-го и т. д. поряд-
ков, причем
P(i) = CU)cosa = Мп /?<о2 cos a,
Р(2) = О2) cos 2a = 7ИП cos 2a,
p(4) = C(4) cos 4a _ Д4п pto2i6p4 cos 4a,
и т. д.
В многоцилиндровых двигателях, обычно имеющих поперечную плос-
кость симметрии, силы инерции 1-го, 2-го и даже 4-го порядков уравно-
вешиваются сами по себе. Поэтому при заключении о степени уравновешен-
ности двигателя обычно называют низший порядок неуравновешенной в нем
силы.
При определении этих сил применяются аналитические, графические
или графо-аналитические методы. При аналитическом исследова-
нии определяют сумму проекций на оси координат сил инерций поступа-
тельно-движущихся частей всех цилиндров и сумму моментов этих сил
относительно тех же осей.
Ряд вопросов уравновешивания может быть разрешен графическими
методами, из которых мы рассмотрим метод Келыпа и метод Тэйлора.
По методу Келыпа сила инерции поступательно-движущихся частей
рассматривается как проекция на ось цилиндра вектора, равного по вели-
чине амплитуде силы инерции соответствующего порядка. Этот вектор вра-
щается с угловой скоростью коленчатого вала или в 2, 4 и т. д. раз быст-
рее, сообразно с порядком силы инерции. Проекция этого вектора на на-
правление, перпендикулярное оси цилиндра, исключается из рассмотрения.
Действительно, изображая амплитуду силы инерции первого порядка
вектором СХ1), направленным по кривошипу (фиг. 45), получим, что его
проекция на ось цилиндра численно равна силе инерции 1-го порядка при
любом положении кривошипа:
C(Dcosa = /W
Если вектор амплитуды сил инерции 2-го порядка расположить под
углом 2a к оси цилиндра (фиг. 46), то проекция его на ось цилиндра
будет численно равна силе инерции 2-го порядка:
C<2)cos2a = H2).
43
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В этом случае иногда говорят, что вектор С(2> направлен „по фиктивному
кривошипу 2-го порядка", который вращается вдвое быстре'е кривошипа
коленчатого вала. Заметим, что кривошипа 2-го порядка в машине нет —
Фиг. 45. Изображение
силы инерции 1-го по-
рядка по Кельшу.
Фиг. 46. Изображение силы
инерции 2-го порядка по
Кельшу.
Фиг. 47. Изображение силы
инерции 1-го порядка по
Тэйлору,
это воображаемая линия,—так же, как нет сил и С(2), направлен-
ных по кривошипам, а есть силы О1) cos а = РП) и С(2) cos 2а = Р<2>, дейст-
Фиг. 48. Изображение силы
инерции 2-го порядка по
Тэйлору.
Такая замена для сил
вующие по оси цилиндра.
Таким образом построения Кельша не отве-
чают действительной физической картине, а
являются лишь искусственными приемами для
графического определения сил инерции. Вместе
с тем метод Кельша позволяет сильно упростить
исследование, в особенности многоцилиндровых
двигателей, так как в этом случае вместо пере-
менных по величине сил инерции поступательно-
движущихся частей можно рассматривать векторы
постоянных по величине амплитуд, направлен-
ных по кривошипам.
Метод Тэйлора (в отличие от метода Кельша)
заключается в том, что сила инерции представ-
ляется в виде проекции двух векторов, по вели-
чине равных половине амплитуды силы инерции,
вращающихся с одинаковой угловой скоростью
в разные стороны. Скорость вращения для сил
инерции 1-го порядка равна скорости вращения
вала; для сил инерции 2-го порядка скорость
вращения вдвое больше и т. д.
инерции 1-го порядка двумя векторами уС(1>
и показана на фиг. 47, из которой видно, что проекция векторов
лл
на ось цилиндров будет равна
С(1) cos а 4- cos (— а) = C(1) COS а = Р(1),
Л А
т. е. равна силе инерции 1-го порядка, а проекции на ось, перпендикулярную
к оси цилиндра, взаимно уничтожаются.
44
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При рассмотрении этим способом сил инерции 2-го порядка следует
лишь векторы и расположить под углами ± 2а (фиг. 48).
В геометрической сумме эти векторы дадут вектор С(2> cos 2а — Л*2), т. е.
силу инерции 2-го порядка, а проекции этих векторов на ось х также
взаимно уничтожаются.
§ 14. УРАВНОВЕШИВАНИЕ ОДНОЦИЛИНДРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
Одноцилиндровые двигатели встречаются очень часто в качестве ста-
ционарных, мотоциклетных, опытных и т. д.
Силы инерции, действующие в шатунно-кривошипном механизме, могут
быть сведены к схеме, изображенной на фиг. 49.
Здесь
(81)
— центробежная сила, инерции
в р а щ а т е л ьно-д в и ж у щи х ся масс.
Pj = 7Ип7?(о2 (cos a -j- X cos 2а) =
= С*1) cos а 4- С<2) cos 2а (82)
—сила инерции посту пате ль но-дви-
жущихся масс, ограниченная гармони-
ками до 2-го порядка.
Сила Рвр действует по направлению кри-
вошипа. Для ее уравновешивания достаточно
на продолжении щек колена поставить два
противовеса общей массой т0 на расстоянии
Р от оси вала, так, чтобы
Л4вр^2 = Л77оро>2
Фиг. 49. Схема инерционных сил
шатунно - кривошипного меха-
низма.
или
= тоР-
(83)
Сила Рр переменная по величине, действует по оси цилиндра и будет
передаваться на фундамент двигателя. Подставляя в уравнение (82) раз-
личные значения угла а и откладывая в масштабе значения Рр от какой-
либо начальной точки О, получим векторную диаграмму. Эта диаграмма
(Г
Фиг. 50. Векторные диаграммы неуравновешенных сил инерции поступательно-
движущихся масс одноцилиндрового двигателя.
а—диаграмма сил инерции 1-го порядка при отсутствии противовеса; б-—суммарная диаграмма
сил инерции 1-го и 2-го порядков при отсутствии противовесов; в—диаграмма сил инерции 1-го
порядка при условии Мп R = глр; г—суммарная диаграмма сил инерции 1-го и 2-го порядков.
(фиг. 50) показывает величину и направление силы, действующей на фун-
дамент при различных положениях кривошипа, отмеченных на концах
соответствующих векторов. На фиг. 50, а показана векторная диаграмма
изменения только сил инерции 1-го порядка; на фиг. 50, б диаграмма
суммарной силы инерции 1-го и 2-го порядков. Эти силы лишь частично
могут быть уравновешены противовесами методом, разобранным в § 12.
45
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Рассмотрим вначале уравновешивание силы инерции 1-го порядка, т. е.
ра) = СО) cos а. Для полного уравновешивания действующей вдоль оси
цилиндра силы инерции 1-го порядка масса противовеса т и радиус р
должны удовлетворять ус-
ловию
трсь2 — /Ип/?(о2;
тогда *
рП) — 7ИпР«>2 cos а —
— tfzp<o2cos а = 0;
F™ ~ — tfzpco2sin а.
Таким образом вместо
силы инерции 1-го порядка,
действовавшей в вертикаль-
ном направлении по оси ци-
линдра, получим силу инер-
ции, действующую уже в
горизонтальном направле-
нии и по величине равную
силе инерции 1-го порядка.
При а — 0 эта сила равна
нулю, при а == 90° она равна
MnR»2.
Фиг. 51. Суммарная векторная диаграмма неуравнове-
шенных сил инерции одноцилиндрового двигателя в случае
mp = »/sAfn’K.
Векторная диаграмма си-
лы инерции 1-го порядка для данного случая дана на фиг. 50, в. Если учесть
оставшиеся неуравновешенными силы инерции 2-го порядка (Р<2>), то диа-
грамма (фиг. 50, в) в результате геометрического сложения этих сил при-
мет вид, показанный на фиг. 50, г.
Если выбрать противовес из условия уравновешивания половины силы
инерции l-ro порядка, т. е.
тр<о2 =-~Л4п/?<а2, (84)
то, составляя сумму проекции сил на оси, получим:
= — три2 cos л Л4п/?о)2 cos а = ™ М /?<o2’cos а; I
(35)
Л*1) = 2" Sin а.
Таким образом результирующая сила в этом случае может быть изоб-
ражена вектором-2-7l4nP<b2 =-2~ С(1) постоянным по величине и, как видно
по знакам в уравнениях (85), вращающимся обратно кривошипу с той же
угловой скоростью <0.
В промышленных одноцилиндровых двигателях эта сила и силы инер-
ции 2-го порядка остаются неуравновешенными. Векторная диаграмма не-
уравновешенных сил инерции для этого случая представлена на фиг. 51.
Метод ее построения следующий.
Вычерчивается диаграмма неуравновешенных сил инерции первого по-
рядка, т. е. окружность радиусом, пропорциональным величине неуравно-
вешенного вектора 4-С^1). Затем эта окружность делится на равное число
* Проекцию сил на оси координат будем обозначать буквой Р; индексом будет обоз-
начаться ось, на которой берется проекция силы.
46
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 52. Полное уравновешивание сил инерции по-
ступательно-движущихся масс по методу Лан честера.
частей, например на 12. Вектор вращаясь, будет попеременно прохо-
дить каждую из этих точек. Если в каждой из них к вектору С(1) приложить
неуравновешенную силу Р(2) и сложить их геометрически, то получится
диаграмма суммарных неуравновешенных сил, показанная на фиг. 51.
Полного уравновешивания силы инерции поступательно-движущихся
частей можно достичь лишь
при помощи двух противо-
весов, вращающихся в про-
тивоположные стороны.
Этот способ уравновешива-
ния обосновывается мето-
дом Тэйлора и впервые
был применен Ланчестером.
Рассмотрим сначала урав-
новешивание силы инерции
1-го порядка. Вектор OOcosa,
действующий по оси ци-
линдра, можно представить
в виде геометрической сум-
мы двух векторов: *С(1) и
-у С(1 \ равных по величине и
вращающихся в разные сто-
роны с угловой скоростью
коленчатого вала (фиг. 52, а).
Для полного уравновешивания двигателя достаточно уравновесить проти-
вовесами эти два вектора. Радиус р и масса т каждого из этих противо-
весов должны удовлетворять условию
тр MnR.
Эти противовесы должны вращаться в разные стороны с угловой ско-
ростью коленчатого вала. Схема такого уравновешивания представлена,
на фиг. 52, б.
Фиг. 53. Схема одноцилиндрового двигателя с уравновешенными силами
инерции поступательно-движущихся масс 1-го и 2-го порядков.
В случае сил инерции 2-го порядка векторы ~С{2} и-^-С(2) будут вра-
щаться с двойной угловой скоростью: первый —в сторону вращения
47
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
кривошипа, а второй —в обратную. Эти векторы также можно уравно-
весить двумя противовесами.
На фиг. 53 показана схема механизма одноцилиндрового двигателя,
в которой силы инерции 1-го и 2-го порядков полностью уравновешены.
Передача вращения противовесам здесь осуществлена при помощи шесте-
рен. Противовесы А уравновешивают силы инерции 1-го порядка, а проти-
вовесы Б уравновешивают силы инерции 2-го порядка.
§ 15. УРАВНОВЕШИВАНИЕ МНОГОЦИЛИНДРОВЫХ ОДНОРЯДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В каждом отдельном цилиндре рядного двигателя действует сила инер-
ции поступательно-движущихся в нем масс. При суммировании эти силы
могут взаимно уравновешиваться.
При симметричном, относительно средней плоскости, расположении
цилиндров, симметричном коленчатом вале и при равных поступательно-
движущихся массах двигатель оказывается уравновешенным не только в
отношении сил инерции, но и моментов от сил инерции. Порядок остав-
шихся неуравновешенных сил инерции зависит от числа колен.
Исследование уравновешенности однорядных двигателей можно вести
или аналитически, или графо-аналитически.
При аналитическом исследовании уравновешенности необхо-
димо придерживаться постоянной системы отсчетов и правил знаков. В
дальнейших выводах приняты следующие правила.
Так как все оси цилиндров лежат в одной плоскости, то начало отсчета
углов поворота каждого отдельного колена вала является общим от плос-
кости осей.
Положительное направление отсчета углов для всех цилиндров прини-
мается одинаковым, а именно в сторону вращения вала.
Силы инерции считаются положительными, если, они направлены от
вала к головке цилиндра. Однако при составлении выражений для суммы
проекций в общем виде все силы принимаются положительными незави-
симо от направления на чертеже, так как в дальнейшем знак силы опре-
делится знаком тригонометрической функции.
Начало координат удобнее помещать в плоскости симметрии.
При аналитическом рассмотрении уравновешенности мы ограничимся
лишь рассмотрением сил инерции до 2-го порядка.
Уравновешенность сил инерции высших порядков будет исследована
по методу Келыпа.
В однорядном двигателе с одинаковыми поршнями, шатунами и коле-
нами вала силы инерции во всех цилиндрах взаимно параллельны и равны.
Поэтому их составляющая для всего двигателя может быть представлена
в виде алгебраической суммы
n=i ni tv=i n—i
рии= S РЛ= S C" cos % + 2с» cos 2a-+S c" cos 4«„ • • • =
n— 1 n— 1 /г 1 n= 1
hni
(86)
n=l
где
z — число цилиндров;
k — порядок силы;
n — порядковый номер цилиндра;
остальные обозначения—те же, что в формуле (47).
§ 16. УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВУХЦИЛИНДРОВОГО РЯДНОГО ДВИГАТЕЛЯ С УГЛОМ
МЕЖДУ КОЛЕНАМИ ВАЛА 180°
Согласно схеме, изображенной на фиг. 54, силы инерции поступательно-
движущихся масс в каждом из цилиндров:
48
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Рд — С(1) cos а 4- cos 2а,
PJ2 = С(2° cos (а + 180°) + С(22) cos 2 (а + 180°),
Вследствие тождественности кривошипов и равенства поступательно
движущихся масс в цилиндрах имеем:
С?) = = С(1) и С(2) = С?> = С(2).
Составим выражение проекций этих сил на оси координат*:
рО)=р(2) = 0;
/**>= р<2) = 0.
(87)
С(,) [cos а + cos (а + 180°)] = 0 ;
= С(2) [cos 2а 4- cos 2 (а 4- 180°)] = 2С(2) cos 2а.
Таким образом силы инерции 1-го порядка уравновешиваются, а 2-го —
остаются неуравновешенными.
Фиг. 54. К уравновешиванию двухцилиндрового рядного двигателя.
Возьмем сумму моментов этих сил относительно тех же осей, принимая,
что ось у, направленная вправо от плоскости zx, будет отрицательной;
получим:
Му} = Л1у2) = 0, так как силы перпендикулярны оси;
= 0, „ „ „ параллельны оси;
=C(])a[cosa—cos(a 4-180°)] = 2C(1)acosa;
^(2) = С(2) а [cos 2a _ cos 2 (a + j 80оу| = 0
Вектор этой неуравновешенной пары всегда направлен по оси х.
Таким образом, на фундаментную раму будет действовать неуравно-
вешенная сила инерции 2-го порядка
Р<2> = 2C(2,cos 2a = 2М„ cos 2a, (88')
равная удвоенной силе инерции одного цилиндра и действующая по оси z.
♦ Здесь, как и везде дальше, символами Р^\ Р^\ обозначены сум-
мы проекций всех сил инерции к-го порядка на соответствующие оси координат и суммы
моментов этих сил относительно тех же осей.
BBA—142—4.
49
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для ее уравновешивания следовало бы поставить два противовеса, вращаю-
щихся в разные стороны с двойной угловой скоростью в плоскости zx.
Кроме этого, имеется неуравновешенная пара от сил инерции 1-го
порядка
= 2С(1) a cos а = 2MnR^2a cos а. (89)
Векторные диаграммы этих величин даются на фиг. 55.
Применим способ Келыпа.
Силу инерции любого порядка по Кельшу можно представить в виде
проекции на плоскости zy фиктивного вектора (где & —порядок сил
инерции, а п — номер цилиндра), направ-
р(2)
><х2~45°
’аг90°
М(’>
< ...«о...... >—
180° 90° oc2=0f
ленного от оси вала по физическому
или фиктивному кривошипу каждого ци-
линдра.
Для сил инерции 1-го порядка это
соответствует фиг. 56,а, где вдоль каж-
дого кривошипа направлены векторы
С?) и С(2У, одинаковые по величине.
Очевидно, что при любом положении
Фиг. 55. Векторные диаграммы неурав-
новешенных сил и моментов двухци-
линдрового двигателя.
коленчатого вала они взаимно уравно-
вешиваются и образуют постоянную
пару величиной 2С(1) а. Эта пара лежит
в плоскости колен и может быть изоб-
ражена вектором 7И(1). Проекция этого вектора на плоскость xz дает
значение действительной неуравновешенной пары сил инерции 1-го
порядка
7И(1) cos а = С(1)2я cos а—
“ 2MJ№a cos а.
Для сил инерции 2-го
порядка векторы ампли-
туд необходимо напра-
вить по фиктивным кри-
вошипам 2-го порядка.
При повороте вала на
угол а кривошип второго
порядка первого ци-
линдра повернется на
угол 2а, а второго ци-
линдра— на 2(180°+а).
Таким образом век-
торы С(2> обоих цилинд-
ров будут направлены в
одну сторону (фиг. 56, б).
Следовательно, равно-
действующий вектор ра-
вен их сумме 2С<2); не-
уравновешенная сила 2-го
порядка
Фиг. 56. Диаграммы неуравновешенных сил и моментов
двухцилиндрового двигателя по Кельшу.
2С(2) cos 2а = 2/Ип/+ 2Х cos 2а .
Вместе с тем сумма моментов векторов С<2> относительно плоскости
zx равна нулю при любом угле поворота вала, следовательно, равен нулю
и момент от сил инерции 2-го порядка.
50
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 17. УРАВНОВЕШИВАНИЕ ЧЕТЫРЕХЦИЛИНДРОВОГО ОДНОРЯДНОГО ДВИГАТЕЛЯ
а) Кривошипы расположены под углом 180°
Поместим начало координат в плоскости симметрии (фиг. 57).
Фиг. 57. Схема действия сил инерции в четырехцилиндровом
рядном двигателе.
При равенстве кривошипов и поступательно-движущихся масс в каж-
дом из цилиндров действуют следующие силы:
Рл = = С(1) cos а 4- С(2) cos 2а;
Pfl = Pj3 = Cw cos (а + 180°) + C(2)cos 2 (а + 180°).
Проектируем эти силы на оси координат:
р<1)=/<2) = 0; р<О = 1р<2)=0;
= 2PV/4 + 2°й = 2C(V [cos а + cos (а + 180°)] = 0;
Р*2) = 2Р(Й + 2Аг2з = 2С(2) [cos 2а cos 2 (а + 180°)] = 4С(2) cos 2а. (90)
Исследуя уравновешенность в отношении моментов, имеем:
= Д2’ = 0; А = Л!<2) = 0;
Л#’ = d’M [3cosa cos (а + 180°) — cos (а + 180°) — 3 cos а] = 0;
= с(2) а [3 cos 2а + cos 2 (а -|- 180°) — cos 2 (а+ 180°) — 3 cos 2а] = 0.
(91)
Из уравнения (90) вытекает, что в этом двигателе силы инерции 1-го
порядка уравновешены. Сила, оставшаяся неуравновешенной, равна силе
инерции 2-го порядка одного цилиндра, умноженной на число цилиндров.
Уравновешенность в отношении моментов от силы инерции полная, так
как сумма моментов относительно всех осей равна нулю.
Исследуем теперь уравновешивание данного двигателя по методу Келыпа.
Для этого направляем векторы амплитуд сил С^, Сз\ по криво-
шипам. Из фиг. ,58, а и б видно, что при любом положении вала сумма
векторов равна нулю. Таким образом силы инерции 1-го порядка этого
двигателя уравновешены.
51
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
. Рассмотрим силы инерции 2-го порядка. Их равнодействующая, согласно
формуле (86), выражается следующим уравнением:
Р<2>= 5]‘c^cos2a„.
п=1
правилу Кельша векторы С(2> 1-го и 4-го цилиндров .будут
по фиктивным кривошипам 2-го порядка, расположенным в
Согласно
направлены
данное мгновение под углом
2а по отношению к плоскости
yz. Второй и третий кривошип
вала расположены по отно-
шению к первому и четвер-
тому кривошипам под углом
180°. Следовательно, векторы
и Сз2) будут расположены
по отношению к векторам Ci2)
и С(42) поду г лом 2х 180°=360°,
т. е. все они направлены в
одну сторону (фиг. 58, в и г).
Суммарный вектор можно
представить следующим выра-
жением:
п=4
. С = 2 С<!2) = 4С2),
Л= 1
и его проекция на плоскость zy
P™ = 4C'2)cos 2а,
Фиг. 58. К уравновешиванию четырехцилиндрового т. е. МЫ получили уравнение
двигателя (метод Кельша) (90). Равенство нулю моментов
а—схема расположения кривошипов; диаграмма сил инер- /-,(2) а (О
ции 1-го порядка; в, г—диаграмма сил инерции 2-го порядка. ВСКТОрОВ С ' И С ОТНОСИ"
тельно оси х при симметрич-
ной конструкции видно из фиг. 58.
Таким образом двигатель в отношении моментов от сил инерции урав-
новешен полностью.
б) Кривошипы расположены под углом 90°
Расположение кривошипов вала под углом в 90° (фиг. 59) удобно в
двухтактных двигателях, хотя имеются примеры такого расположения и
в четырехтактных (Аргус).
Исследуем уравновешенность этого двигателя.
В этом случае в каждом из цилиндров действуют силы инерции:
Pji — Cl1) COS а 4- С(!2) cos 2а;
Pj2 = С$Р cos (а + 90°) -Ь С(22> cos 2 (а + 90°) ;
Pj3 = СУ’ cos (а+180°)+ С(32) cos 2 (а + 180°);
Pj4 = cos (а + 270°) + cos 2 (а-|-270°).
52
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Возьмем сумму проекций этих сил на оси координат. Принимая во
внимание, что кривошипы и поступательно-движущиеся массы во всех
цилиндрах одинаковы, имеем:
= р<2) = 0;
Рф = С,1’ cos а + С(2’> cos (а + 90°) + CV’cos (а + 180°) + cos (а+270°);
= C^’fcos а -j- cos (а + 90°) + cos (а + 180°) + cos (а + 270°)] = 0;
Р™ = С*,2’ cos 2а + С? cos 2 (а + 90°) + Cl2) cos 2 (а + 180°) + } (92)
+ С«2) cos2 (а + 270°);
р(2) = С(2) [cos 2а + cos 2 (а + 90°) + cos 2 (а + 180°) +cos 2 (а + 270°)]=0.
Таким образом в отличие от схемы, показанной на фиг. 58, двигатель
с валом, кривошипы которого расположены под углом 90°, будет уравно-
вешен в отношении сил инерции не только 1-го, но и 2-го порядка.
Фиг. 59. К уравновешиванию четырехцилиндрового двигателя
с расположением колен вала под углом 90°.
Переходим к исследованию уравновешенности моментов от сил инер-
ции поступательно-движущихся частей, считая, что в отношении момен-
тов от вращательно-движущихся частей вал уравновешен:
= X2’ = 0;
Л1<» = Л4<2’ = 0.
Принимая положительным направление момента по часовой стрелке,
имеем:
7И10 = С(1) а [3 cos a + cos (a + 90°) — cos (a + 180°) — 3 cos (a + 270°)] = v
= 4aC(1) (cos a — sin a) — 4aC(1)V 2 cos (a -f- -J-) ; I
4 (93)
M2) = c<2)«[3cos2a+cos2(a+90°)—cos2(a+180°)—3cos2(a+270°)] =
— 4aC(2) cos 2a. J
К тем же результатам легко притти, пользуясь методом Келыпа.
Если смотреть с конца вала, то кривошипы располагаются кресто-
образно (фиг. 59). Следовательно, направленные по кривошипу векторы С(п1}
тоже расположатся крестообразно (фиг. 60, а) и их геометрическая сумма
будет равна нулю. Следовательно, силы инерции 1-го порядка уравно-
вешены.
53
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для определения уравновешенности в отношении сил инерции 2-го по-
рядка примем первый кривошип в положении а = 0 Тогда вектор С{2. будет
направлен по этому кривошипу; вектор С(22) расположится по отношению
вектора под углом 2 х 90°=
— R0°, вектор С(32) — под
углом 2 X 180° = 360° и
вектор Сд2) — под углом
2x270°=360°+180° (фиг.
60, б,. Их геометрическая
сумма также равна нулю,
т. е. силы инерции 2-го
порядка уравновешены
при любом значении а.
Рассматривая силы
инерции 4-го порядка,
найдем, что векторы G(4)
располагаются параллель-
но и направлены в одну
сторону (фиг. 60, в). Сле-
Фиг.60. Векторные диаграммы неуравновешенных сил
инерции четырехцилиндрового двигателя с коленчатым
валом по схеме, приведенной на фиг. 59.
довательно, в этом моторе будут неуравновешенные силы инерции только
4-го порядка. Их равнодействующая может быть представлена следующим
выражением:
Р(4) = У С<4> cos 4an = 4С(4) cos 4а,
П=1
(94)
т. е. равна силе инерции 4-го порядка одного цилиндра, умноженной на
число цилиндров.
Переходим к уравновешиванию моментов.
а
Фиг. 61. Векторная диаграмма неуравновешенного момента от сил
инерции 1-го порядка четырехцилиндрового двигателя при распо-
ложении колен вала под углом 90°.
Для этого вначале найдем равнодействующий вектор момента ампли-
туд сил инерции относительно плоскости xz. Для сил инерции 1-го по-
рядка моменты эти, как видно из фиг. 59 и 60, а, относительно оси х
имеют следующие абсолютные значения:
Л^ЗаС?’;
M^ = aC^-,
54
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Эти моменты могут быть изображены векторами, перпендикулярными
плоскости соответствующих колен. Согласно общим правилам знаков эти
векторы должны быть расположены так, чтобы видеть направление
момента по часовой стрелке, если смотреть с конца вектора (фиг. 61, а).
Геометрическая сумма этих векторов 7ИС, представленная на фиг. 61,
не зависит от угла поворота вала и вращается вместе с ним. Величина
неуравновешенного момента 1-го порядка /И’найдется как проекция этого
суммарного вектора на ось л, перпендикулярную плоскости осей цилин-
дров. Тождество этого решения с решением по уравнению (93) легко
установить из геометрических соотношений.
Аналогично можно исследовать и моменты высших порядков.
§ 18. УРАВНОВЕШИВАНИЕ ШЕСТИЦИЛИНДРОВОГО РЯДНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Возьмем, случай, когда колена вала шестицилиндрового рядного дви- •
гателя одинаковы и расположены попарно под углом 120° (фиг. 62).
Фиг. 62. Схема действия сил инерции в шестицилиндровом
рядном двигателе.
Исходя из этого и при условии равенства поступательно-движущихся
масс, силы инерции 1-го порядка будут:
p<» = P»> = C<I’cosa;
Р'У = = C(I) cos (<х + 240°);
Р? = Р*Р = С(,) cos (а + 120°).
Проекции этих сил на оси координат равны:
PV’ = 0;
4° = 0;
= 2РГ.6 + 2Р(2'1 + 2Р^ =
= 2С(1) [cos а. + cos (a -j- 240°) + cos (a + 120°)] =
= 2C(,) [cos a — cos (a 4- 60°) — cos (a — 60°)].
(95)
Преобразуя последние два члена в скобках по формуле
cos А + cos В = 2 cos В cos А В,
4U А
получим окончательно:
Pz} = 2C(1)[cos а — 2 cos а cos 60°] = 0.
Аналогично доказывается, что сумма проекций сил инерции 2-го
порядка на оси также будет равна нулю.
55
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Этот двигатель уравновешен также и в отношении моментов этих по-
рядков, а именно:
^>=<> = 0, так как силы перпендикулярны оси,
= 71412) — 0 по условию симметрии,
Мр = мР = 0, так как силы параллельны оси.
Применим метод Кельша.
Согласно уравнениям (47) и (86) суммарные силы инерции в одноряд-
ном двигателе можно представить следующим выражением:
k n—i
= 2 S C«fe) C0S kan’
1 n=l
Рассмотрим силы инерции 1~го порядка.
В этом двигателе кривошипы расположены попарно (фиг. 63, а), век-
торы dp направлены по кривошипам (фиг. 63, б); если эти векторы сло-
жить геометрически, то многоугольник векторов замкнется (фиг. 63, в).
Следовательно, силы инерции 1-го порядка уравновешены.
Для суммирования сил инерции 2-го порядка векторы Ср и С(62) можно
направлять по кривошипу, и тогда остальные — под углом 2x120° и 2X240°
к первому кривошипу, как это сделано на фиг. 61, г. В этом случае много-
угольник векторов снова замкнется, т. е. силы инерции 2-го порядка
также уравновешены. Таким же путем можно доказать, что силы инерции
4-го порядка также уравновешены (фиг. 63, д).
Рассматривая сумму векторов найдем, что все эти векторы рас-
полагаются параллельно и будут направлены в одну сторону (фиг. 63, е}.
Фиг. 63. Векторные диаграммы сил инерции различных порядков
шестицилиндрового рядного двигателя.
Таким образом шестицилиндровый двигатель неуравновешен лишь от
сил инерции 6-го порядка. Так как эти неуравновешенные силы в совре-
менных двигателях^ не превышают 3,5 кг, то шестицилиндровый двигатель
можно считать полностью уравновешенным.
Выше рассмотрены только двигатели с симметричным расположением
колен вала и с одинаковыми поступательно-движущимися массами в ци-
линдрах.
Возможны и другие варианты расположения колен и масс. Может слу-
читься, что многоугольник сил не будет замкнут. Тогда следует спроек-
тировать результирующий вектор Ср^ на ось z. Величина этой проекции
и даст вектор неуравновешенной силы соответствующего порядка
п—1
Р™ = £ cP cos kan = Ср1'* cos й (а + ; (96)
здесь Zk — угол между первым кривошипом и результирующим векто-
ром
56
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 19. НЕУРАВНОВЕШЕННЫЕ СИЛЫ РЯДА С ПРИЦЕПНЫМИ ШАТУНАМИ
Большинство современных авиационных многорядных двигателей имеют
ряды с прицепными шатунами. Для того чтобы найти неуравновешенные
силы такого рядного двигателя, необходимо определить неуравновешен-
ные силы, действующие в каждом цилиндре ряда с прицепными шатунами.
В остальном метод остается без изменения.
Как известно из кинематики, в случае yz =7 в цилиндре с прицепным
шатуном будут силы инерции поступательно-движущихся частей первого
и четных порядков.
Таким образом в случае ?z = у порядок неуравновешенных сил в дви-
гателе с прицепными шатунами не отличается от порядка неуравновешен-
ных сил такого же двигателя с центральными шатунами, т. е., например,
в шестицилиндровом ряду уравновешиваются силы инерции 1-го, 2-го и
4-го порядков. В этом можно убедиться непосредственно определением
этих сил по формуле динамики для одного цилиндра и суммированием их
по методу Келыпа.
В прицепном механизме при ?z ф появляются силы инерции З-го
порядка.
Как сказано в § 6 сила инерции в случае прицепного шатуна может
быть выражена следующим рядом*:
Pt == /Ипо)2 [а(1) cos az + Z?(1) sin az + a(2) cos 2az 4- Z?(2) sin 2az 4-
4- a3 cos 3az 4- Z?(3) sin 3az 4? a(4) cos 4az 4- Z>(4) sin 4az 4-... ],
где
а(1) = 7? 4- r\ sin 7 sin ф 4- r\ sin 8 sin ф; Ь(1) = r\ cos у sin ф — rkz cos 8 sin ф; a(2) — rk2 cos 27 cos ф 4- cos 28; M2) — — rk2 sin 27 cos ф 4- l^i sin 28; a(3) = — rlf sin 38 sin ф; О 1 £(3) = frXz3 cos 38 sin ф. (97}
Для исследования уравновешенности это выражение удобнее предста-
вить в таком виде:
Pz = /Ипш2 [Д1 COS (az 4- 4- Д2 cos 2 (az 4- S2) 4“ Дз cos 3 (az 4- В3) "Б •.(98}
где коэфициенты Дь Д2 и Д3 в общем случае могут быть обозначены:
Ak = /а<*)24- №2,
+ № (99)
Следовательно,
$3) = Ai„«A43cos3(a; + U. (100).
Сила 3-го порядка в четырехцилиндровом ряду уравновешивается, в ше-
стицилиндровом — остается неуравновешенной.
Ход вычислений поясняется далее на числовом примере в задаче 6.
Задача 6. Определить неуравновешенные силы инерции в ряду
с прицепным шатуном 12-цилиндрового двигателя.
* Н. Г. Б р v е в и ч, В. Н. Ширяев, Уравновешивание авиационных двигателей.
Издание ВВА, 1933.
57
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Даны:
7 600’ х 3,58* Л/“*2,8Г
г = 83,5мм-, 8 = 14°4'; -ц = 70°; I = 253 мм;
л = 1800 об/мин; ф — 7/— 7=70 — 60= 10°.
Вес поступательно движущихся масс прицепного механизма Gr — 3,96 кг.
Низший порядок неуравновешенных сил инерции в ряду с прицепными шатунами
•будет 3-й, так как 7/3^7. Определим величину этой силы:
з
sin 42э sin 10 = — 0,492 мм;
a(3> = _£rt’ sin38sinФ = —83,5 (Ж
/,(3) — ® 3 cos 3g sjn j, = JL 83 5
8 о
з
cos 42° sin 10 — 0,542 мм;
tg 3? = = 1,102; 35 = 47’47' = 48°.
‘Следовательно, £ = 15°56' 16°.
А3 = /0,4922 — 0,5422 = 0,732 мм;
МпА3^ = -3~^1У32 °2 = 0,00178с»2 = 6,4 кг.
Таким образом неуравновешенная сила инерции 3-го порядка в одном цилиндре рав-
няется:
/з(3) = 6,4 cos 3 (а2 + 16°) кг;
суммарная сила в ряду на основании
формулы (96):
р(3) = 38,4 cos 3(nz+ 16°)
Можно для суммирования этих
сил воспользоваться также методом
Кельша.
Допустим, что первый и шестой
кривошипы находятся в плоскости
ряда, т. е. За/ = 0 (.риг. 64). Тогда
фиктивный кривошип З-io порядка
третьего и четвертого цилиндров
повернется по отношению к первому
кривошипу на угол 3 • (120 -f- 16э) =
=(360° 4-48°, т. е. будет направлен по первому кривошипу. То же произойдет и- с кри-
вошипом 3-го порядка второго и пятого цилиндров кривошипа.
Таким образом амплитуда неуравновешенной силы ряда будет равна 6С^3\ Она не
зависит от угла поворота вала и будет вращаться вместе с ним.
Неуравновешенная сила ряда равна:
р(3) = 6С(3> cos 3 (az + сз) = 38,4 cos 3 (а/ 4- 16°).
•Фиг. 64. Диаграмма неуравновешенных сил инерции
3-го порядка в ряду с прицепными шатунами при 7^ 7.
§ 20. ОБЩИЕ ПРИЗНАКИ УРАВНОВЕШЕННОСТИ РЯДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
На основании разобранных случаев уравновешивания однорядных дви-
гателей можно сделать следующий вывод. Если векторы и углы у
между соседними кривошипами одинаковы для всех цилиндров, то резуль-
n—i
тирующая У; C„k) будет замкнутым правильным многоугольником для всех
л=1
порядков /г, кроме тех, для которых
^7 == 2т; 4т; 6т и т. д.
(Ю1)
В этом случае векторы dp отличаются друг от друга по фазе на целое
число окружностей; поэтому такие векторы совпадают, т. е. имеют оди-
18
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
лаковое направление, и сумма их будет арифметической суммой. Для всех
других порядков, т. е. когда &7=£2к; 4тс; бтс..., при переходе от одного
вектора к другому происходит смещение каждый раз на одинаковую часть
окружности, а так как i таких частей должно составлять целое число
окружностей, то эти векторы будут равномерно расположены около центра
и в сумме дадут нуль, т. е. образуют замкнутый многоугольник.
Исходя из этого, можно определить по формуле (101) порядок неурав-
новешенных сил любого рядного двигателя, если известен угол между
кривошипами.
ПРИМЕРЫ
Для четырехцилиндрового двигателя с расположением криво-
шипов под углом 180° из формулы (101) находим, что 1-й порядок неурав-
новешенных сил будет 2-м, так как
h _ 2п __ 360° _ о
7 180° •
Остальные порядки неуравновешенных сил будут кратны 2, т. е. 4, 6,
8 и т. д.
Сила инерции 2-го порядка была определена нами выше; она равна
P(2> = 4C(2)cos 2а.
Аналогично низший порядок неуравновешенных сил инерции для четы-
рёхцилиндрового двигателя с кривошипами под углом 90° будет:
и порядки, кратные ему, т. е. 8, 12 и т. д.
Величина силы инерции 4-го порядка для этого двигателя нам известна,
а именно:
= 4C(4)cos4a.
Для шестицилиндрового рядного двигателя, кривошипы кото-
рого расположены под углом 120°, имеем:
ь _ 2* _ 360° _ q
Ч — 120° ~ °’
и порядки, кратные ему, т. е. 6, 9, 12, 15 и т. д.
Нечетный порядок неуравновешенных сил встречается лишь в ряду
с прицепными шатунами при 7/7Л“7-
Величина этой силы равна
p(3) = 6C(3,cos3(az + y.
В шести цилиндровом двигателе с центральными шатунами в случае
7Z = 7 остаются неуравновешенными силы лишь четных порядков, т. е. 6,
12, 18 и т. д.
Величина неуравновешенной силы 6-го порядка равна
P(6> = 6C(6)cos6a.
Изложенный признак уравновешенности можно получить и аналити-
чески. При аналитическом суммировании сил инерции рядных двигателей
приходилось иметь дело с суммами косинусов или синусов. Например,
при уравновешивании шестицилиндрового двигателя мы имели:
Pz = 2 { С(1) [cos а + cos (а 4- 7) cos (а 4- 27) 4- • • •]
4- С(2) [cos 2а 4- cos2(а4"7) + cos2(а 4-27) 4-...]},
здесь ч = —---угол между коленами.
59
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Выражение, стоящее в фигурных скобках, представляет собой сумму
косинусов, аргументы которых возрастают в арифметической прогрессии.
В общей форме эта сумма может быть представлена в следующем виде:
п—г
^cos£[a + (/z — 1)7].
ZZ—1
Путем ряда преобразований можно доказать, что
n=i . kly
V sln~2~ Г /-1 1
/ cos#[a-P(/z—1И] —------, cos/qM------у—7|- (102)
X* sin L J
n=l 2
Ниже дается вывод этого соотношения.
Для вывода формулы (102) воспользуемся следующим соотношением *:
2 sin — cos k (а + Л7) = sin k (a 4- 7^ — S1n £ + “2“ 7
здесь n — целое число.
Давая n последовательно значения 0, 1, 2,... (z‘— 1), получим:
2 sin cos ka = sin k +
— sin к (a-----J-Y
2 sin cos k (a + 7) = sin k I a 4- — 7 ) — sin k I a 4- ~
A \ " J \ "
2 sin cos k (a 4- 27) = sin k
A
— sin k 4~2- 7
2z — 3
' 2Z-1
“ + —2-7
2
2sin cos k [a + (i — 1) 7] — sin k
Складываем эти равенства и делаем приведение
ky
2 sin ~~ {cos ka 4- cos k (a 4- 7) 4- cos # (a 4- 27) 4-... 4- cos k [a 4- (z — 1)7]}==
A
== sin
2i— 1
2
sin# ( a —
откуда
n—i
2i — 1
2z — 3
l)7k=
2 sin —
Заменяя разность синусов удвоенным произведением синуса полуразности на косинус
иолусуммы, получаем:
n= I
. kiy
sin r
1)7]=----)~rcos
sin^-
a+“2
Если в этой формуле заменить а на —а, а 7 — на —7, то сразу найдем второе
искомое отношение
n—t
n=l
. kiy
sin 2 Г
1)7]=-----— sin a +
sin-2-
z—1
2
n=l
2
2
♦ Н. Г. Бруевич, В. Н. Ширяев, Уравновешивание авиационных двигателей.
ВВА, 1933.
€0
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Окончательно получаем:
п=1 . kiy
4 V Sin 2
У cos k [а + (п — 1) 7] =-_ cos
' sin 2~
i kfa
V Sm 2
У sin Л [а 4-(л — 1) 7] =--
& -4
. , Г . z — 1
sin k I a 4-------—
I
(102)
Отсюда непосредственно получим порядок неуравновешенных сил для
двигателя с данным числом цилиндров I и углом между кривошипами у.
Для всех двигателей I = -?- или х = Поэтому числитель правой
части всегда будет равен нулю. Если при этом знаменатель не будет равен
нулю, то написанные суммы равны нулю при любом значении а. Это соот-
ветствует случаю, когда многоугольник суммируемых сил будет замкнутым
и их результирующая будет равна нулю, т. е. силы уравновешены.
Однако знаменатель также обращается в нуль, если кратно тс, т. е.
если
~ = Лтс,
где h — любое целое число.
Подставив сюда значение у, найдем, что это будет при
Л4тс ,
2Г = ЙЯ>
(ЮЗ).
(103')
, и 1
откуда или
= hr. и k = hi,
т. е. знаменатель равен нулю, если k кратно или i. В этих
правая часть написанных сумм становится неопределенной.
Для раскрытия неопределенности применим правило Лепиталя
(„„«У
МУ
случаях
(Ю4)
при k, кратном i или
ki kiy
-2—^ =.
"2
Таким образом находим:
£ cos/г [а + (га— 1) т] =0 (
k ky
-7T-COS-—-
если k не
кратно i или ,
& /
(105)
У, cos k [а (п — 1) х] = i cos ka А
если
k кратно i или 4^.
.г . ' —1 1
feL“+ ~2~ 4
И
Так, для четырехцилиндрового двигателя,
ложены под углом 7=180°, имеем:
4к
1=—-.
кривошипы которого распо-
61
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В этом случае согласно формуле (105) порядок неуравновешенных
сил инерции будет k = и порядки кратные ему, т. е. 2, 4, 6 и т. д.
Для четырехцилиндрового двигателя, кривошипы которого располо-
жены под углом 90°, имеем:
Согласно формуле (102) порядок неуравновешенных сил будет k = i
и порядки кратные ему, т. е. 4, 8, 12 и т. д.
§ 21. ОБЩИЕ ПРИЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ УРАВНОВЕШЕННОСТИ МНОГОРЯДНЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ
В настоящее время применяется V, W, X, Н-образное и противопо-
ложное расположение цилиндров. Такие двигатели, в сущности, состоят
из нескольких рядных двигателей, уравновешенность которых была нами
рассмотрена выше. В этих случаях коленчатые валы выполняются,
такими, как и в однорядных двигателях, но на одну и ту же шейку
кривошипа действуют несколько шатунов от смежных рядов.
Если каждый ряд в отдельности будет уравновешен, то и многоряд-
ный двигатель, состоящий из этих рядов, будет также уравнозешен. Так,
например, многорядные двигатели, состоящие из рядов по шести цилин-
дров, будут полностью уравновешены в отношении сил инерции до 6-го
порядка. Многорядные двигатели, состоящие из рядов с меньшим числом
цилиндров (4, 2, 1), будут иметь неуравновешенные силы каждого ряда
в отдельности.
Методика исследования уравновешивания многорядного двигателя сво-
дится к следующему:
1) определяется равнодействующая неуравновешенных сил инерции
поступательно-движущихся масс каждого ряда в отдельности;
2) определяется суммарная сила инерции всех рядов одинакового по-
рядка, — или как сумма проекций на оси координат равнодействующих
каждого ряда или просто, как геометрическая сумма равнодействующих.
При нахождении суммарной силы аналитическим способом нужно
соблюдать следующие правила:
1) оси координат могут быть выбраны вообще произвольно, но они
обычно выбираются так, чтобы вертикальная ось была осью симметрии
поперечного вида двигателя, т. е. цилиндры должны быть расположены
симметрично по обе стороны от нее;
2) отсчет углов следует вести в направлении вращения коленчатого
вала: для нахождения силы инерции — от плоскости соответствующего
ряда, при определении же ироекций этих сил на оси координат — от лю1-
бого, но общего для всех рядов начала;
3) при составлении уравнений равновесия (независимо от положения
кривошипа на чертеже) силы считаются в каждом ряду положительными,
и их знаки в дальнейшем определяются тригонометрическими функциями.
§ 22. УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВУХЦИЛИНДРОВОГО V-ОБРАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Сила инерции 1-го порядка левого цилиндра
Р^Р — Л4П R cos а = Сл ° cos а.
Сила инерции 2-го порядка правого цилиндра
Рпр = Мп R(o2 cos (а 270°) = sin а.
Эти силы направлены по осям соответствующих цилиндров. При у — 90®
суммирование их легче провести геометрически (фиг. 65а):
62
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
но так как
С1П = С'’) = Л1„7?<»\
получим:
PW=MaRrf. (106)
Эта сила направлена по кривошипу и постоянна по величине, следо-
вательно, ее моя но полностью уравновесить противовесом.
Переходив к силам инерции 2-го порядка:
— Мп R№ cos 2а = С$2) cos 2а;
р® = Ма Rkufl cos 2 (а + 270°) = — С$ cos 2а.
Эти силы также направлены по осям цилиндров. При геометрическом
сложении этих сил получим равнодействующую, равную
/з(2) __ ^*(2) |/ 2 cos 2а. (107)
Таким образом в двигателях
уравновешиваются полностью про-
тивовесом.
этого типа силы инерции 1-го порядка
Фиг. 65а. Схема действия сил инер-
ции 1-го порядка двухцилиндрового
V-образного двигателя.
Фиг. 656. Схема действия сил инерции
2-го порядка и схема уравновешивания
двухцилиндрового V-образного двигателя.
Легко доказать, что силы инерции 2-го порядка всегда направлены по
горизонтали. Эти равнодействующие можно уравновесить по методу
Ланчестера, как показано на фиг. 656.
§ 23. УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВУХЦИЛИНДРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
С ПРОШ ВО Л ЕЖАЩИМИ ЦИЛИНДРАМИ
В данном случае при совпадении осей цилиндров может быть приме-
нена схема с одним коленом (фиг. 66), с тремя
коленами (Фиг. 67, а и б) или с двумя коленча-
тыми валами (фиг. 67, в).
При обозначениях, принятых на схеме (фиг. 66),
силы инерции 1-го порядка у
О
= С(1) cos а; Рпр — С(1) cos (а ф- 180°). - [if--|[н----2
Сумма проекций этих сил на горизонтальную ось i
р<0 = C(i) [cos a cos 180° + cos (а 4- 180°) cos 0°1 = Фиг- 66* Схема ДвУхЦилии-
L /is дрового двигателя с одним.
= — 2С'1' cos а. коленом.
Аналогично имеем для сил инерции 2-го порядка:
р<2> = с(2) cos 2а;
64
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Р$ = с(2) cos 2 (а + 180°);
р(2) — с<2) [cos 2а cos 180° 4~ cos 2 (а 4- 180°) cos 0°] = 0.
Схемы, представленные на фиг. 67, а, выгоднее в отношении уравно-
вешенности, так как благодаря симметричному движению поршней урав-
новешенность получается более полная.
Фиг. 67. Схемы двухцилиндрового двигателя с одним трехколенным валом
{а и б) и двумя коленчатыми валами (в).
В самом деле, если = С%р, то
= Н1 > + = С(1) [cos a cos 180° + cos а cos 0°] = 0;
Р(2) =Рд2) -f- Рщ> — с(2) [cos 2а cos 180° 4- cos 2а cos 0°] = 0.
Фиг. 68. Схема двухцилиндрового
двигателя с двумя коленами.
Этими же свойствами обладает схема
на фиг. 67, в, разумеется, при условии ра-
венства величин Сн и Сврх и при дополни-
тельном условии, что оба коленчатых вала
одновременно приходят в ВМТ. Наиболее
часто применяется схема расположения ци-
линдров, показанная на фиг. 68. В этом
случае силы инерции уравновешиваются
полностью, но появляются неуравновешен-
ные моменты с плечом а.
§ 24. УРАВНОВЕШИВАНИЕ ВОСЬМИЦИЛИНДРОВОГО V-ОБРАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ
С РАСПОЛОЖЕНИЕМ КОЛЕН ПОД УГЛОМ В 180° (ФИГ. 69)
В восьмицилиндровом V-образном двигателе с расположением колен
под углом в 180° в каждом ряду действует неуравновешенная сила инер-
ции 2-го порядка, равная учетверенной силе одного цилиндра.
Положим, что угол между цилиндрами = 90°, тогда сила, действую-
щая параллельно осям левого ряда
P<2) = 4C(2)cos2a.
Сила, действующая параллельно осям правого ряда
р^^С™ cos 2 (a — 90°).
Если в обоих рядах поступательно движущиеся массы одинаковы, то
г(2) _ г(2)
'-'л — '-'пр •
Для нахождения равнодействующей необходимо взять сумму проекций
этих сил на оси z и х.
64
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Р^2)= 4С(2) [cos 2а cos (•— 45°) ф cos 2 (а — 90°) cos 45°] = 0;
Р12) = 4С(2) [cos 2а sin (— 45°) ф cos 2-(а — 90°) sin 45°] = — 4С(2) /2 cos 2d. (108)
Эта сила всегда будет действовать по горизонтали. Для ее уравнове-
шивания нужно воспользоваться методом Манчестера, как это пока-
зано на фиг. 656.
Моменты от сил инерции 1-го и 2-го порядков этого двигателя урав-
новешены при условии, конечно, если в двигателе имеется поперечная
плоскость симметрии. Рассмотрим, как изменяются неуравновешенные
силы подобного двигателя в зависимости от угла между рядами у.
В общем случае уравнения (108) примут следующий вид:
Р<2) = 4С(2) [cos 2а ф cos 2 (а — 7)] cos у 7;
Р^ = 4С(2) [— cos 2а ф cos 2 (а — у)] sin—7. (109)
Тогда при 7 = 0 мы имеем вертикальный двигатель; его неуравнове-
шенная сила 8С<2> cos 2а будет направлена по оси z. При 7 > 0 появляется
горизонтальная составляющая неурав-
новешенной силы. Максимальное зна-
чение неуравновешенной силы, оста-
ваясь попрежнему в вертикальном на-
Фиг. 70. Векторные диаграммы вось-
мицилиндрового V-образного двига-
теля с различными углами развала
между рядами.
Фиг. 69. Схема действия сил инерции
2-го порядка восьмицилиндрового V-об-
разного двигателя.
правлении, уменьшается по мере увеличения угла между цилиндрами
а горизонтальная составляющая увеличивается (фиг. 70).
Когда 7 = 60°, неуравновешенная сила будет постоянная по величине,
и ее векторная диаграмма будет окружностью. При 7 = 90° неуравнове-
шенная сила инерции будет действовать только по горизонтали.
При дальнейшем увеличении угла 7 максимальное значение неуравно-
вешенной силы слегка возрастает. Ее составляющая будет увеличиваться
как по оси л, так и по оси z. Затем эта сила начнет убывать и, наконец,
при 7 = 180° исчезнет совершенно. В этом случае мы имеем восьмицилин-
дровый горизонтальный двигатель, в котором силы инерции будут пол-
ностью уравновешены, если оси симметрии рядов, расположенных по обе
стороны коленчатого вала, совпадают.
§ 25. УРАВНОВЕШИВАНИЕ W-ОБРАЗНОГО 12-ЦИЛИНДРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ С УГЛОМ
РАЗВАЛА МЕЖДУ РЯДАМИ ЦИЛИНДРОВ В 60°
За начало отсчета углов примем ось z (фиг. 71, а). Сила инерции, дей-
ствующая в плоскости 1-го ряда:
Pj2'= 4С<2) cos 2 (а 4-60°).
65
ВВА—142—5
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Сила инерции, действующая в плоскости 2-го ряда, будет равна
p<?=4C(2,cos2a.
Сила инерции, действующая в плоскости 3-го ряда, будет равна
Ptfl = 4С(2) cos 2 (а — 60°).
Возьмем сумму проекций этих сил на оси 2 и х:
р^ = 4С(2) [cos 2а ф cos 2 (а 4- 60°) cos 60° 4? cos 2 (а — 60°) cos 60°].
Преобразуем выражение в квадратных скобках; получим:
== 4С(2) [cos 2а — cos 2а cos 60°] == 2C(2)cos 2а. (110)
Аналогично
р<& = 4С(2) [cos 2 (а -J- 60°) sin (— 60°) 4- cos 2 (а — 60°) sin 60°] =
= 4С<2> [cos 2 (а — 60°) - cos 2 (а 4- 60°)] sin 60°.
После преобразования разности косинусов подучим:
Рл2) — 4С(2) sin 60° 2 sin 2а sin 60° =
— 6C(2)sin2a. (ПО')
Вектор этой неуравновешенной
силы вращается в сторону вращения
вала с двойной угловой скоростью
и описывает своим концом эллипс,
малая ось которого направлена по
оси 2 и равна 4С(2>, а большая ось
направлена по оси х и равна 12С<2).
Действительно [из уравнений (110)
и (ПО')], имеем:
Фиг. 71. К уравновешиванию W-образного
двигателя:
а—схема расположения рядов двигателя; б—век-
торная диаграмма неуравновешенных сил инерции
2-го порядка.
ЬЫ+ЬМ=1- (111)
Векторная диаграмма этой неуравновешенной силы показана на фиг. 71, б.
§ 26. УРАВНОВЕШИВАНИЕ 12-ЦИЛИНДРОВОГО V-ОБРАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ С УГЛОМ
РАЗВАЛА МЕЖДУ РЯДАМИ ЦИЛИНДРОВ В 60° (ФИГ. 72)
а. С центральными шатунами
В плоскости левого ряда действует неуравновешенная сила
Рл6) = 6С(6) COS ба.
В плоскости правого ряда действует неуравновешенная сила
Р<п6р> = 6С(6) cos 6 (а - 60°) = 6С<6) cos 6а.
Их равнодействующая всегда направлена по вертикали и равна
р(б) = 12С(6> cos 6а cos 30° = 6С(6> у/~ 3 cos 6а, (112)
где
С<6) = Мп /?со236р6.
66
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Определим величину этой неуравновешенной силы применительно к
двигателю, имеющему следующие данные:
М„ = 0,242 — - R = 85 мм; п = 2400 об/мин.
р6 = и L — 275 \ ;
найдем:
6С<6> /3 = 2,48 кг
и
р(б) = 2,48 COS 6а.
Этой силой можно пренебречь ввиду ее ма-
лой величины и большой частоты изменений.
Моменты от сил инерции этого двигателя вслед-
ствие симметричности вала также уравновешены.
б. С прицепными шатунами при Ъ ф V ^г. 72- К уравновешиванию
r J * ч-т- 1 12-цилиндрового V-образного
В этом случае, кроме неуравновешенной силы двигателя.
инерции 6-го порядка всего двигателя, в плос-
кости ряда с прицепными шатунами будет действовать неуравновешенная
сила инерции 3-го порядка, равная
PO) = 6C(3>cos3(az + £3).
Ее величина не превышает 30—45 кг.
Определение этой величины разобрано выше при рассмотрении не-
уравновешенной силы ряда с прицепными шатунами при yz^y.
§ 27. ОБЩИЙ СЛУЧАЙ УРАВНОВЕШИВАНИЯ ПРОСТЫХ ЗВЕЗДООБРАЗНЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ С ПРИЦЕПНЫМИ ШАТУНАМИ
Условимся называть главным цилиндр с главным шатуном и обозначим
его № 1. Нумерацию остальных цилиндров ведем в направлении враще-
ния вала (фиг. 73). По оси первого (главного) ци-
линдра действует сила инерции
Р1=Л4П (cos a-f-X cos 2а)=С(11) cos cos 2а. (113)
Обычно все звездообразные двигатели выпол-
няются с yz = у. В этом случае по оси л-го цилиндра
с прицепным шатуном действует сила инерции [см.,
„Динамика двигателей", формула (55)]
Pin = Мп AM Jcos (a—уи) 4- k 4- cos 2a 4-
+ 4 cos 2 (a — V — 2). у cos (2a —kJ] .
Для краткости это выражение можно переписать следующим образом:
Pin = дк0 COS (a — '(„) + В<? cos 2a + cos 2 (a — f„) — Q(„2’ cos (2a — 7J, (114)
где
fi»2)=x-r(1 + 4)Л1п/?“2;
М2> = 4а/„/?®2;
Q(„2’ = 2хрЛ4п/?Л
(115)
67
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Первые члены формул (113) и (114) представляют силы инерции. 1-го
порядка. Силы инерции 2-го порядка в формуле (ИЗ) представляются
одним членом, а в формуле (114) —тремя последними членами.
В звездообразных двигателях радиусы проушин г2, • • •, гпи т. д.
выполняются неодинаковыми с разницей в пределах от 0,5 до 2,5 мм.
Поступательно-движущиеся массы всех цилиндров с прицепными ша-
тунами выполняются обычно одинаковыми, но меньшими, чем у главного.
Ввиду малости разницы этих величин, точность решения задачи почти
не изменится, если принять радиус проушин всех прицепных механизмов
одинаковым и равным их среднему значению, т. е.
n=i—1
(116)
и массу поступательно-движущихся масс, равную среднему значению по-
ступательных масс всего двигателя,
IX
м = —• (117)
Тогда
С<1> = д<1’ = с<1’. (118)
Рассмотрим уравновешивание силы инерции 1-го порядка. По оси глав-
ного цилиндра действует сила
р<» = C(t’cosa.
По оси каждого цилиндра с прицепным шатуном [формула (114)] дей-
ствует сила
pp> = C(,,COs(a-Tn).
Спроектируем эти силы на оси z и х, принимая во внимание, что чп
различно для каждого цилиндра.
Согласно фиг. 73: и = 0; ?2 = у; у3 = 2у;... ; у„ = (л— 1)у.
Составляем выражение для суммы проекций на ось z:
Р^ = C(1 ;[cos а 4- cos (а — у) cos у + cos (а — 2^) cos 2у 4~
4- cos (а — 3y)cos Зу4- ... 4- cos [а — (п — 1) у] cos (я— 1) у ==
= С(1) V^cos [а — (и— 1)т] cos(n— 1)7.
л=1
Аналогично сумма проекций на ось х
Р^} = С(1) У, cos [а — (п — 1) у] sin (п — 1) у.
л=1
Заменяя произведение косинусов по формулам:
cos A cos В = 4- cos (А 4- В) + 4~ cos (А — В);
А А
cos A sin В = 4"sin (А 4- В) — у sin (А — В),
имеем:
n==i
Pzl} = 4 ^(1> cos а 4- 4- С(1) У cos [а — (п — 1) 2у];
п~1
68
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
п=1
Р^ ~ 4 ZC(1) sin а — — С(1) У sin [а — (п — 1) 2;].
Zd л
п=1
Рассмотрим вторые члены этих уравнений. Для этого воспользуемся
формулами (102), которые в этом случае можно представить в следую-
щем виде:
— С(1) У cos [а —(п — 1)2-;] == — С п~ cos[a —(Z—1)у];
2 2 sin-r
(П9>
ZZsssX g j j-j X '
4- с<» V sin [а - (« - 1) 2T] = 4 С<1)-Г sin [а - (i - 1) Т].
2 " sin-L
п=1 2
Во всех звездах ; = Следовательно, синус, стоящий в числителе, при
любом i будет равен нулю. Синус, стоящий в знаменателе, при данном
значении ; не будет равен нулю для i — 3, 5, 7 и 9, т. е. для числа ци-
линдров существующих звезд. Следовательно, суммы, стоящие в левой
части уравнений (119), всегда будут равны нулю.
Таким образом в звездообразном двигателе неуравновешенная сила
инерции 1-го порядка, действующая по осям z и х, будет равна:
P»> = 4c(,)cosa;
РЩ-Щ-СЩта.
Суммарная неуравновешенная сила инерции будет равна
рМ = + pV’’ = 4 с<1) = 4Ж/?Ш?- <120>
Эта сила (постоянная по величине) действует в плоскости оси цилин-
дров и направлена по кривошипу от коренной к шатунной шейке. По-
этому она может быть уравновешена противовесом.
Учитывая необходимость уравновешения не только поступательно-, но
и вращательно-движущихся масс шатуна и коленчатого вала, расчетное
уравнение для противовесов можно представить в следующем виде:
тр = (м1 + М!! + -1-М)К, (121)
где Мг—масса всех шатунов, отнесенная к вращательно-движущимся частям;
М2—масса шатунной шейки и щек, отнесенная к оси шатунной шейки.
Найденная по этому уравнению масса противовесов должна быть раз-
бита на две части так, чтобы равнодействующая от сил инерции противо-
весов лежала на одной прямой с равнодействующей центробежной силы
инерции колена и неуравновешенной силы инерции 1-го порядка.
При симметричном колене передний и задний противовесы будут оди-
наковы. При наличии стяжного болта на задней щеке задний противовес
выполняется соответственно тяжелее.
Переходим к силам инерции 2-го порядка. По оси первого цилиндра
будет действовать неуравновешенная сила 2-го порядка
р(2)= C<2>cos2ot.
По оси каждого n-го цилиндра с прицепным шатуном будет действо-
вать сила
Pin2 == cos 2а 4- М2) cos 2 (а— ул) — Q^2) cos (2а — yj.
69
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Принимая во внимание изменение угла для каждого цилиндра, про-
ектируем эти силы на оси координат:
Pj2) = Ci2) cos 2а + М2) cos 2а cos у +
+ М2) cos 2 (а — у) cos у — (?22) Cos (2а — 7) cos 7 4-
4- Вз2) cos 2а cos 27 4~
4- М2) cos 2 (а — 27) cos 27 — Q(32) cos2 (а — 7) cos 274-
4- ^42> cos 2а cos З7 4~
4- Л^42) cos 2 (а — З7) cos З7 — Qs2) cos (2а—З7) cos З74Т
4" cos 2а cos (n — 1)7 4-
4- N«2) cos 2 [a — (n—1)7] cos (n—1)7 —
— Qn2) cos [2a — (n —1)7] cos(n — 1) 7;
P*2) —B^ cos 2a sin 7 4-M2) cos 2 (a — 7) sin 7 — Q(22) cos (2a — 7) sin 7 4-
4~£з2) cos 2a sin 274-M2)cos 2 (a—27) sin 27—Q(32)Cos2 (a—7) sin274-
4-Z?42) cos 2a sin 374tM2)cos 2 (a—37)sin37—Q42)cos(2a—37)sin374-
(122)
B«2) cos 2a sin (n — 1) 7 4- Mz2) cos 2 [a — (n — 1) 7] sin (n — 1)7 —
— Q„2)cos [2a — (n—1)у] sin (n—1)7.
Просуммируем косинусы при каждом коэфициенте в отдельности. При-
нимаем во внимание, что одноименные коэфициенты при косинусах равны
между собой, т. е.
В^^В^ = В^ = .., = В^ = В^;
М2) =М2) = М2) =... =М2) =Л/(2);
Q?>=Qf>=^2>==...=Q<2)=Q<2>.
Если кроме этого принять, что сила инерции 2-го порядка главного
цилиндра будет равна силе инерции 2-го порядка прицепного механизма,
т. е. C(i2) = Bi2) 4-М2)—Qi2), то при этом условии суммирование можно
производить по всем цилиндрам, т. е. от п — 1 до п — i.
Необходимый условный радиус проушины для главного цилиндра при-
нимаем равным среднему радиусу, полученному из формулы (116):
= В{2} cos 2 a cos (п — 1) 7 4-
п=1
4- Л/(2) cos 2 [a — (п — 1) 7] cos (fl — 1) 7 —
— Q(2) У, cos [2a — (n — 1) 7] cos (n— 1) 7
n—1
P(2} = B(2) cos 2a y, sin (n — 1) 7 4-
n=i
4- N(2) У cos 2 [a — (ti — 1) 7] sin (n — 1) 7 —
ZZ=1
n—i
— Q(2) У cos [2a — (n — 1) 7] sin (n —1)7.
«1
(123)
70
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Суммы косинусов и синусов при коэфицйенте В(2) в уравнениях (123)
равны нулю, так как согласно формуле (102) имеем:
n=i cin_£L
cos 0;
A
V cos(n—l)t=----
n=i sin-r
v sin4
y sin(»-l)T=—
sin-1-
• — 1 A
sin —2-7 = 0.
Рассмотрим суммы косинусов и синусов при коэфициенте TV(2):
JV(2) У, cos 2 [а — (n — 1) 7] cos (n — 1) 7 = M2) У cos 2 [а — (п — 1) 7] -Ь
п— 1 п= 1
п=£
+ -CM2' cos 2 [а - (п - 1)-|-ф
П = 1
n=i n=i
N(2>y. cos 2 [а — (n — 1) 7] sin(n—1)7 = sin2[« — (n — 1) 4~lI~
/2=1 n=l
---1-Л/(2)У sin 2 [a — (n — l)-|“l]-
/2=1
Величины полученных косинусов и синусов определяем по формуле (102).
Первые полусуммы
n==i sin -
4" М2) У cos 2 [а — (п — 1) ~ 7] == ~ N(2> cos 2 [а — 7] ;
п==1 4
n=i Sin-^
4гЛ/<2)]ф’п 2 [“—(«—=4" w<2>Y^Ysin2[a—
Эти полусуммы будут равны нулю, так как синусы, стоящие в знаме-
нателе, при любом значении у равны нулю, а синус, стоящий в числителе,
не будет равен нулю при i = 3, 5, 7 и 9.
Вторые полусуммы
п =1 sin 2 • / Зу
2 cos2[a-(«-l)AT] = 4-№)—
п = i sin 2«Z37
cos2[«-(n- 1)4т] = 4-W«—з^-sin 2[a-^44
л-l sln^i_L
B этом случае синус, стоящий в числителе, будет равен нулю при
любом значении /, а синус, стоящий в знаменателе, не равен нулю при
z > 3 и равен нулю при i = 3.
71
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Раскроем полученную неопределенность при помощи правила Лепи-
т а л я и, подставляя в правую часть i = 3 и у = , получим:
О
cos2 [а - (Л— 1) 4^ =
п~1
2 • i • 3 2 • 3 • 3 • 2л
_____cos *_______
=4-мг> —4~з—2“т^— c°s 21«- • 4 • т1=4 Л,;2) *cos 2а-
2 2 • 3 2 • о • 2л | 2 2 о J 2
"4~C0S 4 • 3 “
Значение полусуммы синусов будет равно
п — i
-TN(S) 2 sin2[«-(и-1)41] =
п = 1
2 • i • 3 2 • 3 • 3.2л
1 ar/os 4 cos 4-3 . ПГ 3— 1 3 2л I 1 . о
2^ 2^3 2 • 3 • 2л Sin 2 [а 2 *2 3J 2'N ZSin2a*
~~Г cos -4Т3-
Рассмотрим суммы косинусов и синусов при коэфициенте Q(2):
п~ i
Q(2) cos 2 [а — (л — 1) 4"т] cos (л — 1) 7 = 4- -у £(2) cos 2а +
п — 1
п — i
+4^(ч X cos2[a_(z-1)'ri;
Z?e= 1
n=z
Q(2) c°s 2 [а — (и — 1) — 7] sin (п — 1) y =
/! =
= +-y^2Sin2a—Г^(2) У Sin2[а —(/—1)7].
n<= 1
Определим полусуммы косинусов и синусов по формуле (102):
n=? sil,
~ Q<’> У COS 2 [а- (я — 1) ч] = ’ QW------------------------2 cos 2 г _
2 2 sin 4 1-
-4Q(S) У Sin2[a-(Z-I)71 = -4Q(2’—4-sln2[a-L214
n = 1 Sin
Эти полусуммы будут равны нулю для всех значений i по соображе-
ниям, уже неоднократно указанным выше.
Подставляя найденное значение сумм косинусов и синусов в уравнение
(123), получим проекции неуравновешенной силы инерции 2-го порядка
в звездах с числом цилиндров больше трех
р(2) = L Q(2) cos 2a = — Д -у MRrf COS 2a; (124)
pm = _ JL q ст sin 2a = — i). -j MR^ sin 2a. (125)
72
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таким образом, при оговоренных выше допущениях суммарная неурав-
новешенная сила постоянна по величине и равна
Я” = i^RMtf. (126>
4
Эта сила вращается с двойной угловой скоростью, причем, как видно
по знакам, — в сторону вращения вала; при а = 0 она составляет 180° с на-
правлением кривошипа; при а =180° она направлена по кривошипу.
Ее величина для звездообразных двигателей средней и большой мощ-
ности достигает 450-ь750 кг.' Ее можно было бы уравновесить по мето-
ду Ланчестера, но вследствие конструктивных трудностей расположе-
ния противовесов эта сила остается неуравновешенной и передается на
фундаментную раму. Это является одной из причин, вызывающих необхо-
димость крепления звездообразного двигателя к раме на упругой подвеске.
В звездообразных двигателях с тремя цилиндрами неуравновешенные
силы инерции 2-го порядка будут:
рт = [№> _ QW]4- cos 2а = 4- АГш2 г [Я— 2Xr] cos 2а;
Рт = — [№) 4- Q(2)] 2. Sin 2а = — Мо® у [/? + 21г] sin 2а.
Вынося X за скобки и подставляя вместо L его приближенное значение
4- г, получим окончательно:
Р<’> = 4- (1 - 44 cos 2а; ]
> (127>
рт = MkRvfi (1 + sin 2а. I
Векторная диаграмма этой неуравновешенной силы представляет собой
эллипс с малой полуосью, расположенной по оси главного цилиндра и равной
аг =
и с большой полуосью
1,51W«<2(1+т)-
Если не пренебрегать разницей в кинематике главного и прицепных шатунов и при-
нять точное значение неуравновешенных сил инерции 2-го порядка главного цилиндра,
то более точное выражение для неуравновешенных сил инерции 2-го порядка получим
путем суммирования косинусов и синусов, стоящих перед разными коэфициентами [фор-
мула (123)] —• от п — 2 до п = i.
Проекции этих сил на оси координат в этом случае будут равны:
cos 2а 4-cos 2а cos (/г— 1)т4-М2> cos 2 [а —
П= 2 П—2
— (п — 1) f] cos (п — 1) 7 — Q<2> cos [2а — (и — 1) -у] cos (п— 1) -у;
= р(2> cos 2а у] sin(n—1)-уЛ^2) cos 2 [а — (п—l)y]sin(n—l)v —
П—2 П --2
- Q(2) £ cos [2а — (п - 1) 7] sin (п — 1) V. (128)
П = 2
Напомним величины коэфициентов:
Ф = да®2;
Bf2) = Х ~L~ (1 + "т) М/?0)2;
4
Q<2> = 2Х ~ MW.
73
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Произведения косинусов, стоящие под знаком S при числе цилиндров л>3, имеют
следующие значения [все исследования производятся на основании формулы (102)].
cos (/г —1) 7 = cos (л — 1) 7 — cosO° == — 1;
п =2 п =1
п—i n — i
2 sin (П — 1) 7 = 2 Sin (л — 1) 7 — sin 0° =0;
n =2 n=l
n — i n — i
cos 2 [a — (n — 1) 7] cos (n — 1) 7 == -i- cos 2 p — (n — 1) -i- 7j +
s n = 2
n = i n—i
4--i- cos2 |a — (л — 1)-|- 7J = cos 2^a — (« — 1)“ 7J —-y cos2a-b
n=2 n=l
----5- cos 2a — — cos 2a;
n — i n = i
cos 2 [a — (л — 1) 7] sin (n — 1) 7 =
n = 2 n=l
n — i
sin 2 Г a — (n — 1) 7I------------sin 2a 4- sin 2a = 0;
L a J " “
n — 1
n = i n = i n—i
У cos [2a — (n— 1)7] cos(«— 1)7 = У cos2 [a— (n — 1)7] 4- cos2a =
n = 2 72—2 П = 2
n — i
= -i- У cos 2 [a — (n — 1) 7] + cos 2a-------------2~ C0S 21 = (4-----0 C0S 2a;
n = 1
n=i n — i n=i
У cos [2a — (n — 1) 7] sin (n — 1) 7 = У sin 2a-У sin 2 [a — (n — 1) 7] —
n = 2 n=2 n=2
n—i n = i
У sin 2a-sin 2a — ~ У sin 2 [a — (n — 1) 7] + sin 2a == —sin 2a-
n=l n=l
Подставляя найденные величины суммы в формулу (128), получим:
jD(2)==['C(2)_J5(2'_N(2)_^_l
cos 2a.
Подставим значения этих коэфициентов
р(2) = —м/?(о2[—+л-^(г—2) + x4"fl +-т} ~Я cos 2a
I Ь Ь L \ Ь J j
P<2) = — W2 x i sin 2a.
x I
(129)
Таким образом суммарная сила переменна по величине. Для простоты построения и
исследования целесообразно представить переменный по величине вектор суммарной силы
2-го порядка в виде суммы двух постоянных по величине векторов, вращающихся с
двойной угловой скоростью коленчатого вала в разные стороны (метод Тэйлора).
74
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Вектор, вращающийся по направлению вала, обозначим а вектор, вращающийся
против направления вала — С^.
-р?) = Cn2) cos 2flt Л- сп2) cos (~ 2а)
р(2) = С(2) sin 2а + sin (— 2а). (130)
Отсюда, сопоставляя уравнения (129), (130), имеем:
С<„2) + С$ = -MR^ [4 + ^('-2) + *-£(* +т) ~х]:
откуда легко найдем значение коэфициентов и :
с<2> = Гх - А. + 2Х 4 « - о - 4 > (1 + 4)1:
L * * Jb \ * / I
<$=4л"дтЧк-4-+ат-гЧ,+т)]- <1з,)
Если К вынести за скобки, то получим:
= + ------+ 4)-тгф «32)
I I JL, \ I / IK |
c<2>=4-^x[i+^-4(i+4)-4-]. (од
О величине разницы при вычислениях по выведенным формулам и формуле (126)
можно судить на примере задачи 7.
Задача 7
Исследовать уравновешенность девятицилиндрового звездооб-
разного мотора М-25 сноминаль ной мощностью 700 л. с. при 1950 о б/м и н.
Даны:
R = 87,35 мм; L = 349,25 мм'
/ = 280,57 л/л/; г2 = г8 = 69,8 мм; г3 = г8 = 71,6 л/л/;
г\ = г7 = 69,45 мм; г5 = г& = 69,2 мм; = 7 = 40°.
Масса поступательно-движущихся частей главного цилиндра Afj. = 0,353кг • сек2 • м~^.
Масса поступательно-движущихся частей бокового цилиндра 714^—0,333 кг- сек2 • м~1.
Средняя величина поступательно-движущихся масс
Сила инерции первого порядка, направленная по радиусу кривошипа,
i Ллп 2 9 • 0,337 • 41 550.0,0873 ККПА
--Л4/?<п2 =----------------------= 5500 кг.
ла
Для ее уравновешивания нужно поставить на щеках два одинаковых противовеса,
каждый из которых при р == R должен весить
i/4 Mgi = х/4 • 0,337 9,81 • 9 = 7,48 кг.
Средний радиус проушин
г = 2.l69.8+2;. 71,6+ 2.69,45 + 2^6^ =
Сила инерции второго порядка, вращающая со скоростью 2<о по направлению вала
[формула (132)]
С<2> = 4-0,337 • 0,0873 • 41 550 - 0,25 Г1 + (1 — 9)—
0,07 / 0,07 X 0,08773 ]
0,349 k + 0,28 ) 6,28-0,25]
75
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Сила инерции второго порядка, вращающая с угловой скоростью 2ш в сторону, про-
тивоположную валу [формула (133)]
eg = 4- 0,337 • 0.0873 • 41550 • 0.25[1 + (1 + = 6.88
т. е. практически ее можно во внимание не принимать.
Подсчитаем эту неуравновешенную силу по приближенной формуле [формула (126)].~-
Р(2) = 9 • 0,25 • • 0,0873 • 0,337 • 41 550 = 690 кг.
v5Zo
Полученное расхождение очень мало.
§ 28. УРАВНОВЕШИВАНИЕ ЗВЕЗДООБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ЦЕНТРАЛЬНЫМИ
ШАТУНАМИ
В случае центральных шатунов по оси каждого цилиндра будет дей-
ствовать неуравновешенная сила, равная
Р = Жп fte? (cos a -J- X cos 2а) = СЮ COS а 4т С<2> cos 2а.
Отыскание неуравновешенных сил в этом случае можно производить,
методом, изложенным выше. Силы инерции 1-го порядка приводятся к
равнодействующей, направленной по кривошипу, и уравновешиваются
противовесами. Величина этой равнодействующей находится по формуле
(120), а вес противовесов — по формуле (121). Вследствие более простого
закона изменения сил инерции при центральных шатунах низшие порядки
сил инерции в' этих звездах обычно уравновешены. Первый порядок не-
уравновешенной силы инерции любой звезды этого типа равен числу ци-
линдров без единицы. По величине эта сила равна силе инерции одного
цилиндра, умноженной на половину числа цилиндров.
Таким образом в трехцилиндровой звезде остается неуравновешенной
сила — 2-го порядка;
Л
в пятицилиндровой звезде — 4-го П0РяДка;
в семицилиндровой „ —б-го порядка;
в девятицилиндровой „ Р— 8-го порядка.
Следовательно, практически .можно считать уравновешенность звездо-
образных двигателей с центральными шатунами весьма совершенной.
§ 29. УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВОЙНЫХ ЗВЕЗД
В практике встречаются сдвоенные звезды, состоящие из пяти, семи
и девяти цилиндров в каждой звезде. Большее распространение получили
сдвоенные звезды по семи цилиндров в каждой звезде (Гном-Рон К-14>
Пратт Уитни и др.). Эти звезды получаются меньше по диаметру и допу-
скают свободное размещение всасывающих труб и проводки. Для обеспе-
чения охлаждения задней звезды оси цилиндров этой звезды сдвигаются
по отношению к осям цилиндров передней звезды на угол, равный поло-
вине угла развала между цилиндрами.
Коленчатые валы сдвоенных звезд выполняют двухколенными, с распо-
ложением колен под углом 180° (фиг. 74).
Как было показано выше, равнодействующая сил инерции 1-го порядка
поступательно-движущихся масс в каждой звезде направлена по радиусу
кривошипа и равна
Р<1) = (134)
22
76
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Как видно из фиг. 74, эти равнодействующие в спаренной звезде дают пару
с плечом а, расположенную в плоскости кривошипа, момент этой пары
равен
Л1(1) = -у iaRAW. (135)
Этот момент, а также7 и момент, составляемый центробежными силами
вращательно-движущихся масс, могут быть полностью уравновешены про-
тгивовесами.
В случае звезд с центральными шату-
нами силы инерции 2-го порядка уравно-
Фиг. 74. Схема коленчатого вала двойной
звезды.
вешиваются сами собой отдельно у каждой звезды, за исключением трех-
цилиндровой.
В случае прицепных шатунов в каждой звезде остаются неуравнове-
шенными силы инерции 2-го порядка, которые могут образовывать пару.
Величина этой пары зависит от взаимного положения главных шатунов
в передней и задней звезде.
Допустим, что главный цилиндр задней звезды сдвинут по отношению
к главному цилиндру передней звезды на угол ч0 (фиг. 75). На фигуре ось
координат г, общая для обеих звезд, помещена симметрично по отноше-
нию к этим главным цилиндрам.
Ранее было доказано, что в каждой звезде остаются неуравновешенные
силы инерции 2-го порядка, равные
р(2) = Д 21RM^ = С. (126).
При а — 0 эта сила совпадает с плоскостью кривошипа и направлена
в его противоположную сторону, при вращении кривошипа она вращается
с двойной угловой скоростью коленчатого вала.
Принимая это во внимание, отложим силы по их направлению, дей-
ствующие в каждой звезде при расположении кривошипов, показанном
на фиг. 75. Как видно из фиг. 75, сила инерции передней звезды Сп повернется
от своего первоначального положения на угол 2а, сила инерции задней
звезды С3 — на угол
2а3 = 2 (т0 + а + 180°).
Спроектируем эти силы на оси координат:
Pzn =Сп- cospn = — Спcos2(аV), 1
/ з \ ! (136)
Ргз = С3 • cosРз = —-С3 cos2(a^—-гД I
77
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Так как обе звезды выполняются совершенно одинаковыми, можно при-
нять Сп = С3 — С. Суммарные силы, действующие по осям координат, будут
равны
Рх П = Сп • sin рп = — Сп • sin 2 (а + ,
Рхз =*= С3 • sinp3 = —-С3 • sin 2 (а 4~4'Го)«
Pz = PZn + Аз=-С [cos 2 (а 4- т0) + cos 2 (а + *^Т0)] =
=— 2С cos 2 (а 4- ~ у0) cos-i- т0; (137)
Рх = Рхп +Рхз = — с [sin 2(а 4- 4-sin 2 (а 4- -|-j =
Фиг. 76.
= С [cos 2 (а +
=— 2Csin2 (а + 4" То) cosТо-
Общая равнодействующая этих сил будет
равна:
Р&> = / р2 4- ра = 2С cos 4 То- (138)
Величина этой равнодействующей будет за-
висеть от угла сдвига между осями главных
цилиндров. При То = 0 Р(2) = 2С; при т~
-90° Я2)-/2С, при т=180° Я2>-0.
Определим моменты, создаваемые этими
силами относительно осей координат фиг. 76
/иж=-рг„-?- + Р2,-“- =
4 Ко) — cos 2 (а + То)]=Са sin 2 (а + 4 -[„) sin То;
Мг = Рха^ — Рх з-|- = 4C[sin 2 (а + 4 Yo) — Sin2 (а -|- Т То)J =
= С-Л cos 2(а 4- Т -fo) sin4 То-
Результирующий момент будет равен:
Ж<2) =+ Л12 = С • а sin 4 То-
(138')
Величина этого момента также зависит от угла сдвига между осями
главных цилиндров. При То = О /И<2> = 0; при То = 90° ЛГ<2> = ~ /*2 Са при
То = 180° — С • л.
Следовательно, с изменением угла То меняется величина равнодействую-
щей силы и момента.
Когда сила удваивается, что соответствует расположению главных ци-
линдров в затылок друг другу, момент будет равен нулю. С увеличением
угла То от О ДО 180° равнодействующая сила уменьшится до нуля, а ре-
зультирующий момент растет до своего максимального значения. Резуль-
тирующая сила и момент остаются неуравновешенными..
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ГЛАВА III
КРУТИЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ
§ 30. ГАРМОНИЧЕСКОЕ ДВИЖЕНИЕ
от этой оси на угол а — p{t — £0).
оси ОХ
(139)
отсчета.
Фиг. 77.
По окружности круга радиусом R двигается точка А с постоянной
угловой скоростью р (фиг. 77). В момент времени t0 эта точка находится
на оси ОУ, в момент времени t— отошла
Тогда расстояние х, пройденное по
проекцией этой точки, будет:
х = R sin а = R sin {pt — ptQ);
или вообще
х = R sin {pt + С);
здесь С — постоянная, зависящая от начала
Движение, подчиняющееся такому закону, на-
зывается гармоническим.
Если бы за начало отсчета была принята ось ОХ,
то в этом случае по фиг. 77 расстояние точки А' от
начала координат
х = R cos ₽ = R cos {pt—pQ = Rcos {pt + C').
(139<>
Величина R, входящая в уравнение (139), носит название амплитуды.
Амплитуда показывает величину наибольшего отклонения точки А' от ее
среднего положения в начале координат. Величина р называется круго-
вой частотой гармонического движения; {pt 4- С) — фазой,
С — начальной фазой.
Из уравнения (139) видно, что гармоническое движение является пе-
риодическим, так как, если величина pt будет последовательно принимать
значения 0, 2гс, 4~ и т. д., то значения величины х будут одинаковыми.
Период колебания, т. е. промежуток времени Т между ближай-
шими по времени одинаковыми положениями точки А', найдется таким
образом из условия
рГ=2к, (140)
т. е.
Т = ~. (141)
Круговая частота может быть выражена на основании формулы (140)
через период Т следующим образом:
79
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Отсюда видно, что круговую частоту гармонического движения нельзя
смешивать с числом п колебаний или полных изменений величины х в
секунду, так как или, по формуле (141) j
„ _ Р „ „ _ W
Леек---2^ и Лмин — ~ •
Фиг. 78.
§ 31. СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ С ОДНОЙ СТЕПЕНЬЮ СВОБОДЫ
Простейшим примером таких колебаний может служить движение груза,
подвешенного на пружине (фиг. 78), сила упругости которой пропорцио-
нальна деформации.
Обозначим через G и М вес и массу груза (массой пружины пренебре-
гаем), через 8 — начальный прогиб пружины под действием силы веса G.
Если этот груз оттянуть вдоль оси пружины на величину а и потом отпу-
стить, то он начнет совершать колебательное движение.
В данный момент времени, когда груз находится на расстоянии х от
положения равновесия, на него действуют: сила тяжести G и сила пру-
жины Р, направленная обратно отклонению х.
При указанных на фиг. 78 правилах отсчета и знаков движение про-
исходит под действием силы
Рс = — Р + G - - К(х + 5) + G = - Кх, (142)
здесь К—коэфициент упругости пружины, т. е. сила, соответствующая еди-
ничному удлинению, так что
K$ = G.
Тогда диференциальное уравнение движения груза
представится в следующем виде:
Мхп = — Кх (143)
или
- л"+жл=0- (144)
Решение уравнения (144) можно искать в следую-
щих формах: __
х = A cos f + 7) (145')
или
* = Ssin(j/'Af + p). (145")
В правильности этого решения можно убедиться подстановкой.
Действительно, при решении по формуле (145")
(146')
у'=—B4sin(/4^+₽)’ (146")
т. е. после подстановки в формуле (144) имеем:
-sin (KIR+₽)+1^ (1Ф+₽)=°-
Величины В и ₽ могут быть найдены по начальным условиям.
Например, если принять за начало движения момент запуска этой
.80
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
системы, описанной выше, т. е. когда при t = 0 х == а и скорость х' = О,
то из уравнения (146') имеем; _____
Л' = 5 CQS ₽ = О,
что возможно при ₽ = -у*
Тогда из уравнения (145м) имеем:
х=а=В sin fi=B sin
т. е. В = а.
Таким образом мы имеем гармоническое движение груза с амплиту-
дой колебания а и периодом, который найдется из условия
т. е. период
. (147)
и начальная фаза
₽=!•
В том случае, если начальные данные известны не для крайнего поло-
жения груза, т. е. если величина а не дана, но известно положение груза
л0, скорость x'Q при каком-то другом начале отсчета времени £ = 0, то-
уравнения (145"), (146') приобретают вид:
л0 = В sin р;
Фиг. 79.
Ao=SK^-cos'₽-
Возведем эти уравнения в квадрат, сложим почленно и решим относи-
тельно В.
Тогда, учитывая, что sin2p 4" cos2p = 1, получим величину амплитуды
-В = Кло + (ло)2“^“- (I48)
Если же эти уравнения разделить почленно, то для определения на-
чальной фазы имеем:
tg? = ^VX (149)
Т М
Задача 8.
Дано (фиг. 79):
Средний диаметр навивки пружины d = 40 мм; диаметр проволоки
8 = 4,5 мм; число витков i = 5. К пружине прикреплен груз 11 кг,
к которому на нитке подвешен груз 10 кг. Найти амплитуду и период
колебаний, которые возникнут, если пережечь нитку. Массой пружины
можно пренебречь.
Решение.
Прогиб пружины
f = &G ’
здесь G — модуль упругости 2-го рода, равный для стали 825000 кг/см2; Р — усилие
деформирующее пружину.
Амплитуда колебаний равна разности прогибов f и f под нагрузками Рг = 21 кг и
Р2= 11 кг. Так как прогибы пропорциональны величинам Р, то амплитуда может быть
найдена непосредственно по разности:
Рг — Р2 = 21 - 11 = 10 кг,
т. е.
8-5-403-10
4,5* - 8250 ” 7,Ь
В в А—142—6
мм.
81
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
По определению
А" — q qQ — 13,2 кг]см.
Тогда по формуле (147) __________
Т = 2У4 = 2Я/д^=0Д83СеК.
Уравнение движения и приемы решения остаются аналогичными при
колебаниях кручения с одной степенью свободы (фиг. 80).
Если маховик т отклонить от положения равновесия, повернув вокруг
вертикальной оси
на угол ф, то восстанавливающий момент 7Искр, под дей-
ствием которого этот маховик начнет колебаться.
По закону Гука
УИскр = = Ку,
где J — полярный момент инерции сечения вала;
G — модуль упругости 2-го рода;
Д' — коэфициент упругости, т. е. момент, необходимый для
_ закрутки данного вала на один радиан.
Если J — момент инерции маховой массы т, то мо-
мент от сил инерции имеет следующий вид:
(150)
Фиг. 80. Свободные
крутильные колебания.
Mj = Jy".
Тогда аналогично уравнению (144)
f" + -T-t = 0. (151)
Решение этого уравнения
аналогично выражениям (145)
<р = A cos (j/-j- t + 7) или
<P = Bsin(j/4< + 0' (152)
Период колебания аналогично
уравнению (147)
Т=2т.У^. (153)
Амплитуда, аналогично (148)
(154>
Начальная фаза аналогично урав-
нению (149)
р = arc tg—(155)
<?о
В приведенных уравнениях
величины ф, А и В обычно вычис-
Фиг. 81. Диаграмма для определения жесткости
при кручении цилиндрического вала.
ляются в радианах, но могут вычисляться и в градусах дуги.
х Значение К зависит от полярного момента инерции сечения вала J и
длины I:
JG
I
Ко
I *
(156)
82
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для полого вала с диаметром dHap и dliH
Я(%~<Н) =JKar-Jm- (157)
На фиг. 81 даны значения Ко, т. е. момента, необходимого для закрутки
сплошного вала круглого сечения на один радиан на длине 1 м.
Величины Kq для пустотелого вала можно получить по фиг. 81 как
разность значений двух сплошных валов с диаметрами tZHap и dBK.
Задача 9.
Найти период и амплитуду колебаний чугунного диска толщиной
b = 200 мм и диаметром 2/? = 400 мм, установленного на валу с наружным диаметром
40 мм, внутренним —20 мм и длиной 1,5 м, если известно, что вначале диск был по-
вернут на угол 1° от нейтрального положения. Массой вала можно пренебречь.
Решение.
Момент инерции диска
, о 7 t Я4 .1 7,8 • Ю00 0,24 2
J — 2л -i- b - = 2л - 0,2 —•:— = 0,4 кгм • сек2.
g 4 9,81 4
Восстанавливающий момент К на 1 радиан при длине вала 1,5 м на основании фиг. 81
и формулы (15G)
К = # = <20'5-Л5>-10-0- =1265 кгм.
1,5 1,5
1) На основании формулы (153) период
Т-2л|/ сек-
2) На основании формулы (154), так как в начале движения при / = 0 сг0 = 1°, == 0,
амплитуда А = l^l2 — 1°, что, однако, ясно и без формулы (154).
3) На основании формулы (155)
₽ = arctg~=-£-.
4) Для положения маховика в любой момент времени имеем на основании уравне-
ния (152):
ф = 1° • sin ^56,3/ 4- ~ (— cos 56,3/)°.
§ 32. ПРИВЕДЕННАЯ ДЛИНА ВАЛА
При исследовании колебаний кручения коленчатого вала его колена
заменяются прямолинейным валом постоянного сечения, эквивалентным по
жесткости, т. е. дающим одинаковый угол закручивания при той же на-
грузке. Длина такого вала называется приведенной, а сам вал приве-
денным или эквивалентным.
Угол закручивания колена слагается из углов скручивания коренных
шеек, шатунной шейки и из угла поворота одной шейки относительно
другой, происходящего за счет изгиба щек (фиг. 82).
Если обозначить через а и Jp длину и полярный момент инерции ша-
тунной шейки/а через Jo — полярный момент инерции коренной шейки,
то длина шатунной шейки /о. ш, приведенная к размерам коренной, на ос-
новании данного выше определения, может быть найдена из следующего
уравнения:
7И • а _М. ш
~ GJp ~ (fj0 ’
откуда приведенная длина шатунной шейки
(158)
Jp
83
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для приведения щек к коренной шейке представим щеку в виде кон-
сольной балки длиной /?, заделанной по оси шатунной шейки и изгибае-
мой на конце моментом М (фиг. 83).
В этом случае угол отклонения
₽ "К.
сечения щеки относительно
здесь Л—экваториальный момент инерции
оси, параллельной оси вала.
Фиг. 82. Скручивание вала, лежащего
в коренных подшипниках.
Фиг. 83.
Такой же угол отклонения при кручении моментом 7И дал бы вал с
моментом инерции Jo. щ и длиной /о. щ, которая найдется из следующего
условия:
= (159)
^о. щ
т. е.
<160)
Е J3
Обозначая половину длины одной коренной шейки через Ь, а толщину
щеки через е, получим полную приведенную длину симметричного колена
I. — 2 ± с • (?) ± Zo. ш ± 2/о. mi
(161')
здесь величина с определяет часть толщины щеки, принимающую участие
в деформации скручивания коренной шейки.
Данные действительных замеров угла закручивания валов показывают
некоторое расхождение по сравнению с величиной Zo, подсчитанной по
формуле (161'), вследствие влияния формы щеки, скруглений и реальных
условий заделки шатунной шейки в щеках. Учесть эти особенности можно
эмпирическими коэфициентами при Zo. ш И /о. Значения этих коэфициен-
тов были определены Картером на основании закрутки нескольких ва-
лов для двигателей с расположением цилиндров в ряд.
После подстановки в формулу (16Г) величин Zo. ш и Zo. щ по формулам
(158) и (160), а также при выражении моментов инерции 70> Л через
конструктивные размеры формула (161') с учетом опытных коэфициентов
получает следующий вид:
,4 ,4 4 .4
/о = 2(6+0,М + 4^,"аС (161)
Янар “вн
где
^о. нар и Ф». вн — наружный и внутренний диаметры коренной шейки;
^нар и ^вн—то же для шатунной,
h—ширина щеки;
R— радиус кривошипа.
Эта формула, известная под названием формулы Картера, дает
совпадение с опытными данными в пределах ±10%.
84
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для авиационных двигателей приведенная полная длина симметричного
колена равна
/0= 1,7^2,2(26+ 2<? +а),
т. е. длина приведенного к сечению коренной шейки, колена приблизи-
тельно вдвое больше действительной его длины.
Приведенная длина колена может быть найдена также по следующей
формуле*
Iq = G + 1% + 4г /1 = 2Z? 4- 0,4^;
где
Z2 = 0,773 (/? + г • d)
-'э.щ (162)***
/3 = а + 0,4е,
здесь d — наружный диаметр коренной шейки; z — экспериментальный коэфициент **.
Приведенная длина коленчатого вала звездообразного двигателя в виде
простой звезды может определяться непосредственно по формуле (161).
В случае определения длины коленчатого вала в двигателе двойной
звезды за недостатком опытного материала приходится делать те или
иные допущения.
При наличии промежуточной щеки можно вести расчет по формуле
(161) для одноколенного вала с удвоенной длиной шатунной шейки. К най-
денной длине следует добавить длину эквивалентного вала, найденного
для промежуточной щеки по формуле (160).
§ 33. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ МАССА
Для решения задачи на колебания момент инерции колена может быть
представлен в виде момента инерции эквивалентной массы 7И0, находя-
щейся на оси шатунной шейки, т. е. на расстоянии R от оси вращения
вала. По определению эта масса должна удовлетворять, условию
M0R* Jкол + ТИвр. шт/?2 + Мкв. п.д/?2, (163)
где /кол — момент инерции самого колена;
Л4вр шт — масса вращательно движущихся частей шатуна;
/иэкв п —сосредоточенная на шатунной шейке масса, эквивалентная массе поступа
тельно-движущихся частей шатунно-кривошипного механизма.
Величина 7ИЭКВ. п. д найдется из условия, что кинетическая энергия Т9 этой
массы равна среднему значению кинетической энергии Тср поступательно-
движущихся частей шатунно-кривошипного механизма за один полный обо-
рот вала (от 0 до 2тс)
Гэ-Жкв.П.Д«-^—• (164)
Если скорость поршня при различных углах а поворота кривошипа
* Формула приведения Гайгера (Z.V.D.I, № 48, 1921), видоизмененная на основании
закрутки нескольких валов, произведенной в НАГИ (см. Известия В. Н. О. ВВА № 1,
1923 —1924. Д м и т р и е в с к и й, Расчет коленчатых валов авиационных двигателей на
упругие колебания кручения).
** По Дмитриевскому, на основании закрутки трех валов (Испано, RAF, Бенц)
z = —1,57 при 4 =1,24 4-1 и ~ =1ь 1,21.
d d
*** Имеется также формула приведения Тимошенко; за недостатком места эта
формула здесь не дана. См. „Теория колебаний в инженерном деле".
85
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
2к 2 2те
Тер = da J (sin « + 4- 4 Sin 2а)®da=
о о
= —J (sin2 а + "2? sin2 2а4- ~ sin а sin 2а) da. (165)
о
Принимая во внимание, что
sinM = l^^ -
и
sin А • sin В = cos (А — В)---------- cos (А + В),
имеем:
2тс
Л4П „/?2<о2 1 г I I 1 Р2 1 /?2
Тер = 2 2л f Т Р ““ C0S 2а "4~ L2 4- -р- cos 4а 4-
4- ~г cos ( — а) —г cos %2 ^а»
Z-r jL J
так как вообще
2ге
У* cos па da — О,
и
ТО
2гс
. М,,ДУ t 1 ,/ 1 W\d
/cP ~ 2 2u 2 J V + 4 L4aa~
0
_ Mn. д^2 1 /< , 1 tfa\
2 2 V "r 4 L2 J '
Приравнивая формулы (164) и (166) и сокращая на ,
(166)
получаем:
^4экв. п.д
=4-М1+т£)-
(167)
Из других величин, входящих в формулу (163), величина Лол может
быть найдена либо подсчетом, либо непосредственно прокачиванием вала,
Фиг. 84.
например на бифилярном подвесе (фиг. 84).
При повороте вала вокруг его оси на очень малый
угол а нити подвеса отклонятся от вертикали на угол р.
Заменяя ввиду малости углов синусы дугами, имеем:
$ = а
₽=«4--г- (168)
I
Восстанавливающая сила будет
(169)
здесь G — вес вала.
При этих данных диференциальное уравнение движения
можно написать в следующем виде:
или, принимая во внимание
формулы (168) и (169), имеем:
. а" + 2
Gab
2 2 /
£
2
86
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
г. е.
G Ь2 * ..
л -тв = а
(170)
Период колебаний по формуле (153) будет: ____
Если по секундомеру замерить величину Т, то
T2Qb2
Jk.b~ 4n2Z,4*
Уравнение (171) дает значение момента всего коленчатого вала. Для отдельного колена
при общем числе колен i и моменте инерции носка JH
(171)
Г _____ Jk. В--Jh
КОЛ 7
(172)
Значение момента инерции эквивалентной массы, найденное по уравне-
нию (163), относится к серединам участ- г ? г г
ков приведенного вала, соответствующих Jg^ma Мок MOifR
каждому отдельному колену. Таким обра- ft п m пт it
зом после приведения длины и определе-
ния эквивалентных масс каждый коленча-
тый вал может быть представлен в виде
схемы, показанной на фиг. 85.
Момент инерции винта Лин может быть
Фиг. 85. Приведенная схема'колен-
чатого вала.
определен также при помощи замера пе-
риода колебаний около оси втулки на би-
филярном подвесе. Для приблизительного
теоретического подсчета величины Лин можно пользоваться следующей
формулой:
где G — вес винта;
г ____^Лин^8
ВИН — g .
(173)
g — ускорение силы тяжести;
г—радиус инерции винта, равный 0,4 4-0,45 от радиуса винта R для деревянных
винтов, а для металлических* 0,35 4-0,4.
§ 34. ПРИВЕДЕННАЯ СХЕМА ДВИГАТЕЛЯ С РЕДУКТОРОМ И НАГНЕТАТЕЛЕМ
В этом случае для исследования колебаний система заменяется прямо-
линейным непрерывным валом постоянного сечения, эквивалентным в
отношении жесткости и момен-
т -z тов инерции, как показано на
\ фиг. 86, а и б. Обе эти схемы
л ft ft являются эквивалентными в
I — г——’ll том случае, если момент Мк. в,
J и Ш приложенный к коленчатому
валу для преодоления инер-
Q ции винта Jвин И уПруГОСТИ
вала редуктора Кр (фиг. 86, а),
Фиг. 86. Приведенная схема вала с редуктором, равен моменту /Ик. в, необхо-
димому для преодоления инер-
ционных сил приведенной массы винта Л. вин и упругости заменяющего
участка вала Кэ. в (фиг. 86, б).
* Доллежаль, Редукторы авиационных двигателей. С в э н (Swan) в книге Handbook
of aeronautics, приводит следующие данные для деревянных винтов: 7ВИН = 0,0021D5 4-
4- 0,0026£)5 кгм • дуралюминовых ./вин — 0,0287)4,4 кгм-сек2; стальных пустотелых
Лин~ 0.013Z)4’4 кгм • сек2. Здесь D — диаметр винта в м.
87
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Если обозначить через аир углы поворота коленчатого вала и вала
редуктора, причем ~ == Z, то для схемы, показанной на фиг. 86, а, имеем
момент от сил инерции на валу редуктора
= Лин ₽" =
то же на коленчатом валу
7ИК. в = iMj = Лин^'2л .
Для схемы, показанной на фиг. 86, б, имеем:
7ИК. в~ Л. вин^ •
Следовательно,
I — I /2
•»Э, ВИН ---------------------------- J ВИНЬ •
То же для ведомой шестерни редуктора
J -J V
J Э. III J ш<- •
Аналогично, если КР — коэфициент жесткости вала редуктора, то мо-
мент, необходимый для закрутки его на угол р (фиг. 86, а),
ЛЛ=ЛРр.
Следовательно,
Мк. в = = Лр/2а. (178)
С другой стороны, в схеме, показанной на фиг. 86, б,
Х.в = Лэ.в«; (179)
Следовательно,
Кэ. в = Лр/2. (180)
Эти же результаты можно было бы получить из условия равенства
кинетической энергии действительной и заменяющей массы или потенци-
альной энергии действительного и заменяющего участка.
В самом деле, если р' и а' — угловые скорости, то
(174)
(175)
(176)
Л₽'2 _ Л.в«'2 2 ~ 2 ’ (181)
Л. В == ^2«7в . (177J
Если _ ^э.в°2 2 2 ’ (182)
то Лэ. В = Wp. (180) '
Аналогично формуле (182) можно найти жесткость эквивалентного
участка в случае применения пружинной муфты в ведомой шестерне
редуктора.
Если «—-число пружин, Лпр — коэфициент упругости каждой из них
(в кг!см), т. е. сила, деформирующая пружину на 1 см, X — сжатие одной пру-
жины, соответствующее углу р поворота ступицы относительно обода
шестерни и г—расстояние оси пружин от оси вала редуктора, то из усло-
вия равенства потенциальной энергии (при условии посадки пружин без
предварительной затяжки) имеем:
ЛпрХ2_*э.ва2
П 2 ~~ 2 ’
а так как Х^рг, то
Кэ. в = «/Cnpi2r2. (183)
88
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Необходимо добавить, что жесткость заменяющего участка в действи-
тельности оказывается ниже величин, подсчитанных по формуле (180)
или (183) вследствие упругости зубьев, обода и ступицы шестерен,
Таким образом уравнение (180) должно иметь следующий вид:
ЛГЭ. в = ^Р/2. (184)*
При наличии планетарного редуктора заменяющая схема определяется
аналогично вышеизложенному, причем более удобным оказывается способ*
соответствующий уравнениям (181) и (182).
Аналогично формуле (181) можно также написать (фиг. 87)
откуда
. Л = nii2 + J„i\ (186)
где Jn — момент инерции планетарной шестерни относительно ее геометрической оси-
п —число шестерен;
Jp — момент инерции всего комплекта планетарных шестерен с их осями и опорами
относительно оси вращения винта;
i —передаточное число редуктора;
4= J—передаточное число от ведущей шестерни с числом зубьев z2 и планетарной
.2
с числом зубьев
Р — угол поворота планетарной шестерни, соответствующей повороту коленчатого
вала на угол а.
Определение Кэ. в производится по формуле (184).
Для величины В в данном случае опытов не имеется, но, невидимому*
£~0,5 за счет деформации в зубьях и на осях планетарных шестерен.
Фиг. 87. Приведенная схема вала с планетарным редуктором.
Приведение частей привода нагнетателя выполняется аналогично выше-
изложенному.
Найдя величины жесткости эквивалентных участков, можно определить
их длину по формуле:
/э.в = 4—> (187>
Аэ. в
здесь Jo — момент инерции сечения эквивалентного вала.
Для выполненных двигателей средней и большой мощности величина /э. в.
имеет следующие значения: вал редуктора с пружинной шестерней /э.в^
^2-ь1/к. в; привод к нагнетателю /э. В^1О — 70ZK, в(4. в — полная приведен-
ная длина вала).
§ 35. СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ВАЛА С ДВУМЯ МАССАМИ
Случай свободных колебаний вала с двумя массами соответствует про-
стому звездообразному двигателю без редуктора (фиг. 88).
* Для шестерен без пружинной муфты (типа Ролльс-Ройс) по данным Свэна (Hand
book of aeronautics) 6 = 0,58.
,89-
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 88. Двухмассо-
вая система.
Для того чтобы эта система пришла в колебательное движение, необ-
ходимо первоначально повернуть в разные стороны обе массы. После того
как система будет предоставлена самой себе, обе массы придут в состояние
колебания кручения, все время вращаясь в разные стороны друг относи-
тельно друга, т. е. с одинаковым периодом колебаний.
Таким образом на валу имеется сечение АА, которое при колебании
•системы остается неподвижным.
Это сечение называется узлом колебаний и положение его может
•быть найдено, если представить, что мы имеем две колеблющихся массы
с моментами инерции и Л, длинами вала и /2, но
с одинаковым периодом колебаний.
Тогда на основании уравнения (153) получим:
= (188)
Для случая вала постоянного сечения ве-
личины коэфициентов упругости Kt и К2 могут
быть представлены в следующем виде:
здесь Ко — коэфициент упругости всего вала длиной L. Тогда уравне-
ние (188) примет следующий вид:
У = У (189)
•откуда
4 __ Л
4 “ Л ’
Таким образом решение задачи на свободные колебания вала простого
звездообразного двигателя сводится к следующим этапам:
.1) определение приведенной длины и эквивалентных масс,
2) определение положения узла колебаний по формуле (188),
3) непосредственное решение по формулам (152) — (155).
Решение этой же задачи может быть£делано методом, изложенным ниже.
Намечаем среднее положение дисков; углы отклонения каждого из них
•от положения равновесия обозначаем через и а2. В общем случае эти
углы нужно расположить в положи-
тельном направлении отсчета углов
(фиг. 89).
Тогда получим уравнения движения
для каждой из масс в следующем виде:
Л'И + ATofe- <f>2) = 0, (190)
A'f 2 — Ко (<h — <р2) = 0.
Различные знаки восстанавливаю-
щего момента объясняются тем, что
массы Jr и /2 вращаются силами упругости в обратных направлениях.
Решение системы уравнений (190) ищем в форме
cos (р^ + Р);
ф2 = &2 cos (pt 4- р).
(191)
Из предыдущих объяснений видно, что для обоих решений частота
и начальная фаза колебаний должны быть одинаковыми, так как массы
при колебательном движении проходят положение равновесия одновре-
менно.
«О
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Подставляя корни из уравнения (191) в уравнение (190), имеем после
сокращения на cos {pt + ₽):
-W-/C0(V&2) = 0. J
(190')
В этих двух уравнениях три неизвестных — частота р и амплитуды
и &2- Задаваясь одним из неизвестных, например = 1, можно определить
остальные.
Складывая почленно оба уравнения (190х), имеем после сокращения на рг
/Л = —ЛЛ, (192)
т. е.
»1=—
ИЛИ, При = 1,
»i = ~(192')
Знак минус показывает, что в отличие от положения, принятого
на фиг. 89, массы в действительности отклонены всегда в разные стороны
от положения равновесия.
Если на оси вала отложить величины 1)2 = 1 и найденное значение
(фиг. 89), то из подобия треугольников и на основании (192') легко притти
к уравнению (189)
/1 _ _ J2
/г “ »2 “ А ‘
Подставляя значение в одно из уравнений (190'), имеем:
р^ко^- (193)
Отсюда на основании уравнения (141)
(194)
заменяя величину J2 или Л на основании уравнения (189), легко показать,
что уравнение (194) тождественно с уравнением (188).
Так как в звездообразных авиационных двигателях момент инерции
винта значительно больше момента инерции приведенных к кривошипу
масс (Л =60 —120 кг-см*сек?\ /0 = 10 = 12 кг-см-сек*), то узел колебаний
лежит очень близко к винту, амплитуда которого значительно меньше
амплитуды приведенных масс.
Поэтому в некоторых источниках рекомендуется считать вал звездообраз-
ного двигателя как одномассовую систему, полагая приблизительно
§ 36. СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ВАЛА С ТРЕМЯ МАССАМИ
Пусть массы с моментами инерции Д, /2, -4 находятся в колебательном
движении, причем в данный момент они отклонены от среднего положения
соответственно на углы <^, и <Рз-
Учитывая, что движение каждой массы происходит под действием сил
упругости непосредственно примыкающих к ней участков вала, с учетом
правила знаков для моментов, указанного на фиг. 90, получим следующие
выражения восстанавливающих моментов:
для 1-й массы + К1(%1 — ?г);
„ 2-й „ +^(ь—?з) — Ki(Ti~ Ы;
„ 3-Й „ --Л^(г2 ¥з)’
91
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Обозначая угловые ускорения масс через <?2, имеем систему
диференциальных уравнений:
Л/1 + Ki(<h — <Ь) = 0;
Л?2 + К2 (<р2 — и3) — Kr (<Pi — <р2) = 0;
— — <?з) = 0.
Ищем корни этой системы в виде:
«р! = ^iCOS {pt 4- ₽);
<f2 = »2 COS (р/ -Ь Р);
<f3 = S3cos(p^ + ₽),
где
(195)
(196')
t— время;
й2, г)3, р и р — постоянные величины, значения которых подобраны
так, чтобы удовлетворять системе уравнений (195).
Фиг. 90. Трехмассовая система.
Продиференцировав дваж-
ды по времени выражения
ду (196'), имеем:
<?1 = — ^р2 cos (pt + ₽);
«; = —V2cos(p^ + ₽); р96)
Ч"з=— ®sP2cos (Р^ + ₽).
Подставляя значения <р и <р" из уравнений (196х) и (196) в уравнения
(195) и сокращая на cos (pt ф- р), имеем:
-ЛМ2 + /<1^1-^)=0; i(a)
- /Д Р2 + /<2 Д - &з) - (\ - &2) = 0; (Ь) (197)
— А &з Р2~ К2 Д— &3) = 0. * (с)
Для того чтобы найти период колебаний, надо исключить из уравне-
ний (197) величины ^г, г)2 и &3.
Из выражений 197(a) и 197(c) имеем:
= dsn
Вместо того чтобы подставлять эти значения в уравнение (197'), мож-
но просто сложить уравнения (197), (197') и (197"); тогда после сокраще-
ния на р2 получим:
УД +/Д +4^ = 0. (198)
Подставляя в это уравнение величины из уравнений (197') и (197"),
имеем выражение:
г
+ ^2-/3^^ = 0,
которое после преобразований дает следующее уравнение:
п4__( I Л*4 + А
Р I Кг )
Р2+(Л+Л+А) = с-
(199)
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Отсюда можно найти величины р — частоты колебания; задаваясь же
одной из величин можно по уравнениям (197) и (198) найти остальные
величины $ и определить углы отклонения отдельных дисков в данный
момент, т. е. о п редел ить форму колебаний системы.
В данном случае оказывается, что вал имеет одновременно два вида
колебаний.
К подобной задаче может быть сведен вал двигателя с расположением
цилиндров в виде двойной звезды.
Задача 10,
Найти форму колебаний коленчатого вала двойной звезды.
Дано: Jx = 100 кгсм сек2;
J2 = J3 = 3 кгсм сек2;
D няп = 80 мм, D = 40 мм.
Приведенная схема вала показана на фиг. 91.
Решение.
кг- м
К== 33200— 2100 = 31 100
Отсюда, принимая во внимание, что Zt= 0,5 м и 12— 0,25 м,
имеем:
500мм \^50лщ
Фиг. 91.
Ку = 0,622- Ю7 Л2 - 1,244 - 107 Кг'С~
рад 2 рад
По формуле (199)
100-3-3 4 /100-3+3-3 100-3+100.3\
0,622 • 1,244 • 1014 Р \ 1,244-107 + 0,622-Ю7 ) р + 100 4
После преобразований получим:
р* — 1,042 • 107р2 + 0,091 • Ю14 = 0.
Решая это биквадратное уравнение, находим: ,
= 0,096 • IO7; = 0> 94б 107.
Рх = 980; р2 = 3080.
Отрицательные корни отбрасываются, как не имеющие физического смысла,.
Отсюда получим периоды
Фиг. 92. Формы колебаний
трехмассовой системы.
/т. _ 2л ____ 1
( > Т1 ~~ 980 “ “156” сек,;
2 л 1
(2) Т2 - 3()80 сек.
Первый вид колебаний — 156 колебаний в секунду.
Второй вид колебаний—490 колебаний в секунду.
Форма колебаний найдется по уравнениям (197')
и (197").
Первый вид колебаний
« _________ода&2________ПП7Ч..
1 100-0,096 — 0,622 ’ 2’
ч___________1,244 82
>3 “ 3 - 0,096 — 1,244 - + М
Второй вид колебаний
о,_______________________________0,622 82
- 100 • 0,946 — 0;622 “ °’007 ’’2’
1,244 8-2 __
“ 3 - 0,946 — 1,244 “ °’78
Эти отклонения могут быть изображены графически, если задаться величиной 82
(например 82 = 1), что сделано на фиг. 92. На схеме (фиг. 92) видно, что система имеет два
вида колебательного движения — одноузловое и двухузловое.
93
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 37. СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ВАЛА С МНОГИМИ МАССАМИ
Пусть на валу (фиг. 93) на расстояниях Zx Z2 Z3 и т. д. размещены махо-
вые массы; их моменты инерции J3 и т. д. Жесткости соответствую-
щих участков вала Klt К3 и т. д. Углы отклонения маховиков от поло-
жения равновесия (ось OY) в данный момент (pj, ъ2, с?3 и т. д.
Фиг. 93. Многомассовая система.
Принимая во внимание, что на каждую массу воздействуют силы упру-
гости лишь двух непосредственно примыкающих участков вала, для каж-
дой из колеблющихся масс можно составить следующие диференциальные
уравнения движения:
(1) Лт]+ МТ1 —Тг) =0; г
(2) Л?; + К2(Чз— Чз) - At (¥1— ?2) = 0;
(3) Лч'з + Кз (<₽ 3— Та) — Кз (?2 — Тз) = 0; (200)
(4) Л?4 + Ks (fa Тб) ~~ Кз (?з Та) = 0;
(л) Л ъ + • • • — (?«—1 — = 0-
Решения этой системы уравнений можно искать в следующем виде:
?1 = »1cos (/tf + P);
<p2 = &2cos (р£ + Р);
<?з = »3cos (pt + р),
?„ = cos (pi + Р)>
(201)
где все величины р и р подобраны так, что удовлетворяют уравне-
ниям (181).
Напишем вторые производные от уравнений (201):
= — ^iP2cos(pZ-f-₽);
92 = “ М2 cos (pZ-f-₽);
~&3P2cos(pZ + P),
(202;
= cos (pZ + P).
Подставляя значения у" и у из уравнений (202) и (201) в уравнение
(200) и сокращая на cos ipt + pj, получим:
94
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
-/Др2 4-^(0,-ад — 0;
- -W2 + К2 Д - ^3) - Кг Д - ад = 0;
-/3^24-/<зД-ад~/<2д-ад=о,
лад2 + • • • - Кп-1 (ад_1 - ад = о.
Изменяя знаки на обратные, получаем уравнения:
/ЛР24-Л;(^-ад =0; (а)
лад24- к2 д—ад - кт д - ад = о; <о
Лад2 4- к3 - ад - к2 д - ад - о, д
лад24-... -^1Л~М = 0. («)
(203>
(204>
Если задаться величиной амплитуды ад то уравнения (204) представ-
ляют собой систему п уравнений с п неизвестными.
Из этих неизвестных величина р определяет период колебаний, а ад
ад и т. д. — форму колебаний, т. е. положение всех масс вала при-
заданном положении одной из них.
Для нахождения периода колебаний необходимо путем последователь-
ного исключения , величин 02, г)3 и т. д. полу1 ить из системы уравнений (186)'
одно уравнение, по которому и определится величина р.
Нетрудно убедиться, что при п массах уравнение это будет степени'
2(«—1) относительно/?, что дает п—\ положительных корней.В предыду-
щем § 36 мы получили биквадратное уравнение при трех массах. Таким
образом, определение периода колебаний вала с п массами сводится в ко-
нечном итоге к технике решения уравнения степени 2 (п—1). Этого можно
избежать, применяя для решения метод Толле. Сущность метода заклю-
чается в следующем.
На основании уравнений (204) выразим величины амплитуд ад и т.д.,_ <,
через предыдущие величины ад г)2 и т. д.
Тогда по уравнению (204, а) получим:
»з = (1-£р2)»1. (205а),
По уравнениям (204, б) и (204, а)
»з = »2 - £ Л - £ р2»1 =- £ (Л&1+Л&). (205б>
По уравнениям (204, в) и (204, б).
= »3 — £ (401 + 40, + J383) (205в>
и вообще
= 8„_, -/t (УД + /Д + ... + (205).
Взяв какое-либо произвольное значение ад например 1, задаемся
значением р и последовательно вычисляем значения ад 43,. .., по фор-
мулам (205). Для первой оценки величины р можно пользоваться либо дан-
ными подобного вала, или приближенными методами, освещенными в § 38.
Для проверки правильности решения необходимо воспользоваться соот-
ношением, которое можно получить из системы уравнений (204). Если
95.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
сложить почленно все уравнения (204) и сократить на величину р2, то
получим:
/19i + /A + A»s+...+A»„ = S-/A = o. (206)
i=l
Таким образом, если величина р оценена правильно, то вычисленные
значения &2, Н3 и т. д. должны удовлетворять уравнению (206).
В противном случае необходимо задаться новым значением р и опре-
делить величины &2, »3 и т. д. заново. Если и в этом случае то
наиболее близкое к правильному значение р можно определить интерпо-
ляцией или экстраполяцией, которую довольно удобно произвести графи-
чески. Для этого по оси абсцисс откладываем значения р, которыми зада-
вались, а по оси ординат — соответствующие величины ЕЛЕ Пересечение
с осью абсцисс кривой, соединяющей несколько значений ЕЛ>,и даст пра-
вильное значение р.
Задача сильно упрощается для авиационного двигателя, у которого
колена одинаковы как по размерам, так и по массам. Тогда, обозначая
момент инерции винта через Jn, имеем:
’' — J% — — ... — Jn—1 — J г
(но Кп-1ФК).
Таким образом уравнения (205) приобретают вид:
»2=81-^Л; (207а)
= ^РЦ^+^ + ^з)
и для
1 Т7 Р2 (^1 + ^2 + «3 4“ • • • + $п—1 )•
Zvrt—1
Уравнение для проверки (206) будет иметь вид:
/(^_|_^ + ^ + ...+^_2)+уА==о.
Задача 11.
(2076)
(207в)
(207)
(208)
коленчатого
Найти период и форму собственных колебаний
вала мотора BMW-6Z со степенью сжатия е = 7,3.
<7=/,z 1,2 1,2 1,2 1,2
Ъ=80}
1,2 Кг см сек2 р
см
Фиг. 94.
Дано:
Приведенная схема вала * (см. на фиг. 94). Наружный и внутренний диаметр вала
соответственно равны 75 и 42 мм.
Решение.
По диаграмме, приведенной на фиг. 81, находим:
25500 2400 W() = б 24. 1()6 кг-см
0,37 рад
* Схема заимствована из справочника И. Ш. Неймана, ч. ].
'96'
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
1“
100 = 4I2.10e
0,56 рад ’
= 4,12 • W = 0,29'10 6’
тогда
J _
Задаемся числом собственных колебаний пс = 100 сек. Ч т. е. период Т = сек.;
так как рТ = 2к, то р — 628,
А - 4г jp2 = 0,192 • 10~~6.6282 = 0,076;
л
В = jp2 - 0,29 • 10“° • 6282 « 0,114.
1
При условии, что — 1, вычисления располагаем, как указано в табл. 17.
Таблица 17
*2 I ^4 ^5 &6
0 1 0,924 0,778 0,573 0,324 0,050 -0,345
^1 + + -4^ 1 -0,076 1,924 - 0,146 2,702 — 0,205 3,275 - 0,249 3,599 — 0,274 3,649 — 0,405
<720 4,38
Jn*n -27,8
п -}- Jff&n =S 1 [уравнение (208)] —23,42
Задаемся величиной пс=70; после аналогичных вычислений имеем JS& + Jn$n =
== 4- 23,52. Наиболее вероятное решение (пс — 85) находим по графику на фиг. 95. Про-
веряем это решение, пользуясь данными табл. 18.
Таблица 18
»3 &4 ^5 &7
& 1 0,945 0,838 0,685 0,494 0,276 -0,076
1 1,945 2,783 3,468 3,962 4,238
-0,055 -0,107 — 0,153 - 0,191 -0,218 —0,352
5,07 -6,09
JSQ’ -}- Jn$n —1,02
ВВА—142—7
97
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками
Фиг. 97. Форма свободных колебаний системы, показанной на фиг. 94.
Фиг. 98. Форма двух видов свободных колебаний коленчатого
вала с редуктором.
98
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Найдем другой вид колебаний, задаваясь величиной пс =255 сек."-1 и пс =245сек."“1.!
На основании аналогичных вычислений строим график, показанный на фиг. 06, и про-
веряем найденное значение пс = 250 сек."1» пользуясь данными табл. 19.
Таблица 19
1 »2 »8
& 1 0,528 —0,193 —0,823 -1,065 —0,804 0,015
SB —AS& 1 -0,472 1,528 —0,721 1,35 -0,630 0,512 -0,242 —0553 0,261 -1,357 0,820
-1,63
J rftn 1,28
Ш+J^n -0,35
После проверки получаем, что пс = 250 сек. ь, пс = 15000 мин.”1.
Найденные таким образом формы свободных колебаний представлены графически на
фиг. 97.
Результаты аналогичного просчета для двигателя с редуктором представлены на
фиг. 98, заимствованной из книги Свэн, Handbook of Aeronautics.
Из результатов расчета видно, что число собственных колебании уже
в двухузловом движении оказывается весьма высоким. Так как для на-
дежности двигателя решающим являются колебания с низкой частотой, то
обычно дальше 2-го вида колебаний определения не производят. Вообще же
число форм колебания равно числу положительных корней, т. е. п—1;
форма с наибольшей частотой имеет число узлов также п—1.
§ 38. УПРОЩЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРИОДА СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ
Один из наиболее простых методов определения периода собствен-
ных колебаний заключается в снижении числа масс в расчетной системе
условным объединением нескольких масс действительной схемы в одну
(фиг. 99).
Такая замена отражается прежде всего на числе видов колебаний, по-
лучаемых подсчетом. Если в схеме (фиг. 99, а) имеется 6 видов колебаний
(с 1, 2, 3 и т. д. узлами), то в схеме, показанной на фиг. 99, d, их только 3,
в схеме на фиг. 90, в — 2 и, наконец, в схемах 99, г и 99, д всего один вид
колебаний. Однако, поскольку обычно больше двух видов колебаний не
вычисляется, эта погрёшность может остаться без исправления. Вместе
с тем меняются и значения частот, что показано на фиг. 99 по вычисле-
ниям инж. Шор.
Имеются также готовые формулы и номограммы, позволяющие вести
просчет периода и даже формы собственных колебаний в некоторых част-
ных случаях коленчатых валов. Все они составляются обычно в предполо-
жении, что Л = Л = • • • = Л-i = J и = /2 — ... = Z„_2, равно как и соответ-
ственные значения К.
Инж. Дмитриевский приводит следующую формулу для l-ro вида коле-
баний (с одним узлом) ♦:
* Дмитриевский, Известия ВНО ВВА № 1, 1923.
99
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
п
Фиг. 99. Формы свободных колебаний заменяющих
систем.
.-a 11111 lllll 1 lllll.u.ulll, И &L. OJA - 0,645 -0,650 '-0,660 r вв -ill lit | Цj E ~m ~o k 0,002
4&Н 1,70^ 1,60\ \-о,гго \ 0,225 h 0,004 L 0,006 1-0,008
1,50l '^£670^ \ 0,230 0,010
z-0,680 r0~235~'~~ ~ lr 0,012
i.3oi itzo4 ijoi Соо4 0,90 А 0,80Л o^oi 0,604 S S g § g О й Ci~ Ci* Ci>' ССГ <^r Ci- Ci' Ci' J I I 1 ! II I It 1 llИ II I 1 1 t 1 11 1 lllll! 1 1 1 < 1 1 ! 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ! § § £ ГТ * 85 8 Ss § § § C* ‘f 53 => JL и у —* / \ u > Ci Ci ' Ci сз cS <=5 cS CiT <5>" C3" Ci" C-Г Со- ССГ 1 hIiihIhiiIjuiI iiiiIuii 1 HulllllIllllIlHlIltlllllll lllllllllllmilllllll
0,50- -0,770 h-ж i i JO 3 > I 1-0,030
Фиг. 100. Номограмма для определения периода собственных
колебаний шестиколенного вала.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Пс
1+л-4-
Jn
а
значения коэфициентов а и b приведены в табл. 20.
Таблица 20
1 1 а Ь
3 массы, не считая винта (J) < 1,666 > 1,666 2.77 2,95 2,28 2,0
4 массы „ „ * „ < 1,766 > 1,766 3,706 3,866 4,564 4,268
6 масс „ „ <2 >2 i 5225 5,525 12,05 11,45
Серенсен и Тетельбаум. * приводят номограмму для определения числа
собственных колебаний. Номограмма (фиг. 100) составлена для шестико-
ленного вала безредукторного двигателя.
Здесь по заданным конструктивным соотношениям
А А
I ’ Jo
и по круговой частоте
условно изолированной массы с моментом инерции J и длиной вала Z нахо-
дятся круговые частоты одноузлового и двухузлового колебаний всей
системы.
Задача 12.
Определить период собственных колебаний вала, данные по
которому приведены в задаче 11, пользуясь номограммой, пока-
занной на фиг. 100.
Решение* **.
•-Т
Соединяя прямой линией значения п и т, получаем для 1-го вида колебаний ~ =0,233
и для 2-го вида — =0,671. Отсюда
“А
= 0,233-2280 = 533 сек."1,
о)п = 0,671-2280 = 1530 сек
♦Серенсен и Тетельбаум, Статья в ТВФ № 5, 1934.
** Аналогичные, но более полные номограммы, позволяющие вычислять не только
период, но и амплитуды колебаний, составлены для 5 и 7 массовой системы инж. С т р у-
ковским и опубликованы в трудах ьАММ за 1936 г., а также в книге Клименко
и Струковский, Проектирование автотракторных двигателей, 1937. За ограничен-
ностью места эти номограммы не приводятся.
101
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
и, следовательно,
60о). .
п = —-— = 5080 мин.
ci
60<ои 1
пс < = —о— = 14 700 мин. .
СП 2л
Общий недостаток этих методов — малая универсальность, так как
упрощенные формулы и номограммы составляются обычно для какой-
нибудь заданной схемы.
§ 39. ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ БЕЗ ЗАТУХАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ
АМОРТИЗАТОРОВ
Пусть на систему, показанную ранее на фиг. 78, действует периоди-
ческая сила -р/7(фиг. 101). Если принять направление этой силы за по-
ложительное, то по правилу Далямбера
F-Mx” — Kx = 0. (209)
Пусть
> F—Q cos Qt,
< где Q — амплитуда силы;
Г • п
£—частота, соответствующая периоду / ==
l/г Тогда уравнение (209) можно представить следующим
Т образом:
Фиг* I0L Мх” -FKx = Q cos Qt,
т. е.
х” + Ргх = q cos Qt\ (209а)
здесь
<21°)
Для решения уравнения (209а) найдем сначала частное решение в форме
х = В cos Qt. (211)
Для нахождения значения величины В, при котором уравнение (211)
будет частным решением уравнения (209а), сделаем подстановку этого
значения х в уравнение (209а).
Так как
= — £92cos2£, (211)
то
— В22 cos Qt 4- р*В cos Qt — q cos Qt;
откуда
В = -гд-пГ. (212)
pi — £2 , v /
Эта величина В является амплитудой колебательного движения, совер-
шающегося с частотой возмущающей силы, т. е. является амплитудой
вынужденных колебаний.
Полное решение уравнения (209а) найдется в виде суммы отклонений
при свободных и вынужденных колебаниях:
x = Asin(pf + ₽)+^f2L_cosSf, (213)
где А, р и ₽ представляют собой амплитуду, частоту и начальную фазу
собственных свободных колебаний системы.
102
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Полную величину перемещений х можно найти, лишь зная величины
А и В из начальных условий и определив частоту по конструктивным
данным.
В качестве примера разберем случай, когда при t0 = 0, хо = 0 и х0= 0. В этом случае
х'о — Ар cos ₽ = О,
т. е.
т. е.
Таким образом
Помня, что
получаем:
Рассматривая
_____Ч______= О,
Р2 — й2
X = „2 (C0S “ C0S
л n o . A —В . A 4- В
cos A — cos В = — 2 sin —2— * sin —2—1
величину
q p — Q pA-Q
2s.n^2-t -sin-5-/
2q . p — Q
r2_Q2 sin 2
(214)
(215)
как переменную по времени
амплитуду суммарного колебательного движения, получим,
что Втах
Q
р2 — Q2
т. е. вдвое больще амплитуды вынужденного колебания (для
данного частного случая).
A ?
p2 — Q2 '
Обращаясь к рассмотрению решения (211), мы видим, что при p^Q,
т. е. при близких частотах собственных и вынужденных колебаний, ам-
плитуда вынужденных колебаний В стремится к бесконечности независимо
от величины силы q. Это явление называется резонансом.
Вместе с величиной В стремится к бесконечности и суммарная ампли-
туда, а так как напряжения пропорциональны деформациям, то при резо-
нансе возможны поломки механизма, хотя бы величина силы при стати-
ческом действии ее была далеко не достаточна для разрушения.
Для нахождения амплитуды вынужденных колебаний при различных
соотношениях между частотами р и 2 удобно представить уравнение (212)
в следующем виде:
д
р2
(216)
Из уравнения (210) можно видеть, что величина ~ является деформа-
цией при статическом действии силы q (когда х" = 0).
Обозначая Лет = рг, получим:
в= —2-. (216')
1 —•—
г2
Коэфициент V) = —показывающий, во сколько раз амплитуда при
вынужденном колебании больше или меньше перемещения при статической
нагрузке, называется коэфициентом нарастания колебаний*.
* Это определение принадлежит проф. Т имошенко.
103
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При 2 =р, т] = оо (абсолютные значения величины при различных
соотношениях даны в нижеследующей табл. 21 и на диаграмме
фиг. 102 ) .
Таблица 21
Значения коэфициента нарастания колебаний
Р Р . 'Ч Q Р У
0 1 0,95 10,26 1,6 — 0,64
0,2 1,04 1 оо
0,4 1,19 1,05 - 9,76 1 i 1,8 — 0,45
0,6 1,56 1,1 — 4,76 i 2 - 0,33
0.8 2,78 1,4 — 1,04 1 10 — 0,01
0,9 5,26 оо 0
вычислений значение можно представить в следующем
Для удобства
виде:
где пв и Тв — число и период колебаний возмущающей силы, пс и Тс — то же собствен-
ных колебаний.
Все выводы, приведенные в настоящем параграфе, могут быть цели-
................................
/ Z 3 4 5 6 7 8 9 10
Фиг. 102. Зависимость коэфициента нара-
стания колебаний от частоты.
ком применены к случаю крутильных
колебаний.
Для этого необходимо лишь в
уравнениях (210) заменить величины
%, л/, х” через % ф' и и пола-
гать, что
р2 = 4 и
Q
J >
q =
причем величина К будет иметь раз-
кгм г\
мерность——а величина Q—кгм.
Из рассмотрения данных табл. 21
видно, что по мере увеличения ча-
стоты вынужденных колебаний по
сравнению с частотой собственных
колебаний пружины деформации ее
уменьшаются. А так как сила пру-
жины пропорциональна деформации,
то колебания нагрузки на опору,
в которой закреплен конец пружины, также уменьшаются, опора оказы-
вается нагруженной более равномерно. На этом основано применение
пружин в роли амортизатора при передаче периодически меняющегося
усилия или момента.
Задача 13.
Сравнить нагрузку рамы при установке двигателя непосред-
ственно на ней и при установке на пружинящих кольцах.
Дано:
Двигатель четырехцилиндровый рядный, вес 0 = 150 кг; ход поршня 5 = 120 мм;
число оборотов коленчатого вала п = 2400 об/мин; вес поступательно-движущихся ча-
стей Оп = 3 кг; отношение R : L = 1:3,5; коэфициент упругости всех колец
К = 300 кг)мм; рама принимается абсолютно жесткой.
104
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Решение.
Рама нагружена суммарной силой от инерции поступательно движущихся частей
cos 2а = 4 Дт cos 2а 1300 cos 2а = 1300 cos Qt-
L У,о1 IvUv Vjt)
Амплитуда силы = 1300 кг-, период Т = сек., (сила инерции 2-го порядка);'
OV
Q = 500 сек. *.
Предельные усилия, передающиеся на раму без упругих колец, Ру = ± 1300 кг.
При постановке упругих колец с заданной характеристикой система может быть-
уподоблена схеме, показанной на фиг. 101.
Частота свободного колебательного движения этой системы, согласно уравнению (147К
тГК 1/300000 -1
Р==Г M = 15—= 141сек- •
Пользуясь диаграммой, показанной на фиг. 102, найдем значение
й 500 о кк п,
при —- = - = 3,55 т] = 0,1.
1 р 141 ’
Тогда, пользуясь уравнением (216), определяем деформацию колец
р(2) 1300
в == ^хст = 'П "X" °»1 300 = 0,43 мм'
Этой наибольшей деформации соответствует наибольшее усилие
Ртах ~ 300 * °,43 ~ 130 кг.
Пшд ’
Таким образом нагрузка рамы от инерционных сил уменьшилась с величины
1300 cos 500/ до значения 130 cos 500/ Вместе с тем двигатель совершает колебательное
движение на раме с амплитудой 0,43 мм.
Из той же табл. 21 для т] нетрудно убедиться, что амплитуда колебания в данном
случае может быть уменьшена постановкой более мягких амортизационных колец (причем,
одновременно будет уменьшаться нагрузка на раму).
Изменения усилия hi раму при разных значениях К можно проследить непосред-
ственно по диаграмме (фиг. 102) и табл. 21, так как
Ртах = КВ = = К-П = ,Р(2). (218>
Задача 14.
Сравнить нагрузку на зубья шестерни редуктора с переда-
точным числом /==0,6 в случаях пружинной и жесткой передач
на винт для семицилиндрового звездообразного двигателя.
.Дано:
Мощность двигателя 120 л. е.; п = 2900 об/мин (ф^ЗОО сек.-"1)-
Решение.
Средний момент на коленчатом валу
„ 716 • 120
“ 2900 " 30 кгм'
Для семицилиндрового звездообразного двигателя
Л'тах —1,40 • Л1ср = 42 кгм.
Для простоты решения примем, что действующий момент имеет вид:
М==Мср + 0,40Мср cos Q/.
Так как двигатель семицилиндровый, то, обозначая угол поворота коленчатого вала;
через а, получим:
7 7
М == 30 4-12 cos -х- а = 30 4- 12 cos <о/ = 30 4- 12 cos 1050/ кгм,
' 7
Значение cos а взято потому, что период кривой момента соответствует повороту
Л
7
коленчатого вала на ат — 2п:
105
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При заданном передаточном числе / == 0,6 момент на большой шестерне составит:
М
мо = Об ~ + 20cos кгм'
I - 0,6
!' ////
Фиг. 103.
число прцмин
2=5
3кг см сек-
При абсолютно жестких шестернях нагрузка на зубья колеблется в пределах:
.Мшах = 70 кгм\ Mmin = 30 кгм при Мср = 50 кгм.
Примем для редуктора конструктивные данные, показанные на фиг- 103. Массы ко-
лена, вращательных частей и приведенные массы поступательно-движущихся частей от-
носим к малой шестерне, т. е.
считаем вал абсолютно жест-
ким- Упругость вала и самой
шестерни редуктора в расчет
не принимаем и считаем, что
деформации подвержены лишь
пружины.
Коэфициент упругости од-
ной пружины считаем Кпр =
= 50 кг)мм‘, предварительную
затяжку пружины принимаем
равной 100 кг, т. е. меньше
усилия 120 кг, соответствую-
щего Almin при радиусе Ro =
= 50 мм.
При перечисленных данных
пружина должна быть сжата
на 2 мм при монтаже. Если
бы нагрузка вала моментами
Mcp. Mmin и Мгаах производи-
лась в статических условиях,
то этим нагрузкам соответ-
ствовали бы деформации пру-
жины Дср = 4 мм, Amin =
= 2,4 леи и Amax = 5,6 мм, т. е. деформация равна 1,6 мм от средней величины при на-
грузке ЛГср. Коэфициент упругости при закрутке шестерни может быть определен по
деформации пружин
К = = ft17?» = 50Q0'5°- = 6,25 • Ю4 кгсм(рад.
, ? дср 4
Приведем момент инерции коленчатого вала к валу редуктора
•'» -7 oV=о;^ -8135 кгсм ’секг-
Отсюда для свободных крутильных колебаний
т/К 1/6,25.10* -1
Р V J У 8,35 ~87 Сек* ’
Из данных табл. 21 и фиг. 102
Q 1050
при - = -^-=12 tq = —0,01;
т. е., учитывая соотношения уравнения (218), имеем:
М = 30 4- f] 12 cos 1050/ = 30 — 0,01 • 12 cos 1050/,
т. е. Mmax = 30,1 кгм, Afmin = 29,9 кгм.
Необходимо отметить, что этот результат не получится, если предварительная за-
тяжка будет увеличена сверх наибольшего значения нагрузки при Л4тах. В этом случае
при колебании момента будет изменяться лишь давление концов пружины на упорные
поверхности f выступов вала и шестерни (фиг. 103), но вся шестерня будет вести себя
как жесткая, без пружинной муфты.
§ 40. ДИНАМИЧЕСКИЕ ДЕМПФЕРЫ
Пусть на систему, состоящую из вала с коэфициентом упругости К
и маховика с моментом инерции J, действует момент (фиг. 104)
714 = Q cos Qt.
106
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В этом случае на основании уравнения (214) амплитуда вынужденных
колебаний
Q.
„ ?ст - к
. Q2 “ Q*J'
Z72 К
Если к большому маховику присоединить на валике с коэфициентом
упругости Кг массу, то можно так подобрать ее момент инерции что
амплитуда вынужденных колебаний мо-
жет быть уменьшена до нуля. Эта '//////7/7
добавочная система называется дина- ZZjZpZ
мическим демпфером.
Как видно на фиг. 104, уравнения
движения в этом случае по аналогии
с уравнениями (209) и (195) будут:
Л" + Kt - К. (п - Ч) = Q cos Qt- |
л?;+лк(%-<р)=о. J( '
Решения этих уравнений ищем в виде
у = 0- cos (р! = cos Qt. (220)
Подставляя эти значения в уравне-
ния (219), получим после сокращений
Фиг. 104.
- + да — (&!—&) = 0;
— + Кг (^ — $) = О- (221)
Отсюда определяем величины & и и подставляем в уравнение (220)
---------------1----1---------------. Q cos 2г
(_ JQ2 + к + /Q (/^ _ JXQ2) __ Т<2
= — • Q cos Qt. (-JQ?+K+KJ (Kt - ла2) — к* (222)
Из уравнения (222) видно, что при действии момента Qcos2£ масса J
останется в покое (<р = 0), если
^ — 422 = 0. (223')
Для этого необходимо, чтобы
У= 2, (223)
т. е. чтобы частота собственных колебаний демпфера была равна частоте
возмущающего момента. При этом условии уравнение движения
самого демпфера будет иметь следующий вид:
cos Qt. (224)
Знак „минус“ обозначает, что фазы собственных колебаний демпфера
смещены на 180° относительно колебаний возмущающего момента.
Рассмотренный демпфер обладает той особенностью, что он гасит ко-
лебания лишь одной частоты 2, т. е. лишь на одном режиме работы.
В отличие от этого демпфер двигателя М-25-В уничтожает вынужден-
ные колебания на различных числах оборотов вала. Рассмотрим принцип
действия этого демпфера (фиг. 105). Пусть на стержне длиной L подве-
шен маятник с массой М и длиной плеча р. При равномерном вращении
всей этой системы около центра О стержни Аир расположатся по одной
107
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
прямой (фиг. 105, а). Если же при равномерном вращении оси О А стержень
L начнет совершать
ложения б и в
ваться на оси
(фиг.
О А,
колебания относительно нее, занимая попеременно по-
105), то масса М вследствие инерции будет оста-
совершая, таким образом, колебания относительно
стержня Z, наподобие
маятника с точкой при-
веса В.
Если в точку В при-
ложить две прямо про-
тивоположные силы Р'7
и Р', параллельные и
равные центробежной
силе Рц, то пара
Р'— Рц будет вызывать
качание маятника от-
носительно стержня L
и силу Р", которая бу-
дет возвращать стер-
препятствовать нарастав
А
Фиг.
105. Схема работы маятникового демпфера.
в среднее положение вдоль оси ОА и
жень L
нию амплитуды колебания.
Такая картина работы возможна лишь тогда, если период качания ма-
ятника около точки В точно совпадает с периодом колебаний стержня L.
Если же, например,о период качания маятника будет вдвое больше периода
колебания стержня, то масса М в начальный момент будет лежать на оси
ОА, а через одно колебание займет положе-
ние, показанное на фиг. 106 справа, и, следова-
тельно, будет увеличивать амплитуду качания.
На основании этой физической картины дви-
жения можно найти необходимую длину маят-
ника.
Пусть при отклоне-
нии стержня L от рав-
новесного положения
на очень малый угол ср
маятник с плечом р от-
клонится от оси ОВ на
угол а (фиг. 107). Ввиду
малости этих углов
их sin в дальнейшем заменяем
Н
М
Фиг. 106. Фиг. 107.
дугами, a cos приравниваем единице. Тогда
а = ^+8=? + ? А =? . (225)
Полагая, что масса М сосредоточена в одной точке, уравнение движе-
ния маятника можно составить, вводя момент инерции его массы /Ир2
/Ир2а" + Рц = 0.
Определяя величину а" из. уравнения (225), также учитывая значения
DB и Рц, показанные на фиг. 107, получим:
ТИр2 • ф' 4- М (L + р)®2й = 0,
Откуда после сокращений можно написать: .
" +-Аю2?==0.
Период этого движения [см. уравнения (151) и (153)]
(226)
Т =
(227)
108
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В коленчатом валу двигателя М-25-В роль стержня Л играет щека про-
тивовеса, роль маятника — задний противовес. Как было сказано выше,
период качания маятника должен быть равен периоду возмущающей силы.
Если принять его равным промежутку времени между вспышками Тв, то
при числе цилиндров Z, угловой скорости вала со в четырехтактном двига-
теле (весь процесс за два оборота — 4тс)
г“ = 4г.-4-- (228>
Тогда, сравнивая уравнения (227) и (228), после сокращений получим:
4 = VT (229)
В частности, в девятицилиндровом двигателе
1 г
р~ 20 L'
что при L — 150 мм дает р — 7,5 мм'.
Достоинство демпфера этого типа заключается в том, что его действие
от режима работы двигателя не зависит, как это видно из уравнения (229;.
Это объясняется тем, что период качаний демпфера изменяется по времени
обратно пропорционально числу оборотов вала двигателя так же, как и
период возмущающей силы [см. уравнения (227) и (228)].
Однако не следует думать, что демпфером такого типа можно пол-
ностью уничтожить колебания коленчатого вала, так как им гасятся коле-
бания лишь одной определенной частоты, по формуле (228) — частоты i
колебаний за два оборота вала.
При изменении этой частоты на другую, например k колебаний или
периодов за два оборота вала, величина радиуса р должна быть изменена
согласно уравнению, аналогичному уравнению (229)
4 = /-£-• <229')
Далее в § 42 и 43 будет показано, что момент, действующий на колен-
чатый вал, может быть представлен в виде суммы гармонических момен-
тов различного порядка, т. е. меняющихся по закону sin и cos различной
частотой—1, 2, 3,..., k периодов за два оборота вала.
Таким образом для полного устранения вынужденных колебаний было
бы необходимо присоединить к колену несколько маятников с различной
длиной плеча р, удовлетворяющей уравнению (229') при разных значениях
k — 1, 2, 3... и т. д.
В звездообразных двигателях, как это показано далее, моменты разли-
чных порядков, действующие на одно колено вала, могут взаимно уни-
чтожаться; остающийся момент имеет порядок i периодов за два оборота вала,
вследствие чего в двигателях М-25 и Райт Ст-100 подбор величины р
сделан по уравнению (229).
Конструктивно подвеска противовеса на одной точке не всегда может
дать положительный результат. Вследствие значительных размеров про-
тивовеса, заданного условиями уравновешенности, и большой величины
его момента инерции, период качаний его получается значительно больше
периода возмущающей силы независимо от расстояния ц. т. от точки
привеса.
В самом деле, рассматривая противовес как физический маятник с
массой 7Ипр, приведенной длиной р0 и расстоянием а от точки привеса А
до центра тяжести (фиг. 108), на основании известных из механики соот-
ношений имеем:
D_ __ 4.Т
Ро ^пр« Л1пра Мпра
109
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Здесь JA и 7ц.т— моменты инерции физического маятника относительно
оси привеса и центра тяжести.
Из уравнения (230) видно, что как увеличение расстояния от оси при-
веса до центра тяжести, так и очень сильное уменьшение ведут к возра-
станию р0, а следовательно, и периода качаний. Для нахождения минималь-
ного значения р0, возможного для противовеса с данным моментом инерции
Jji. т, приравняем нулю производную по а
р;=
отсюда pOjnin будет при
Фиг. 108.
ц.т Л^пр
<р*2
(231)
Подставляя это выражение в уравнение (230), получим:
POmin
^пр
ц. т
ц. т
пр
^пр
а
ц- т _ п
<7
В частности, для двигателя М-25, у которого задний противовес имеет
вес G = 6,8 кг и величину 7Ц. т 0,6 кг см сек\
Pomin V 0,007 185 ММ
и, следовательно, приблизительно в
нужно для того, чтобы удовле-
творить уравнению (228). Для
получения р = 7,5 мм подвеска
противовеса выполнена на двух
роликах по схеме, показанной на
фиг. 109. В этом случае при
обкатывании противовеса по ро-
ликам любая точка его массой
А/И совершает круговое движе-
ние радиусом р = 2г — d.
5 раз больший период колебаний, чем
Фиг. 109. Схема бифилярного подвеса демпфера.
Таким образом момент инерции противовеса в этом случае можно
рассматривать как сумму моментов инерции бесконечно большого числа
математических маятников длиной р
7 = ^ДЛ4р2 = АГр2.
Здесь величина р может быть получена
любая. Конструктивно это достигается
подбором диаметра ролика d и радиусов
отверстий.
Эффективность действия демпфера зависит от
его массы, в чем можно убедиться из рассмотрения
схемы фиг. ПО.
Коленчатый вал представим в виде маховика
с моментом инерции J и прямого вала с коэфи-
циентом упругости К- Тогда, принимая, что ма-
ховик отклонился во время колебаний на угол ср
равновесного радиуса, получим два восстанавли-
вающих момента: от сил упругости вала
Мг = К<9
йот силы Т, полученной разложением Р'фЬРц на направление радиуса ОА и перпендику-
лярное.
ПО
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Так как при малых углах колебаний
~ sin ср; cos ср 1,
то восстанавливающий момент демпфера с точкой привеса, расположенной на расстоя-
нии L по оси вала,
Мт= TL = Рц cpL = ЛГпр(L +? )co2cpL.
Тогда уравнение движения маховика принимает следующий вид:
Mnp(Z + p)LcO2+/C Q
? Н-----£---------------ср = — cos 2/.
На основании уравнения (210) амплитуда вынужденных колебаний
п 4 =_____________Q______________
Р8-Й2 рИпр(£4-р)Лв2 + /(] _ Q2j ,
т. е. при увеличении ЛГпр величина В при прочих равных условиях уменьшается.
(233)
(234>
§ 41. ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ С ЗАТУХАНИЕМ
между частицами
'///////л
M=+QCcs(&t+ty
Фиг. 111. Вынужденные
колебания кручения.
В предыдущем изложении мы предполагали, что колебательное движе-
ние не сопровождалось трением. В действитель
деформирующегося вала в подшипниках и на по-
верхности поршней возникают силы трения. Благо-
даря силам трения свободные колебания с тече-
нием времени затухают — „заглушаются", а при
очень большом трении могут вообще не возникать.
Обычно Принимается, что сила или момент тре-
ния пропорциональны скорости колебания, так
что заглушающий момент может быть представ-
лен в следующем виде:
М3 = _£<?'.
Величина £ называется коэфициентом за-
глушения. Для V-образного 12-цилиндрового
авиационного двигателя* В = 0,1 кг -см на 1 см?
поверхности поршня, 1 цилиндр и </ = 1 сек.^1.
И. Ш. Нейман в своей книге „Динамика авиационных моторов" приво-
дит данные Брандта для двухрядных двигателей:
В = 0,0016 /7?2 -V- 0,002 W кгсмсек\
здесь F— площадь поршня в сл/2 и R радиус кривошипа в сантиметрах.
Пусть на систему (фиг. 80) действует периодически изменяющийся мо-
мент (фиг. 111).
Под действием этого момента маховая масса с моментом инерции J
отклоняется от равновесного положения на угол у, двигаясь при этом с
ускорением
Одновременно с моментом М на маховик будут действовать следующие
моменты.
от сил инерции Mj = —
от сил упругости Mk = —
от сил трения /Итр — — Е<р'.
Тогда согласно правилу Даламбера
— — ty' - /Сф + Q cos (Qt 4- С) = 0. (235>
* Данные Штиглица и Адрианова.
111:
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таким образом уравнение движения маховика будет иметь следующий
вид:
4. * + 2n<p' + р2<р = q cos (Qt + Q, (236)
где
„.А;
Как показывается в теории диференциальных уравнений, решение этого
уравнения при небольшой величине сил трения имеет следующий вид:
«р = Ae~nt sin р2 —л2t + ₽) -h В cos (Qt + С — е). (237)
Первое слагаемое этого уравнения дает свободные колебания, второе
слагаемое—вынужденные. Входящие в это уравнение величины А и В
являются амплитудами свободных и вынужденных колебаний; р — постоян-
ная интегрирования, зависящая от начальных условий; е — сдвиг фазы;
е — основание Неперовых логарифмов.
Для В и е дается следующая зависимость:
В = г__ ..-1- ; (238)
V(р2 — S2)2 4- 4n2 S2 7
‘ge = 7^- (239)
В самом деле, если искать частное решение уравнения (236) в виде
^ = 5cos(Q^4-C-e), (240)
то
<₽' - — QB sin (Qt 4- С — е); (240х)
<f” = — Q^B COS (Qt + С—е). (240*)
Умножая почленно уравнение (240) на р2, (240') —на 2п, складываем
почленно й, принимая во внимание (236), получаем:
в (р* — Q2) cos (Qt + с - е) - 2nQ В sin (Qt 4- С—е) = q cos (Qt 4- C). (241)
В правой части делаем следующее преобразование:
cos (Qt + С) = cos [(2£ 4- С — е) 4- е] =
= COS (Qt + с — е) COS е — sin (Qt 4- с — е) sin е,
откуда имеем:
[5 (р2 — Q2) — q COS е] COS (Qt 4- с — е) —
— [В2п 2 — #sin е] sin(2£ 4- С~ е) = 0. (242
Для того чтобы при любых значениях t уравнение (242) было удовле-
творено, нужно, чтобы
^P2-22) = <?COSe;l
B2nQ — q sin e. J
Отсюда легко получить уравнения (238) и (239).
Если рассматривать движение маховика без трения, то в уравнениях
(235) —(240) это будет соответствовать £=0; п = 0. Тогда уравнения
(237) и (238) принимают уже известный ранее вид
ср = A sin (pt 4- ₽) 4-^ cos (Qt 4- С); '
о _ Ч
р2 —S2’
Рассматривая уравнения (212), (213), (237) и (238), можно сделать сле-
дующие заключения:
•412
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
1) наличие трения увеличивает период собственных колебаний, для
которого имеем из уравнения (237)
rjy_ 2ic е
“ у — П2 *
2) при наличии трения величина амплитуды собственных колебаний
уменьшается со временем пропорционально множителю e~nt. Это дает
основание не принимать во внимание собственных колебаний, если имеются
достаточные заглушающие силы;
3) период вынужденных колебаний не зависит от заглушающих сил.
Вместе с тем наибольшее
отклонение при вынужден-
ных колебаниях не совпа-
дает по времени с наиболь-
шим значением возмущаю-
щего момента, отставая от
него на время, соответствую-
щее величине е.
Действительно, второе
слагаемое в уравнении (237)
достигает величины В при
Qt + C — е = О,
когда возмущающая сила
имеет величину Qcose, т. е.
после достижения макси-
мального значения возму-
щающего момента через
t = —р сек.;
4) амплитуда вынужден-
ных колебаний сильно зави-
сит от заглушающих сил, в Фиг. Ц2. Коэфициент нарастания колебаний
особенности вблизи резо- С заглушением.
нанса (когда р 2).
Вынося из-под знака радикала величину р2, уравнение (238) можно
представить в следующем виде:
я
р*_________
s2 \2 4«2а2
~ р2/
(244)
(244')
где
Значения этого коэфициента даны на фиг. 112 при различных соотно-
шениях между коэфициентом затухания 2/г и частотой собственных свобод-
ных колебаний р без затухания.
Задача 15
Найти амплитуду вынужденных колебаний коленчатого вала
звездообразного девятицилиндрового двигателя.
Дано:
Мощность двигателя 700 л. с. при п = 1900 об/мин; коленчатый вал приведен к теоре-
тической схеме прямого вала с коэфициентом упругости /<^7- 10е кгсл]рад и диска
с моментом инерции 7=20 кгсм-сек2; коэфициент затухания принят £ = 150 кгсмсёк.
ВВА—142—8. ИЗ
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Решение
Определяем Q, 2п и р [уравнение (236)].
Принимая, что период момента соответствует повороту коленчатого вала на - -
имеем [см. уравнение (228)]:
т — 4те — 4тс
/<о “9 - 200’
откуда
2 = -|Д- = 900 сек. \
Принимаем в первом приближении, что суммарный момент на коленчатом валу
М = Мср + 0,2Мср cos Qt = 264 + 53 cos 900/.
Таким образом момент, вызывающий колебательное движение,
Мв = 53 cos 900/ кгм = 5300 cos 900/ кгсм,
откуда
Q 5300 ___ _2
9 = 77“ = “2б“ = 265 сек'
Пользуясь далее уравнением (236), находим:
о В 150
2" = "T“-20 =7’5 СеК'
Тогда
р
Г7 • 10е
' =590 сек.
20
По фиг. 112 находим
А = S'®. = |>54, А = Т5 0,013.
р 590 р 590
по формуле (244)
В = 0,7
т] = 0,7,
= 0,7 • 0,75 - 10~3 = 0,53 • 10~3 = 0,03° = 1,8'.
Здесь 0,75-10 3 —деформация вала при статической нагрузке.
Задача 16
Найти амплитуду вынужденных колебаний коленчатого вала
звездообразного девятици.линдрового двигателя.
Дано:
Мощность двигателя 590 л. с. при п = 1600 об/мин; £ = 100 кг-см-сек и 6000 кг-см-сек.-,
остальные данные
Решение
В этом случае.
предыдущей задачи.
й = 2к-9-167 = 750
4гс
А = 75О = 12Я-
р 590 1,28‘
5
590-
____ 300 —05
20 ’ р - 5Q0 ’
Так как сравнительно с данными задачи 15 величина Ne уменьшена пропорцио-
нально п, то момент на валу и статическая деформация имеют такую же суммарную
величину и амплитуду, как в задаче 15.
Тогда по диаграмме (фиг. 112) имеем:
В = 1,5 - 0,75 • 10“3 = 1,13 - 10“3 = 0,075° = 3,9';
В = 1,1 - 0,75 - 10“3 = 0,33 • 10“3 = 0,047° = 2,9'.
Из рассмотрения решений задач 15 и 16 видно, что при одинаковой
величине возбуждающего момента амплитуда вынужденных колебаний,
а следовательно, и напряжения, возникающие при этом, меняются с изме-
нением частоты (т. е. числа оборотов) и с введением заглушающего сопро-
тивления.
Таким образом для борьбы с вредным влиянием колебаний можно
„гасить" колебания фрикционным демпфером. Прототипом таких конст-
114
„ 100 _
2п = "20~=5 сек-
2п = = 300 сек.
сек.
2п
~Р~~
2п
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
рукций является демпфер Ланчестера (фиг. ИЗ). Масса М. вращается
на конце коленчатого вала вместе с ним вследствие трения дисков £>,
стянутых пружинами п. При возникновении колебаний конца вала про-
исходит проскальзывание дисков, и развивающееся при этом трение заглу-
шает колебания.
Аналогичное устройство имеется в редукторах двигателей Фиат (фиг. 114).
Здесь момент передается с коленчатого вала на малую (ведущую) шестерню
редуктора А через муфту Mlf сидящую на шлицах носка вала, пружины п,
Фиг. 113. Схема демпфера
Ланчестера.
Фиг. 114. Схема демпфирующего устройства в
редукторе Фиат.
заложенные между выступами Ь± и Ь2 и внутреннюю муфту которая
сцеплена с шестерней А торцевыми зубьями. Муфты и М2 сцепляются
между собой дисками д, трение которых играет роль заглушающего сопро-
тивления. Нажатие дисков осуществляется пружинами пг.
В двигателях Юнкере применяются демпферы жидкостного трения.
Здесь на валу винта или на хвостовике коленчатого вала укрепляется
диск с лопатками, заключенными в заполненный маслом кожух, который
соединен с ведомой шестерней редуктора, или сидит свободно на хвосто-
вике вала.
Для отвода тепла, выделяющегося при трении, через кожух осуще-
ствляется циркуляция масла.
§ 42. ГАРМОНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
При решении задач 15 и 16 мы предполагали, что возмущающий
момент изменяется во времени по закону cos. Полученные при этом
выводы и приемы решения остаются в силе и в том случае, когда возму-
щающий момент изменяется по какому-либо другому произвольному пери-
одическому закону.
В этом случае достаточно заданный периодический закон изменения
возмущающего момента или силы представить в виде тригонометрического
ряда Фурье
f(x) = Ао ф cos х + А2 cos 2х + А3 cos Зх +... -\-Ak cos kx-\-. . . -f-Л cos zx-h
-f- Bx sin x -f- B2 sin 2x + ... sin kx + ... 4- B; sin zx, (245)
или сокращенно
k=i k=*i
f(x) = A0 + У &k C0S kX + S Sin kx.
/2=1 /2=1
(245')
Такое разложение заданной функции в ряд [см. уравнение (245)] носит
название гармонического анализа.
115
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для определения значений Ak и Bk в том случае, когда период функ-
ции равен умножим сначала обе части уравнения (245'; на cos/nx
(где т— произвольное целое число) и интегрируем обе части в пределах
от 0 до 2^ или от —к до 4~ (обычно принято последнее).
Тогда
У f (х) cos mx-dx = у A0cos тх • dx 4-
—к —к
+ J ^?Akcoskx- cos mx»dx+ f kx • cos mx • dx. (246)
—rc Jfe~l —re k—1
При любых значениях m и k
§ cos mx • dx = Q
и
У Bk sin kx • cos mx • dx =
--TC
-j-к
= ^r j Bksin(k + m)x • dx +f Bksin(k—m)x-dx = Q.
—ж —тс
В то же время при любых значениях k и т за исключением k = m
+тс
У Ak cos kx • cos mx . dx =
4“7C —l-TC
= J Akcos(k — m)x-dxA-~Y^ Akcos(k 4- m)x • dx = 0;
при k — m
-J-тс 4-Jt
J* Akcos kx • cos kx • dx = J Akdx = AkK.
1C ,
Таким образом, уравнение (246) при т = k приобретает следующий вид:
4-гс
f f(x) cos kx • dx = r.Ak, (247')
откуда
Afe= * J cos kx • dx. (247)
Аналогично, умножая уравнение (245') на sin mx • dx и интегрируя в пре-
делах получаем:
4-тс
Bk— -i- J* f(x) sin kx • dx. (248)
Значения (247) и (248) известны под названием коэфициентов
Фурье.
В том случае, когда функция задана графически, как, например, кри-
вая крутящего момента на одном колене коленчатого вала, то интегриро-
вание заменяем суммированием конечных разностей. Для этого приравни-
ваем длину отрезка оси абсцисс, соответствующего полному периоду
кривой, величине 2гс = 360° независимо от его действительного значения,
и делим этот отрезок на S равных частей: Дх = 2$-.
116
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
После этого для каждого значения х вычисляем произведение из соот-
ветствующей этой точке ординаты на величину sin&A и cos&jc, задаваясь
последовательно значением К, начиная с К=1.
Проделав это умножение при одном и том же значении К для всех
точек, суммируем результаты, умножаем на Дл и делим на Таким обра-
зом получаем коэфициенты гармоник в следующем виде:
Ak = cos kx Ьх = -|-JP f{x) cos kx (247')
i i
и
5 S
Bk = f(x} sin ^x &x = f W sin kx- (248')
i i
Задаваясь значением /С = 0, из уравнений (247') и (248') получим:
5
Л« = 42/(Л) = 2/(Л)еР; В» = 0-
1
Для того чтобы избежать слишком большого числа членов, можно
уравнение (245) упростить, соединяя члены Ak cos kx и Bk sin kx при оди-
наковых К по следующим уравнениям:
Ak cos kx Bk sin kx Ak-\- Bk sin {kx 8fe) = Q sin (kx + 8fe) (249)
Угол 8, т. e. сдвиг фазы этой новой гармоники, найдется из соотно-
шения
= (250)
при этом надо учитывать знаки при и В^
при Ак > •0 и вк: >0 0° < с8*<90°;
при Ак > О.И Вк- <0 90° < c8fe<180°; (250')
при Ак< : 0 и вк. <0 180° < c8ft<270°;
при Ак < :0 и вк: >0 270° < 'bk< 360°.
В правильности этих формул можно убедиться подстановкой в левую
часть уравнения (249) величины
и применением производной пропорции
Bl COS2 8*’
получаемой из уравнения (250) при возвышении его в квадрат и прибавлении
единицы к обеим частям равенства.
В правильности уравнений (249) и (250) можно убедиться также непо-
средственно из тригонометрических соотношений, показанных на фиг. 115;
здесь по уравнениям (249) и (250) определяется длина отрезка С'С* и угол 8.
Чтобы убедиться в справедливости соотношений (250'), надо на фиг. 115
положить угол kx — 0, принять за положительное направление вектора
Bk—вправо, Ak — вверх. Отсчет углов 8fe вести при этом от оси абсцисс
в одну сторону.
Полученные гармоники обозначаются порядковым номером в зависи-
мости от соответствующего значения К. Так, при К=1, 2, 3 и т. д.,
117
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
гармоники будут называться 1-й, 2-й, 3-й и т. д. или гармониками 1-го, 2-го,
3-го и т. д. порядка.
Кроме амплитуд Q, они будут отличаться друг от друга периодами Т:
и т. д.
Таким образом на протяжении полного периода заданной функции
2-я гармоника пройдет полный цикл изменений два раза, 3-я — три раза,
4-я —четыре раза и т. д. (фиг. 116).
В четырехтактном двигателе полный период кривой момента соответ-
ствует повороту коленчатого вала на 4~; при гармоническом анализе кри-
вой момента ее период условно при-
нимается за 2?г, следовательно, 1-я
гармоника разложения (К = 1) прой-
дет весь цикл изменения своих величин
один раз за два оборота коленчатого
вала или полраза за один оборот вала,
равный 2тг. 2-я гармоника пройдет
цикл изменений два раза за два обо-
рота, т. е. один раз за 2*с. 3-я гармо-
Фиг. 115.
ника — три раза за два оборота, т. е-
полтора раза за один оборот. Поэтому
иногда можно встретить такие обо-
значения гармоники, как, например,
Р/а, 2х/2, ЗУ2 и т. д. порядков, что
соответствует 3, 5, 7 гармоникам
разложения кривой момента четырех-
тактного двигателя.
Для выполнения гармонического
анализа наиболее точно, необходимо
анализируемую кривую разбить на
достаточно большое число частей, например на 144, 96, 72.
Точность анализа повышается вместе с увеличением числа точек, од-
нако одновременно усложняется счетная работа. Для двигателей, работаю-
щих на различных режимах, целесообразно вести- гармонический анализ
кривой момента лишь от газовых сил. Тогда, имея результаты анализа на
одном режиме, можно перейти на другой, изменяя амплитуды гармоник
пропорционально Pt.
В то же время гармоники моментов от сил инерции могут быть подсчи-
таны отдельно. При переходе на новый режим они будут изменяться про-
порционально /г2.
Задача 17,
Произвести гармонический анализ кривой момента от си л
газов одноцилиндрового двигателя, заданной на фиг. 116.
Решение.
Вычисления располагаем, как показано в первых семи столбцах табл. 22.
118
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица 22
№ 7 х° COS X X SOD (х) / sin х X UIS (x)/ cos 2x sin 2x cos 3x sin 3x cos 4x sin 4x
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 0 0 0 0 0 0 0 — 6 — 20 — 30 — 50 0 4- 300 250 150 8°; Зо^ 0 0 0 0 0 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360| 4-0966 0,866 0,707 0,500 0,259 0,000 -0,259 -0,500 -0,707 -0,866 -0,966 — 1,000 -0,966 -0,866 —0,707 —0,500 —0,259 0,000 4-0,259 0,500 0,707 0,866 0,966 1,000 0 0 0 0 0 0 0 4- 3,0 14,2 26,0 48,3 0 —290 -217 —106 — 40 — 9 0 0 0 0 0 0 0 4-0,259 0,500 0,707 0,866 0,966 1,000 0.966 0,866 0,707 0,500 0.259 0,000 —0,259 -0,500 - 0,707 —0,866 —0,966 — 1,000 -0,966 —0,866 -0,707 -0500 —0.259 0.000 0 0 0 0 0 0 0 — 5,2 — 14,2 — 15 — 13 0 — 77,7 - 125 — 106 -692 — 33,8 0 0 0 0 0 0 0 4-0,866 0,500 0 000 -0,500 - 0.866 -1,000 -0,866 —0,500 0,000 4-0,500 4-0 866 4-1,000 0 866 0 500 0,000 -0,500 —0,866 И T. Д. 4-0,500 4-0,866 1,000 0,866 0,500 0,000 -0,500 -0,866 — 1,000 —0,866 —0,500 0.000 4-0.500 4-0 866 4-1,000 4-0,866 4-0,500 и т. д. 4-0,707 0,000 —0,707 —1,000 —0.707 0,000 4-0,707 1,000 4-0,707 0,000 —0.707 -1,000 —0,707 0,000 4-0,707 1,000 4-0,707 и т. Д. 4-0,707 1,000 0,707 0 000 -0 707 —1,000 —0,707 0 000 4-0,707 1,000 0,707 0,000 - 0,707 —1,000 -0,707 0 000 4-0,707 и T. Д. 4-0,5 —,05 — 1,0 -0,5 4-0,5 1,0 0,5 -0,5 —1,0 -0,5 4-0,5 4-1,0 4-0,5 -0,5 —1,0 -0,5 4-0,5 ит. Д. 4-0,866 4-0.866 0,000 -0,866 —0,866 0,000 4-0,866 4-0,866 0 000 -0,866 —0,866 0,000 4-0,866 4-0,866 0,000 -0,866 -0,866 и т. Д-
S 709 -570,5 —459,1
Л*) ср 29,5 2 -S = - - 47,6 Coj to il -38,2
Теперь на основании уравнений (249) и (250) можно написать для 1-й составляющей
гармоники:
Л4(1) = V (— 47,6)2 4-(—38,2)2 • sin (х 4- В) = 61 sin (х + В) кгм,
где В = 231 °20'.
Вычисления, проделанные в табл. 22, надо повторить, подставляя вместо sin х и cosx
последовательно величины sin2x, cos 2х, sin3x и cos3x и т. д. Эти значения выписаны
в столбцах 8—13 табл. 22. В результате будут получены коэфициенты 2-й, 3-й и т. д. гар-
моник.
Как видно, по первым значениям zQskx и sin kx при данном делении диаграмм на
24 части можно получить 12 разных порядков гармоник.
Окончательно получаем, что заданный момент может быть представлен следующим
образом:
2 • 29,5 4- 61 sin (х 4- 231°20') 4- 60,6 sin (2х 4- 21 °) 4-
4- 51,7 sin (Зх 4- 181°40') кгм.
В данном выражении величины х представляют собой абсциссы кривой момента при
разложении в пределах, обозначенных от 0 до 2к. Заменяя их через углы поворота
коленчатого вала а, меняющихся от 0 до 4те, получим:
2-29,5 4- 61 sin 4- 231°20Ч 4- 60,5 sin ~ 4- 21°) 4-
4- 51,7 sin 4- 181°40Ч 4- ... кгм.
119
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Приведенный в этом примере способ подсчета может быть значительно
упрощен более рациональным размещением таблицы.
Как видно из табл. 22, для нахождения гармоник различного порядка
нужно множить значения М = /(%) в различной последовательности на те
же значения тригонометрических функций; в данном примере — на: ±1;
± 0,996 ; ± 0,866; ± 0,807; ± 0,500; ± 0,259.
Поэтому целесообразно располагать вычисления в форме табл» 23,
где в графах даются произведения М =f(x) на cos 0, cos 15, cos 30 и т. д.
и из нее выбирать значения f(x)coskx или f(x) sin kx для гармоник
различного порядка, сообразуясь со значениями sin^z и coskx табл. 22.
Для облегчения работы по выбору этих значений табл. 23 должна
быть точно разграфлена и по этим графам должны быть сделаны шаблоны
на непрозрачной бумаге с отверстиями, расположенными сообразно с по-
следовательностью значений sin kx и cos kx.
Таблица 23
№ 000‘1 + 996'0 + 1 о" + + 0,707 4- 0,500 + 0,259 0 1 — 0,259 oos'o — - 0,707 998 0 “ 1 8 ст ст" 1 - 1,000
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
8 — 6 - 5,8' - 5,2 - 4,2 — 3 - 1,6* 0 + 16 + 3 + 4,2 + 5,2 + 5,8 + 6
9 — 20 — 19,3 - 17,3 — 14,1 — 10 - 5,2 0 5,2 10 14,1 17,3 19,3 20
10 — 30 - 29,0 — 26,0 — 21,2 — 15 — 7,8 0 7,8 15 21,2 26,0 29,0 30
11 — 50 — 48,3 — 43,3 — 35 4 - 25 — 13 0 13 25 354 43,3 48,3 50
12 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
13 4-300 4-290,0 4-260,0 +212,0 4-150 + 77.8 0 — 77,8 —150 —212 0 -260,0 —290,0 —300
14 250 240 2 2166 177,0 125 64,8 0 — 64,8 -125 -177,0 -216,6 —240,2 -250
15 150 145,0 130,0 106,0 75 38,8, о — 38,8 - 75 —106,0 -130 0 -145,0 — 150
16 80 77 2 69 3 56,5 40 20,8 0 — 20,8 — 40 — 56,5 — 693 - 772 - 80
17 35 33,8 30,4 '24,8 17,5 96 0 — 9,6 — 17,5 — 24 8 — 30 4 — 33,8 - 35
18 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
19 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
21 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
22 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
23 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
24 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Этот способ был предложен Циперером. Для нашей задачи эта
таблица и шаблоны для гармоник 1-го и 2-го порядка показаны на
фиг. 117.
Для определения амплитуд гармоник и сдвига фаз, можно также
пользоваться таблицами*, вычисленными для различных значений cosx
и sin %.
Помимо чисто счетных методов, гармонический анализ может выполняться
специальными приборами-анализаторами. Описание конструкции этих при-
боров и способа пользования ими не входит в задачу настоящего курса**.
На фиг. 117а приведены значения коэфициентов гармоник по данным
Свэна, отнесенные к 1 см хода поршня и 1 см* площади поршня.
* И. Ш. Нейман, Гармонический анализ тангенциальных сил от газов, Сборник
трудов ЦИАМ, № 3, 1937.
** См. проф. Л. К. Мартенс. Динамика поршневых двигателей, а также Нейман,
Динамика авиационных двигателей.
120
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
j №|-Д5г^Д7|-500|-25Р| О КшЬ-5йУ7С7|^бб|=?6б|~
| t \-9№\-8ББ\-707\Ъ00 ^25Q\О &5а\-Ы0\>7В7УбББ\?яЬб\-]
т
юн
кя
КЗ
вы
гы
ва
вы
»и
т
№3
COS 2d
— Sin 2<х
Фиг. 117а.
(См. на
обороте.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 117а. Коэфициенты для гармонического анализа
кривой крутящего момента от газов в кгсм в зависи-
мости от pi на 1 см2 поверхности поршня и 1 см ра-
диуса кривошипа (Swan Handbook for Aeronautics)
Aft • cos ka -{- • sin ka. = RF^ak cos + RF^bk • sin fa
где
R — радиус кривошипа в см;
Fn — поверхность поршня в см%.
Пример.
5=190 мм; ©ц=160 мм; Fn=200 см2; р. Ю кг/см?
Ai cos a-f-Bi cos a=9,5 • 200 (2,7 cos a-f-2,15 sin a)=
= 5125 cos a-j-4075 sin a кгсм.
122
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 43. ГАРМОНИКИ МОМЕНТА ОТ СИЛ ИНЕРЦИИ ПОСТУПАТЕЛЬНО-ДВИЖУЩИХСЯ
частей, суммирование гармоник от газовых и инерционных сил
Для нахождения гармоник момента от сил инерции поступательно-дви-
жущихся частей надо взять следующие соотношения:
Pj = — Л1П/?Ш2 (cos а 4- k COS 2а). (251')
Таким образом
Tj = — ТИпАМ (cos а 4- X COS а) . (252)
Преобразуем выражение (252)
Tj = - (cos a + I cos 2а) ( losT* + cospp J.
Полагая cosp-^1 и помня, что sinP=Xsina, имеем:
Tj = — Жп/?а)2 (cos a 4- X cos 2a) (sin a 4- — sin 2a) =
~ — MnRo^ |^cos a sin a 4- X cos 2a sin a 4- ~ cos a sin 2a 4-
4- cos 2a sin 2a =
I
~ — Mn R^2 Г4- sin 2a 4" 4- (sin 3a — sin a) 4-
4- -y (sin 3a 4~ sin a) + sin 4aj.
После приведения подобных членов уравнения (252) получим:
Тj == 4- sin a — — sin 2a — sin 3a — sin 4a|. (253)
Здесь a обозначает углы поворота коленчатого вала, и при суммирова-
нии с гармониками моментов от газовых сил в четырехтактном двигателе
целесообразно представить выражение (253) в следующем виде:
Tj = MnR&2sin2~ — -~ sin 4~ ~ sin 6 — — sin8~j. (253')
Суммирование гармоник от газов и сил инерции
выполняется лишь для гармоник одного порядка k.
Суммирование может вестись аналитически по
уравнению
sin (kx 4- 0J4-Q2 sin (kx 4- o2)=Qc sin (kx 4- oc), (254)
где
г 2 . H 1 олл {kx + 51) ~{kx + °2>-
Qc — Qi 4- C 2 4- 2Q1Q2cos 2 5
л о . , Q2 Г sin (*4 — 4) 1
°c — °i + arc tg k + COs(g9 —Фиг. > 118. Сложение
амплитуд гармоник.
Проще суммировать графически, как показано на
фиг. 118, по которой сразу получаются величины Qc и 8С. Из фиг. 118
нетрудно видеть, что, взяв сумму проекций на ось OY
®Чу) + ®Чу) ~~ (у)>
мы приходим к уравнению (254).
123
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для иллюстрации результатов, получаемых при суммировании, на
фиг. 119 приводятся данные гармонического анализа индикаторной диа-
граммы и суммирования гармоник от сил инерции по данным Штиглица
для двигателя BMW-IV = Х
Для получения момента газовых сил Q надо величины Qr %, взятые
из диаграммы, умножить на среднее индикаторное давление pif площадь
поршня и радиус кривошипа. Для получения момента от инерционных
сил нужно значения Qy- умножить на 7ИП/?^2.
Фиг. 119. Относительные значения
коэфициентов гармоник разложения
индикаторного крутящего момента
Q2 и сил инерции поступательно-
движущихся частей Qj по Штиглицу
для одного цилиндра.
Фиг. 120. Абсолютные
значения суммарных ам-
плитуд гармоник крутя-
щего момента для одного
цилиндра по Штиглицу
при п = 1240 об/мин.
Здесь же даны значения фазового угла 8 для различных гармоник,
кривая суммарных амплитуд для числа оборотов п = 1240 об/мин. и =
= 5,41 кг!см?, отнесенных к 1 см2 площади поршня (фиг. 120).
§ 44. СУММИРОВАНИЕ ГАРМОНИЧЕСКИХ МОМЕНТОВ ОТ НЕСКОЛЬКИХ ЦИЛИНДРОВ
НА ОДНОМ КОЛЕНЕ
В том случае, когда на одно колено действует несколько шатунов
суммирование гармоник одинакового порядка должно вестись с учетом
сдвига, который находится сообразно с порядком работы цилиндров. Так,
например (фиг. 121), для двух цилиндров 12-цилиндрового V-образного
двигателя с углом развала цилиндров 60° при начале отсчета углов по
часовой стрелке от оси левого цилиндра в мгновение, соответствующее
повороту колена на а°, k-я. гармоника момента будет иметь следующий вид:
Фиг. 121.
М, = О, мв staffed + 8ftjieB] + Qft'npsin[fe^ + 8tnp], (255)
Здесь величины О*лев, Qftnp, 8Ллев, 8йпр взяты различными, так как вслед-
ствие разницы в кинематике главного и прицепного шатунов могут несколько
отличаться между собой как моменты от сил газовых,
так и моменты от сил инерции.
Для звездообразного двигателя с тем же числом
2л
цилиндров и углом между цилиндрами I = -j при ну-
мерации цилиндров и направлении вращения, показан-
ных на фиг. 122, уравнение (255) может быть пред-
ставлено в общем виде
п~ i
^=^<?ftSin[*{i-(»-l)T} + SA]. (256)
В правильности этого уравнения можно убедится на нескольких частных
примерах звездообразных двигателей, пользуясь фиг. 122. Так, для пяти-
124
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
цилиндрового двигателя при нормальном порядке работы через один
цилиндр при угле поворота коленчатого вала а по первому цилиндру
фазы в других цилиндрах соответствуют углам поворота
а3 = — (2Y — а1) = а1 — 2?; а5=а1 — 4у; а2 = а£ — бу и а4 = аг— 87
Так как при гармоническом анализе четырехтактного двигателя весь
7 ’О
период работы цилиндра 720° приравнивается 360° то под знаком sin
нужно ставить:
£1. аз = gi __ А =
2’2 2 Ь 2 2
Фиг. 122.
и
т. е. независимо от нумерации цилиндров ведется
суммирование гармоник с аргументом
где п — целое число, изменяющееся от 1 до i.
Если предположить, что шатуны центральные,
жущиеся массы одинаковые, как мы это делали в разделе уравновешен-
ности, то уравнение (256) может быть преобразовано следующим образом:
п~1
Mk = Qk £ sin k | ( ) - (n -1) T] =
n=l
= • sin k [(I +1) - Ф (257')
£
2л
Подставляя 7 = 7, имеем:
(257)
sin—г— L
I
Из уравнения (257) видно, что в случае звездообразного двигателя
с центральными шатунами гармоники всех порядков, за исключением
порядков k = Z, 2i, 3i и т. д., в сумме уничтожаются, так как в этом случае
sin kv =0;
Sin у- ф О-
Если же k = i, 2i, 31 и т. д., то уравнение (257) превращается в неопре-
0
деленность вида
Раскрывая эту неопределенность, получим:
ГЛж1 k cos kit . у Г/ а , i—1 1
\Мк]к^ „,=-<?* sin k [ (т + ----r =
— COS -т-
I I
= Qftzsin^[(y +4)~LTi’c]- (258)
Так, для трехцилиндрового двигателя остаются гармоники 3-я, 6-я, 9-я,
и т. д., причем их суммарная амплитуда в три раза больше, чем ампли-
туда 3-й гармоники от одного цилиндра; для пятицилиндрового двигателя
остаются 5-я, 10-я, 15-я и т. д. гармоники с суммарной амплитудой
Qc = 5Q5, 5Q10, 5Q16;
125
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
для девятицилиндрового двигателя — первая остающаяся гармоника —9-я;
Qc = 9Q9 и т. д.
При наличии прицепных шатунов могут оставаться, однако, гармоники
порядка меньше Z.
Это сложение гармоник для трехцилиндрового двигателя может быть
иллюстрировано фиг. 123.
Весьма удобно и показательно вести суммирование графически, путем
геометрического сложения амплитуд слагаемых гармоник, составляющих
одна с другой угол как это показано на фиг. 123 а для разных k
при Qi = Q2 = Q3 и т. д. В этом случае вектор Qft первого цилиндра на-
правляется под углом (k у + 8/гj к произвольной оси; из конца этого век-
тора проводится вектор Qk второго цилиндра под углом к первому
вектору. Далее из конца 2-го вектора проводится вектор Qk третьего ци-
линдра под углом ky ко второму и т. д.
Если многоугольник, построенный таким образом, замкнется, то равно-
действующий вектор = 0.
§ 45. РЕЗОНАНСНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ
Режим работы двигателя называется резонансным, когда период,
или число, собственных колебаний пс без учета затухания равен периоду,
или числу колебаний возмущающих сил.
В уравнениях (238), (244) и (244') это соответствует условию
р = S,
или, что то же, — максимальному значению амплитуды В.
В этом случае, рассматривая коленчатый вал находящимся последова-
тельно под воздействием гармонически изменяющихся моментов 1-го,
2-го, 3-го и т. д. порядков и приравнивая число периодов изменения этих
моментов числу собственных колебаний вала, найдем резонансные числа
оборотов пм. р для четырехтактного двигателя из условий
резонанс от 1-й гармоники
1. V = V- = «С f ;
от 2-й 2. ”-^ = «0= «£’р = «е2-;
от 3-й 3.
от &-й k. V=V.<>₽="e4.
(259)
Нетрудно доказать, что в случае двухтактного двигателя
= v. ft<„2)P = «ст; <>р = ис4 • • • п«-р = пст- <259')
Вспоминая, что в многоколенных валах имеется несколько форм коле-
баний и, следовательно, несколько значений пс, можно заключить, что
резонансных режимов может быть очень много. Однако не все они оди-
наково опасны, так как не все связаны с очень большим увеличением
амплитуды.
В случае многоцилиндрового двигателя при действии нескольких цилин-
дров на одно колено может оказаться, что некоторые гармоники будут
вообще взаимно уничтожаться при суммировании.
126
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 123. Суммиро-
вание гармоник мо-
мента на валу.
Левая половина:
Dj, О2, D3—кривые кру-
тящего. момента, сдвину-
тые согласно порядку за-
жигания; а, Ь, с — посто-
янные члены разложения
каждой кривой;£/>е,/,£,Ь,
i, к, I—гармоники разло-
жения 1/2, 1, и/2, 2,21/2
и 3-го порядка.
Правая половина:
SD—кривая суммарного
крутящего момента;
а—ЗО0—постоянный сум-
марный член разложениям
th с ? d, е, f, g—суммарные
гармоники.
7=5.
Фиг. 123а. Суммирование амплитуд гармоник.
Вверх у—1 и 2-го порядка для пятицилиндрового двигателя;
вниз у—1, 2 и 3-го порядка для трехцилиндрового двигателя.
127
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В этом случае резонанс будет вызываться лишь остающимися суммар-
ными гармониками. Так, например, при четырехтактном девятицилиндровом
звездообразном двигателе с центральными шатунами, у которого остаются
9-я, 18-я, 27-я и т. д. гармоники, имеются лишь следующие резонансные
режимы:
й = 9^-р = »с; «„.„ = «4-;
fl о
k = 18 -"'-е = лс; пи р = лс jg- и т. д.
При многоцилиндровом двигателе с расположением цилиндров в ряд
нельзя вести сложение всех гармоник, как это делалось для звездообраз-
ного двигателя, потому что возму-
щающие моменты приложены к раз-
личным коленам.
Однако и в этом случае моменты
различных порядков могут взаимо-
действовать между собой так, что
из всех резонансных режимов лишь
некоторые будут связаны с резким
ростом амплитуды. Такие режимы
называются критическими. Они
определяются проще всего экспери-
ментально посредством замера вели-
чины амплитуды колебания какого-
либо сечения вала при помощи спе-
циального прибора, называемого тор-
зиографом.
В качестве примера на фиг. 124
*Фиг. 124. Резонансная кривая авиацион- приведены результаты торзиографи-
ного двигателя М-17. рования авиационного двигателя М-17
по дроссельной характеристике *.
По оси абсцисс отложены числа оборотов коленчатого вала, по оси
ординат — амплитуды колебаний хвостовика (в градусах).
Сплошной линией показано изменение амплитуд с посадкой винта
непосредственно на носке вала. Пунктиром показано изменение амплитуд,
замеренное в том случае, когда носок коленчатого вала соединялся с вин-
том при помощи упругой муфты с промежуточным валом длиной около
двух метров. Винт был установлен на другом конце этого вала.
В результате жесткость этой новой системы была значительно снижена,
что отразилось на собственном числе колебаний.
Как видно из фиг. 124, наибольшие амплитуды без удлиненного вала
были получены при п' = 915 об/мин, п” = 1220 об/мин, п'" — 1572 об/мин.
По уравненияхМ (25У) этим критическим режимам соответствуют следую-
щие порядки резонирующих гармоник:
,, %nc 2 • 5500 . Л с „
k = —---= —- = 12 (или 6-й порядок по углу
”м'р ” поворота коленчатого вала);
k ~ “122б~ ~ $ (или по углу поворота
коленчатого вала);
k = —^2~ = 7 (или 3,5 по углу поворота
коленчатого вала).
* Опыты инж. я. С. Адрианова.
128
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для случая удлиненного вала
2.3500 _ „ __ 2 • 3500 __
1150 “ Ь’ к ~~ 1400 ~
Без предварительного расчета или непосредственного замера в случае
многоколенного вала нельзя заранее точно предсказать порядок резонирую-
щей гармоники, дающей наибольшую амплитуду колебаний.
Критический режим, при котором число собственных колебаний вала
в минуту равно числу вспышек в минуту, называется главным резо-
нансным режимом.
Таким образом для четырехтактного двигателя имеем:
~ пт. р i = пс . (260)
Таким образом расчет демпфера двигателя М-25 велся на главный
резонансный режим, которому, как видно из предыдущего, соответствует
низший порядок остающейся суммарной гармоники.
На фиг. 124 этому режиму соответствует
2«с 2-5500 П1С Л/
Пг. р = —- = —— = 915 об/мин
/ 1 Ci
Как видно из этой фигуры, главный резонансный режим не обязательно
характеризуется наибольшей амплитудой.
Из фиг. 124 видно, что, меняя упругие свойства системы, можно
смещать резонансные зоны с желательного для работы режима (но нельзя
уничтожить их совсем). В этом заключается смысл применения упругих
шестерен редуктора, которые увеличивают приведенную длину коленчатого
вала, уменьшают его жесткость и тем самым изменяют период собствен-
ных колебаний, а с ним и опасные режимы.
Не исключена, однако, возможность того, что вместо увеличения
надежности можно получить ухудшение. Так, например, если в случае,
показанном на фиг. 124, рабочие режимы двигателя лежали бы в области
п —1400 об/мин, то уменьшение жесткости системы, происшедшее вслед-
ствие введения длинного вала, могло бы. оказаться вредным.
Работа на резонансном режиме обычно характеризуется неровным
ходом двигателя и вибрациями. Причина этой неустойчивости режима
в том, что на вибрации вала затрачивается некоторое непостоянное коли-
чество энергии. Однако объяснить сотрясение двигателя резонансом
.следует лишь в том случае, если тщательно проверена работа карбюра-
торов и зажигания, так как первая причина тряски чаще всего объясняется
именно их неисправностью. Во всяком случае, нужно помнить, что от
резонанса тряска может проявиться лишь на отдельных, вполне опреде-
ленных, постоянных режимах.
§ 46. ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ КРУЧЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА РЯДНОГО
ДВИГАТЕЛЯ
Пусть имеется система из I масс с моментами инерции Jlf J2,..., JL и
коэфициентами упругости Kt (фиг. 125).
Пусть на каждую из масс действует периодический момент Mlf М2,...,
Mt от внешних сил. Каждый из них можно представить в следующем виде:
Ak cos Qkt -h Bk sin
где индекс k — целое положительное число, определяющее порядок
гармоник; его не следует смешивать с коэфициентом упругости К. Пусть
одновременно с этими моментами действуют заглушающие моменты
.....
В В А—142—9 125
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Тогда уравнения движения этой системы могут быть написаны следую-
щим образом:
+ —%) = 0;
k
Л?; + + Кг (<р2 — ?з) — Ki (h — <fa) = s Ак>cos + fi*.sin Qkt-,
1
k
Afi + £<fs + Ks (?3 — <f>4) — Кг (f2 — <f8) = £ Ab> COS Qkt + &3 Sin Qkt;
1
(261)
k
+ —?,)= S-^cosS^ + Bt.sinS/.
Решение уравнений (261) необходимо вести не для суммы гармоник
всех порядков, а для каждого порядка в отдельности. Тогда система
уравнений (261) упрощается:
+ — ?2) = 0;
+ Кг 0?2 — <Рз) — Кг (<Р, — <f>2) = Ак1 cos Qkt 4- sin 12 kt;
4?' + &p; + K, (% - <f4) - K2 (<f2 - %) = Aks cos S/ + Bka sin Qkt- } <261 '>
J/f’i + &?; — (f.-i — fi) = cos Qkt + Bk. sin Qkt. j
В этой системе уравнений величины Д*2, Дйз,..., Z?*2,/?*3, вообще могут
быть различны, если различны силы
Фиг. 125.
Решение системы уравнений (26Г)
газов и силы инерции на разных
коленах, например, в случае ци-
линдров разного диаметра. В то же
время величина Qkt &ля данного
значения К одинакова во всех урав-
нениях системы уравнений (261').
Исследуя амплитуды вынужденных
колебаний при k гармониках, мы
получили бы таким образом k систем
уравнений (261').
ищем в следующем виде:
Tw = a„cosS^ + ^sin Qkt.
Если это решение подставить в уравнения (26Г), то, учитывая, что
= - anQk sin + bA cos Qkt‘
Vn = — cos Qkt - bnQ* sin S/,
получим первое уравнение системы (261') в следующем виде:
— Л2* ai cos Qkt + Ki (t?i — я2) cos Qkt —
— JjQl b± sin Qkt + (b±—b2) sin Qkt = 0;
иначе
[— a± 4- («! — a2)] cos Qkt +
4- [— bt 4- (b3 — b2)] sin Qkt = 0.
При изменении времени t это равенство не должно изменяться. В част-
ности, должно оно сохраняться и при таких значениях t, как
2^ = 0;|;2|; З^ит.д.
130
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
А это возможно лишь в том случае, если в отдельности:
— ASpi 4-/<!(&! —&а) = 0.
Аналогично рассуждаем относительно других уравнений. Таким образом
вместо системы уравнений (261') получим:
-/1а’а1 + /<1(а1--о2)=0; -AQp1 + /C1(»i-l'8) = 0;
“^2^ ^2 4- Аг (^2 а3) — Aj — #2) = Аг}
- J2Q* b2 - S2 А + K2(b2 — b3) - Kt (br - b2) = В2,
«з 4" 4- Аз (я3 я4) Аг (^2 ^з) “ A3; (262)
- J3Q2 - ^32й 4- К3 (b3 - bj - К2 (Ь2 — Ь3) = В3;
— J&l at + ^bfik—Ki-! (а,-! — at} = A,.;
- - ZbiQk - Ki-! (bi-! - b^ = B^
Таким образом, мы получили систему уравнений с 2i неизвестными:
а!) d2i ci3y..,, at' blf b2l Ь3)...,Ь1.
В отличие от подобных уравнений, встречавшихся при определении
периода собственных колебаний (но без членов В, А и В), величина Qk—
частота, — известна, так как частота вынужденных колебаний равна ча-
стоте возмущающего момента, а последняя нам задана. Решая эту систему,
находим величины ап и Ьп, и, таким образом, величина колебаний любой
массы п от гармоники порядка k в дальнейшем определяется по уравнению
?я = с sin(SJ/ + ₽Jk),
Я
где
Таким образом в случае многоколенного вала определение формы
вынужденных колебаний не встречает принципиальных затруднений, и все
сводится лишь к чисто техническим трудностям решения 2Z уравнений
с 21 неизвестными. В данном случае можно применить прямой метод
решения последовательным исключением неизвестного, хотя при большом
числе неизвестных счетная работа оказывается очень кропотливой и уто-
мительной.
Имеется ряд способов, сокращающих счетную работу (см. Н. Ш. Ней-
ман — Сборник переводных статей по вопросам крутильных колебаний
изд. ВВА).
Одним из наиболее распространенных приемов является сведение за-
данной схемы к упрощенной с меньшим числом масс.
Задача^! 8*
Найти форму вынужденных колебаний шестицилиндрового ди-
зеля с электрогенератором по приведенным ниже данным, при
числе оборотов коленчатого вала, близком к резонансу.
Дано:
Диаметр цилиндра D — 350 мм; поверхность поршня F = 960 см2; ход поршня
2 X 175 мм; среднее индикаторное давление Pi — 6,75 кг[см2; п = 450 об/мин.
* Исходные данные и условия задачи заимствованы из книги: Wydler, Drehschwingun-
gen in Kolbenmaschinenlagen. Пример этот из области неавиационной техники приводится
в связи с дальнейшим изложением (§ 47) метода Бидлера, основанного на исследовании
данной системы.
131
в»
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Приведенная схема,коленчатого вала дана на фиг. 126. Здесь = 1500кг-сек1-см;
J2 — 1000 кг-сек2-см; J3 = j4— ... J8 = 100 кг -сек2-см — моменты инерции ротора генера-
тора, маховика и приведенных масс на каждом колене; /=100 и 250 — приведенные -
длины в мм; Jp == 2400 см9- — момент инерци и сечения приведенного вала.
Решение.
Для упрощения заменяем эту схему из восьми масс схемой из четырех масс, где
моменты каждых трех колен сосредоточены условно в средних коленах (т. е. J3 и J5 сов-
мещены с J4, Je и J8 совмещена с J7) (фиг. 127).
При заданных размерах вала коэфициент упругости имеет следующие значения:
= GJp_ _ 830 000 - 2400 =
1 I 25 рад
830°°9-24°2- = 99,6-10^;
2 20 рад
„ 830000 - 2400 . 1Лв кгсм
==------оЛ----— б6-4 • 10 --г-*
& 30 рад
Предварительным подсчетом установлено, что число собственных колебаний этой
системы
ис = 2700 мин.-1 для одноузлового колебания,
nCg = 4420 мин.-1 для двухузлового колебания,
:лСз = 8100 мин.-1 для трехузлового колебания.
Возмущающие моменты, приложенные к массам 3 и 4, получаются суммиро-
ванием моментов одного и того' же порядка от каждых отдельных трех цилиндров
(действующих через равные промежутки времени, соответствующего 1/3 от 4 те). При
этом суммировании уничтожаются все гармоники кроме 3-й, 6-й, 9-й, 12-й, 15-й, 18-й
Оставшиеся суммарные гармоники имеют утроенную амплитуду по сравнению с ампли-
тудой той же гармоники одноцилиндрового двигателя.
Из всех, этих гармоник при числе оборотов коленчатого вала п = 450 об/мин. резо-
нирующей для одноузлового'колебания будет 12-я гармоника, так как в этом случае
к
2 * П~ Пс1'
Тогда возмущающий момент на одной из масс 3 или 4 имеет следующий вид:
М = (Л12 cos Й121 + В12 sin Й12 t)F.R. 3.
Из данных гармонического анализа тангенциальной силы одноцилиндрового двигателя
имеем, что при Pt- = 6,75 кг]см2
В12 = 0,246 кг)см2; А12 = — 0,276 кг]см2.
Примем, что моменты на массах 3 и 4 (фиг. 127) находятся в одной фазе. Для п = 450
и порядка гармоники 12 имеем время одного колебания возмущающего момента
т. е. круговую частоту
2те 2те • 450 • 12 2те - 450 • 12 noo
' : 60-2 283 сек- •
Таким образом величина возмущающего момента будет:
' М3 = М4 = (0,246 sin 280/ — 0,276 cos 280/) • 960 • 17,5 • 3 =
= 12 300 sin 280/ — 13 820 cos 280/ =
= 1,23 • 101 sin 280/ — 1,38 • 104 cos 280/ кгсм.
Так как мы определяем форму колебаний вблизи резонанса, то необходимо учесть
заглушающий момент. Для определения заглушающего момента воспользуемся
указаниями Видлера о том, что для стационарных двигателей заглушающее окружное
132
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
усилие на радиусе кривошипа на 1 ел/2 поверхности поршня и 1 cmJcbk скорости колеба-
тельного движения на той же окружности имеет в среднем величину
Kz = 0,006 кг-сек!см3.
Тогда коэфициент £ заглушающего момента имеет величину £ — 0.006F • ЗАа =='
= 0,006 • 960 • 3 17,52 = 5300 кг • см • сек.
Дальнейший расчет ведется при В = 5000 кг • см • сек.
Уравнения движения примут следующий вид:
Л ?! + К± — ®2) = 0;
А <?2 + ^2 (?2 — ?3> — (Т1 — ®2> = °;
J3 ?з + + ^з (Тз — <?4) “ (?2 ~ ’Рз) = А cos Qt 4; В sin Qt,
J\ — K3 (?3 — cp4) = A cos Qt + В sin Qt, .
полагая корни уравнения в виде •
=* ап cos + bn sin Qt.
После сокращения cos Qt и sin Qt получаем 8 уравнений с восемью неизвестными
и Ьп
(а) - JXQ2 аг + Кг (аг - а2) = 0; - Jt й2 bt + (br - b2) = 0;
(6) J2 Й2 ax -j- Л2 (л2 йз) — (fix — #2) — 0;
- J2Q2 b2 + K2 (b2 - b3) - Kr (bt b2) = 0;
(в) — J3Q2«3 + ей b3 + #3(«3 — cQ — K2(a2 — a3) = A;
*^з Q2 5 й a3 -}- ЛГз (b3 b4) — K2 (b2 — b3) = B;
(r) — J4Q2«4 + es&4 —Ks(a3 — = A;
-J4 Й2 &4 - e S «4 ~K3 {b3-bj = B.
Из уравнения (а) находим: ф
(Д)
из уравнения (б)
(е)
«3
J, Q2
Кг
или сокращенно
ЛЙ2
Кг
1 _ A2A
Кг
JtQ2
Kt .
т\2
JtQ2]
К2 J
«i;
Из уравнения (в) находим:
73Й2
Ks
б?з — Yi^ij b3 — Yb^
ейь к3/ х а
ty 17 \а2 аз) — 17 т
Ag Аз Аз ,
откуда на основании выражений (е), (д) и (б)
Аз Лз J Аз.
«4 =
‘3.
или сокращенно
(ж)
Аналогично
(ж')
л
a^Za. + TYb.-^.
в
кг
Наконец, из уравнений (г) после преобразования его получим:
к А
) *+ Ks ь‘~а°~ к,-
b4t=Zbt — TYa}
После замены я4 и Ь4
Л „452
V
*4 J-
к3
^1Ybl~l<3
^2 —
2
^1,
«4
Kz .
: А
133
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Окончательно получим:
(X^-T'Y- Y)al-T(XJ + Z)bl = (\ + Xt} А + Г А.
Аналогично
(XaZ- t*¥- Y) bt - T (X«r + Z) a, = (t + X.) A _ T A.
(3)
Из уравнений (ж) определяются величины а, и bt, а по ним через соотношения (д),
(е), (ж) и остальные неизвестные ап и Ьп.
Симметричный вид всех уравнений позволяет сильно упростить вычислительную
работу, так как в этом случае при решении необходимо предварительно вычислить до-
вольно ограниченное число коэфиниентов X, Y, Z, Г, как это показано в последнем
числовом решении.
(О
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(П
2 = 283 сек 22= 80 000 сек ~2.
Kt = 0,7968 • 10 кг-см; К» = 0,996 - I08 кг -см; К2= 0,664 • 108 кг • см.
jt = 1500 кг • см - сек2; Jt — 1000кг - см -сек2; «73 = 300 кг • см • сек2.
§ = 5000 кг - см • сек; В = 1,23 • 104 кг - см; А = — 1,382 • 10* кг-см.
-А’= 1,506; = 1,20482; -"А = 1,8073.
At Аа A3
%!-—0,506.
f Q2 /02
= 0,8032; = 1,205.
Аа А3
/ Q2
Х2 = 1— ——— = 0,1968.
Ай
/ Q8
Y = ХгХ9 — -г=- = — 1,3044
Аа
= 0,36144.
хз = Х^ = 0,6386.
(8) Z = ХЛ— X. — 4-— = — 0,6386 • 1,304 + 1,205 • 0,506 —
As А3
— 1,8073 = —2,0306.
(9) Т = - 0,0213; TY - - 1,3044 . 0,0213 = - 0,0278.
Aj V,004 • lv
В 1,23 • 10 1,853 А 2,081
( ' А3 “ 0,664 10 ~ 10 ; Ks~ ~ Ю *
(11) (Xt Z — Т2 Y — Y) = (— 0,6386 • 2,0306 + 0,0213 • 0,028 + 1,3044) = 0,0083.
(12) Т (Х4Г 4- Z) = 0,0213 (- 0,6386.1,3044 — 2,0306) = — 0,0611.
(13) О (1-JQ-^- - Г А = (! - 0,6386) + 0,0213 __ 3,080 10* ’
(14) отсюда (1 < х 1 । т В 3,371 (!+Х4)/<з+7>з 10<’ 8,3а! —61,1&! = —0,337;
61,10i + 8.3&! = + 0,308;
av = 0,00422; = 0,00610;
«а = — 0,00213; = — 0,00390;
а3 = — 0,00550; &3 = —0,00795;
04 = — 0,00854; Ьь = —0,01244.
134
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таким образом закон движения масс изображается следующими уравнениями:
масса 7 ?, = 0,00422 cos 283/ + 0,00610 sin 283/;
„ 2 ?2 = — 0,00213 cos 283/ — 0,00390 sin 283/;
» 3 ?3 = — 0,00550 cos 283/ — 0,00795 sin 283/;
, 4 _ 0,00854 cos 283/ — 0,01244 sin 283/.
Здесь значения ? в радианах, / — в секундах.
Полагая (а* + Ь*) и tgS = --"- [см. уравнения (249) и (250)], имеем:
п
= 34°45'— 35°; ^ = • 2л = 0,6.
В2 = 215
63 = 215
64 = 215
Q = 0,00742;
С2 = 0,00376;
С3 = 0,00970;
С4 = 0,01510;
6=ж-2л=3’74-
Таким образом, закон движения масс может быть представлен также в следующем виде:
?! = 0,00742 sin (283/ + 0,6) = 0,00742 sin (16 200/ + 35°);
?2 = 0.00376 sin (283/ + 3,74)= 0,00376 sin (16 200/ + 215°);
?3 = 0,00970 sin (283/ + 3,74) = 0,00970 sin (16 200/ + 215°);
?4 = 0,01510 sin (283/ + 3,74)= 0,0151 Osin (16 200/ + 215°).
Здесь аргумент в левых формулах выражен в радианах, в правых в градусах.
Величина углов В определялась по знакам перед а и Ь; при а > 0 и b > 0 угол 8 ле-
жит в первой четверти, при а < 0 и b < 0-- в третьей четверти. Таким образом практически
отклонения масс 2, 3 и 4 находятся в одной фазе, отклонение массы 1 смещено относительно
них на 180°, т. е. прямо противоположно.
Приведенный выше прием решения требует большой точности вычислений, которую
не может обеспечить отличная 25-слг линейка. Действительно, в графе 11 результат полу-
чается как разность пятизначных чисел, отличающихся на две последние цифры.
§ 47. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АМПЛИТУДЫ ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ ПРИ РЕЗОНАНСЕ
ПО МЕТОДУ ВИДЛЕРА
Для упрощения расчетов и увеличения точности определения ампли-
туды вынужденных колебаний имеются различные приемы.
Остановимся на способе Видлера.
Путем вычисления амплитуд вынужденных колебаний для системы,
разобранной в задаче 18, для частот от 180 до 400 сек."1 Видлер показал,
что форма вынужденных колебаний при резонансе близко
совпадает с формой собственных колебаний системы.
Это положение иллюстрировано фиг. 128, составленной по данным рас-
четов Видлера, на основании которой можно написать для резонансного
режима
:С3... :а3... (263)
Для вычисления величин С по заданному соотношению аг:а2:а3 восполь-
зуемся уравнением работ, которое составляем на основании следующей физи-
ческой картины движения системы.
В случае свободных колебаний без затухания колебательное движение
будет совершаться бесконечно долго без приложения внешних сил.
При проходе колеблющейся массы через равновесное положение она
будет обладать наибольшей скоростью, т. е. наибольшей кинетической
энергией. В момент наибольшего отклонения, когда скорость равна нулю,
кинетическая энергия также равна нулю, так как вся она превратилась в
потенциальную энергию упругости системы.
Во всяком другом положении системы сумма потенциальной и кине-
тической энергии будет постоянна. Вместе с тем во всякое мгновение сумма
моментов от сил упругости и сил инерции равна нулю.
При наличии заглушающего сопротивления установившееся колебатель-
ное движение будет возможно только при наличии приложенного извне
135
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
периодического момента. Но в этом случае при тех же амплитудах и ча-
стотах, что и при свободном колебании, сумма потенциальной и кинети-
ческой энергии останется без изменений, и таким образом работа возму-
щающего момента будет равна лишь работе сил сопротивления.
Вместе с тем можно считать, что во всякое мгновение возмущающий
момент равен моменту от сил заглушения; таким образом моменты от силы
инерции и упругости попрежнему в сумме равны нулю.
Принимая, что заглушающий момент изменяется пропорционально ско-
рости, имеем:
Отклонение
ср = a cos Qt + b sin Qt = C sin (Qt -j- p).
Скорость
<?'= CS cos (Qt 4* p).
Заглушающий момент
Жз =£©'== cos (2£ 4-P)-
Элементарное отклонение
dv == QC cos (Qt 4- p) dt.
Элементарная работа заглушения
dLs — ty'd<? = £C222cos2(2£ 4- ₽) dt.
- Это выражение упрощается, если обозначить Qt = G*:
dL3 = ВС22 cos2 (0 4- р) db. (264')
Тогда, учитывая, что
cos2 (О +₽) = у + (
получим:
L3 = {SOS( ’ + = SOS[4 + T'". (264)
8i
В пределах одного колебания (от нуля до 2я)
£С) = IQC^t. (265)
Переходим к определению работы возмущающего момента.
Для него выше принято
Жв — A cos Qt 4* В sin Qt = Q sin (Qt 4- <>).
Тогда элементарная работа
dLP, = MBdy = Qsin(QtQC cos (Qt+ $)dt =
= QC[4-Sin (2S^ 4-₽ +8) d-A Sin (8 —₽)]^S. (266')
После преобразований, аналогичных уравнениям (264') и (264), получим:
е8 е2
Л, = Q • С sin (2S + ₽ + 8)О) + j-1-sin (8 - ₽) rfe] , (266)
или, в пределах одного колебания от 0 до 2к
Д1* = QC® sin (8 —₽). (267)
* Не следует смешивать это ('обозначение с обозначением угла поворота ^коленча-
того вала.
136
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Так как 1(зу = Lb\ то для одной массы, приравнивая уравнения (265) и
(267), имеем:
G2C2 = QC sin (8 — ₽). (268 >
В случае же системы из нескольких масс при одинаковых, амплитудах
момента Qn
£52^ = SQ„C„sin(8„-₽„);
где —pn = sn —угол сдвига фазы амплитуды относительно фазы возму-
щающего момента.
Для резонансного режима, при котором согласно уравнению (263)
Cj . С2 . Сз .1 . . . „ .1
С ' С- С ••••* а1 • а2• аз• • • • ап.1 »
I i г
где аь а2—относительные углы закрутки, причем а,= 1.
Величины и S^nsin£n можно представить в виде
С?{«? + ^+ ... + 1) = С,2£о*; (269')
1 1
sin (?! sin s14~a2 sin s24-... 4-1 sin s.) = Ct- sin en. (269)
1 1
Тогда для нахождения амплитуды вынужденных колебаний Сг получаем
соотношение, приравнивая уравнения (269х) и (269)
f2C,2£%2 = QC,ya,sine„,
т. е.
С.= PSa»sln e" . (270}
В этом выражении неизвестны величины еп. Их нужно найти так, чтобы
работа возмущающих моментов, т. е. величина ^ansinen была максималь-
ной, что и будет соответствовать наибольшей возможной амплитуде при
резонансе.
Способ нахождения максимума этой величины пояснен в задаче 19.
Задача 19
Определить амплитуды колебаний системы, разобранной в за-
даче 18, на резонансном режиме, пользуясь методом Видлера.
Решение.
На основании фиг. 128 для формы свободных колебаний имеем:
а2 = —0,494; «,--0,249; а3 = 0,651; а4 = 1,
тогда
«3 = 0,425; «2='1.
Так как к массам 7 и 2 моментов не приложено, то они в расчет по уравнению (270>
не войдут.
К массам 3 и 4 приложены одинаковые моменты, находящиеся в одной фазе
= /(1,23 • 104)2+ (1,382 • 104)2 sin (Qt + 8) = 1850 sin (Qt + о).
Максимальное значение S«/2 sin будет при
__ __ те,
гп = ез ~ е4 — "2~ .
137
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Тогда согласно уравнению (270)
г _ 1850.(1 +0,651) _оте9.
4 5000 • 283 (1 + 0,425) ’ 1 ’
и согласно уравнению (263)
С3 =- 0,651 • 0,0152 = 0,0099;
С2 = 0,242 • 0,0152 = 0,0038;
Ci = - 0,494 • 0,0152 = - 0,0075.
Эти результаты весьма близки к тем, которые получены полным реше-
нием в задаче 18.
В предыдущей задаче оба возмущаю-
щих момента были в одной фазе. Если
предположить, что они взаимно смещены
на 180°, например из условий чередо-
вания вспышек, то величина a4sine44-
1,0
0.5 -
6 0 -
-0.5 -
-1,0 -
0,15 1
0,10-
0,05 -
б 0 4
-(ijO J
0,05 /
2 0-------
-0.05
. -6,10 -г
0,05 \'° '
О 0-^С
-0,05-
ж''' ct%-0,2485
с/^0,494 ~ "
*f0~f
Свободные колебания
Резонанс
/-'СгО.бЭ
и-----~zr—•-----------------
-005 - /4=0,437 Вынужд. колебания
-0,10 -* Резонанс (91=283)
Вынужд. колебания
Q ^ЗОсек'1
Вы нужд. Колебание
<2-400сек~1
+а3 sin е3 была бы максимальной при е4 ==
= ие3 = 3-2-, т. е.
£ ал sin ел = 1 - 0,651 - 0,349.
Этому случаю соответствовали бы
другие значения Сп.
В случае многоцилиндрового двига-
теля на различных коленах имеются
моменты, меняющиеся по одному и тому
же закону, но со смещением фаз по по-
рядку работы на угол ky == k -г, считая
по периоду гармоник (на 2к, а не по
коленчатому валу на 4л),
Тогда для такого двигателя
£«л sin en — а4 sin е а2 sin (е 4~ ky) 4*
4-assin (s4-2£y)4- ... + a£sin [e4-(Z — 1) &?].
В этом случае надо было бы путем
ряда проб установить такое значение
е, при котором величина ^an sin ел будет
Фиг. 128. Формы колебаний системы,
показанной на фиг. 127, при различной
частоте вынужденных колебаний.
наибольшей, и с найденной величиной s решать уравнение (270).
Задача 20
В качестве примера определим значение £ для 1-й и 5-й гармоник шестицилиндрового
.двигателя BMW-4, пользуясь данными Штиглица*.
Заданная форма свободных колебаний изображена на фиг. 129. Порядок работы
цилиндров—1—5—3—6—2—4;
7 = ^ = 60».
о
Вычисления располагаем в табл. 24, причем значения sin [е + (п—1)7] разносятся
сообразно порядку зажигания. Так, для £== OsinO— в графу 1-го колена, sin60°—в графу
5-го колена, sin 120° — в графу 3-го колена и т. д.
В табл. 24 показана часть ряда пробных подсчетов, на основании которых можно
было бы выбрать наибольшее значение работы возмущающих моментов. Удобнее это
* См. Сборник переводных работ, Крутильные колебания коленчатых валов, под ред.
проф. Неймана, изд. ВВА.
138
5-я гармоника
Задаемся:
1-я гармоника
ГО ГО (О а>
1-я гармоника Форма свободных колебаний (задана) Таблица 24
Задаемся:
<»> СО СП II II II 1 + О О о о 0 0
Sin [г + (л — 1) у] a„sin [г+(Л — ОД sin [60 + (п — ОД ап sin [60 + (п — ОД sin [г + 5 (72 — ОД ап sin [е + 5 (л — ОД to № колена п
1 1 О о о о ° ° к оо к) оо 0,31
Illi о о оо о о Ji.'oo + 00 о о 1 0 51 ьо
р р о о р р О 00 О 00 О О О <1 0,69 W
II II оо оо о о "аз а 23 0,84 4^
оо оо о о £323 8 23 0,94 СЛ
1 1 о о о о о о Й23 ^'2S 1,00 О
+ м р -°? В- £5 К S+
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими рукам!
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
значение находить графическим суммированием векторов аъ а2, а3 и т. д., располагая их
друг к другу под углами kv сообразно с порядком зажигания-
Из рассмотрения фиг. 128, б можно убедиться, что если за начало от-
счетов принять ось OY, составляющую с вектором ах произвольный угол е,
то выражение
sin [е + (и — I)-/]
представляет собой сумму проекций этих векторов на ось ОХ, перпенди-
кулярную оси OY.
Наибольшему значению этой суммы соответствует такой угол е, при
котором ось OY перпендикулярна к суммарному вектору ОА, проектирую-
щемуся в этом случае на ось ОХ в натуральную величину.
Для примера дается построение максимальное
5>„Sin [е +(« — 1И]
для 4-й, 5-й и 6-й гармоник (фиг. 129).
Во избежание ошибок в определении углов между векторами рекомен-
дуется до суммирования построить вспомогательную диаграмму, указы-
вающую наклон векторов ах, а2, а3... и т. д., сообразно с порядком гар-
моники, порядковым номером вектора и последовательностью вспышки.
При этом отсчет ведется в одну и ту же сторону.
Необходимо подчеркнуть, что определение амплитуд вынужденных
колебаний по методуВидлера можно производить лишь для резонансных
режимов, когда форма свободных собственных колебаний подобна форме
вынужденных колебаний. На всех других режимах, где этой закономер-
ности не наблюдается, применять этот способ нельзя.
Для определения возможных резонансных режимов на различных чис-.
лах оборотов при известном периоде собственных колебаний вала необхо-
димо воспользоваться уравнениями (260). Построением диаграмм, аналогич-
ных показанным на фиг. 128, можно определить, какие из этих возможных
резонансных режимов будут наиболее опасными. После этого по уравне-
ниям (270) и (263) находятся амплитуды отдельных масс.
§ 48. ТОРЗИОГРАФИРОВАНИЕ
Определение амплитуды вынужденных колебаний чисто расчетным ме-
тодом не дает достоверных результатов, если неизвестна величина коэ-
фициента заглуше-
Фиг. 130. Схема торзиометра Фетингера.
ния. Поэтому в исследо-
вании крутильных коле-
баний значительное место
занимает эксперимент, за-
ключающийся в замере
амплитуд колебаний ко-
ленчатого вала.
На основании этого
эксперимента можно не-
посредственно опреде-
лить резонансные режи-
мы, опасные в отношении длительной работы, проверить данные теорети-
ческого расчета, определить величину коэфициента заглушения.
Для этого служат приборы, которые называются торзиографами.
Они выполняются двух типов.
Прибор первого типа производит замер относительного взаимного
перемещения двух сечений вала (торзиометр). Принципиальная схема такого
прибора показана на фиг. 130.
140
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Здесь на сечениях I и II длинного вала, подлежащего торзиографирова-
нию, укрепляется на зажимах фланец А и длинная труба В с фланцем Д. Воз-1
пикающее во время колебаний взаимное перемещение фланцев А и Вг реги-
стрируется при помощи пера, установленного на рычаге Е, который откло-
няется в ту или иную сторону при помощи углового рычага Д и двух тяг,
Передвижение ленты, на которой ведется запись, может осуществ-
ляться разнообразными способами. По схеме фиг. 130 запись ведется на ба-
рабане, который передвигается вдоль вала в то
время, как весь пишущий механизм вместе с
валом вращается. Для смены бумаги барабан
сдвигается влево (по чертежу).
По аналогичному принципу устроен т о р-
зиоиндикатор DVL и торзиограф
Фрама. В последнем случае вместо меха-
нической системы регистрации перемещений
использована оптическая, причем запись ве-
дется на фотопленке.
Общий недостаток приборов этого типа
заключается в том, что они дают относитель-
ное перемещение, тогда как нам нужно знать
абсолютные значения амплитуды. К тому же
эти приборы требуют наличия свободного
Фиг. 131. Схема торзиографа
Гайгера.
участка вала.
Второй тип приборов характеризуется применением массы, рав-
номерно вращающейся со средней угловой скоростью коленчатого вала.
Это дает возможность вести запись абсолютных величин амплитуды.
Прототипом приборов этогорода является торзиограф Гайгера
(фиг. 131). В нем легкий диск А соединяется ременной передачей с сече-
нием вала, движение которого исследуется. Таким образом, диск этот
при колебаниях вала движется вместе с ним неравномерно. На этом диске
установлены два угловых рычага Ви С с плоскостью вращения, параллельной
диску Л, и с плоскостью вращения, перпендикулярной диску А. Рычаг В од-
ним концом связан с выступом Д на равномерно вращающемся маховике Е.
Рычажок С своим нижним
Фиг. 132. Схема торзиографа DVL.
граф DVL (фиг. 132). В нем фланец А'
плечом связан со стержнем
К, который проходит сквозь
осевое отверстие диска А.
Этот штифт приводит в дви-
жение перо Л, которое и
записывает взаимные пере-
мещения диска А и махо-
вика Е на ленте, приводимой
в действие часовым механиз-
мом. Маховик Е приводится
во вращение от самого же
диска А, через очень мяг-
кую пружину, что обеспечи-
вает равномерность скорости
его вращения.
В авиационной практике
нашел применение более
удобный в работе торзио-
соединяется с хвостовиком колен-
чатого вала. Движение от центральной части А при помощи мягкой
пружины П передается маховику Е, который посажен на центральной
части А на шариковых подшипниках.
Относительное перемещение равномерно вращающегося маховика Е и
неравномерно вращающейся центральной части А записывается алмазным
141
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
острием Л на целулоидной ленте а, которая во время замеров перема-
тывается с барабана Б' на барабан Б, сцепленный с винтовой шестерней В.
Включение механизма подачи ленты осуществляется простым зажима-
нием в руке головки Н. Этим останавливается винтовая шестерня В; ба-
рабан Б вместе с центральной частью А начинает обкатывать шестерню
В и вращается при этом вокруг своей оси, таким образом подача ленты
обеспечивается.
Если отпустить головку Н, то шестерня
В начинает вращаться вместе с централь-
ной частью А, и подача ленты прекра-
щается. Вид записи показан на фиг. 133
в натуральную величину. О наличии резо-
нанса судят по величине амплитуды. Ре-
зультаты торзиографирования по дроссель-
ной характеристике мотора приведены на
фиг. 124.
Основным недостатком торзиографа
DVL является то, что он дает амплитуды
лишь конца вала. Таким образом, ампли-
туды всех промежуточных точек вала остаются неизвестными, и только
лишь для резонансных режимов можно на основании предпосылки
Видлера принять, что форма колебания будет подобна форме собствен-
ных колебаний.
При этом допущении можно не только получить величины отклонений
для разных масс, но можно также найти величину £ — коэфицие нт а
заглушения по формуле
Фиг. 133. Вид торзиограммы, полу-
ченной на торзиографе DVL в нату-
ральную величину.
Q £ «п Sin
(270')
где Ct — полная амплитуда колебаний места, где установлен торзиограф;
Q—амплитуда резонирующей гармоники.
Остальные обозначения те же, что и в формуле (270).
При составлении настоящей главы использованы следующие источники:
1. Тимошенко, Теория колебаний в инженерном деле.
2. Крутильные колебания коленчатых валов — сборник, изд. ВВА.
3. И. Ш. Нейман. Динамика и расчет на прочность авиационных моторов, ч. 1
4. Н о г t, Technische Schwingungslehre.
5. W i d 1 е г, Drehschwingungen in Kolbenmaschinenanlagen.
6. Holzer, Die Berechnung der Drehschwingungen.
7. Swan, Handbook of Aeronautics, V. IL
8. Devillers, Le moteur a explosions., Изд. 1935.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ГЛАВА I
КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
§ 49. ВЗАИМНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ КОЛЕН
Различие в конструктивных схемах коленчатых валов определяется
числом цилиндров, их расположением и числом тактов. Относительное
расположение колен желательно иметь таким, чтобы: 1) обеспечивалось
равномерное чередование вспышек и 2) достигалась наилучшая уравнове-
шенность.
Несоблюдение первого условия влечет за собой увеличение нерав-
номерности крутящего момента (фиг. 1); несоблюдение в т о р о г о условия
связано с перегрузкой подмоторной рамы и может служить источником
вибраций частей самолета.
В случае одноколенного вала в однорядном звездообразном четырех-
тактном двигателе с равными углами между осями цилиндров равномерное
чередование вспышек обеспечивается при порядке работы цилиндров через,
один с интервалом между вспышками
720°
а = —
i ’
здесь I — число цилиндров (нечетное); например, для девятицилиндровой
звезды 1—3 — 5 — 7— 9 — 2— 4 — 6 — 8—1.
В двухтактном двигателе число цилиндров может быть четное и после-
довательность работы цилиндров—
один за другим по направлению вра-
щения коленчатого вала. Уравнове-
шивание одноколенного вала осуще-
ствляется постановкой противовесов.
Двухколенные валы при
расположении колен под углом в
360° обеспечивают равномерное
чередование вспышек для двухци-
линдрового четырехтактного дви-
гателя с цилиндрами, расположен-
ными в один ряд, и для двухряд-
ных звездообразных двигателей при
расположении рядов в затылок друг
другу. Однако в этих случаях не-
Фиг. 1. График зависимости равномерности
крутящего момента от угла между цилиндрами:
уравновешенные СИЛЫ инерции по- 7—8 цилиндров с интервалами между вспышками 60—
ступательно-движущихся частей 120°—60—120° и т. д. 2—8 цилиндров с
ВДВОе боЛЬШе, чем у ОДНОЦИЛИНЛ- интервалом между вспышками в 90° —— =1,1.
рового двигателя или однорядного Л1ср
звездообразного двигателя при тех же размерах цилиндра. В этом отно-
шении значительно рациональнее расположение колен под углом 180°
(фиг. 2), применяющееся в четырехтактных двух- и четырехцилиндровых
двигателях с противоположным расположением цилиндров, а также в
143
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 2а. Схема расположения
рядов двухцилиндрового двига-
теля с противоположным рас-
положением цилиндров.
Фиг. 26. Схема расположе-
ния рядов двухрядного че-
тырехцилиндрового двига-
теля с противоположным
расположением цилиндров.
Фиг. 3. Схема двухрядного звездо-
образного двигателя со смещенными
рядами.
Фиг. 4. Схема трехколенного вала с углом
между коленами, равным 120"
Фиг. 6. Схема однорядного четырехцилиндрового
двигателя.
Фиг. 7. Схема двухрядного восьми-
цилиндрового мотора с углом между
рядами 7 — 90°.
с—схема четырехколенного вала с расположением ко-
лен под углом 180 ; б—схема четырехколенного вала с
расположением колен под углом 90°.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
двухрядных звездообразных двигателях со смещенными рядами цилин-
дров для лучшего их охлаждения (фиг. 3).
В трехколенном валу двигателя с тремя цилиндрами в ряд для
равномерного чередования вспышек колена должны располагаться под
углами 120° (фиг. 4). Однако при такой схеме расположения колен появ-
ляется неуравновешенный момент от сил инерции.
Четырехколенные валы могут выполняться с расположением
колен под углами 180° и 90° (фиг. 5).
Валы, выполненные по схеме, показанной на фиг. 5а, являются уравно-
вешенными в отношении сил и моментов от сил инерции вращающихся
масс и обеспечивают равномерное чередование вспышек в четырехтактных
двигателях, имеющих по четыре цилиндра в одном ряду при любом числе
рядов и соответствующем их размещении.
В однорядном четырехцилиндровом двигателе возможны два порядка
зажигания: 1—2 — 4 — 3 и 1—3 — 4 — 2, через равные интервалы
720
а = = 180° поворота коленчатого вала (фиг. 6).
Оба приведенных порядка вспышек применяются одинаково часто.
V-образный восьмицилиндровый двигатель (например М-6) можно рас-
сматривать состоящим из двух самостоятельных четырехцилиндровых
рядов с одинаковой последовательностью вспышек в каждом из них через
180° поворота коленчатого вала.
Но так как из условия равномерного чередования интервал между
вспышками
„ _ 720 _ QAO
ос — g — Ус)
то через 90° поворота вала после вспышки в первом ряду должна быть
вспышка во втором ряду. Это возможно в том случае, если угол между
рядами у = 90° (фиг. 7). Два возможных порядка зажигания показаны на
фиг. 8.
При размещении рядов цилиндров под углом, отличным от 90°, порядок
работы не изменится, но равномерность чередования вспышек между ря-
дами I и II нарушится. Так, при угле между цилиндрами 7 = 60° с этим же
валом порядок вспышек будет следующий:
li-60°—4П —120° —2i—60° —Зц-120о—4i и т. д.
Аналогично можно показать, что при рассматриваемой схеме вала в
12-цилиндровом W-образном двигателе (фиг. 9) с углом между рядами 60°
при равных интервалах получается последовательность вспышек, показан-
ная на фиг. 9, б.
Х-образные 16-цилиндровые двигатели распространения в авиации не
получили. Здесь при 7 = 90° интервал между вспышками а = 90° при одно-
временности вспышки в двух противоположных рядах.
Недостатком четырехколенного вала, выполненного по схеме, показан-
ной на фиг. 5а, во всех случаях являются остающиеся неуравновешенными
силы инерции 2-го порядка от поступательно-движущихся масс. От этого
недостатка свободен вал, показанный на фиг. 5, б; здесь силы инерции
i-го и 2-го порядка от поступательно-движущихся частей сами собой
уравновешиваются, хотя появляются неуравновешенные моменты от тех
же сил и от центробежных сил инерции вращающихся частей, что вызы-
вает постановку противовесов и, следовательно, излишнее утяжеление
конструкции (фиг. 10).
В четырехцилиндровом четырехтактном двигателе с таким валом вспы-
шки чередуются неравномерно (фиг. 5, б):
1 — 180° - 4 —90° - 2— 180° —3 - 270° — 1.
В В А—142—10
145
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
- Такая конфигурация вала вполне целесообразна в четырехцилиндровом
двухтактном двигателе, в котором требуется чередование вспышек че-
рез 90°.
В случае V-образного четырехтактного восьмицилиндрового двигателя
с 7 = 90° (Аргус AS-10) удается осуществить равномерное чередование
вспышек и при данной схеме вала (фиг. 11).
Фиг. 8. Возможные порядки зажигания двухрядного восьми-
цилиндрового двигателя.
Построением аналогичной схемы можно доказать, что при угле между
цилиндрами 180° (один ряд Нэпир-Рэпир) можно получить равномерное
чередование через
а = ™ = 90°
О
лишь при расположении колен под 90° (фиг. 12).
Шестиколенный вал, исходя из условий равномерного чередова-
ния вспышек и уравновешенности, строится по схеме, показанной на
фиг. 13. .
I ояд i " 3 4 2 / 2 4 3
--\/\/\/V\/\/\A
Ш ряд / 3 4 2 1 2 4 3
б
Фиг. 9.
я—схема трехрядного W-образного 12-цилиндрового двигателя; б—один
из порядков зажигания W-образного двенадцатицилиндрового двигателя.
В однорядном шестицилиндровом двигателе при направлении вращения,
показанном на фиг. 13 и при обратном, возможны следующие варианты
порядка зажигания:
1) 1—2—3-6 —5-4; 5) 1—3-2 —6-4-5;
2) 1— 5-3-6— 2-4; 6) 1—4-2-6 —3 — 5;
3) 1—2 — 4 — 6 — 5 — 3; 7) 1—3 —5 —6-4 —2;
4) 1 _5-_4 __ 6 — 2 — 3; 8) 1 — 4 —5 —6 —3 — 2;
146
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 10. Коленчатый вал V-образного восьмицилиндрового двигателя Аргус-10.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 11. Расположение рядов и порядок зажигания V-образного восьми-
цилиндрового двигателя с расположением колен у вала под углом 90°.
Фиг. 12. Расположение рядов и один из возможных порядков зажигания
в двух рядах цилиндров двигателя Нэпир-Репир.
Фиг. 14.
а—схема расположения рядов V-образного 12-цилиндрового двигателя; б—один
из возможных порядков зажигания V-образного 12-цилиндрового двигателя.
148
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
все три
питает
Фиг. 15. Расположение рядов
V-образного 12-цилиндрового двигателя с углом
и порядок зажигания
[
между рядами 7 = 45°.
При обычно принятом в авиадвигателях расположении карбюраторов,
по одному на три смежных цилиндра, рациональной является вторая и
шестая последовательность порядка зажигания; при такой последователь-
ности всасывание производится через равномерные интервалы в 240°,
тогда как при остальных порядках зажигания карбюратор
цилиндра в течение лишь од-
ного оборота, бездействуя при
втором обороте.
В 12-цилиндровом V-образ-
ном двигателе с коленчатым
валом, выполненным по схеме,
показанной на фиг. 13, обес-
печивается равный интервал
между вспышками а = 60° при
угле между рядами цилиндров
7 = 60° (фиг. 14).
Возможных порядков за-
жигания так же как у шести-
цилиндрового двигателя получается восемь, но общепринятым является
показанный на фиг. 14, б.
В целях уменьшения габарита на некоторых двигателях (Либерти и М-5)
угол между рядами цилиндров взят 7 = 45°. В этом случае порядок зажи-
гания не меняется, но чередование вспышек получается с различными
интервалами (фиг. 15 и 16). Вследствие неудобств с устройством магнето
такое расположение рядов цилиндров распространения не получило.
При двухрядном 12-цилиндровом двигателе с противоположными рядами
(фиг. 17) равномерное чередование вспышек возможно при обычном ше-
стиколенном вале. При этом возможно тридцать два различных порядка
зажигания, из которых наиболее целесообразный показан на фиг. 17, б.
Такое расположение цилиндров встречается в двигателях Нэпир, Деггер,
Рато - Потез, Лоррен-
Потез.
В случае 18-цилин-
дрового W-образного
двигателя интервалы
между вспышками а =
=40° (фиг. 18). Равно-
мерное чередование
вспышек будет обеспе-
чено при углах между
рядами в 40° и 80°
(фиг. 18, а и 19, а).
Порядок работы их при
том же коленчатом вале
показан на фиг. 18, б и
19, б. При расположении рядов в виде буквы Т (фиг. 20, а) применяется
обычная схема вала, но равномерного чередования вспышек, как видно из
фиг. 20, б, получить невозможно. Такая схема расположения цилиндров
не получила распространения.
В Х-образном 24-цилиндровом двигателе интервал между вспышками
а = 30°, т. е. и угол между рядами должен быть также 30°. Так как это
условие конструктивно невыполнимо, то на выполненных двигателях при-
менялся угол 7 — 60°. Но в этом случае при обычном расположении колен
шестиколенного вала возможно равномерное чередование вспышек лишь
с интервалом 60°, т. е. при одновременной вспышке в двух рядах. Для
устранения этого в двигателе Паккард первые три колена по отношению
к задним смещены на 30°, очевидно, в ущерб уравновешенности всего
двигателя (фиг. 21).
60°
Мер
^P = l,i3
Мер
= L23
Мер
«АЖШША
О ' 180 . 360 540 720
Фиг. 16. Кривые неравномерности крутящего момента
12-цилиндрового двигателя
1—при угле между рядами у = 60°; 2—при угле между рядами у == 45°.
149
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
I ряд
Л. ряд
f 5 3 6 2 4
\/\/\/\/\/\
3 6 2 4 15
Фиг. 17. Схема расположения рядов и один из возможных порядков
зажигания 12-цилиндрового двигателя с противоположным располо-
жением цилиндров.
Фиг. 18. Схема расположения рядов и один из возможных порядков зажигания W-образного
12-цилиндрового двигателя при/р=40°.
Фиг. 19. Схема расположения рядов цилин-
дров и один из возможных порядков зажигания
W-образного 18-цилиндрового двигателя при
у == 80°.
150
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 20. Схема расположения рядов цилиндров и один из
возможных порядков зажигания Т-образного 18-цилиндрового
двигателя.
Фиг. 21. Схема расположения рядов цилиндров и по- ,
рядок вспышек в 24-цилиндровом Х-образном двигателе
Паккард.
Фиг. 22. Схема восьмиколенного вала.
151
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В двухтактных двигателях применение нормального шестиколенного
вала связано с необходимостью давать вспышки в одном ряду на двух
коленах одновременно. Во избежание этого необходимо применять вал
либо по типу, показанному на фиг. 21, либо с коленами под углом 60°
друг к другу. В обоих случаях возникает неуравновешенный момент от сил
инерции.
В четырехтактном однорядном восьмицилиндровом двигателе с интер-
валом между вспышками 90° колена вала должны быть расположены
под углом 90° друг к другу. Этому условию может удовлетворять неско-
Фиг. 23. Схема восьмиколенного вала:
лько конструктивных схем. На фиг. 22 показан восьмиколенный вал, ко-
торый получен из соединения двух четырехколенных валов, смещенных
один относительно другого на 90°. Однако при таком расположении ко-
лен двигатель неуравновешен в отношении моментов от сил инерции 2-го
порядка поступательно-движущихся частей. Полная уравновешенность
может быть достигнута при конфигурации вала, показанной на фиг. 23.
В авиации двигатели с восьмиколенными валами не получили распро-
странения, хотя и были попытки создания таких двигателей.
§ 50. ЧИСЛО ОПОР КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Одним из основных условий надежности коленчатого вала является
достаточная жесткость. Помимо геометрических размеров вала, она зави-
сит от числа и расположения опор. При многоколенном вале наиболее
целесообразно выполнение опор по обе стороны каждого колена. Но в
целях облегчения картера и уменьшения длины двигателя возможно вы-
полнение опор через одно или через несколько колен.
Фиг. 24. Коленчатый вал двух-
рядного звездообразного дви-
гателя Армстронг-Пантера.
Фиг. 25. Коленчатый вал двухрядного звездооб-
разного двигателя Твин-Райт
1—полукольцо; 2—шпонка; 3—стяжной болт.
Примеры конструкции, двухколенного вала на двух и трех опо-
рах показаны на фиг. 24 и 25.
Четырехколенные валы могут выполняться на двух, трех и пяти
опорах, как показано на фиг. 26. Решающим основанием выбора одного
из этих типов вала является расстояние между осями цилиндров. При
длинноходных двигателях с очень малым диаметром близко поставленных
152
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
цилиндров размещение одной средней опоры (фиг. 26, а) становится не
всегда целесообразным, так как может повлечь за собой значительное
уменьшение несущей длины шеек. Наоборот, при большом диаметре
цилиндров или необходимости поставить их достаточно далеко друг от
Фиг. 26. Схемы расположения опор четырех- Фиг. 27. Схемы расположения опор шести-
коленного вала. коленного вала
а—шестиколенный вал на трех опорах; б—шести-
ч коленный вал на четырех опорах; в—шестиколен-
ный вал на семи опорах.
друга (например, при воздушном охлаждении) применение схем, показан-
ных на фиг. 26, а и б, повлекло бы за собой излишнее уменьшение же-
сткости вала вследствие увеличения расстояния между опорами.
Преимущественное распространение в конструкциях авиационных дви-
гателей получила схема, изображенная на фиг. 26, в.
Из шестиколенных валов с различным числом опор в современных
авиационных двигателях находят всеобщее применение валы, выполнен-
ные по схеме, показанной на фиг. 27, в.
§ 51. ПОДШИПНИКИ ДЛЯ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ
В авиационных двигателях применяются шариковые, роликовые и сколь-
зящие коренные подшипники коленчатых валов.
Преимущество шариковых и роликовых подшипников в том, что вслед-
ствие значительного повышения удельной нагрузки (в сравнении со сколь-
зящими подшипниками) уменьшается длина коренной шейки и, таким
образом, при заданной длине колена может быть увеличена длина шатун-
ных шеек или толщина щек. Одновременно уменьшаются потери на тре-
ние, отпадает необходимость смазки под давлением и уменьшаются изно-
сы. Поэтому на одноколенных, а также и двухколенных валах звездообраз-
ных двигателей, где монтаж шариковых и роликовых подшипников не
вызывает затруднений, они получили всеобщее распространение. При этом
для двигателей большой мощности (500 л. с. и выше) применяются по-
преимуществу роликовые подшипники. Вместе с тем были попытки при-
менения на звездообразном двигателе скользящих коренных подшипников
(например, Фиат А-50 и Райт-F).
При монтаже шариковых и роликовых подшипников на вал применяется
глухая посадка 1-го класса точности, что соответствует натягу от 0,00 до
0,040 мм на диаметре от 80 до 120 мм. Во избежание надира поверх-
ности вала подшипники монтируются подогретыми до 80—100° С.
На многоколенных неразъемных валах применение шариковых и ро-
ликовых подшипников встречает значительные затруднения. При монтаже
коренные подшипники продеваются через колена вала, как показано на
фиг. 28, для чего внутренний диаметр подшипников выполняется больше
диаметра коренных шеек и на вал под обойму подшипника ставятся два
полукольца; одно из них заходит в выточки вала и ставится до надевания
подшипника, а другое ставится после этого; от выпадения второе кольцо
стопорится винтом, а от проворачивания фиксируется шпонкой. Для
153
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
облегчения продевания подшипников через колена вала щеки вала имеют
призматическую форму с сильно скошенными ребрами.
Существенным недостатком данной схемы является излишнее увеличение
.диаметра наружной обоймы подшипника. Это вызывает затруднения в кон-
струкции картера и подвески, притягивающей подшипник к гнезду картера.
От этого недостатка свободна конструкция, показанная на фиг. 29. В этой
конструкции ролики катаются непосредственно по коренным шейкам вала,
который должен выполняться из цементируемой стали, обладающей не-
сколько пониженными механическими качествами. Кроме того, цементация
коленчатого вала связана с
усложнением производства и не-
которым увеличением брака. Все
это нужно отнести к недостат-
кам такого конструктивного ре-
шения.
Фиг. 28. Монтаж роликовых
подшипников на вал двигателя
Нэпир-Лайон.
Фиг. 29. Колено вала двигателя Майбах.
Общим недостатком обеих конструкций является ограничение формы
31 размеров щеки, которая может быть только призматической. И поэтому
у большинства современных рядных двигателей получили распространение
скользящие коренные подшипники.
§ 52. РАЗЪЕМНЫЕ КОНСТРУКЦИИ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ
В многоколенных валах разъемная конструкция необходима для воз-
можности применения шариковых или роликовых подшипников. В звездо-
образных двигателях применение разъемного вала вызывается желанием
выполнять кривошипную головку шатуна неразъемной.
По данным Рикардо в некоторых старых автомобильных конструкциях
соединение коренных, шатунных шеек и щеки осуществлялось посредством
прессовой посадки в горячем состоянии по цилиндрическим поверхностям
(фиг. 30), либо посредством стяжных болтов (фиг. 31). Эти соединения
достаточно просты в производстве, но для надежности требуют широких
щек, что сильно утяжеляет вал, и поэтому в авиационных двигателях
распространения не получили. Конструкция же, показанная на фиг. 30,
неразборная.
В мотоциклетных двигателях широкое распространение получили ко-
нусные соединения разъемных валов. В авиационных двигателях такое
соединение применяется лишь при небольшой их мощности. Дефектом
подобных конструкций (фиг. 32, 33 и 34) является недостаточная надеж-
154
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 30. Разъемный .коленчатый вал автомобильного двигателя
мощностью в 125 л. с.
Фиг. 31. Разъемный коленчатый вал*1 автомобильного двигателя тяжелого грузовика-
Фиг. 32. Коленчатый вал
трехцилиндрового W-об-
разного двигателя Anzani
в 25 л. с.
Фиг. 33. Коленчатый вал
мотоциклетного двигателя.
Фиг. 34. Соедине-
ние частей колен-
чатого вала двига-
теля Рено 500 л. с.
155
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ность соединения при коротком конусе и появление наклепа при передаче
большого момента. Для большей надежности соединения длина конуса
Фиг. 35. Колено вала двигателя Фиат
А-55:
а—центрирующий поясок.
должна быть максимально увеличена.
Более рациональным и надежным яв-
ляется шлицевое соединение (фиг. 35 и
36). Здесь одновременно с шлицами вы-
полнены цилиндрические пояски а для
точной центровки обеих половин вала.
Крепление всего соединения достигается
осевым стяжным болтом. Затяжка болта
при монтаже должна быть такой, чтобы
при изгибе шейки от усилия вспышки
стык обеих частей вала не расходился.
При недостаточной затяжке проис-
ходит наклеп и сваривание в месте
стыка, что может привести в негодность
весь вал. Для устранения этого в месте
стыка прокладывается стальное зака-
ленное кольцо. Соединение частей вала
по этому типу надежно в эксплоатации
и применяется до настоящего времени
в двигателях Пратт-Уитней и BMW-
Хорнет. Недостатком такого соединения
является дороговизна изготовления.
Наиболее распространенным является соединение, показанное на фиг. 37,
38 и 39. Здесь на задней
щеке вала имеется разрез-
ное ухо, в котором зажи-
мается шатунная шейка,
составляющая одно целое с
передней частью коленча-
того вала. Прочность соеди-
нения обеспечивается толь-
ко силой затяжки болта.
В двигателях Бристоль-
Юпитер (фиг. 37) для отно-
сительной фиксации поло-
винок вала при сборке слу-
жит наклонная шпонка,
выполненная за одно целое
с задней щекой путем про-
тяжки. Чтобы болт во время
завертывания гайки не вра-
щался,’ в его головке сде-
лан срез, приходящийся
против выступа на задней
щеке.
В двигателях Бристоль-
Меркур (фиг. 38) и Райт-
Циклон (фиг. 39) отверстие
в задней щеке сделано без
шпонки. Центровка осей
коренных шеек при сборке
Фиг. 36. Колено вала двигателя Хорнет:
а—центрирующие пояски.
достигается при помощи
цилиндрического контрольного стержня, который вставляется в точно
обработанные отверстия в нижней части обеих щек.
Для обеспечения надежности соединения задняя щека выполнена толще
передней.
156
www.5okl)-la.S|)l).i u - Самолёт своими руками?!
Фиг. 37. Вал двигателя Бристоль-Юпитер.-
Фиг. 38. Вал двигателя Бристоль-Меркур.
157
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В двигателе Райт-Циклон (фиг. 39) для уменьшения веса стяжной болт
ввертывается на резьбе непосредственно в проушину задней щеки, где
и контрится стопором. На поверхности шейки под болтом сделана неболь-
шая лыска, чтобы приблизить болт к центру для уменьшения центробеж-
ных сил инерции. Чтобы уменьшить деформацию при затяжке, внутри
шатунной шейки оставлена перемычка. Для надежности затяжки шатунная
шейка ставится в отверстие задней щеки с натягом и при монтаже в про-
резь проушины вставляется клин. Недостаточная затяжка ослабляет вал
Фиг. 39. Вал двигателя Райт-Циклон
1—задний противовес; 2—задняя щека коленчатого вала; 3—ролики, на которых подвешен задний противовес;
4—отверстие в задней щеке вала; 5—отверстие в противовесе; 6—стальные закаленные кольца; 7—заплечики
ролика; 8—ограничительная пластинка; 9—втулка хвостовика; 10—отверстие для центровки при сборке;
11—стопор для контровки стяжного болта.
и опасна потому, что в этом случае может произойти смещение коренных
шеек в работе и наклеп на поверхности шейки и щеки. Чрезмерная за-
тяжка также нежелательна во избежание перенапряжения болта и шейки.
Поэтому усилие затяжки при монтаже обязательно контролируется.
Соединение разъемных валов по типу, принятому в двигателе Райт,
ввиду простоты и надежности в эксплоатации, применяется также на
двухколенных валах двухрядных звездообразных двигателей. В конструк-
ции вала двигателя М-85 каждые два болта проушины для удобства мон-
тажа направлены головками в противоположные стороны. Для обеспече-
ния жесткости вала средняя щека сильно развита по контуру; значительные
выемки материала щеки сделаны для облегчения веса детали (фиг. 40а).
Правильность относительного положения частей вала при сборке дости-
гается посредством контрольного стержня, который вводится в отверстия
1 и 2 (фиг. 406).
Помимо рассмотренных соединений, сборных коленчатых валов необ-
ходимо указать на соединение по типу, принятому в двигателе Хирт,
на торцевых треугольных шлицах (фиг. 41). Такой тип соединения дает
158
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг.41. Разъемный вал двигателя Хирт.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
возможность собирать из одинаковых деталей валы с различным числом
колен. За исключением двигателей Хирт такое соединение в других
двигателях пока не применяется.
§ 53. РАСЧЕТ СТЯЖНОГО БОЛТА
При расчете соединения типа, принятого в двигателе М-25, исходят из
величины реакции Т' задней опоры от тангенциальной силы Т (фиг. 42).
Момент сил трения F от затяжки должен быть больше или равен
моменту от силы реакции T'R относительно оси шатунной шейки. При
несоблюдении этого условия шатунная шейка не будет скручиваться мо-
ментом от силы реакции, и, следовательно, конструкция в силовом отно-
шении не будет эквивалентна неразъемному колену.
Последнее обстоятельство связано со значительным увеличением на-
грузки на переднюю щеку и примыкающий к ней опорный подшипник.
Если принять, что Р—сила затяжки болта, Q—соответствующее уси-
Фиг. 42. Схема расчета стяжного болта
коленчатого вала.
лие на поверхности шатунной шейки
и F = pQ — сила трения, где р —
коэфициент трения, то, пренебрегая
жесткостью в сечении ОО' (фиг. 42)
(что возможно в случае посадки
щеки на шейку без зазора) *, можно
написать:
и, следовательно,
Р D
отсюда
T’R < у.Р • D < 2уЛР;
т
так как обычно Т то
Так как мгновенные значения
момента /Икр больше среднего, то,
вводя коэфициент неравномерности крутящего момента К, полу-
чаем необходимую минимальную силу затяжки
„ ^^кр,ср
При расчетах величина коэфициента трения р принимается в пределах
0,124-0,15, хотя вообще в зависимости от удельного давления на поверх-
ности трения она может меняться от 0,15 при давлении около 1 кг {см2 до
0,4 при 45 к?/см2.
Соответствующее этой силе напряжение разрыва в сечении /тш (в слу-
чае сплошного болта — по внутреннему диаметру нарезки)
Р
°0==у~-
•'min
(1)
Так как сечение болта переменно (нарезка, внутренние сверления), то
удлинение при затяжке К вычисляется как сумма удлинений отдельных
* А. П. Островский, Курс конструкций и расчетов авиационных моторов,
ОНТИ, 1935.
160
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
участков сечением f и длиной I при одной и той же растягивающей силе:
1
или
преде-
около
Фиг. 43. Схема расчета стяжного болта
вала двигателя Пратт-Уитней.
л V ПИП I
Для определения сечения /min при проектировании величина с0 выбирается в
лах 1500 4- 3000 кг/см2, но при монтаже болт перетягивается до напряжения
4000 кг/см2. Это создает запас затяжки, необходимый для деформации проушины.
Задача
Рассчитать минимальную силу затяжки, напряжение и удлине-
ние болта в конструкции, показанной на фиг. 39.
Дано:
Уе = 755 л. с.; п- 2200 об/мин. (на взлете); число цилиндров 9; К — 1,45; h = 90 мм.
Решение:
л, __ 716-755-100
^ср.кр 2200 24 600 кгсм,
' 1,45-24600 _Q_nn
Р . ‘ 4 - 0,12 • 9 8300 К2'
Принимая ymin = 4,4 см1 по сверленой
части болта и по внутреннему диаметру на-
резки, при расчете удлинения распространяем
все это сечение на длину 60 мм\ тогда имеем:
% = 1900 k?/cjw2; X = 1900 ^0,06 мм.
Норма удлинения при затяжке болта по
инструкции X = 0,13 мм, что соответствует пере-
тяжке до 4100 кг]см2.
Расчет стяжного болта, примененного
в конструкции двигателя Пратт-Уитней
(фиг. 43), ведется так, чтобы при на-
грузке шейки усилием вспышки стык FF
шейки с задней щекой не расходился.
Для этого напряжение предварительной^затяжки на стыке FF должно быть
больше растягивающего напряжения, которое получилось бы при изгибе
в этом сечении в случае неразъемной конструкции.
Эпюра напряжений в стыке показана на фиг. 43.
Здесь
(2)
_ мр _
°раст — Ссж---— °изг}
W — момент сопротивления сечения FF обеих частей вала при условии
выполнения его неразъемным;
_ Р . \
°зат — ~jp сизг,
Р— искомая сила затяжки, F — площадь стыка.
Определив силу Р, легко найти араСт болта и его удлинение при затяжке,
причем дается запас не менее 25% от Pmjn.
§ 54. ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ КОЛЕНА
Размеры коренных и шатунных шеек должны быть достаточными для
того, чтобы обеспечить прочность и жесткость конструкции и надежную
работу подшипников. Первые два условия требуют увеличения диаметра
шейки, второе — длины.
Увеличение диаметра коренных шеек может быть сделано без особых
затруднений, в отличие от шатунных, где оно лимитируется увеличением
веса шатуна и его вращательных частей. Поэтому, как правило, в совре-
менных двигателях коренные шейки делаются по диаметру больше
BBA—142—11
161
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
шатунных. Для уменьшения же их веса те и другие выполняются пусто-
телыми с внутренним диаметром 60—50% от наружного.
Длина шеек в рядных двигателях ограничивается расстоянием между
осями цилиндра и минимально допускаемой толщиной щек.
В звездообразных двигателях она должна быть больше, чем в рядных,
вследствие весьма значительной нагрузки от центробежных сил враща-
тельных масс шатунов.
Практические размеры шеек для современных двигателей в долях диа-
метра цилиндра 2)ц даются, руководствуясь данными, приведенными в
табл. 1.
Таблица 1
№ по пор. Наименование Рядные двигатели Звездообразные двигатели
однорядные двухрядные
1 Диаметр шатунной шейки 0,45—0.5 0,45—0,53 0,5 —0,6
2 Длина шатунной шейки 0,40—0,50 0,55—0,60 0,57—0,67
3 Диаметр коренной шейки 0.55—0,65 0,58—0,62 0,60—0,70
4 Длина коренной шейки 0,32—0,40 0,20—0,25 0 21—0,25
5 Толщина щек 0,12—0,18 0,22—0,28 0,22—0,28
Массивность валов звездообразных двигателей объясняется необхо-
димостью увеличения жесткости вследствие увеличения расстояния между
опорами.
68 —Н
Фиг. 44. Вал двигателя Фиат А-25.
В нормальных шестиколенных валах, вследствие расположения третьего
и четвертого колен в одной плоскости, возникает сравнительно большая
нагрузка на коренной подшипник, расположенный между ними. В ’целях
уменьшения этой нагрузки во многих двигателях валы выполнялись с
увеличенной по длине коренной шейкой (фиг. 44).
Однако вследствие увеличения габарита и веса двигателя такое реше-
ние широкого распространения не получило. Для устранения этих неудобств
162
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
на коленчатом валу гоночного двигателя Испано-Суиза 1800 л. с. (фиг. 45)
подшипник средней коренной шейки был выполнен роликовым, что не
требовало увеличения длины шейки, но усложняло монтаж этого подшип-
ника на валу, так как для осуществления его щеки вала должны иметь
призматическую форму.
Фиг. 45. Вал гоночного двигателя Испано-Суиза 1800 л. с.
В настоящее время у большинства современных двигателей все корен-
ные опоры выполняются одинаковыми, но, как показывает практика, износ
коренных шеек и разрушение антифрикционного слоя подшипника чаще
встречаются на средних коренных опорах.
Устранение этого дефекта достигается либо улучшением антифрикци-
онных сплавов, применяемых для заливки подшипников (например, переход
от заливки вкладышей баббитом на заливку свинцовистой бронзой), либо
разгрузкой опоры противовесами. Валы рядных двигателей с противовесами
показаны на фиг. 46.
Фиг. 46. Вал рядных двигателей с противовесами:
о—вал гоночного двигателя Фарман с противовесами; б'—вал гоночного двигателя Ролльс-Ройс
с противовесами.
Недостатками применения противовесов являются увеличение веса вала
и понижение резонансных чисел оборотов, так что они могут попадать
в зону рабочих режимов двигателя.
Во избежание местных перенапряжений очень важно в местах перехо-
дов от коренных шеек к щекам и от щек к шатунным шейкам давать
Фиг. 4ба.
радиусы переходов (галте-
лей) примерно V12 4- 1/15.
от диаметра шейки.
Так как места переходов
(галтелей) из шатунных и
коренных шеек, так же как
и сами шейки, шлифуются,
то для вывода шлифоваль-
ного круга переход от пер-
вой галтели к щеке совер-
шается через вторую гал-
тель (фиг. 46а), радиус
которой устанавливается от
0,5 до 1,00 мм.
Галтель не является несущей частью шейки, так как ввиду трудности
пригонки подшипника обычно на вкладышах против галтелей делают
фаски. В случае применения роликовых или шариковых подшипников
163
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 46д.
Значения коэфициентов концентрации напряжений при скручивании
брусков с различными видами сопряжений по Свэну фиг. 466, в, г;
по Серенсену фиг. 46д (Т. В. Фл. № 2, 1937).
164
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 476. Вал двигателя Армстронг-Леопард.
между обоймой и щекой ставится прокладка с выемкой для предохране-
ния от сминания галтели.
Во избежание повышенных местных напряжений необходимо также
выполнять достаточные радиусы закруглений во всех шпоночных канавках,
отверстиях и переходах к резьбам.
Отрицательное влияние резких переходов на надежность конструкции
иллюстрируется на фиг. 46а, б, в, г, д величинами коэфициентов кон-
центрации напряжений В по теоретическим подсчетам и опытным данным
различных авторов.
Под величиной £ подразумевается отношение действительного напряже-
ния в месте перехода к напряжению,
подсчитанному обычными формулами
сопротивления материалов.
Отверстие, перпендикулярное оси
вала, также вызывает концентрацию
напряжений с коэфициентом £=1,6 — 2
(Серенсен).
В тех случаях, когда ролики ката-
ются непосредственно по шейкам вала,
беговая поверхность выполняется ко-
роче ролика во избежание заклинения,
которое могло быть при отсутствии этой дорожки и при наличии выра-
ботки поверхности (фиг. 47а).
Щеки валов рядных двигателей могут выполняться призматическими
или в виде овальных и даже круговых дисков.
Овальные щеки валов получили наибольшее распространение,
например, в двигателях Паккард, Кертис-Конкверор, Фиаг AS-5, АМ-34
и в ряде других. Преимущество этой формы в том, что при ограниченной
толщине щек вдоль оси вала обеспечивается достаточная величина момента
инерции ее сечения за счет развитой
ширины.
Призматические щеки рас-
пространены в звездообразных двига-
телях, где нет ограничения размеров
в длину. В рядных конструкциях они
сохранились лишь в маломощных
двигателях воздушного охлаждения,
где расстояние между осями цилин-
дров достаточно велико, либо в тех
двигателях, где необходимо продевать
обоймы подшипников через колена
(Нэпир, ЮМО-205, Испано-1800) или
неразъемный шатун (BMW-6, Майбах).
Ребра щек и концы, примыкающие
к шейкам, скашиваются для умень-
шения веса. Эти скосы приходится
выполнять особенно большими, если
необходимо обеспечить надевание подшипников (см. фиг. 64).
В двухрядных звездообразных двигателях средняя щека всегда делает-
ся особенно массивной для придания необходимой жесткости валу. На
фиг. 476 показан вал двигателя Армстронг-Леопард, где в целях увеличе-
ния длины шатунных шеек и уменьшения расстояний между рядами сред-
няя щека выполнена наклонно по отношению оси цилиндра.
В двигателе Армстронг-Тигр (фиг. 48) по тем же соображениям на щеке
выполнены подрезы, в связи с чем она сделана достаточно массивной.
В двигателях Испано-Суиза 14НА и 14НВ вследствие сравнительно
большого расстояния между рядами цилиндров, вызванного принятой схе-
мой разъемов картера, щека выполнена с наклоном, направленным в
165
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
другую сторону по сравнению с наклоном щеки в двигателе Армстронг-
Леопард. Для жесткости вала она выполнена очень массивной (фиг. 48а)
В двухрядных звездо-
образных двигателях Райт
и Пратт-Уйтней валы вы-
полняют с промежуточ-
ными опорами (фиг. 25).
Средний подшипник для
возможности монтажа вы-
полнен значительно боль-
шего диаметра, чем край-
ние, и ставится на полу-
кольцах, заплечики ко-
торых привертываются к
щеке.
Для удобства монтажа
передний противовес вы-
полнен съемным. Про-
межуточная опора повы-
шает жесткость вала, но
для надежной работы
трехопорного вала необходимо строгое соблюдение соосности всех опор,
что при значительной величине диаметра среднего подшипника ставит
очень высокие требования- степени точности производства.
Фиг. 48. Вал двигателя Армстронг-Тигр;
Фиг. 48а. Коленчатый вал двигателя Испано-Суиза, 14НА.
Форма щеки разъемного вала двухрядной звезды уже была показана
на фиг. 40а. Наличие двух стяжных болтов является результатом уве-
личения толщины щеки для придания необходимой жесткости валу.
§ 55. ПРОТИВОВЕСЫ
На валах рядных двигателей противовесы получаются относительно
небольшими и выполняются-обычно за одно целое со щеками (см. фиг. 46).
В звездообразных двигателях при очень значительной величине противо-
весов они выполняются съемными по производственным соображениям.
Для уменьшения веса массу их размещают насколько возможно дальше
от оси коленчатого вала. С этой целью им придается форма сегментов
такой толщины, чтобы зазор между противовесом и стержнем шатуна,
как и зазор в юбке цилиндров, не превышал 2—3 мм. После этого под-
бирается высота сегмента по заданной массе противовеса. Наиболее распро-
166
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
страненный способ крепления противовесов к щеке — это крепление болтами
внакладку с одной стороны (фиг. 49).
Для разгрузки болтов от среза в большинстве случаев противовесы
заходят в паз на щеке. В двигателе Бристоль-Меркур к небольшим про-
тивовесам, выполненным заодно со щеками, привернуты болтами допол-
нительные массы. На заднем противовесе эта масса устанавливается пазом,
на переднем — на заплечиках основного противовеса (фиг. 49а).
В двигателях Гном-Рон (серии К) и Хорнет (фиг. 36) противовесы
выполняются из двух частей и крепятся заклепками так же внакладку,
но с двух сторон щеки. Крепление на заклепках проще в производстве
и надежнее болтового, так как не приходится беспокоиться об ослаблении
затяжки гаек. Выгода двухстороннего крепления в том, что заклепки рабо-
тают, на срез по двум сечениям.
Из тех же соображений в двигателях Райт-Циклон щека вала для
крепления противовеса имеет форму вилки, так что получаются также две
поверхности среза заклепок при неразъемном противовесе.
В двигателях Райт-Циклон серий F-50 и G-100 (фиг. 39) задний проти-
вовес 1 одновременно работает как гаситель крутильных колебаний. Он
подвешен к щеке вала 2 на двух роликах 3, которые входят в отверстия
4 и 5. От величины диаметра роликов зависит длина маятника. Для надеж-
ности работы в отверстия 4 и 5 впрессованы закаленные кольца 6. Во избе-
жание чрезмерного увеличения амплитуды качания противовеса на щеке
167
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
привернута ограничительная пластина 8. Чтобы снять противовес, доста-
точно снять эту пластину, после чего ролики свободно удаляются из
отверстий 4 и 5. Отверстия в цементированных кольцах и в щеке должны
быть выполнены без перекосов и конусности во избежание надира щеки
противовесом.
В двухрядных звездообразных двигателях противовесы обычно ставятся
также на продолжении крайних щек (см. фиг. 40). При этом размеры и вес
их получаются относительно меньше по сравнению с противовесами одно-
рядных звездообразных двигателей, так как плечо пары от инерции проти-
вовесов в 1,5—2 раза больше плеча пары от сил инерции вращательно-
и поступательно-движущихся частей, что дает возможность выполнять
противовесы заодно со щеками.
Однако в мощных двигателях крепление противовесов выполняется
обычно так же, как в однорядных звездообразных. На валу двигателя
Твин-Райт (фиг. 25) для монтажа среднего подшипника передний проти-
вовес— съемный и крепится на носке вала рядом с упорно-опорным под-
шипником посредством шпонки и стяжного болта. Задний противовес
выполнен заодно со щекой. Такая установка противовесов связана с даль-
нейшим уменьшением их веса. Весовая, подгонка противовеса достигается
либо спиливанием цилиндрической части поверхности сегмента и торцевых
поверхностей, либо подбором пробок, ввертываемых в щеки со стороны
противовесов.
§ 56. НОСОК КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
В безредукторных двигателях посадка втулки винта выполняется непо-
средственно на носке коленчатого вала.
В прежних конструкциях (фиг. 50) и на ряде современных моторов
небольшой мощности центровка втулки винта достигается посадкой с натя-
гом на коническом носке вала (1: 20)
со шпонкой для передачи крутя-
щего момента винту. В этой кон-
струкции при недостаточно тща-
тельной подгонке конуса наблю-
дается наклеп втулки; иногда на-
Сечение а-о
Фиг. 50. Носок вала двигателя М-5.
______|_а_
Фиг. 51. Носок вала двигателя Бристоль-
Юпитер:
1—передний разрезной бронзовый конус.
поверхности конусов смазывать мине-
клеп получается настолько значи-
тельным, что снять приварившуюся
к носку втулку становится вообще
невозможным и ее приходится рас-
пиливать. Подгонка ведется притир-
кой по краске. При монтаже между
шпонкой и дном канавки дол-
жен оставаться радиальный зазор
0,z5 мм. При монтаже необходимо
ральным маслом с графитом.
Основными недостатками этой конструкции, наблюдавшимися в двига-
телях больших мощностей, являются: срез шпонки, смятие и трещины
носка у шпоночной канавки.
Для устранения последних недостатков в двигателях Бристоль-Юпитер
применена посадка втулки, показанная на фиг. 51. Здесь центровка дости-
галась разрезным бронзовым конусом и боковинами шлицев, выполненных
168
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
на конической поверхности носка. Для подгонки втулки к шлицам требо-
валась лекальная слесарная работа, причем втулки были невзаимозаменя-
емыми. При плохой подгонке явление наклепа не устранялось.
В двигателе М-17 (фиг. 52) шлицы для передачи крутящего момента
выполнены по цилиндрической части носка вала; центровка производилась-
по гладкой конической части
носка.
Для облегчения пригонки ко-
нус на втулке сокращен до 104 мм
против 170—200 мм. Наклеп
в этой конструкции не устранен,
так как пригонка конической
части весьма затруднительна вви-
ду наличия шлицев.
Одним из эффективных ме-
тодов по устранению наклепа яв-
ляется покрытие поверхностного
Фиг. 53. Носок вала двигателя Твин-Райт:
1—разрезное пружинное кольцо; 2—фиксирующий винт.
слоя втулки электролитическим
слоем меди толщиной 0,02 ММ. Фиг. 52. Носок вала двигателя М-17.
Для быстрой замены винта в
эксплоатации без кропотливой пригонки новой втулки к носку были по-
пытки ввести фланцевое соединение. Однако в связи с трудностью по
установке упорного подшипника самый фланец необходимо выполнять,
отдельно от вала. Крепление втулки осуществляется посредством болто-
вого соединения. Центровка обеспечивается цилиндрической поверхностью-
фланца вала; для передачи крутящего момента на торцах фланца вала и
фланца втулки винта выполняются радиальные зубчики.
Наибольшее распространение получила посадка втулки по типу, указан-
ному на фиг. 53. Здесь передача крутящего момента производится шли-
цами на цилиндрической части
носка вала, а центровка втулки
осуществляется на двух кону-
сах. Задний конус — бронзо-
вый и для лучшей затяжки
разрезной; передний — сталь-
ной, разъемный, состоящий из
двух половин. Затяжка втулки
производится гайкой с запле-
чиками, входящими в выточку
на разъемном конусе. Благо-
даря заплечикам при отверты-
вании гайки конус упирается
в разрезное пружинное кольцо
7, сидящее во втулке винта,,
и таким образом производится
съемка втулки с вала. При
этой конструкции явление ни-
как шлицы могут быть выпол-
нены . методом обкатки с весьма большой степенью точности. Поэтому
подгонка втулки по шлицам практически почти отсутствует, конуса же
можно притереть к втулке независимо от вала. Для постановки втулки
всегда в одном положении одна впадина между шлицами на носке вала
не выполняется или заглушается винтом 2, а на втулке винта соответ-
ственный шлиц снимается.
Расчет на прочность шпонки носка по среднему крутящему моменту
без вычета сил трения на конусе для ряда выполненных конструкций дает
напряжение изгиба 600—1500 кг1см2, среза —400—700 кг)см2 и смятия
— 1200— 1800 кг /см2.
клепа встречается значительно реже, так
169'
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Надежность шлицевых соединений зависит от точности их изготовления.
По ACT 25 МТ принято считать, что при 4—6 шлицах в передаче момента
участвует 0,75 от их общего числа, при 8—10 — 0,7, при 16—0,67
и при 24 — 0,60. Удельное давление на смятие при этом допускается до
400 кг!см?-, напряжение изгиба не превосходит 1500 кг1см2.
§ 57. УПОРНЫЕ ПОДШИПНИКИ
Для передачи силы тяги винта и для продольной фиксации вала на
носке ставится упорный подшипник. В современных двигателях приме-
няются преимущественно шариковые осевые и радиальные (опорно-упорные)
подшипники.
Осевые подшипники для тянущего и толкающего винтов могут
выполняться двухрядными (фиг. 54) и однорядными (фиг. 55, 56). Для
обеспечения надлежащего зазора между шариками и обоймами предусма-
тривается распорное дистанционное кольцо на валу (фиг. 54) или устано-
вочные кольца определенной толщины в картере.
Преимущество однорядных подшипников перед двухрядными—в их про-
стоте, легкости и меньшем габарите.
В этом случае (фиг. 56) при тянущем винте сила тяги передается
цилиндрическим пояском вала 1 через заднюю обойму подшипника, шарики
и переднюю обойму на картер двигателя. При толкающем в инте
тяга передается через буртик разъемной втулочки 2, сидящей в выточке
на валу. Втулочка 2 удерживается напрессованной на нее втулкой 3, зафик-
сированной в осевом направлении пружинным кольцом 4.
Подшипник ставится в картере с зазором в осевом направлении от 0,15
до,0,40 мм. Упорные осевые шарико-подшипники обычно устанавли-
ваются между двумя скользящими опорными. Конструктивно удоб-
ный вынос упорного подшипника вперед (фиг. 54) невыгоден, так как
вызывает увеличение длины консоли носка, что связано с увеличением
момента от неуравновешенных сил инерции винта.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 56. Упорный под-
шипник двигателя АМ-34
1—поясок вала, 2—разъемная
втулка, 3—фиксирующая втулка,
4—пружинное кольцо.
Фиг. 57. Упорный подшипник двигателя
Паккард.
Фиг. 58. Упорный подшип-
ник вала двигателя Фиат
А-55.
Фиг. 59. Опорно-
упорный подшипник
вала двигателя М-22.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Радиальные упорные шариковые подшипники выполняются с более-
глубокими канавками под шарики по сравнению с обычными опорными.
При установке радиального подшипника между двумя скользящими опор-
ными по наружному кольцу оставляется диаметральный зазор не менее
0,2 мм (фиг. 57 и 58). Однако радиальные шариковые подшипники могут
одновременно работать как опорно-упорные, благодаря чему их можно
располагать впереди коренных подшипников. Это упрощает их крепление
.и монтаж, а также дает вы-
игрыш в габарите и в весе.
Поэтому в современных дви-
гателях постановка опорно-
упорных подшипников по-
лучила широкое распростра-
нение на рядных и звездо-
образных двигателях.
В двигателе М-22 (фиг.
59) опорно-упорный подшип-
ник выполнялся двухряд-
ным бочкообразным,
самоустанавливающимся. Но
вследствие дороговизны из-
готовления подобные под-
шипники не получили широ-
кого распространения. Ти-
пичная конструкция под-
шипников для современных
звездообразных двигателей
показана на фиг. 60.
Посадка опорно-упорного
подшипника двигателя М-25
Фиг. 60. Опорно-упорный подшипник вала
двигателя М-25.
на вал производится с не-
большим зазором (0,01 — 0,04 мм) по внутреннему диаметру и с несколько
большим зазором (0,01—0,08 мм) по наружному' диаметру. Применение
отрицательного зазора не рекомендуется, так как вследствие деформации
обоймы зазор в шариках будет уменьшен, что приведет к повышенным
износам. В осевом направлении подшипник затягивается гайкой.
Размер упорных шариковых подшипников определяется диаметром вала,
и проверка на силу тяги обычно дает достаточно большой запас надеж-
ности. Величина силы тяги может быть подсчитана по формуле:
где v — скорость полета в м)сек, соответствующая данной мощности Ne.
При трогании с места, когда винт работает как геликоптерный, величина
тяги доходит до 2—3 кг!л. с.
§ 58. УПЛОТНЕНИЕ В НОСКЕ
Наиболее распространенными устройствами уплотнений являются масло-
отражательные кольца и нарезка, выполненная на носке в таком направ-
лении, что она отгоняет масло внутрь картера.
Чтобы масло, отбрасываемое центробежной силой с маслоотражатель-
ного кольца на стенки, не попадало вторично на вал, в крышке носка кар-
тера выполняется кольцевая выемка.
Иногда соединение обоих устройств оказывается недостаточным и в
практике эксплоатации двигателя АМ-34Н пришлось поставить фетровый
сальник 1 (фиг. 61). На более ранних конструкциях (например двигатель
172
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
М-17) в качестве уплотнения служило маслоотражательное кольцо 1 (фиг. 62)
и сальник из фетровой набивки 2.
В двигателе Кертис-Конкверор масляное уплотнение в носке вала вы-
полнено при помощи трех входящих друг в друга втулок с заплечиками,
распираемых пружинами. Аналогично выполнено уплотнение в двигателе
М-22 (см. фиг. 59).
Фиг. 61. Масляное
уплотнение двигателя
АМ-34Н:
1—фетррвый сальник.
Фиг. 62. Уплотнение
в носке двигателя М-17:
1—маслоотражательное коль-
цо, 2—фетровый сальник.
Фиг. 63. Уплот-
нение в носке
двигателя М-25.
Весьма надежное масляное уплотнение устроено в двигателе М-25
(фиг. 63). Здесь, наряду с постановкой маслоотражательного кольца 7, на
гайке 2 упорного подшипника имеются кольцевые канавки с чугунными
пружинными кольцами. Пружинные кольца работают по стальной цементи-
рованной втулочке 3, запрессованной в алюминиевую крышку картера. При
недостаточном натяге наблюдалась течь масла из носка через зазор, обра-
зующийся при нагреве между крышкой и втулочкой 3. Для устранения
этого дефекта запрессовка втулки производилась в крышку, нагретую до
температуры выше рабочей. В последующих модификациях алюминие-
вая крышка была заменена стальной, чугунные кольца —бройзовыми, число
их увеличено до трех.
§ 59. ОСЕВАЯ ФИКСАЦИЯ ВАЛА РЕДУКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В редукторном двигателе коленчатый вал разгружен от силы тяги, од-
нако осевая фиксация его необходима в этом случае от случайных сил,
хотя бы непостоянных по времени и незначительных по величине. В дви-
гателе Нэпир XI-А эта фиксация выполнена задним опорным роликовым
подшипником (фиг. 64).
В некоторых рядных двигателях со скользящими коренными опорами,
как, например, Испано 12-Nbr, осевая фиксация коленчатого вала осущест-
вляется торцовыми поверхностями вкладыша переднего коренного подшип-
ника. При такой фиксации получается повышенный износ торцовых поверх-
ностей подшипника и затруднительна подгонка осевых зазоров между
щеками вала и коренными опорами при монтаже.
173
wwм л wkb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В двигателе Испано 12-Ybrs осевая фиксация вала достигается поста-
новкой скользящего подпятника на переднем коренном подшипнике вала
(фиг. 65). Здесь при монтаже вала подгонка осевых зазоров совершается
подбором толщины колец 1 и 2.
В случае выполнения шестерен редуктора с шевронным зубом, как, на-
пример, в двигателях Кертис-Конкверор, АМ-34, осевая фиксация колен-
чатого вала обеспечивается упорным подшипником вала редуктора.
Фиг- 64. Осевая фиксация вала двигателя' Нэпир XI-A.
Фиг. 65. Осевая фикса-
ция вала двигателя
Испано-12 Ybrs
1—2—дистанционные кольца.
В звездообразных редукторных двигателях для осевой фиксации ща
одной из опор применяется или шариковый опорно-упорный подшипник
или роликовый с роликами, утопленными в кольцах подшипника и зафикси-
рованными в картере внешним кольцом.
§ 60. КОНСТРУКЦИЯ хвостовиков ВАЛОВ
В рядных двигателях на заднем конце коленчатого вала крепится^ ко-
ническая шестерня для привода деталей газораспределения и некоторых
вспомогательных агрегатов.
Наиболее простой способ соединения этой шестерни с валом на фланце,
выполненном на заднем конце вала, показан на фиг. 66. При семи отвер-
стиях на фланце (вообще числе отверстий, не кратном числу зубьев) сое-
динение могло быть использовано для точной установки газораспределения.
Так как вал зафиксирован упорным подшипником в носке, то при нагреве
двигателя наблюдалось уменьшение зазора в зубьях, приводившее к
частым поломкам шестерен.
174
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 66. Хвостовик вала двигателя М-5.
Фиг. 67. Хвостовик вала двигателя Фиат 100 л. с.
Фиг. 67'.
17&
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В современных двигателях принята посадка шестерни, обеспечивающая
•возможность сдвигания шестерни вдоль вала при расширении картера от
нагрева.
В двигателе Фиат 100 л. с. шестерня для этого сажалась на шлицы
хвостовика вала, выполненного за одно целое с задней коренной * шейкой
<(фиг. 67). Недостаток данной конструкции заключается в том, что при
.появлении наклепа (вследствие свободной посадки шестерни) выходит в
брак весь коленчатый вал. Поэтому обычно
хвостовик выполняется отдельно из мате-
риала более высокой поверхностной твер-
дости, чем коленчатый вал, и впрессовы-
вается и затягивается гайкой или запрес-
совывается и крепится от поворачивания
шпильками (фиг. 67')-
Вместо продольных шлиц, по производ-
ственным соображениям, в двигателе Испа-
но 12-Nbr применялись торцевые (фиг. 68)
с цилиндрической вставкой для центровки.
Для уменьшения неравномерности кру-
тящего момента на приводе к распределе-
нию в двигателе Кертис-Конкверор хвосто-
вик 1 (фиг. 69) выполнен эластичным. Он
имеет торцовый кольцевой выступ с пазами
- и соединяется с коленчатым валом шли-
цами. На шестерне 2 также имеются коль-
цевые выточки и радиальные пазы. При
Фиг. 68. Хвостовик вала двигателя монтаже пазы хвостовика и шестерни
Испано-12 Nbr. совмещаются и в образовавшиеся впадины
ставятся пружины 3.
При расширении картера хвостовик отводится вправо благодаря нали-
чию упорного фланца и величина зазоров в шестернях не нарушается.
Фиг. 69. Хвостовик вала двигателя Кертис-Конкверор
1—хвостовик, 2—шестерня привода газораспределения, 3—пружины.
Фиг. 70. Хвостовик вала дви-
гателя Испано-Суиза 14-НВ.
В современных двигателях с ПЦН через хвостовик передается до
10% индикаторной мощности для привода нагнетателя. В этих случаях в
хвостовике предусматриваются шлицы для валика привода, либо приме-
176
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
няются упругие хвостовики различных систем *, например по типу, приве-
денному на фиг. 69.
Конструкция хвостовика вала в звездообразных двигателях усложняется
тем, что, помимо крепления шестерен и валиков для привода агрегатов,
через хвостовик осуществляется подвод масла во внутреннюю полость
коленчатого вала.
Пример наиболее часто встречающейся конструкции хвостовика в дви-
гателях без нагнетателей показан на фиг. 37, где шестерня привода
агрегатов двигателя посажена на шпонке.
В современных двигателях с нагнетателями хвостовик, как пра-
вило, выполняется в виде отдельного валика со шлицами* Примером
может служить хвостовик вала Райт-Циклон (см. фиг. 39), где на шлицах в
задней шейке запрессована в гулка 9 хвостовика с цилиндрической заточкой
для запрессовки. Она имеет мелкие внутренние шлицы для соединения
с валиком привота агрегатов.
На двухрядном звездообразном двигателе Испано-Суиза 14-НВ хвосто-
вик с внутренними шлицами для валика привода агрегатов крепится на
болтах к кольцевому пояску в задней коренной шейке (фиг. 70). В дви-
гателе Твин-Райт хвостовик со шлицами для валика агрегатов соединяется
с задней коренной шейкой на торцевых зубьях и притягивается в осевом
направлении шурупами (см. фиг. 25). Центровка хвостовика производится
по внутреннему диаметру заднего коренного шарикоподшипника.
§ 61. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Наиболее простым и распространенным в практике является расчет
коленчатого вала как разрезной балки.
В этом случае каждое отдельное колено вырезается мысленно двумя
плоскостями В1В1 и £?2Я2, проходящими через середины коренных подшип-
ников, и рассматривается, как балка на двух опорах, помещенных в этих
плоскостях (фиг. 71). Связь с соседними коленами учитывается лишь под-
ходящим моментом Мп, который передается рассматриваемому колену от
остальных, более отдаленных от винта.
Напряжения, полученные при подобных допущениях, могут значительно
отличаться от действительных и, следовательно, могут служить только
лишь для сравнительной оценки конструкции. Поэтому допустимо дальней-
шее упрощение: силы Т и Z (центробежные силы вращательных частей шатуна
С и самой шейки Рш) принимаются сосредоточенными в середине колена.
Величины нагрузок Z, Г, С и Мп берутся из динамического расчета
двигателя с учетом их направления; Рш и — центробежные силы ша-
тунной шейки и заштрихованных частей щеки — определяются расчетом
по геометрическим размерам вала; Рпр — центробежная сила инерции про-
тивовеса— находится по формулам теории уравновешения в зависимости
от типа двигателя.
Зная величины нагрузок, уравновешивают систему опорными реакциями
Z', Z'2, T'v T2t Mr, которые определяются, пользуясь общепринятыми
в механике методами расчета.
Например, для симметричного колена с расположением сил, приведен-
ным на фиг. 70, имеем:
7. (С + Рш + 2Рщ.в-г-2Рш.и-2РпрЧ
-----------------/Г+4-------------’ ()
MR = Mn-\~TR и т. д. (4)
Дальнейшее определение нагрузок в разных точках вала производится
путем последовательного применения метода сечений.
Рассматриваемое сечение мысленно закрепляется, отбрасывается часть
* Более подробно списание этих систем приведено в главе «Нагнетатели».
ВВА—142—12
177
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
вала, лежащая вправо или влево от данного сечения (в зависимости от
удобства расчета), и рассматривается действие на данное сечение всех
оставшихся сил и моментов, включая и реакции опор.
При этом обязательно соблюдение правила знаков, которое должно
быть установлено при выполнении расчетной схемы.
Навример, для сечения АА шатунной шейки (фиг. 71) при направлениях
сил, указанных на чертеже, имеем:
^ИзГг = -г?1 + (рш.в-Рщ.н)(/1-«1)-Р„р(/1-о1-с); (5)
мИзгг= (6)
^ИЗГС = + Мизгг • ("О
M^ = MK-T[R. (8)
Напряжения
где
(10)
____ -^СКр
т “ W ’
w кр
п D* — d*
w ____— и щ = 2IF
W ИЗГ 32 D Кр * w изг»
Фиг. 71. Расчетная схема колена вала.
Сложное напряжение определяется либо по второй теории
прочности
осл = (о,35 + 0,65/1 +4^) 0„зг = (11)
178
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
либо по третьей
= 0,5 /^+4^ = [0,5/1+4^-] = ,зг = /<сим.
(12)
Для удобства расчета на диаграмме (фиг. 72) даются значения коэфи-
циентов £ и К.
Напряжение в щеках определяется тем же методом. Так, для сечения пп
(фиг. 71 и 73) задней щеки имеем моменты и соответствующие напряжения:
M^Z^ + P^c; (13) Мтг~Мп±Т2к2-, (14)
+ Об) Л1скр = ^«2; Об)
б^изг 6Л4Изг
(17) Оизг1 = _^; (is)
av=~be’ (I9) Ti. nimax = ^T; (2°)
Tn,iv = ₽'ci,nimax- (21>
Напряжения сдвига будут
нах щеки (фиг. 74,
справа).
Для определения
значений т приво-
дится диаграмма
(фиг. 75).
Суммирование на-
пряжений произво-
дится отдельно для
точек 1, 2, 3, 4 и /,
//, ///, IV с учетом
знака напряжения в
этих точках.
На фиг. 74 по-
строены эпюры на-
пряжений аТ) az и ар,
причем сжатию соот-
неодинаковы на широкой и узкой сторо-
Фиг. 72. График значений коэфи- Фиг. 73. Расчетная
циентов В и К. схема щеки вала.
ветствует направление вверх. Из фиг. 74 видно, что наиболее напряженным
является ребро 2, наименее напряженным — ребро 3, так как
(22)
%=°z + °z + °P|
°сз — Ср Gg Ср J
Фиг. 74. Эпюры напряжений расчетного сече-
ния задней щеки (колено без противовеса).
Фиг. 75. График определения значе-
ний коэфициентов при т (по Веберу).
Сложное напряжение определяется лишь для середин сторон в точках /,
II, III и IV, так как на ребрах т — 0.
179
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При этом следует учитывать, что в точках / и III ат = 0, а в точках
II и IV Gz - 0.
Для передней щеки порядок расчета не изменяется, необходимо лишь
7Ии3гг определять относительно сечения mm, так как здесь момент будет
больше, чем относительно сечения, касательного шатунной шейки.
При нахождении напряжений на коренных шейках пользоваться схемой
(фиг. 71) можно лишь для последней коренной шейки, для промежуточных
же нужно определить (геометрическим сложением) суммарную силу реак-
ции Л, возникающую на данной опоре от правого и левого колена.
Фиг. 76. Расчетная схема средней коренной шейки вала.
После произведенных определений коренную шейку рассматривают как
двухопорную балку с сосредоточенной нагрузкой К и длиной / (фиг. 76).
В этом случае
мизг = ~-, (23) Мокр = Мподх; (24) анзг = ^-г; (25) т =^£. (26)
w изг w изг
Используя приведенные уравнения, можно найти сложное напряжение
по второй или третьей теории прочности.
Приведенный метод расчета коленчатого вала вследствие его простоты
рекомендован ЦИАМ как стандартный*. Полный расчет должен проводиться
для всех колен при различных положениях вала от нуля до 720° (фиг. 77)**.
Для режима номинальной мощности наибольшие напряжения, получае-
мые по данному способу расчета, не превышают значений приводимых
в табл. 2. Таблица 2
Напряжения, кг]см2 Элементы колена . Сложное по второй теории прочности Сложное по третьей теории прочности Суммарное нормальное
Шатунная шейка Коренная шейка Щека (в середине) Щека на ребре 1000—1500 700—900 700—1000 500—1000 300-600 750—900 — 1500—2000
* И. Ш. Нейман, Динамика и расчет на прочность авиационных моторов.
** График напряжений заимствован из сборника № 3 ЦИАМ, 1937.
180
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 77. График напряжений тз колене вала при а
от 0 до 720°.
На основании имеющихся расчетов коленчатого вала * можно заключить,
что наибольшие напряжения совпадают с передачей наибольшего крутя-
щего момента. Поэтому для
сокращения счетной работы
достаточно ограничиться в
случае расчета шестико-
ленного вала проверкой
лишь второго и третьего от
винта колена в положениях,
соответствующих /ИПп1ах при
соответствующих значениях
Z и Т.
При более точном рас-
чете вал должен рассматри-
ваться как многоопорная
балка. Если не учитывать
различной жесткости корен-
ных и шатунных шеек, а
также жесткости щек, при
нахождении опорных реак-
ций его можно заменить
прямолинейным валом с со-
средоточенными нагрузками
В этом случае задача решается применением уравнения трех моментов.
ЯЛ 1 I Ол/ flit \ гл I ^04-1
Мп— 1 1п + 2Л4п (1п + Zn+1) + ^п+1 1п+1 =*---------•
1п, ln+1 — Длины пролетов (фиг. 77');
ап и Ьп — расстояния от опор до центра тяжести фиктивной нагрузки;
А„, Ап+1 — фиктивная нагрузка, соответствующая площади, заключенной
между кривой момента и осью балки;
Мп_ 1, — моменты на опорах.
Задача весьма упрощается тем, что практически в авиационных двигателях
«1 = bi = -ь- = аъ = и т. д.
Если при этом допустить, что все силы, включая и 2РЩ, сосредоточены в поперечной
плоскости симметрии колена, так что эпюра
треугольником, и фиктивная нагрузка
Здесь
Zj — Z2 —
моментов от каждой из них изображается
I
2 ’
A -Pnl
п ~~ ~4~
то уравнение моментов получает вид:
^п-1 + 4М„ + Мп+1 = -1Z (Рп + Рп+1),
Тогда, полагая, что на крайних опорах надопорный момент равен нулю, можно для
вала, изображенного на фиг- 77', написать систему уравнений:
4Мг+М2^ —|z(Pl+Pn);
Мг + 4М2 + М3 = - I (Рп + Рш)-
4- 4Л43 + =----g“ (^ni + ^iv)j
Л43 + 4М4 + М5 = — — Z (PIV + Pv );
* Трапезин, Расчет неразрезного коленчатого вала, ОНТИ, 1937.
Киносашвили, то же, сборник № 3 ЦИАМ, 1937.
181
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Л44 + 4Af6 -J- -----g- I (Ру Р
М5 + 4М6 =------- I Ру1г
Решая эту систему уравнений, можно найти величины опорных моментов Мх, М2, М3
И т. д.
^/2/ Pfif А Рн В н | '
Pan % ---Zk ----Д----.
h-Z—1 0 1 2 0 1 2 3
п+1 п-2 п-1 п п+1
Фиг. 77'.
Для нахождения сил реакции на опорах мысленно разрезаем вал на двухопорные бал-
ки с опорными моментами на концах, как показано на фиг. 77', слева внизу. Тогда силы
реакции R найдутся из уравнений
— Rai * I—Pj —Mi = 0 для 1-й опоры от 1-го пролета
ВЬ1 + Р1-^~Мг^0 „ 2-й „ „ „
— RaJ — Р2 ~ + Mi — М2 == 0 „ 2-й „ „ 2-го „ и т. д.
Тимошенко дает для реакции опор следующее общее уравнение*
Вп — Ап
, р , ^п+1— Мп
+ вп+-------
Мп —j
Здесь и Вп — реакции на левой и правой (соответственно) опорах участка п, считая
балку разрезной, величины же Мп — опорные моменты, положительное направление кото-
рых показано на фиг. 77'.
Счетная работа может быть значительно упрощена, если рассматривать вал с отдель-
ной нагрузкой только на одном из пролетов.
В этом случае, как показывает Тимошенко, можно пренебречь опорным моментом и
силами реакции на опорах, лежащих уже через одну от конца участка (при ошибке не
свыше 5°/0).
Таким образом многоопорный вал сводится к нескольким трехпролетным четырехопор-
ным (фиг. 77' справа внизу). Моменты и силы опорных реакций на каждой опоре в этом-
случае найдутся алгебраическим суммированием.
Значения сил Рг и Р2 во всех этих уравнениях определяются для двух перпендику-
лярных плоскостей, из которых одна совпадает с плоскостью главного кривошипа.
Из фиг. 77' видно, что для трех колен с углом 120°, при расположении сил, указан-
ном на чертеже, и положении колена 1 в вертикальной плоскости имеем следующие
нагрузки:
* Курс сопротивления материалов, 1923 г., стр. 235.
182
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В вертикальной плоскости:
1-й пролет
в= ^1»
2-й пролет
Р2 в= Z2 sin 30 — Г2 cos 30;
3-й пролет
Р3 в== Zs sin 30 4- Ts cos 30.
To же в горизонтальной плоскости;
1-й пролет
г= Л;
2-й пролет
Р2 г= — Т2 sin 30 — Z2 sin 60;
3-й пролет
Ps r= — Ts sin 30 + Zs sin 60.
При наиболее точном расчете необходимо принять во внимание
неодинаковую жесткость элементов вала. Задача сводится к расчету
балки переменного сечения (фиг. 77"), где перешейки а — а эквива-
лентны щекам. Эта задача может быть сведена к расчету вала посто-
янного сечения, но с изгибающими момелтами, измененными обратно
пропорционально моментам инерции сечений.
Фиг. 77".
Решение этой задачи достаточно громоздко. Теоретическое решение
дано проф. Тимошенко*. Практические просчеты для валов авиационных
двигателей были проведены Трапезиным и К и носашв и л и. Оба эти
автора указывают, что при расчете вала, как разрезной балки, получа-
ются напряжения несколько завышенные для щек и шатунных шеек и
заниженные для коренных шеек, что видно из сравнения данных, приве-
денных в табл. 3.
Та блица 3
Автор Трапезин Киносашвили
Метод Части вала разрез- ная балка неразрез- ная пере- менная жесткость разрез- ная балка Неразрезная балка
постоян- ной жест- кости перемен- ной жест- кости
Шатунная шейка IV колена Шатунная шейка от хвостовика Щека задняя IV колена Коренная шейка пятая от хвостовика 1550 1460 1080 1275 930 1155 1268 1386 915 1136 879 921 1015 875 952
Учитывая сравнительно небольшую разницу в расчетных напряжениях,
Фиг. 78. Схема расчета вала
как трехопорной балки.
простоту первого способа и некоторую неопреде-
ленность величины коэфициентов концентрации
напряжений, изменяющих значения полученных
расчетных цифр, обычно расчет вала ведут
по методу разрезной балки.
Однако учет наличия промежуточной опоры ста-
новится необходимым в коленчатых валах звездо-
образных двигателей для нахождения силы реакции
на промежуточном подшипнике. Решение этой за-
дачи проводится обычным методом трехопорной
балки**. Полагая, что прогиб вала под средней
опорой от действующей силы уничтожается силой
реакции X этой опоры, получаем (фиг. 78):
2/1(2 ’
(27)
* Тимошенко и Лессельс.
♦♦ Там же;
183
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
подставляя в эту формулу последовательно величины Рщ, Prip, Z + С и
Ли, найдем силу реакции
/28)
В частности, для 1± — 12 = 1 и С — что обычно бывает в авиационных
двигателях, реакция на передней опоре определяется по уравнению
/?2 = Ур^0,7Р; (29)
вместо 0,5Р, получающей при расчете вала как разрезной балки.
§ 62. МАТЕРИАЛ, ПРОИЗВОДСТВО И МОНТАЖ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ
Коленчатые валы авиационных двигателей выполняются из высоко-
качественных легированных сталей. Химический состав и механические
качества наиболее употребительных сталей приведены в табл. 4.
Таблица 4
Марка стали за- вода Круппа Химический состав Механические свойства
С Сг Ni W Мо °* кг] мм2 удли- нение 0/ /о твердость по Бри- неллю Нв Сопротив- ление уда- РУ кг. м смг
53 а 1 53 а 2 7320 (фирма Райт) 0,15—0,22 0,2-0,3 1,35-1,65 1,3—1,7 4,1—4,6 4,0—4,7 0,8—1,2 0,8—1,2 115 ПО 8 12 388 354 9 9
0,35—0,45 0,6—0,9 1,25—1,75 — 0,15-0,25 100-110 12 386—340 8—10
Во всех марках сталей, предназначающихся для изготовления колен-
чатых валов, вредные приуеси — сера (S) и фосфор (Р) — допускаются в
количествах не больше 0,03%. Вследствие знакопеременной и ударной
нагрузки желательно, чтобы предел усталости лежал не ниже 50% от
временного сопротивления.
Фиг. 79. Схема макрострук-
туры колена вала, просажен-
ного в специальных матрицах.
Фиг. 80. Схема макроструктуры
колена вала, выточенного из
болванки, без высадки колена.
Изготовление поковок для коленчатых валов выполняется про-
саживанием колен в специальных матрицах для получения соответствую-
щей макроструктуры (фиг. 79). Выполнение поковок, где колена имеют
вид простых утолщений, на валу недопустимо; при такой макроструктуре
(фиг. 80) при механической обработке волокна будут перерезаться, что
отрицательно отражается на прочности вала.
После грубой механической обработки поковок валы проходят
двойную закалку в воздухе при температуре нагрева 960 и 850° С с
охлаждением на воздухе с последующим отпуском при температуре на-
грева 170° С в масле.
184
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При большой длине и сложной кон-
фигурации валов во время термообработки
наблюдается коробление; для уменьшения
коробления охлаждение при закалке ведут
иногда в зажимах.
Шатунные и коренные шейки
вала для обеспечения надежной работы
подшипников обрабатываются с большой
точностью. До.пуск на отклонение от но-
минального диаметра на овализацию шеек
и на конусность дается в пределах
0,014-0,02 мм. Биение коренных шеек
шестиколенного вала при установке на
третью & пятую шейки допускается не бо-
лее 0,04 мм. Допуск на угловое смещение
колен, лежащих в одной плоскости отно-
сительно друг друга, а также и между
коленами, лежащими в разных плоскостях
под углом 120°, не должен превышать
18' ~ 20'.
Для того чтобы выдержать такие до-
пуски, необходимо специальное оборудо-
вание, приспособления и инструменты.
Фиг. 81. Влияние чистоты отделки
поверхности на предел уста-
При обработке коренных шеек на то-
карных станках и креплении вала на цен-
трах важно, чтобы усилия, с которыми
зажимается вал центрами, не вызывали
продольной деформации вала, так как в
этом случае после обработки появятся
биение и конусность шеек. Во избежание
прогибов между щеками вставляются со
слабым натягом распорные втулки, либо
крепление вала выполняется ца оправке
(пропущенной внутрь коренных шеек) раз-
жимными патронами на концах. При затяжке
конуса создается необходимая сила трения,
достаточная для передачи крутящего мо-
мента на вал.
Так как чистота механической отделки
вала повышает предел усталости, что видно
из графика (фиг. 81), то окончательная
обработка вала проводится с большой тща-
тельностью; щеки шлифуются мелкозер-
нистым камнем, а шейки полируются.
Фиг, 82. Осевые и диаметральные зазоры ]вала при его монтаже в ^картере.
18&
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Каждый коленчатый вал рядного двигателя проходит в большинстве слу-
чаев только статическую балансировку. Выбалансировка дости-
гается снятием металла на ребрах щек, причем допуск не превышает
5 г на радиусе кривошипа.
При балансировке вала звездообразного двигателя на шатунную
шейку надевают или подвешивают груз, равный весу половины поступа-
тельно-движущихся частей и полному весу вращательно-движущихся
частей приведенного шатуна с допуском 10 г.
В двойных звездообразных двигателях статическая балансировка вала
недостаточна, поэтому необходима еще динамическая баланси-
ровка на специальных балансировочных станках.
Для подгонки по весу противовесы выполняются из расчета верхнего
предела весовых допусков шатунного механизма. Во всех других, случаях
они являются тяжелыми и вес их уменьшается спиливанием материала
с концов или подбором пробок, ввертываемых в щеки вала.
При укладке коленчатых валов рядных двигателей в картер проверя-
ются осевые и диаметральные зазоры в шейках. Величина осевых зазоров
определяется разностью удлинения вала и картера при нагревании во
время работы.
Вследствие того что осевая фиксация валов обыкновенно выполняется
в носке картера, осевые зазоры между передней щекой и задней пло-
скостью коренного подшипника должны увеличиваться от колена к колену
(фиг. 82). В то же время зазор между задними щеками колен и перед-
ними буртиками коренных подшипников должен быть достаточно боль-
шим во избежание заедания при проворачивании непрогретого двигателя.
Диаметральные зазоры в коренных подшипниках устанавливаются на
новых двигателях в пределах 0,05 -4- 0,08 мм при диаметрах шейки
60 -г- 90 мм.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ГЛАВА II
ШАТУНЫ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
§ 63. ПОРШНЕВАЯ ГОЛОВКА И СТЕРЖЕНЬ ШАТУНА
Поршневая головка шатуна выполняется двух видов: с затянутыми и
плавающими поршневыми пальцами. Фиксация пальца в головке приме-
нялась в некоторых двигателях ст
Лоррен (выпуска 1915 —1917 гг.) и
Фиат А-25 (фиг. 83).
Конструкция с затянутым
поршневым пальцем на практике
себя не оправдала, так как сопро-
вождалась односторонним износом
пальца и бобышек поршня. Кроме
того, она дорога в производстве и
неудобна в монтаже.
В подавляющем большинстве со-
временных конструкций приме-
няемся свободная посадка
моделей, как, например, Клерже,
а б
Фиг. 83. Способы крепления поршневого
пальца в головке шатуна двигателей: а —
Лоррен, б — Фиат А-25 выпуска 1925 г.
пальца поршня (плавающий палец). В этом случае при стальных шатунах
в головку шатуна запрессовывается бронзовая втулка с натягом
0,03-4-0,12 мм. Во избежание сдвига втулка укрепляется латунными стопо-
рами, которые либо ввертываются в тело головки и втулку, или запрес-
Фиг. 84. Способы крепления втулок в поршневых головках шатунов:
а и в—применяются на многих двигателях; б—на двигателе АМ-34» г,д—Д1В-6.
совываются, а затем расклепываются или завальцовываются. Толщина этих
з втулок выбирается 2 -4- 3 мм в случае изготовления их обточкой*. Способы
крепления втулок в поршневых головках показаны на фиг. 84.
* При выполнении втулок из листовой бронзы (фиг. 84, г) толщина их может быть
уменьшена до 0.8 лог; посадка втулок производится при помощи ручного пресса с после-
дующей протяжкой, причем стык располагается под углом 45° к оси шатуна.
187
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 85. Поршневая го-
ловка дуралюминового
шатуна маломощного
двигателя Джипси-Сикс.
В маломощных двигателях с дуралюминовыми шатунами поршневые
головки работают без втулки (фиг. 85).
В отдельных конструкциях встречаются плавающие
втулки (фиг. 85') с большим количеством сверлений
для удержания смазки.
Толщина стенок головки в современных конструк-
циях выполняется в пределах 4н-6'мм, в стальных
конструкциях и 74 12 мм в дуралюминовых, в зави-
симости от размеров и веса поршня. Проекция поверх-
ности головки составляет от 5 до 10% поверхности
поршня.
Смазка поршневой головки производится чаще
всего распыленным маслом, разбрасываемым при
вращении коленчатого вала. В этом случае
Фиг. 85'. Поршневые головки шатунов с плавающими втулками:
а—двигатель BMW, б—двигатель Бристол ь-Меркур.
Фиг. 86. Мероприятия, способствующие распределению масла по поверхности втулок
поршневой головки шатуна:
а—крестообразные канавки (Испано-Суиза); б—кольцевые выточки (Ролльс-Ройс)» в—кольцевые
канавки (Мерседес).
Фиг. 87. Стержни шатунов кольцевого сечения:
а—прицепной шатун двигателя Испано-Суиза, б—шатун двигателя Бенц.
масла, попадающего на палец, часто в головке делались отверстия. Однако,
как показала практика, при расположении этих отверстий в нижней части
головки масло в момент вспышки выдавливается, что ведет к появлению
188
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 88. Стержни шатунов двутаврового сечения:
а—шатун двигателя Испано-Суиза, б—прицепной шатун двигателя Райт G-100, в—главный шатун двигателя РайтС-1 ОС.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
сухого трения и перегреву головки. Часто, в особенности в случае прину-
дительного подвода смазки, для лучшего распределения масла на втулке
выполняются крестообразные канавки, либо кольцевые выточки с рядом
сверлений по окружности (фиг. 86). При небольшой длине поршневой
головки выполнение таких канавок не всегда желательно, так как в них
выдавливается масло при вспышке. Поэтому во
циях они совсем не делаются (фиг. 84).
Основное требование, предъявляемое к стерж-
ню шатуна, заключается в максимальной жест-
кости при минимальном его весе. В настоящее
время, безотносительно к типам двигателей,
применяются кольцевое и двутавровое (два ва-
рианта) сечения стержней шатунов (фиг. 87 и
88). Оценивая конструкции стержней шатунов
со стороны распределения материала, наиболее
рациональным следует признать двутавро-
вое сечение с полками, расположенными
перпендикулярно плоскости качания шатуна;
сечение такого типа обладает наибольшим мо-
ментом сопротивления изгибу именно в этой
плоскости (фиг. 88, а и б).
многих новых конструк-
Фиг. 89. Подвод смазки к поршневым головкам шатуновз
В практике применяется также расположение полок в плоскости кача-
ния шатуна (фиг. 88, в). Такое расположение полок невыгодно с точки
зрения веса стержня при заданной жесткости, но имеет преимущества
вследствие простоты механической обработки и плавности переходов от
стержня к головке. Площадь сечения стержня шатуна (особенно главного)
увеличивается по мере приближения к кривошипной головке. Это необ-
ходимо для обеспечения плавных переходов к головке и отчасти для урав-
нивания напряжений по длине стержня от действия прицепных шатунов.
В случаях принудительной смазки йоршневой головки маслопроводная
трубка крепится к внутренней полке стержня на заклепках (фиг. 89, а),
либо особых зажимах (фиг. 89, б); при этом концы трубочки запаиваются
или развальцовываются в теле головок. В быстроходных двигателях,
однако, наблюдается изгиб и разрыв этих трубочек от температурных
напряжений и сил инерции. Во избежание этого в двигателях Ролльс-
Ройс маслопроводящая трубка изогнута зигзагами, а в двигателях Нэпир XI
и Дэггер (фиг. 89, в) отверстие маслопровода просверлено в утолщении,
средней стенки.
Подвод смазки при трубчатых шатунах показан на фиг. 87.
Поверхность шатуна мощных авиационных двигателей полируется,
чтобы избежать царапин, часто являющихся источником появления трещины.
В маломощных авиационных двигателях и в двигателях автомобильных
стержень шатуна часто оставляют необработанным после штамповки,
в особенности при дуралюминовых поковках, так как последние бывают
с достаточно чистой поверхностью и точными по размерам.
190 ' .
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 64. КРИВОШИПНЫЕ ГОЛОВКИ ШАТУНОВ ОДНОРЯДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Кривошипная головка шатуна однорядного двигателя может быть как
разъемная, так и неразъемная.
Применение неразъемной головки возможно лишь при разъемной
конструкции коленчатого вала, либо в случае неразъемного вала, — при
роликовохм ходе, с непосредственным катанием роликов по шейке вала;
в этом случае шатуны продеваются через щеки коленчатого вала.
Неразъемные шатуны в авиационных двигателях применения не нашли,
так как в рядном многоцилиндровом двигателе применение разборного
вала связано с очень большим удорожанием изготовления; большим рас-
пространением пользуется разъемная головка.
Основное условие, которому должна удовлетворять головка,—ее высо-
кая жесткость. Это условие фактически определяет надежную работу
антифрикционных сплавов на подшипнике, а следовательно, и службу дви-
гателя в целом. Поэтому головка делается достаточно массивной, часто
с укрепляющими ребрами на крышке, с плавными переходами к стержню
шатуна.
Примеры конструкций кривошипных головок шатунов однорядных
двигателей показаны на фиг. 90.
Плоскость разъема в головках однорядных двигателей обычно выпол-
няется перпендикулярно к оси шатуна. Для правильного монтажа в экспло-
атации крышка должна быть зафиксирована относительно головки.Наиболее
проста фиксация стяжнььми болтами, которые своей шлифованной
поверхностью плотно входят в соответствующие отверстия (фиг. 90, г и д).
Такая посадка достигается совместной разверткой отверстий под болты.
О ончательная расточка головки происходит после постановки стяжных
болтов. \
191
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 91. Места пригонки стыков кривошип-
ных головок шатунов.
В стальных шатунах чаще применяется другой вид фиксации — фикса-
цию выступом (фиг. 90, а, б, в и фиг. 91). В этом случае фиксация в
продольном направлении достигается либо бортиками вкладышей, либо плот-
ной посадкой болтов. Пригонка стыка в этом случае ведется по плоскостям
а и б (фиг. 91).
Для облегчения производства на головке главного шатуна двигателя
АМ-34 применена центровка круговым выступом, а для устранения пово-
рота крышки поставлена установочная шпилька (фиг. 101).
Фиксация стяжными болтами применяется лишь в маломощных двига-
телях (в частности, при шатунах из легких сплавов); фиксация выступами
используется в широких размерах на более мощных двигателях, так как
разгружает болты от срезывающих сил. Поверхность стыка определяется
конструктивно, по заданным диамет-
рам стяжных болтов. (
Излишнее сокращение величины
поверхности стыка является одной из
причин неисправностей в шатунах.
Для надежной работы шатуна не-
обходимо, чтобы болты располагались
в центре тяжести поверхности стыка
или в центрах тяжести ее частей.
Во избежание увеличения габа-
ритов головки и с целью уменьше-
ния изгибающего момента на нижней
крышке шатуна болты устанавливают
возможно ближе к центру вала, так
что иногда они заходят в тело вкладыша (фиг. 90).
Площадки под головку и гайку болта должны быть выполнены строго
перпендикулярно оси отверстия во избежание изгиба болта при затяжке.
Переход от этих площадок к телу должен выполняться с радиусом
закругления не менее 1 мм во избежание появления трещин. Болты ставят
в количестве от 2 до 6, чаще — 4.
Правильная конструкция болта имеет большое значение для надежности
его работы.
Первой причиной обрыва болтов является неравномерное распреде-
ление напряжений по нарезке. Для болта, нагруженного силой 1000 кг,
с внутренним диаметром резьбы в 16 мм и наружным 20 мм получается
следующее распределение нагрузки*:
1-я нитка — 500 кг 4-я нитка—64.4 кг
2-я „ —250,5 „ 5-я „ —35,1 „
3-я „ — 126,5 „ . 6-я „ — 23,5 „
Второй причиной, уменьшающей надежность болта, является пере-
кос опорных поверхностей в головке или гайке, вследствие чего при
затяжке появляется напряжение изгиба. По данным Штеделя, 95% обрывов
болтов объясняется этой причиной.
По тем же данным, места разрушения болтов распределяются следую-
щим образом: 1) разрывы в месте натяжения гайки 65%, 2) разрывы в конце
резьбы у основания стержня 20%, 3) разрывы в головке 15%.
Для уменьшения напряжения изгиба целесообразно делать про-
точку болта у начала нарезки (фиг. 92, а), либо выполнять диаметр
болта меньше внутреннего диаметра резьбы (фиг. 92, б, в). При выпол-
нении болта без проточки длина нарезки для той же цели должна
быть возможно больше (фиг. 92, г).
Длинные проточки должны выполняться с галтелями радиусом 14-0,§d.
При малых проточках этот радиус может быть уменьшен до Чем
* В. Штендель, (реферат инж. Г. Н. Парун-Саркисова), ТВФ, № 12, 1935.
192
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
меньше радиус, тем большее внимание должно быть уделено аккурат-
ному, без рисок, выполнению галтели. Радиус закругления у головки
должен составлять по возможности не менее 7ю d стержня. Иногда при-
меняется переход в виде конуса с уклоном в х/5 для малых диаметров
болта и до 7ю для больших (фиг. 92').
Минимум 0,5d
Устройства для фиксации болта, предохраняющие его от проворачи-
вания, не должны помещаться в месте перехода от стержня к головке.
Пример неправильной фиксации см. на фиг. 90, в.
В некоторых конструкциях для фиксации применялся боковой срез
головки болта. Это мероприятие нерационально, так как ведет к внецент-
ровой нагрузке болта и, следовательно, может быть причиной изгиба при
затяжке.
Заливка головки антифрикционным сплавом может производиться:
1) непосредственно по стальному телу (фиг. 90, в) и 2) на вкладыши,
которые выполняются из бронзы или стали.
Фиг. 92'. Галтели: а— выполнение галтелей, б— выполнение
галтели с конусом.
Первый способ до настоящего времени применяется на некоторых
двигателях английских марок. Преимущество его в лучшей теплопере-
даче к телу шатуна и в меньших габаритах головки. Недостатки — тех-
нологические и эксплоатационные трудности.
Второй способ — применение вкладышей — получил наибольшее
распространение. Толщина бронзовых вкладышей принимается в пределах
3—5 мм и стальных — 2—3 мм.
От продольного перемещения и от проворачивания вкладыши предо-
храняются стопорами или буртиками (фиг. 90, а); иногда в качестве сто-
пора используют трубку маслопровода (фиг. 90, б).
Толщина баббитовой заливки берется от 0,5 до 1 мм.
Во избежание задира галтелей шейки вала концы вкладышей либо
закругляются с радиусом, большим радиуса галтели, либо просто выпол-
няются с фаской (фиг. 90).
§ 65. КРИВОШИПНЫЕ ГОЛОВКИ ШАТУНОВ 1МН0Г0РЯДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В V-образных двигателях применяются как центральные, так и прицеп-
ные шатуны.
Пример простейшей конструкции центральных шатунов показан на
фиг. 93. Здесь два одинаковых неразъемных шатуна монтированы рядом
ВВА—142—13
193
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
на одной шейке, так что цилиндры правой и левой групп смещены друг
относительно друга в направлении оси вала. Эта конструкция применима
в случае использования роликового подшипника, не требующего боль-
шой длины шеек. При монтаже шатуны продевают через щеки коленча-
того вала; под внутреннюю обойму подшипника подкладывают разрезные
кольца.
Фиг. 93. Шатуны на роликовом ходу двигателя Майбах 530 л. с. при 1500 об/мин.
При центральных шатунах со скользящими подшипниками
применяется система внутреннего и вильчатого шатунов. При этом рабо-
тающая по валу головка связывается с центральным шатуном или с виль-
чатым шатуном.
Фиг. 94. Кривошипные головки шатунов двигателя Йспано-
Суиза 300 л. с:
а, б и д—вильчатый шатун; в, г и е—внутренний шатун; ж—соединение
шатунов.
Фиг. 95. Шатуны двига-
теля Райт Т-3.
Головка внутреннего шатуна двигателя Испано-Суиза — разъемная и
соединяется при помощи шпилек (фиг. 94, в, г). Изнутри и снаружи она
залита баббитом. Нижняя половина головки вильчатого шатуна имеет две
крышки, которые для жесткости головки соединены между собой пере-
мычкой (фиг. 94, а, б).
Одним из недостатков такой системы является невозможность выпол-
нения плавных переходов к стержню внутреннего шатуна от головки, что
было причиной растрескивания баббита под стержнем шатуна. Кроме того,
заливка антифрикционным металлом двух сторон головки связана с боль-
шими производственными трудностями.
194
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Эти недостатки частично устранены в шатуне двигателя Райт Т-3, в
котором телом головки является бронзовый вкладыш, зажатый наглухо
в среднем шатуне (фиг. 95).
Фиг. 96. Кривошипные головки шатунов двигателя Фиат А-25:
а, б—вильчатый шатун; в, г—внутренний шатун; д—соединение шатунов.
Более рациональной является конструкция шатуна Фиат А-25 (фиг. 96).
Здесь в головке вильчатого шатуна установлены два бронзовых вкладыша,
которые работают по стальной поверхности головки центрального шатуна,
снабженного стальным вкладышем с баббитовой заливкой. Соединение
половин головок, а также и их центровка производятся болтами. Для
фиксации болта в тело головки запрессовывается стальная шпилька
(фиг. 96, д).
Фиг. 97. Кривошипные головки шатунов двигателя АМ-34 (1929 г.):
а—вильчатый шатун; б—внутренний шатун; г—зазор 0,5—0,7 мм.
Основным недостатком описанных конструкций вильчатых шатунов
является очень небольшая длина опорных поверхностей, так что масляная
пленка легко выдавливается из зазора и подшипник может пригореть.
Вторым недостатком является пониженная жесткость вильчатой головки,
несмотря на наличие нижней перемычки. В этом отношении рациональнее
схемы, представленные на фиг. 97 и 98.
195
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Вкладыш вильчатого шатуна двигателя Либерти (фиг. 98) — бронзовый,
залитый внутри баббитом, разъемный; от проворачивания предохраняется
стопорами. Внутренняя головка работает по поверхности этого вкладыша
Фиг. 98. Кривошипные головки шатунов двигателя
Либерти (1917 г.):
а—вильчатый шатун; б—внутренний шатун.
без заливки.
Кривошипная головка
вильчатого шатуна двига-
теля АМ-34 (фиг. 97)—отъ-
емная, соединяется на бол-
тах с четырьмя ушками на
стержне шатуна. Сверху в
этих ушках отфрезерованы
канавки, куда входят усики
болтов, удерживающие их
от проворачивания при за-
тяжке. Между головкой и
телом шатуна оставляется
зазор 0,5—0,7 мм. Обе по-
ловины головки залиты изнутри и напаяны снаружи баббитом. Выполнены
они из стальной поковки и усилены ребрами. В процессе развития этой
конструкции двигателя для увеличения жесткости головка утолщалась
и увеличивалось число ребер.
Смазка внешней поверхности трения обеспечивается маслом, поступаю-
щим по радиальным сверлениям в головке из внутреннего зазора. Цент-
ровка частей головок отно-
сительно друг друга осуще-
ствляется при помощи бур-
тиков на болтах.
Вследствие трудности
в обеспечении жесткости
кривошипной головки цен-
тральных шатунов они
применяются на ограни-
ченном количестве типов
современных двигателей
(Ролльс - Ройс, Нэпир-Дэг-
гер); большим распростра-
нением пользуются шату-
ны прицепные.
Кривошипные головки с
прицепными шатунами раз-
личных двигателей значи-
тельно отличаются друг от
друга в деталях в зависимо-
сти от способа установки
пальца для прицепного шату-
на. Палец может выполнять-
ся либо на двух Опорах (фиг. Фиг. 99. Кривошипная головка шатуна двигателя
99, 99', 103, 104), либо на Ролльс-Ройс (1920 г.).
одной (фиг. 100, 101, 102).
Преимущество первого способа в большей простоте конструкции кри-
вошипной головки прицепного шатуна; во втором случае головка должна
быть выполнена вильчатой.
Преимущество второго способа установки пальца заключается в боль-
шей жесткости всей головки главного шатуна вследствие того, что про-
ушина связана со стержнем шатуна, а с не относительно тонкими стенками
головки, как в первом варианте. К тому же связь проушины со стержнем
•может быть сделана достаточно массивной выполнением связующих ребер
(фиг. 100, 101, 102).
196
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
j— 38-------------->-J-<-----33
В обоих случаях сделать плоскость разъема головки перпендикулярно
к оси главного шатуна невозможно, и поэтому она всегда наклонена.
Размещение стяжных болтов и выбор их числа связаны с некоторыми
трудностями. Так, выполнение четырех стяжных болтов при первом ва-
рианте установки пальца возможно лишь при относительно большой длине
подшипника, малом диаметре болтов и очень узких щеках проушин
(фиг. 99). При несоблю-
дении этих условий в
двигателе Рено 80 л. с.
пришлось выполнить со-
единение тремя болтами
(фиг. 99'). Более свобод-
ную установку четырех
болтов допускает второй
вариант (проушина на од-
ной опоре). Во всех слу-
чаях болты ставить до
сборки с прицепным ша-
туном.
Несравненно более
компактно выглядит кон-
струкция головки с за-
тяжкой шпильками (фиг.
100, 101, 102, 103). При
разборке шатуна эти
шпильки не вынимаются.
Для надежности, они за-
вертываются на глубину
от полутора до двух диа-
метров шпильки и конт-
рятся шурупами. В связи
с тем, что нарезка не мо-
жет обеспечить точного
направления, на шпильке
обычно выполняется на-
правляющий поясок, ко-
торый частично утапли-
вается в головке. Этот
же поясок используется
иногда и для фиксации
крышки.
В двигателе АМ-34 из-
за относительно больших
размеров головки и мало-
го диаметра шпилек фик-
сация крышки осуществ-
лена,каквидноиз фиг. 101,
круговым выступом.
Подвод смазки к прицепному шатуну осуществляется наиболее просто
при установке пальца на одной опоре через сверление внутри головки и
лунку, проточенную в гнезде пальца. Для обеспечения попадания масла
в систему, независимо от положения отверстий на вкладышах, в конструк-
ции АМ-34 предусмотрена круговая проточка с наружной стороны вкла-
дыша (фиг. 101).
При установке пальца на двух опорах задача подвода смазки услож-
нена небольшой толщиной проушин. Для достаточной подачи масла в
шатунах Ролльс-Ройс (фиг. 99) просверлены обе проушины, и масло под-
водится к этим сверлениям через продольный канал в теле головки.
Фиг. 99'. Кривошипная головка шатуна двигателя Рено
(1914 г.).
197
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Сечение [-1
Фиг. 100. Кривошипная головка шатуна двигателя Кертис -
Конкверор (1929 г.).
Фиг. 101. Кривошипная головка шатуна двигателя АМ-34.
198
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 102. Кривошипная головка шатуна двигателя Паккард.
Фиг. 103. Кривошипная головка шатуна двигателя Лоррен-Петрель.
199
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 104. Кривошипная головка шатуна двигателя Испано-Суиза.
Зазоры и натяги
в микронах
max min
I
7
2
3
4
5
6
7
8
9
-4-415
+ 165
—200
98
— 50
+ 513
I +268
| + 30
+ 155
+ 190
+ 30
— 125
+ 25
— 12
+290
+200
О
+ 105
Фиг. 104'. Неразъ-
емная кривошип-
ная головка ша-
туна двигателя
BMW-VI.
Фиг. 104". Разъем-
ная головка на
роликовом ходу.
200
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Во избежание выпадания пальцев и для удержания их в правильном
положении относительно масляных сверлений пальцы фиксируются. Наи-
более просто и надежно обеспечивается фиксация в одноопорном пальце
при помощи цилиндрического болта или болта с наклонным срезом (фиг. 100,
101, 102).
При двухопорном пальце фиксация достигается либо двумя заглуш-
ками со шпонкой, либо заглушкой с одной стороны и конусом и стопор-
ной шпилькой с другой. Заглушка должна быть зашплинтована, либо
законтрена отгибающейся стопорной шайбой.
Весьма оригинальное конструктивное решение дано в двигателе Ис-
пано-Суиза 12-Ybrs выпуска 1932 г. (фиг. 104). Здесь соединение головки
осуществляется двумя коническими штифтами, работающими только на
срез. Гнездо под штифт развертывается на пологий конус (1 :75) с вели-
чиной угла при вершине меньше угла трения.
Для обеспечения одинакового предварительного натяга в первом за-
водском монтаже посадка штифта осуществляется так называемым тари-
рованным ударом в два приема посредством груза 2,5 ягг, свободно
падающего при первом ударе с высоты 230 мм и при втором — с высоты
300 мм. После этих ударов шпилька должна входить в гнезда заподлицо.
При несоблюдении этого условия подбирается другая шпилька, которая
снова вставляется такими же ударами. В последующем монтаже шпилька
ставится на место простым затя-
гиванием струбцинкой заподлицо
со щеками проушины.
Вкладыш головки (сталь-
ной, залитый баббитом) от про-
ворачивания удерживается сто-
пором.
Фиксация пальца осущест-
вляется заглушкой и закраиной
с выступом, который входит в
углубление на теле головки и
предохраняет палец от провора-
чивания. Контровка фиксирую-
щего болта осуществляется при
помощи отгибающейся латунной
шайбы.
Фиг. 105. Кривошипная головка шатуна двига-
теля ASSO-1000.
Наряду с прицепными шатунами, работающими на скользящих под-
шипниках, имеются конструкции шатунов на роликовых подшипниках
(фиг. 104', 104"). Здесь ролики работают непосредственно по поверхности
кривошипной головки шатуна и шейки коленчатого вала, которые из этих
соображений зацементированы. Для надежности роликового хода допуск
на диаметр отверстия в головке установлен в пределах 0—0,02 мм\ оваль-
ность допускается не более 0,02 мм, конусность не допускается совсем.
Для обеспечения строгой параллельности осей ролики заключены в
точно изготовленной бронзовой обойме, состоящей из четырех полуколец.
При отсутствии параллельности шатун будет прижиматься во время работы
к щеке вала, что может повести к сильному износу и даже аварии.
Несколько менее жесткие требования ставятся к роликовым подшип-
никам проушины.
В двигателях с W-образным расположением цилиндров применяются
лишь прицепные шатуны, так как выполнение центрально действующих
шатунов явно затруднительно и нерационально.
В случае 18-цилиндровых W-образных двигателей с углом между ци-
линдрами 40° проушины располагаются достаточно далеко от места разъема,
так. что есть возможность для установки шпилек при нормальном распо-
ложении и форме стыка (фиг. 105).
201
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В 12-цилиндровых W-образных двигателях угол в проушине составляет
60°. Для того чтобы в этом случае оставалось достаточно места для
шпильки, в двигателе Нэпир XI основная плоскость разъема снесена да-
леко от центра шейки (фиг. 105'). В этом случае во избежание деформа-
Фиг. 105'. Кривошипная головка шатуна двигателя Нэпир XI.
ций сильно выступающего внутреннего зуба крышки поставлен еще один
установочный выступ, проходящий через центр шпильки. Для уменьше-
ния габарита заливка баббитом проведена непосредственно по стальной
головке.
В отношении остальных деталей сочленения к W-образным двигателям
могут быть полностью отнесены соображения, изложенные применительно
к V-образным двигателям.
§ 66. КРИВОШИПНЫЕ ГОЛОВКИ ШАТУНОВ ЗВЕЗДООБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Выполнение центральных шатунов в звездообразных двигателях свя-
зано с большими трудно-
стями.
В одном из первых авиа-
двигателей (Анзани) была
применена система цен-
тральных шатунов с кри-
вошипными головками в
виде ползунов (фиг. 106).
Сборка достигалась поста-
новкой колец а. Подобная
же схема была применена
в трехцилиндровом двига-
теле Потез (1930 г.). Для
Фиг. 106. Схема соединения шатунов звездообразного большего числа цилиндров
двигателя Анзани. она неприменима, так как
ползуны необходимого раз-
мера с достаточными зазорами между ними не умещаются на одной шейке.
Подобная схема, применявшаяся в ротативных девятицилиндровых дви-
гателях Рон, была выполнена, как показано на фиг. 107. Здесь шатуны с
ползунами трех различных размеров, сгруппированные по три, удержива-
202
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
лись на валу разъемной муфтой с тремя канавками, в которые вставлен
бронзовый направляющий вкладыш. Органическим дефектом представлен-
ных конструкций является малая жесткость ползунов и трудность подвода
смазки. Поэтому в звездообразных двигателях применяется шатунный
механизм исключительно с прицепными шатунами.
Кривошипная головка главного шатуна в звездообразных двигателях
выполняется почти исключительно с двухопорными пальцами, так как
выполнение большего числа вильчатых прицепных шатунов невыгодно.
Фиг. 107. Соединение центральных шатунов в звездообразном десятицилиндровом
двигателе Рон (1915 г.).
К тому же большая длина шатунной шейки обеспечивает возможность
удобного размещения двух опор для пальца.
Современные двигатели выполняются с шатунами на скользящем ходу;
шариковые и роликовые подшипники почти не применяются вследствие
тог©; что кривошипная головка в этом случае получается излишне
тяжелой.
Кривошипные головки главного шатуна выполняются разъемными и
неразъемными.
Разъемная головка в трехцилиндровом звездообразном двигателе
является относительно несложной (фиг. 108). Здесь разъем выполнен пер-
пендикулярно к оси шатуна, соединение осуществляется при помощи
четырех шпилек. В головку вставлен разъемный стальной вкладыш, зали-
тый антифрикционным сплавом.
При увеличении числа цилиндров осложняется выбор разъема. Разъем
по одной плоскости проходит через ось одного из пальцев вследствие
203
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
нечетного числа цилиндров. Это влечет за собой нарушение симметрич-
ности головки и излишнее удаление одного из стяжных болтов и, следо-
вательно, утяжеление конструкции. Пример головки с таким разъемом
показан на фиг. 109. Для удобства монтажа в неразъемном картере эта
головка выполнена отдельно от стержня шатуна и соединяется с ним
двумя пальцами. Антифрикционный сплав заливался непосредственно по
стали.
При выполнении разъема головки по двум взаимно наклоненным плос-
костям конструкция получается более правильной. Обе стороны головки
будут развиты одинаково, и стягивающие ее болты будут значительно
приближены к центру, что увеличивает жесткость головки. Наклонное
расположение плоскостей стыка разгружает болты от срезывающих сил.
Фиг. 108. Кривошипная головка шатуна двигателя Бристоль-Люцифер.
Четыре пальца прицепных шатунов в данной конструкции фиксиру-
ются стяжными болтами (фиг. 109').
Недостатком обеих конструкций является все же относительно большое
расстояние между болтами и несовпадение центра тяжести плоскостей
стыка с осями болтов.
Лучшие результаты могут быть получены при смещении плоскости
стыка с оси шейки вала (фиг. 109") или при смещении проушин. Однако
эти способы дают хорошие результаты лишь при относительно небольшой
головке шатуна семицилиндрового двигателя.
Примеры разъемной головки шатуна девятицилиндрового звездообраз-
ного двигателя показаны на фиг. 110 и ПО".
В двигателе Редруп (фиг. ПО) щеки для крепления пальцев прицепных
шатунов выполнены на сильно развитом вкладыше, залитом свинцовистой
бронзой. Вкладыш состоит из двух половин с разъемом по оси шатуна и
затягивается крышками, в канавки которых он входит своими щеками.
В двигателе Райт (фиг. ПО") разъемный вкладыш головки выполнен
аналогично предыдущему, с отверстиями для пальцев и с развитым коль-
цевым ребром, наружная поверхность которого прошлифована на конус.
Собственно кривошипная головка шатуна неразъемная. Внутренняя ее по-
верхность также выполнена на конус. Таким образом, надвигая сбоку
кривошипную головку, можно благодаря конической поверхности произ-
вести затяжку вкладыша; чтобы вкладыши не проворачивались в головке,
они связаны шпонкой. Прицепные шатуны — вильчатые. Разъем в шатунах
204
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 109. Кривошипная го-
ловка шатуна двигателя Ягуар.
Фиг. 109". Развитие головки шатунов двигателя Пратт-Уитней.
Фиг. 110. Кривошипная головка шатуна
двигателя Редруп.
Фиг. ПО'. Кривошипная головка
шатунов двигателя Райт.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Испано-Суиза осуществляется при помощи четырех конических штифтов,
работающих на срез (фиг. 112).
Основным типом кривошипной головки звездообразных двигателей
является неразъемная головка, как наиболее компактная и легкая, что для
звездообразных двигателей с одной шейкой вала имеет большое значение.
Фиг. 109'. Кривошипная головка шатунов двигателя Армстронг-Тигр.
Пальцы в этих головках выполняются двухопорными; фиксация их
осуществляется обычными методами: конусом с заглушкой (фиг. 115')
стопорными шайбами, помещенными в выточке пальца (фиг. 11Г и 112'), сто-
порными кольцами, помещенными с обеих сторон головки (фиг. ИЗ), или
пластинками, привернутыми к пальцам (фиг. 111). Последний способ
удобен в том отношении, что устраняются сверления в головке шатуна,
которые часто являлись началом трещин.
206
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Имеется пример конструкции, в которой пальцы, закрепленные в го-
ловках прицепных шатунов, вращаются в запрессованных в кривошипной
головке главного шатуна бронзовых втулках (фиг. 114). В мощных двига-
телях такая конструкция безусловно непригодна вследствие].громоздкости.
Фиг. 111'. Кривошипная головка шатунов
двигателя М-11.
Смазка пальца в большинстве случаев осуществляется через сверления,
выполненные в щеках. К этим сверлениям масло подается через круговую
проточку нателе головки (фиг. 114). На поверхность пальца смазка выво-
Фиг. 111. Головка шатуна двигателя Райт G-100; а и б—мо-
дификация головки на двигателе Райт G-200.
а—замок для фиксации втулки; б—монтаж замка на головке шатуна.
дится либо через внутреннюю полость в нем (фиг. 112'), что требует заглу-
шения пальца, либо непосредственно через каналы, просверленные в теле
пальца (фиг. ИЗ). Чтобы избежать ослабляющих головку главного шатуна
внутренних сверлений в ней, смазка подводится к пальцу либо через свер-
ления в головке прицепного шатуна, либо через маслоуловители (фиг. 115).
207
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 112; Кривошипная головка шатунов двигателя Испано-
Суиза 14 АА, 14 АВ.
Сечение м-м
Фиг. 112'. Кривошипная головка шатуна двигателя Райт F-50.
208
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 113. Кривошипная головка шатуна двигателя Гном-Рон К-7.
Фиг. 114. Кривошипная головка шатуна двигателя Фиат А-50 (1929 г.).
ВВА—142—14
209
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками
Обычно в головку запрессовывается бронзовая или стальная втулка с баб-
битовой заливкой (фиг. 11 Г, 114), либо стальная, залитая свинцовистой брон-
зой (фиг. 113). Втулка фиксируется при помощи развальцовки (фиг. 112), либо
стопором (фиг. 111х, 114), либо зубчатым стопорным замком (фиг. 111, а и б).
Фиг. 115. Кривошипная головка шатуна двигателя Бристоль-Мерку р.
Фиг. 115'. Кривошипная головка шатуна двигателя Юпитер VI.
В практике фирмы Бристоль имеет место применение плавающей брон-
зовой втулки, залитой внутри и снаружи баббитом (фиг. 115, 115')- Во вто-
ром случае внутрь головки запрессовывалась цементированная втулка,
фиксируемая стопорами.
§ 67. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА
К определению основных размеров шатунного механизма относится
определение длины L главного шатуна, длины I прицепного, а также ра-
диуса R и угла проушины
Длина шатуна не влияет на процесс, происходящий в цилиндре, и
не очень значительно влияет на динамику механизма. Поэтому величина L
назначается, исходя из конструктивных условий. Длина шатуна должна
быть достаточной для того, чтобы колено вала, головка и стержень шатуна
не задевали за стенки цилиндра. Излишняя же длина шатуна нерацио-
нальна, так как с ней связано увеличение габаритов и веса двигателя.
Практически
} __ R _ 1 1
L 3,5 * 4,2 ’
210 7
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В звездообразных двигателях величина X вообще меньше, чем у рядных,
т. е. шатун относительно длиннее. Поскольку к величине L не предъявля-
ется особой точности, она даётся всегда в целых числах.
В случае центральных шатунов двух-, трехрядного или звездообразного
двигателя при одинаковых цилиндрах (Н = Нг) (фиг. 116), одинаковых
поршнях (Л — Ах), симметричном картере (В — В±) длина шатунов, есте-
ственно, должна быть также одинаковой. В этом случае обеспечивается
одинаковая высота камеры сжатия Sc во всех цилиндрах и, следовательно,
одинаковая степень сжатия.
Фиг. 117.
В прицепном шатунном механизме центр кривошипной головки прицеп-
ного шатуна описывает овал (фиг. 117), который легко может быть полу-
чен построением.
Верхняя и нижняя мертвые точки в цилиндре с прицепным шатуном
получаются, когда ось кривошипа составляет с осью цилиндра некоторые
углы аОв и аОн .
Для определения этих углов можно воспользоваться уравнением (49')
(стр. 20)
Sz = OD — [7? cos az + г cos (р — 4) +1 cos ₽z]. (49')
Тогда скорость прицепного шатуна
K = ^ = ^“Sina, + rsin(p — ф)^ 4-/sin₽,-^-. (49")
Задаваясь несколькими произвольными значениями угла поворота криво-
шипа az, вблизи мертвых точек можно построить по уравнению 49"
кривую изменения скорости Vt в зависимости от az. Пересечение этой
кривой с осью az (т. е. Vt = 0) даст значение угла поворота а0, соответ-
ствующее верхней или нижней мертвой точке.
Для вычислений необходимо вначале определить значения ₽, pz, и
из соотношений 50 и 50' раздела I (стр. 20); по найденным значениям
аов и % определится ход поршней прицепных шатунов Sz, который может
оказаться неравным ходу главного S.
В табл. 5 приведены значения Sz, аОв , аОн для двигателей Хорнет и
Кертис-Конкверор *.
* Подсчет величин для двигателя Хорнет произведен инж. Смольяниновым,
а для двигателя Кертис-Конкверор—инж. Ширяев ы м.
211
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица 5
№ цилиндра Двигатель Хорнет Двигатель Кертис- Конкверор
1 2 3 4 5 —
L, мм 341,2 — — — 254
1, мм — 277,2 277,2 277,2 277,2 192,8
р, мм — 65 66,3 65,8 64,3 61,25
11 — 40° 80° 120° 160° 66°30'
Srn, мм 161,92 — — — — 158,74
Si, мм — 161,94 162,10 162,30 162,06 163,84
аов 0 24' 2° 10' 3°10' z 1°27' 1°6'
аон 0 —37' —3°22' —6°05' —3°42' —4°30'
Получаемое различие в положениях ВМТ и НМТ приводит к различ-
ным фактическим фазам газораспределения в разных цилиндрах, что,
однако, существенного влияния на работу двигателя не оказывает.
Различие в ходах определяется в основном величиной угла в проушине
(фиг. 118).
Пусть ъ = т-
Пренебрегая для упрощения выводов величиной углов аОн и аОв, счи-
таем, что мертвым точкам прицепного механизма соответствует совпаде-
ние кривошипа с осью цилиндра. Тогда из фиг. 118 имеем:
St = А'С— А'С' = 2R 4- р cos ₽ 4- Z cos — р cos р' — I cos p'z. (31)
Из треугольников О AB и О А'В' имеем:
sinp = sin
sin₽' = sin (180° -7)
отсюда р — ₽', ‘следовательно, и pz = pj.
Таким образом при = независимо от соотношения между £, р и Z,
S^St.
В случае
h = X + ₽
Si = А'С — А’С' = 2/? + р + /—р cos 2₽ - /cos = 2R 4- Д, (32)
где
д = р(1—cos2₽) 4-/(1—cosPJ). (33)
Величина Д может достигать до 4% от хода поршня в главном шатуне.
В двигателе М-17 Tz~?4-₽, = 190 мм, St— 199 мм.
Размеры прицепного шатуна выбираются сообразно с величиной угла
в проушине.
При этом в V-образных или W-образных двигателях величина р назна-
чается из конструктивных соображений, как минимальная, при которой
получаются достаточные размеры кривошипных головок главного и при-
цепного шатунов и зазор между ними.
212
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Сообразно с объяснениями к фиг. 116, для получения одинаковой сте-
пени сжатия в цилиндрах главного и прицепного шатунов при 7,
когда S^S, должно соблюдаться условие
AC==B0A0 = L (фиг. 118).
Отсюда, задавшись величиной р, можно найти длину прицепного шатуна Z.
При 7, — 7 + р (фиг. 119),
когда
для соблюдения одинаковой степени сжатия при взаимозаменяемых пор-
шнях и цилиндрах и при симметричном картере необходимо, чтобы высота
камеры сжатия с прицепным шатуном была больше, чем с главным на ве-
личину
для чего необходимо так выбрать длину прицепного шатуна, чтобы соблю-
далось условие
АС = А0В0 - 5 = L - о
(фиг. 119).
Самое определение величины Z может быть проделано либо аналити-
чески через заданные величины L, R и р и углы р, р', либо непосред-
ственно, путем точного графического построения*.
Как видно из фиг. 118 и 119,
при
ПРИ
ъ = 7 и е = Z-bp>Z;
7z=-l + ₽ И e = Ez Z + p<Z.
* В частности, у двигателя М-17 при е = 6, L — 340, р = 85 мм, I = 253 мм. Таким
образом при разнице в ходах 9 мм камера сжатия прицепного ряда на 2 мм длиннее,
чем в ряду с главным шатуном.
214
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Отсюда можно найти такой угол ф, что е = ez при ~ у -Ь ф и при
I -j- р = £,
Величину ф для у=60° можно определить, пользуясь графиком (фиг. 120)*.
В этом случае величины £, р и I могут быть выражены в целых числах. Кроме
того, по сравнению со случаем 7 величина St > S при том же радиусе
кривошипа; следовательно, достигается прирост мощности в ряду прицеп-
ных шатунов пропорционально величине А = St — S.
В звездообразных двигателях обычно принимают ц = 7 вследствие труд-
ности размещения проушин при иных значениях углов. Если оставить
одинаковые для всех цилиндров ве-
личины р и Z, то равенства степеней
сжатия не получается, так как рас-
стояние центров поршневых головок
от оси вращения вала в ВМТ от-
дельных цилиндров оказывается раз-
личным.
Действительно (фиг. 121):
ОС2 = R + р cos р2 +1 sin 0Za; (34)
ОС3 == R 4- р cos 0з + Z sin 0z3; (35)
при 02 ф 0з OC2 ф OC3. ..
Для того чтобы получить одинако-
Фиг. 120.
вые степени сжатия, нужно было бы
делать либо несимметричный картер (В2фВ3), либо разные поршни (кфк^..)
или цилиндры (НфНг фИ2), либо разные прицепные шатуны (12ф13ф ...),
либо разные радиусы проушины (р2фр3ф...)
Первый метод был применен в двигателе М-15, последний применяется
во всех современных двигателях.
Определение величин р в этом случае можно вести графически (фиг. 122).
Для этого из конструктивных соображений задается значение р2, по нему
Фиг. 121.
определяется величина Z2; затем находятся величины р3, р4 и т. д. засеч-
ками радиусом, равным Z2, на линиях оси проушин 3,4 и т. д. из точек
С4 и т. д., находящихся на равных расстояниях от центра вала. Построение
* По данным И. Ш. Неймана.
214
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
должно производиться весьма тщательно. В четвертом и пятом цилиндрах
девятицилиндрового звездообразного двигателя углы отклонения шату-
нов ₽z столь велики, что требуют довольно глубоких вырезов в боковой
поверхности цилиндра.
Поэтому во избежание затекания масла в цилиндр главный шатун ста-
вится часто в четвертый или пятый цилиндр, считая верхний цилиндр
первым.
§ 68. РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ ШАТУНА
Поршневая головка должна быть проверена на удельное давление при
вспышке (аСм) и разрыв от сил инерции поршня в ВМТ (ср)
Р2 /о- _ ^Порш^(1+Х)
°см “ di — 21е
(36)
где ТИпорш — масса поршня с пальцем; остальные размеры см. на фиг. 123.
Фиг. 124.
Для стальных шатунов
осм = 300 — 500 кг!см\ ср == 300 — 600 кг/см2.
Для шатунов из дуралюмина (кованого)
Сем 300 KzfcM^ ср 100 кг! см2.
Стержень шатуна проверяется на продольный изгиб по формуле Ран-
кина от давления вспышки:
I I спР г»
= =сж + a„3r = -j- Pz. (37)
Здесь /ср — среднее сечение стержня, опр — предел пропорциональности
материала, J—момент инерции сечения относительно оси, перпендику-
лярной плоскости изгиба.
Значения J, т и L даны на фиг. 124 для разных плоскостей изгиба.
Иногда проводится проверка напряжения сжатия при вспышке в наимень-
шем сечении стержня
<3сж = -Д-. (38)
•'min
Для выполненных конструкций стальных шатунов ос = 1200 — 2000 кг/с л£2
в главных шатунах звездообразных двигателей и до 4000 кг/см2 в при-
215
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
цепных и в главных шатунах рядных двигателей <зсж= 1600— 3500 кг/см2.
Для шатунов из кованого дуралюмина: <зс — есж~ 1500 кг/см2. Проверка
стержня по вышеприведенным формулам уже обеспечивает его надежные
размеры.
Проверку на изгиб от сил инерции при качании можно проводить,
принимая, что в положении, показанном на фиг. 125, а, центр кривошип-
ной головки имеет ускорение /?^2. Тогда ускорение других точек (находя-
щихся на расстоянии х от оси поршневой головки) найдется из соот-
ношения
/. = ?№.
(39)
Разбивая шатун плоскостями, перпендикулярными оси, на элементы,
можно вычислить их вес; зная ускорение, можно построить эпюру нагрузки
от инерционных сил, по которой определяются реакции в головках и на-
пряжения изгиба (фиг. 125, б)*. Эти напряжения обычно не превосходят
150 — 200 кг!см2.
Для определения напряжения в главном шатуне от действия прицеп-
ных шатунов усилие N™ раскладывается на силу W™sin£, сжимающую
и Af™cosp, изгибающую стержень шатуна (фиг. 126).
Суммарное напряжение в сечении, отстоящем на расстоянии х от оси
поршневой головки,
A + M^sinB
° — р~ I у- (W)
без учета тангенциальных сил инерции.
Расчет на прочность проушины и кривошипной головки прицепного
шатуна проводится на смятие усилием вспышки и разрыв от силы инерции
поступательно- и вращательно-движущихся частей данного шатуна в ВМТ.
Тогда имеем следующие расчетные формулы и напряжения для выпол-
ненных конструкций. Для головки (фиг. 127)
= 2k (500 н- 1000 кг/сл2);
ср = -^Ь±^,1(1+Х) ^ (400-н900кг/сл«2). •
Л • I • в
* Заимствовано из книги Ретшера, Детали машин, ОНТИ, 1938..
216
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для пальца и проушины (фиг. 127)
3»зг = w (4~г) (1300 3500 *гМ2);
°™ = й’ (5оо 1300 KflCM^
Л1В,+Л4П(1+Х)
°? = .2^-TJ.....
или, по формуле Лямэ
1 2- d-а r2_г2
(41)
(42)
(43)
(44)
Кривошипная головка главного шатуна проверяется на среднее удель-
ное давление и удельную работу трения
£ _ Ат
Яуд-ср— Dl
где
Xep=/(Z + CP+P.
(45)
Здесь D — диаметр шейки вала; I — несущая длина подшипника (за вычетом галтелей).
Величина /гуд. Ср= 30 -- 120 кг)см2 в рядных и до 250 кг^м2, в звездообраз-
ных двигателях.
Наибольшие значения получаются у звездообразных двигателей благо-
даря большей центробежной силе инерции вращающихся частей (С).
Фиг. 127. Фиг. 128.
Для определения удельной работы трения обратимся к фиг. 128, где
схематически представлено сечение шатунной шейки. При повороте вала
на угол а по часовой стрелке шатунная головка повернется относительно
шейки на угол а + р с окружной скоростью
<4б>
При этом возникает сила трения
7*тр = р-А. (47)
Тогда секундная работа силы трения, вызывающая повышение темпе-
ратуры подшипника
dFtp =
величины К и v в зависимости от угла поворота меняются одновременно
Проверка ведется по средней величине произведения Kv за полный
217
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
цикл работы.. Вычисления показывают, что (А^)ср может быть заменено
выражением /Сервер, где
D
ср = О) -2-,
что несколько упрощает вычисление работы трения. При размерности К
в кг и v— в м[сек работа получается в кгм!сек. Для исключения разме-
Фиг. 129. К расчету шатунных болтов.
ров подшипника ее относят к 1 см?
проекции боковой поверхности под-
шипника. Кроме того, так как вели-
чина коэфициента трения р изменяется
в очень широких пределах даже для
одного и того же двигателя на раз-
ных режимах его работы, при сравне-
нии различных двигателей значение р
не вводится.
Полученная величина
~ - кгм /л»)
^уд.ср- Dl сек.см*
меняется для выполненных двигате-
лей в очень широких пределах от 200
до 2200 кгм!сек . сл^2, достигая боль-
ших величин в звездообразных дви-
гателях.
Вначале этой величине придавалось
очень большое значение, так как счи-
талось, что она лимитирует мощность, снимаемую с коленчатого вала.
Величина Z?*t^.cp не зависит от диаметра вала, в чем можно убедиться
следующей подстановкой:
______ ^ср^ср ____ ___ ^cpw
уд. ср — Di — 2Dl —__________21 •
(49)
Отсюда понятно стремление увеличить длину шейки, в особенности в
звездообразных двигателях, где нагрузка особенно велика из-за большой
величины вращающихся масс.
Расчет шатунных болтов проводится на силу затяжки, кото-
рая должна на 25% превышать максимальную силу, разрывающую головку.
Для одноцилиндрового или однорядного двигателя это будет сила инер-
ции поступательных и вращательных частей шатуна. Для простоты
расчета масса крышки кривошипной головки не вычитается из общей
вращательно-движущейся массы, что идет в сторону увеличения на-
дежности.
При сочлененных шатунах расчет надо вести также на силы инерции
вблизи мертвой точки главного шатуна. Сложение сил, действующих на
головку от главного и прицепного шатунов, удобнее всего вести графи-
чески (фиг. 129).
Усилие для расчета болтов Ррасч находится разложением найденной
•суммарной силы __ _
№=/<гл+Ак'р
на направления — параллельное и перпендикулярное осям болтов (фиг. 129).
Для V-образного двигателя Кертис-Конкверор получилось наибольшее
усилие при повороте коленчатого вала на а = 26° от оси главного
цилиндра *.
* Данные инж. Ширяева.
218
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В обоих случаях расчет болтов или шпилек ведется по формуле
Ор = 1,2^Ррасч (1000 — 1500 кг/см*),
lJmin
где i — число болтов или шпилек;
• Anin—сечение по внутреннему диаметру резьбы или по выточке.
Затяжка болтов должна контролироваться замером удлинения.
Расчет крышки шатуна ведется на ту же силу Ррасч, либо по
формуле Лямэ, либо по формуле Американского бюро стандартов
О = Ррас, (8С0- 2000 ^), (50)
где F и W — площадь и момент инерции поперечного сечения крышки соответственно
в см2 и см3;
С—расстояние между болтами в см.
Проверка болтов или центрирующих закраин крышки ведется на срез
от боковой составляющей (фиг. Iz9).
§ 69. МАТЕРИАЛ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ШАТУНОВ
Основным материалом для изготовления шатунов авиационных двига-
телей являются хромоникелевые стали (см. табл. 6).
Вкладыши в современных двигателях в большинстве случаев выпол-
няются из углеродистой стали У-2 и заливаются свинцовистой бронзой
или баббитами.
Фиг. 130. Среднее значение зазоров, применяемых в шатунах
авиационных двигателей.
Вес штампованной заготовки шатуна превышает вес изготовленного
шатуна в 2—3 раза.
В механическом цехе шатуны проходят от 50 до 80 операций на фре-
зерных, токарных, сверлильных и слесарных станках.
219
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица б
Стали для шатунов (1, 2, 3) и пальцев прицепных шатунов (4, 5, 6, 7)
Марка стали Химический состав Механические свойства
ОСТ Авиа С Мп Сг Ni Мо Si W аь кг] мм* кг] мм* в . О/ /о ф 1 % i аь кгм/мм2 Ив кг/мм*
25 ХН4-ВА 53А2 0,20-0,30 0,25—0,50 1,30—1,70 4,00-4,70 — 0,40 0,8—1,2 110 95 11 50 9 321—363
18 ХНМА 53А1М 0,15-0,22 0,25—0,55 1,35—1,65 4,10-4,60 0,25-0,45 0,17-0,37 115-120 90-95 12 45 10 352-400
50 ХНМА 7320 0,35-0,45 0,40-0,80 0,60-0,90 । 1,25-1,75 0,15-0,25 0,35 100-110 85-95 12 55 10 331—375
18 ХНВА 53А1 0,15-0,22 0,25-0,55 1,35—1,70 4,1—4,6 0,17-0,37 Al 115 90 12 45 10 352—400
12 ХНЗА Х1-Н 0.10-0,16 0,25-0,55 0,60—0.90 2,75—3,25 — 0,17—037 0,75-1,25 100 80 * 11 50 12 277—375
35 ХМЮА ХМАЗ 0,30-0,38 0,3 —0,60 1,35-165 <0,4 | 0,4—0,6 0,17—0,37 100 85 15 50 9 285—321
42 ХН4МА ХНМ4 0,38-45 0,40 0,5 -0,70 4.30—4,90 J 0,7—1,26 । 0,35 — — — — — —-
Свинцовистые бронзы и баббиты
Марка Химический состав в.% Механические свойства
РЬ Sn Бе р Se Zn Си Ag °Ь ! В 1 Ив
Свинц. Бр. 28—31 — 0,2 0 05—0,2 0,5 0,1 Остальное 6 4 25
Свинц. Бр. Авиа 29,44 —. 0,04 — — — 70,48 0,005 — — —
Баббит Баббит 0,15 92 — — 4,2 — 3,75 — — — 20
Бр.С.Ф Свинц- Бр. 27—31 1 1 — — — — Остальное — — — —
Алюминиевые сплавы, применяемые для шатунов маломощных авиационных моторов
Марка Химические свойства Механические свойства
ОСТ Авиа Си Mr | 1 Mg | Si 1 | Ni Fe °b в % Ив
АК-7 АК-7 38-^49 0,6—1,2 0,2 0,6—1,2 — 0,7 .. 35 13 90
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При фрезерных, токарных и сверлильных операциях весьма широко
применяются специальные приспособления, кондукторы и копиры.
Головки шатуна после сверловки по кондуктору растачиваются и про-
шлифовываются в специальных приспособлениях.
Отверстия для проушин сверлятся по кондуктору при установке шатуна
головками на два стержня. Окончательная отделка этих отверстий произ-
водится либо чистовой разверткой по кондуктору, либо шлифовкой на
станке с планетарным движением шлифовального камня.
При сверлении отверстий проушин по кондуктору точность расстояния
между осями кривошипной головки и проушин достигается в 0,01 -4- 0,03 мм.
Отверстия в головках двигателей Райт под втулки, а также и гнезда под
пальцы прицепных шатунов хромируются. Цель хромирования — избежать
царапин при запрессовке втулок и пальцев. В случае разъемной криво-
шипной головки плоскости разъема обязательно шлифуются до оконча-
тельной расточки головки. Последней операцией механической обработки
шатуна является полировка всей его поверхности для выявления мельчай-
ших трещин и повышения прочности детали (см. фиг. 81, стр. 185).
Весьма важно, чтобы оси отверстий кривошипной и поршневой головок
шатуна лежали в одной плоскости и были параллельны между собой.
В современных двигателях допуск на перекос и непараллельность осей
не превышает 0,1 мм на длине 200 мм.
Весовой допуск в производстве устанавливается в пределах 0,5 ч- 1%
и редко — до 2% от веса собранного шатуна. Допускаемая разница в весе
шатунов на одном двигателе обычно составляет х/2 -ь х/4 разницы в весе,
установленной в пределах производственного допуска, для чего в монтаже
приходится делать подбор.
При подборе шатунов по весу проверяется правильность расположения
их центров тяжести, т. е. проверяется вес, отнесенный к головкам ша-
туна. Весовая подгонка достигается путем снятия материала в неответ-
ственных местах.
Средние значения величин монтажных зазоров для шатунов двигате-
лей воздушного и водяного охлаждения приведены на фиг. 130.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ГЛАВА III
ПОРШНИ
§ 70. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Наибольшее число дефектов в работе двигателя связано с неисправ-
ностью поршня и отдельных его элементов. Прогар днища, пригорание
колец, задир боковой поверхности, уве-
личенный расход масла и, наконец, про-
рыв газов из камеры сгорания,— все эти
дефекты нередко имеют место даже
в современных конструкциях двигателей.
Это объясняется тем, что поршень
современного авиационного двигателя
работает при высокой температуре (фиг.
131 и 132).
Вместе с тем на поршень приходится
наибольшая доля механических потерь
мощности двигателя (фиг. 133).
Всем этим объясняется большое ко-
личество исследований, посвященных
поршню и его элементам. Одним из ос-
Фиг. 132. Распределение температур
в авиационном поршне и ^цилиндре
(по данным Hall).
Фиг. 131. Распределение температур в алю-
миниевом поршне авиационного двигателя
(по данным инж. П. И. Орлова).
новных вопросов в этих исследованиях является выбор материала. Широко
известен факт влияния материала поршня на мощность двигателя,— напри-
мер, мощность двигателя Рон 110 л. с. увеличилась на 9°/0 после замены
чугунных поршней алюминиевыми. Такое же, и даже большее, влияние
222
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
материала поршня на изменение мощности подтверждено практикой кон-
струирования автомобильных двигателей. Это увеличение нельзя объяснить
различными антифрикционными
свойствами алюминия и чугуна
или уменьшением веса поршня.
Фиг. 133. Механические потери в отдель-
ных деталях авиационного двигателя (по
опытам инж. Фомина):
1—трение в подшипниках, 2—трение поршней, 3—
трение колец, 4—трение боковой поверхности
поршня, 5—потери на агрегаты и распределение,
6—насосные потери.
Фиг. 133". Влияние веса
поршня на мощность трения
чугунных поршней (НАМИ).
Фиг. 133'. Мощность трения авиа-
ционного двигателя с поршнями из
разных материалов (НАМИ).
Фиг. 133"'. Влияние веса поршня
на мощность трения алюминиевых
поршней (НАМИ)
Кроме того, даже полное уничтожение трения боковой поверхности
поршня, составляющего около 25% от всех потерь, может обеспечить
прирост мощности не более 5% (фиг. 133). Данные опыта с поршнями,
изготовленными из разного материала, подтвердили приведенные выше
соображения (фиг. 133', двигатель при проведении опыта вращался от
постороннего источника энергии).
223
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
к 1 см* площади поршня, лежит
Фиг. 134. Распределение температур в
стенках и донышке чугунных, алюминие-
вых и электронных поршней автомобиль-
ных двигателей (по данным Ридля):
1—чугунный поршень, 2—алюминиевый пор-
шень, г—электронный поршень.
Вес чугунных поршней с длинной юбкой устарелого типа, отнесенный
в пределах 17—18 г/сл2; вес же совре-
менных коротких алюминиевых поршней
составляет 13—18 г!см2.
Как показали опыты, большое изме-
нение веса поршня не оказывает суще-
ственного влияния ни на суммарную
мощность, затраченную на вращение
двигателя, ни на мощность трения соб-
ственно поршней (фиг. 133" и 133'").
Основная причина изменения мощ-
ности двигателя в этом случае заклю-
чается в различной температуре чугун-
ного и алюминиевого поршней (фиг. 134).
Разница температур объясняется раз-
личной величиной коэфициентов тепло-
проводности, которая оказывает влия-
ние на мощность двигателя (теплопро-
водность чугуна 48, алюминия 175, элек-
трона 134 и меди 320 кал!м2 час^-\
Влияние теплопроводности на мощ-
ность двигателя особенно выпукло под-
черкнуто в опытах Беккера (1921 г.) с
поршнями из различных сплавов. Поршни
Ге-
С°
НО
100
•Чугун _
Я7
80
70
60
.АлМлпм
сплав
50
40
Медь 80
20
Ю
о
Влияние теплопроводности на температуру днища
и юбки поршня (по данным Беккера).
устанавливались непо-
движно в цилиндр и на-
гревались горячим(300°С)
воздухом изнутри камеры
сгорания. Цилиндр охла-
ждался водой при темпе-
ратуре 24° С. Распределе-
ние температуры по дни-
щу и юбке поршня по
данным этого опыта по-
казано на диаграмме
(фиг. 135).
Обращает на себя вни-
мание зависимость тем-
пературы частей поршня
от нагара на днище, а
также очень равномерное
распределение темпера-
тур у медного поршня,
что объясняется особо
высоким коэфициентом
теплопроводности меди.
Очевидно, что в ре-
зультате падения темпе-
ратуры поршня с 400—
450° до 250—280° С из
камеры сжатия устра-
няется очаг возникно-
вения детонации. Этим
можно объяснить, что
Фиг. 135.
сменой материала поршней Беккеру удавалось повышать мощность мотора
на 10—20% при таком же снижении удельного расхода и падении тепло-
отдачи в воду до 60—70%.
224
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 71. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПОРШНЯ
Днище поршня с наружной стороны может быть выполнено плоским,
выпуклым или вогнутым. Наиболее простым
плоское днище. Выпуклое днище увели-
чивает прочность и жесткость поршня. Во-
гнутое днище приближает камеру сгорания
к сферической, которая имеет относительно
меньшую поверхность, и, следовательно,
меньшие тепловые потери.
На одном и том же двигателе форму
днища меняют для получения различной сте-
пени сжатия, сохраняя при этом размеры
шатуна, поршня и цилиндра.
Направление теплового потока в поршне
схематично показано на фиг.. 136. Как видно
из этой схемы, основная часть тепла, пере-
дающаяся от газов днищу, отводится через
кольца.
Таким образом при выборе толщины
днища руководствуются не только соображе-
ниями его прочности, но и возможностью
отвода тепла от центра днища к краям. Для
постоянства тепловой нагрузки по всем коль-
цевым сечениям днища толщина его t по
мере удаления от центра увеличивается.
Действительно при удельной тепловой
нагрузке днища поршня q кал/сек-см2 круг-
лая площадка радиуса г (фиг. 136) восприни-
мает qvr2 кал]сек’, для того чтобы через еди-
ницу боковой поверхности концентрических
для изготовления является
Фиг. 136. Направление теплового
потока в поршне.
кольцевых сечений f~2^rt проходило одинаковое количество тепла qr-------=-,
ССК • CM
надо иметь соотношение
Таким образом
Zvrqjt == qr.r2.
__ дпг2 qr~
2rrqt 2<?i’
(51)
(52)
Фиг. 137. Сопряжение боковой стенки
поршня с днищем:
а—двигатель М-85? б—двигатель М-87.
т. е. в этом случае толщина днища должна возрастать пропорционально
радиусу.
Толщина днища мало зависит от наружной формы его поверхности
(плоской, выпуклой или вогнутой). Хорошо укрепленное ребрами днище
имеет наименьшую толщину 5 мм на
100 мм диаметра поршня, днище с ма-
лым количеством ребер или совсем не
укрепленное ребрами — 6—7,5 мм на
100 мм диаметра поршня.
Для хорошего отвода тепла радиус
сопряжения днища с боковыми стен-
ками поршня должен быть в пределах
12-г-15 мм. В случае недостаточного
радиуса перехода возможен повышен-
ный нагрев поршня, что, в частности,
наблюдалось в двигателе М-85 и было причиной модификации, показанной
на фиг. 137.
С внутренней стороны на днище обычно выполняются ребра для уве-
личения прочности и улучшения отвода тепла как к боковым стенкам
поршня, так и в масло.
ВВА—142—15
225.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 138. Поршень с ребром жесткости (двигатель М-85).
Фиг. 138'. Поршень с внутренними ребрами жесткости,
перпендикулярными к оси пальца (двигатель Нэпир-Лайон).
226
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
LZZ
Фиг. 139. Поршень двигателя
М-25.
Фиг. 139'. Поршень с днищем, укрепленным
взаимно-перпендикулярными ребрами (двига-
тель Рено-Бенгали).
'ТЖ&щеВгВ
Фиг. 139". Поршень двигателя типа Райт G-100
» » ».vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Наиболее характерным расположением их-является перпендикулярное
расположение к оси поршневого пальца. Этим достигается уменьшение
деформации поршня от силы N, так как при таком расположении ребра
часто переходят на боковую стенку (фиг. 138 и 138').
-----j h------------127
а б
Фиг. 140. Поршни с днищами-, не укрепленными ребрами:
а—двигатель Хорнет, б—двигатель Либерти.
Укрепление днища достигается иногда при помощи взаимно перпенди-
кулярных ребер, образующих с внутренней стороны днища как бы вафель-
ную сетку (фиг. 139, 139', 139"). Конструкции поршней с днищем, не
имеющим ребер, дана на фиг. 140.
§ 72. ПОРШНЕВЫЕ БОБЫШКИ
Поршневые бобышки, значительно нагруженные газовыми и инерцион-
ными силами, должны быть достаточно массивными и иметь хорошее
соединение как со стенками юбки, так и с днищем поршня.
Для литых поршней характерна связь с днищем при помощи ребер
(фиг. 141). В теле литых поршней по условиям отливки избегают значи-
тельных местных приливов, так как при этом понижается плотность
материала.
В кованых поршнях материал хорошо уплотнен и поэтому связь
с днищем может быть достигнута при помощи массивных утолщений,
равных по ширине бобышке поршня (фиг. 142).
Одним из наиболее частых дефектов литых поршней были трещины
в сопряжении ребер с бобышками. Эти трещины во время работы дви-
гателя иногда переходили на боковую поверхность поршня и приводили
к его разрушению, Поэтому размещение ребер должно допускать воз-
можность их осмотра. Пример нерациональной конструкции см. нафиг. 138';
сопряжения а недоступны для осмотра.
Хорошая связь боковой поверхности поршня с днищем достигается
при сближении опор, как это показано на фиг. 143. Одновременно при
этом уменьшается величина изгибающего момента на ’ пальце. Величина
этого момента может быть уменьшена также укорочением опорной
поверхности пальца, что достигается частичной расточкой бобышек на
конус; при такой расточке нагрузку несут части бобышек, ближе распо-
ложенные к центру поршня (фиг. 144).
У поршня двигателя Бенц 240 л. с. для тех же целей разгрузки
пальца сделан стальной конус, приклепываемый к днищу, так что полу-
чается трехопорный палец (фиг. 145).
В некоторых первоначальных конструкциях для уменьшения износа1
в бобышки заливались бронзовые втулки (фиг. 138'). В настоящее время
228
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 141. Литой поршень с бо-
бышками, связанными с днищем
при помощи ребер (двигатель М-11).
вид сбоку
I
Фиг. 142. Кованый поршень
двигателя АМ-34 с массивными
бобышками, (без ребер).
Фиг. 143. Поршень двигателя Бристоль-Меркур с бобышками, смещенными
к центру поршня.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
эта мера не применяется вследствие повышения качеств алюминиевого
литья и ввиду перехода к кованым поршням, имеющим сравнительно
большую твердость материала.
Значительное уплотнение поверхности бобышек достигается при помощи
нагартовки поверхностного слоя уплотнительной протяжкой (фиг. 145')-
Фиг. 144. Поршень двигателя М-100.
Фиг. 145. Поршень дви-
гателя Бенц 240 л. с.
Режущие зубья такой протяжки, постепенно увеличивающиеся в диаметре,
снимают по 0,02—0,03 мм каждый. Последние зубья не имеют режущей
кромки и при проходе через отверстие бобышки лишь уплотняют материал
опорной поверхности.
Фиг. 145'. Схема нагартовки поверхностей бобышек поршня уплотнительной протяжкой.
Степень износа бобышек зависит также от условий подачи масла на
опорную поверхность пальца (см. главу V „ Смазка °).
§ 73. ЮБКА ПОРШНЯ
Поршни авиационных двигателей, в отличие от поршней автомобильных
и стационарных двигателей, имеют небольшую высоту, что необходимо
для уменьшения их габарита, веса и механических потерь.
Влияние величины боковой поверхности на мощность трения
можно проследить по диаграмме, приведенной на фиг. 146. Из диаграммы
видно, что уменьшение поверхности юбки на 35% повело к уменьшению
мощности трения на 18%.
Нормальные конструктивные соотношения для поршней современных дви-
гателей составляют: /7 = 0,55—0,7 D, е — 3-^-5 мм, b = 8—10 мм,
=1,2 -т-1,3 (фиг. 147). Эти соотношения получаются как минимально необходи-
мые для размещения колец, перемычек между кольцами е, бортика Ь, пальца
230
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
и нижней части юбки такой длины, чтобы ось пальца проходила через
центр тяжести проекции боковой поверхности трения.
С повышением мощности однотипных двигателей наблюдается иногда
увеличение высоты поршня.
Так, например, в двигателях Райт при переходе с серии
Фиг. 146. Влияние величины боковой поверхности
поршня на мощность трения (по опытам НАМИ при
прокручивании двигателя с поршнями разной длины).
Условия испытаний для трех верхних и трех нижних
кривых различны.
[ ,,F“ к серии
,,G“ высота юбки с несущей сто-
роны увеличена на 8 мм при не-
изменной общей высоте поршня
(ср. фиг. 139 и 139"). Отношение
Н
увеличено также в двигателях
Ролльс-Ройс при переходе от
типа Кестрел к типу Мерлин
(ср. фиг. 148' и 149).
.. 1
г
Фиг. 147. Нормальные соотношения
основных размеров поршней.
Верхняя и нижняя части бо-
ковой поверхности п о р ш-
н я находятся в различных усло-
виях работы и имеют самостоя-
тельное назначение. Рикардо
предложил различать на боковой
поверхности поршня два пояса:
уплотнительный и несущий.
Уплотнительный пояс
поршня несет поршневые кольца,
которые создают требуемую гер-
метичность. Высота этого пояса
определяется в основном возможностью размещения необходимого коли-
чества поршневых колец. Первая канавка для поршневого кольца делается
на расстоянии не менее 8 10 мм от поверхности днища поршня во избежание
поломки бортика, нагретого до высокой температуры и нагруженного
либо давлением вспышки, либо силой инерции и трения кольца. Высота е
(фиг. 147) остальных бортиков также по соображениям прочности делается
не менее высоты кольца.
Вследствие переменного прижатия колец то к одной, то к другой
стороне канавки у поршней из легких сплавов наблюдается износ канавок
и увеличение осевого зазора. Износ особенно значителен у верхних
канавок, так как на верхние кольца действует давление вспышки. В целях
борьбы с износом в поршни из легких сплавов иногда заливают под
кольца вставки из чугуна, содержащего никель (фиг. 148). Такие вставки
показали хорошие результаты (на автомобильных двигателях), увеличивая
срок службы поршней и колец и уменьшая расход масла*.
* М a h 1 е, Alloy iron ring carriers reduce cylinder wear and give aluminium pistons lon-
ger life, Automob. Ind. 1933, № 19.
231
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Уплотнительный пояс поршня непосредственно соединяется с наиболее
нагретой частью его — днищем и так же, как и оно, работает в условиях
высоких температур. Эта же часть боковой поверхности служит главным
образом для передачи тепла от поршня к стенкам цилиндра, для чего
в днище делается плавный переход. Так как температура уплотняющей
части поршня выше, чем у несущего пояса, то и диаметральный зазор
здесь должен быть больше.
Фиг. 148. Типы вставок,
заливаемых в поршнях
под кольца.
Ролльс-Ройс Кестрел.
Фиг. 148'. Поршень двигателя
Несущий пояс поршня или его юбки воспринимает боковую силу N,
действующую на поршень, и работает на трение.
Для уменьшения трения в конструкции поршней широко практикуется:
1) устройство боковых вырезов на нерабочей части несущей поверхности,
Фиг. 149. Поршень двигателя
Ролльс-Ройс Мерлин с боковыми
вырезами на нерабочей части
поверхности поршня.
Фиг. 150. Поршень типа Рикардо (двигателя М-22).
не участвующей в передаче боковой силы N
(фиг. 149), или 2) обработка юбки поршня
по овалу, с расположением большой оси овала
перпендикулярно оси поршневого пальца.
В целях уменьшения трения Рикардо пред-
ложил вообще удалить нерабочие части бо-
ковой поверхности поршня, так как при этом
одновременно достигается и значительное
облегчение поршня (фиг. 150). Одним из
крупных недостатков этой конструкции является невозможность поста-
вить добавочное маслосбрасывающее кольцо ниже оси поршневого пальца,
что может оказаться необходимым для уменьшения расхода масла. Кроме
того, в практике неоднократно наблюдались случаи ненормального боко-
вого износа поршней этого типа вследствие перекоса в цилиндре из-за
232
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
недостаточности направляющей поверхности юбки, вырезанной с боков.
Наконец, при этой конструкции несколько затруднена механическая^ обра-
ботка, так как поршень легко деформируется ввиду недостаточной жест-
кости юбки.
Толщина стейок юбки делается в пределах 4 — 5 мм. Для того чтобы
жесткость поршня в нижней части его была достаточной, с внутренней
стороны юбки внизу делается кольцевое ребро (фиг. 151, а и б).
Если одно из маслосборных колец расположено внизу юбки, то надоб-
ности в кольцевом ребре жесткости нет (фиг. 151, в). В двигателе М-87
в целях лучшего охлаждения юбки выполнено большое количество ребер.
Фиг. 151. Типы кольцевых ребер жесткости у юбок поршней
а—поршня двигателя М-100, б—двигателя АМ-34? в и г—двигателя М-87.
Нижний пояс служит для подгонки веса поршня к установленным
весовым нормам. Чтобы при этом не ослабить общей жесткости юбки„
в рабочих чертежах обычно оговаривают предельные размеры допустимой
расточки.
Весовой допуск поршней в производстве обычно достигает 1% отвеса
поршня, т. е. около 15—18 г. Разница же в весе поршней на одном дви-
гателе не должна превосходить 5—8 г; таким образом при замене поршня
требуется подбор его по весу к комплекту поршней, установленному на
двигателе.
При изготовлении поршня предусматривается наличие зазоров в цилин-
дре, определяемых разностью коэфициентов расширения и различной
температурой цилиндра у отдельных поясов поршня.
Расчетное уравнение может быть составлено из условия равенства
диаметров цилиндра и поршня в горячем состоянии
4/(1 +«0 = ^(1 4-a/J, (53)
где
d и —диаметры цилиндра и поршня в холодном состоянии;
а — 0,12-10~4 и ах = 0,24-10~4—коэфициенты линейного расширения стали и алюминия;
t —повышение температуры стенки цилиндра (около 100° С)
по сравнению с нормальной температурой;
— то же для соответствующего пояса поршня (для нижнего
170° С, для верхнего 250° С).
Тогда при заданном диаметре цилиндра d
< <f(i + at) .
dl=‘(l+a,y ' (54>
и температурный зазор
A = = (55)
Подставляя значения a, t, alt tv имеем для верхнего и нижнего пояса
Д„~ 0,0064,
' Д„ 0,0034.
233.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Практически зазоры делаются несколько больше указанной величины,
для того чтобы в рабочем состоянии двигателя оставался зазор в 0,1-— 0,2 мм
(табл. 7).
Для обеспечения необходимых зазоров
боковая поверхность обрабатывается либо
на конус, либо уступами. Иногда приме-
няется комбинированная обработка — несу-
щая поверхность по конусу, уплотнитель-
ная— уступами (поршень двигателя М-87).
В малонагруженных старых конструк-
циях поршней для смазки выполнялись
кольцевые канавки на несущей части, но в
настоящее время этого обычно не делается.
Для лучшего поступления смазки на
боковую поверхность поршня несущая
часть поверхности заканчивается либо
закраинами.
Увеличенный зазор между поршнем и цилиндром обычно является
причиной весьма неприятного стука, который появляется в момент измене-
ния знака боковой
Т аблица7
Величина диаметральных зазоров
между поршнем и цилиндром на
100 мм диаметра
Пояса Система водяного охлаждения мм Система воз- душного охлаждения мм
Верхний Нижний 0,6—0,68 0,3—0,40 0,7—0,8 0,5—0,6
фасками, либо сферическими
силы N и который
особенно слышен на
режиме малого газа.
Для его устране-
ния Рикардо предло-
жил отделять зазо-
ром .несущую часть
от уплотнительной
(фиг. 152). Аналогич-
ная мера была при-
менена на одной из
серий двигателей
Испано-Суиза.
Фиг. 152. Типы поршней с несущей частью, отделенной разрезом
от уплотнительной
а—поршень Рикардо, б—поршень Испано-Суиза, в—поршень М-1 (ГАЗ).
Однако эта мера не дала существенного уменьшения нагрева несущей
части, и необходимый зазор попрежнему оставался достаточно большим.
Так как величина зазора, при котором не слишно стука, не должна пре-
Фиг. 153. Типы биметаллических поршней Рикардо.
вышать 0,15 мм (независимо от диаметра цилиндра), то Рикардо пришел
к выводу о невозможности устранить стук с алюминиевым поршнем.
Отсюда возникла мысль создания биметаллической конструкции — с алю-
миниевой уплотнительной частью и чугунной — несущей.
Примеры подобных конструкций Рикардо показаны на фиг. 153.
§ 74. ПАЛЕЦ ПОРШНЯ
Как было ранее сказано, палец может быть либо зафиксирован в бобыш-
ках поршня или в головке шатуна, либо оставлен плавающим.
Фиксация пальца стопорным болтом в бобышках в настоящее время не
применяется из-за монтажных неудобств. *
234
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиксация пальца в шатунной головке (фиг. 83) также не применяется
вследствие повышенного износа бобышек и частых случаев пригорания
стяжного болта, что затрудняет разборку узла.
В современных двигателях почти исключительно применяются плаваю-
щие пальцы. Они удобны в монтаже, во время работы двигателя про-
ворачиваются и в бобышках и во втулке верхней головки шатуна, благо-
даря чему износ в опорных поверхностях уменьшается.
Диаметральный зазор между пальцем и бобышками поршня в холодном
состоянии лежит в пределах 0,01 — 0,03 мм, между пальцем и втулкой
поршневой головки шатуна — в пределах 0,03 4- 0,08 мм. В нагретом состо-
янии вследствие большего расширения бобышек эти зазоры выравниваются.
а
б
в
Фиг. 154. Типы поршневых пальцев
а—двигатель Рено-Бенгали, б—двигатель М-100, в—-двигатель М-17, г—двигатель
Райт, д—двигатель Райт F-50, е—двигатель Райт F-3.
Ранее в моторостроении была широко распространена посадка пальца
в бобышках со значительным натягом, с тем чтобы в рабочем состоянии
не иметь повышенных зазоров и избежать ударной нагрузки на палец. Такая
посадка требовала обязательного подогрева поршня при монтаже, что за-
трудняло эксплоатацию, так как требовалось специальное оборудование
(грелки, шкафы для подогрева). Как показали испытания и эксплоатация
мотора М-17, переход к плавающей посадке пальца не отразился на на-
дежности работы поршня.
Поршневые пальцы в большинстве случаев выполняют в виде бруса
равного сопротивления. При постановке заглушек на концах делаются
соответствующие расточки (фиг. 154, б, г, е). В американской практике
применяются поршневые паЛьцы со сквозной цилиндрической внутренней
расточкой, что значительно облегчает механическую обработку (фиг. 154, д, е).
Наружная шейка на пальце (фиг. 154, б) сделана для уменьшения изгибаю-
щего момента.
Замки для фиксации пальцев вдоль оси устанавливают в поршне или
на самом пальце. Наиболее сложный замок — накладка на поршень
(фиг. 155, а). Значительно проще пружинные замки, вставляемые в канавки
в бобышках поршня (фиг. 155, б, в). При этом палец делается короче
своего гнезда на 3—4 мм во избежание выкрашивания алюминиевой
стенки поршня за кольцом. Концы замков этого типа могут иметь либо
загибы, либо отверстия для ввода в них при монтаже концов круглогубцев
(фиг. 155, б). Более удобны и просты в монтаже замки типа, показанного
на фиг. 155, в.
Не менее просты пружинные замки, устанавливаемые на концах поршне-
вых пальцев (фиг. 155, г). В этой конструкции между кольцом и бобышкой
поршня имеются шайбы, уменьшающие износ бобышек поршня с торца.
Пружинный замок может применяться при сближенных бобышках.
235
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Очень распространены алюминиевые заглушки, устанавливаемые в торец
пальцев (фиг. 155, д, е). Они обычно обтачиваются по сфере несколько
меньшим радиусом, чем радиус цилиндра. Недостаток таких замков заклю-
чается в том, что при небольшой твердости зеркала цилиндра они могут
способствовать образованию местной продольной выемки. При алюминиевых
заглушках, кроме того, иногда наблюдается наволакивание алюминия на
Фиг. 155. Типы замков поршневых пальцев
а—двигатель Либерти, б—двигатель М-17 и Райт-100, в—двигатель Рено-Бенгали,
г—двигатель М-87, д—двигатель М-100, е—двигатель Райт F.
зеркале цилиндра. Фирма Райт, ранее применявшая алюминиевые заглушки,
отказалась от них главным образом по этим соображениям и перешла на
пружинные с загнутыми концами замки. На двигателе Райт G-2 стоят замки по
типу, принятому для двигателя М-17 (фиг. 155, б). Пружинные замки
легче заглушек.
§ 75. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПОРШНЯ И ЕГО ДЕТАЛЕЙ
При расчете деталей поршня наименее надежным является расчет
днища, даже если оно представляет собой плоскую плиту без ребер.
В этом случае задача затрудняется оценкой характера заделки краев этой
плиты и выбором расчетного диаметра. И. Ш. Нейман, полагая защемле-
ние полным по внутреннему диаметру, рекомендует следующую расчетную
формулу (фиг. 156):
0„а = 0,68рг (W 400 -- 600 кг]смг. (56)
Девийе рекомендует считать днище с прямыми ребрами как ряд
балок, таврового сечения на двух опорах; по Островскому днище пор-
шня разрезается на ряд секторов; каждый сектор заделан на внешней дуге
и нагружен равномерной нагрузкой.
При всех перечисленных методах расчет не дает действительных зна-
чений напряжения. Поэтому практически достаточно определять толщину
днища е по статистике
е = 0,06 0,077).
Расчет бобышки поршня производится на смятие'от усилия вспышки
Р
сгсж = 2k = 200 ч- 400 кг/см?, (57)
Несущая боковая поверхность поршня проверяется на удель-
ное давление от силы N
_ Ncp
сУДёл. ср-(58)
236
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
где Лдр — среднее значение боковой силы без учета ее направления. Эта
величина оУдел. ср, невидимому, не должна превышать 3—4 кг/см2, считая
по проекции поверхности несущего пояса, во избежание задира поршня.
Для поршня главного шатуна необходимо определить давление на
боковую поверхность
от [прицепного ша-
туна:
№лг=№'4=^,; (59)
Фиг. 157. Определение давления на боковую поверх-
ность главного шатуна от действия прицепных.
Фиг. 156.
здесь плечи В и в берутся
графически на основании построения меха-
низма в нескольких последовательных положениях, как показано нафиг. 157
Суммирование сил Nrjl, от несколь-
ких цилиндров на одном поршне произ-
водится алгебраически, причем необхо-
димо учитывать смещение фаз сообразно
с порядком зажигания.
Для удобства вычислений в табл. 8
fc в
приведены значения 5 = для пяти-,
семи- и девятицилиндровых двигателей в
зависимости от угла поворота кривошипа
относительно оси цилиндра с главным
шатуном *.
Для получения силы Nvni от какого-
либо цилиндра нужно множить соответ-
ствующие данному положению криво-
шипа величины Рс в данном цилиндре,
с учетом их знаков, на значения В, взя-
тые из табл. 8.
Для симметричных шатунов, напри-
мер 3 и 8 или 2 и 9 в девятицилиндровом
звездообразном двигателе весь ряд зна-
чений В остается одинаковым. Но отсчет
углов ах ведется либо сверху ПО левой Фиг. 158. Схемы расчета поршневого
графе, либо снизу по правой графе ах пальца.
сообразно с положением номера цилин-
дра в таблице. При отсчете снизу знаки величин G, приведенные в табл. 8,
меняются на обратные.
* Табл. 8а, б, в составлены адъюнктом ВВА т. Ко рал л кины м.
237
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Так, например, в девятицилиндровом звездообразном двигателе при
а = 30° для 2-го цилиндра В2 = + 0,0423, а для 9-го S9 = — 0,0305, прн
а = 90° = + 0,0120, ^=4- 0,0143.
Т а б л и ц’а 8а
Значения £ для подсчета бокового усилия при I: гср== 3,2*
Для семицилиндрового звездообразного двигателя
Угол пово- рота отно- сительно 1-го (глав- ного) ци- линдра аг Номера цилиндров (отсчет углов сверху)
2 3 4
0 0,0790 0,0878 0,0367 360
30 0,0826 0,1380 0,115 330
60 0,0659 0,1410 0,1680 300
90 0,0347 0,1050 0,1720 270
120 —0,0108 0 0510 0,1200 240
150 —0,0490 —0,0205 0.0466 210
180 -0,0733 —0,0910 —0,0367 180
210 -0,0815 —0,1390 —0,1230 150
240 —0,0645 —0,1530 —0,1700 120
270 —0,0394 —0,1190 —0,1720 90
300 0 —0,0584 —0,1240 60
330 0,0411 0,0205 —0,04660 30
360 00790 0,0878 —0,03670 0
7 6 5
Номера цилиндров (отсчет углов снизу)
Таблица 86
Значения 6 для подсчета бокового усилия при /:гср = 3,65
Для девятицилиндрового звездообразного двигателя
«1 Номера цилиндров (отсчет углов сверху)
2 3 4 5
0 0,0412 0,0625 0,0537 0,0173 360
30 0,0423 0,0808 0,0980 0,0778 330
60 0 0321 0,0775 0,1130 0,1210 300
90 0’0120 0,0548 0,9650 0,1240 270
120 0,0103 00120 0,0526 0,0910 240
150 0,0310 -0,0327 0 0,0413 210
180 —0,0429 -0,0663 —0,0595 —0,0203 180
210 —0,0429 —0,0855 —0,0985 —0 0800 150
240 -0,0316 -0,0798 -0,1180 -0,1210 120
270 —0,0143 —0 0530 —0,0970 - 0.1270 90
300 0,0121 —0,0197 —0,0543 -0 0943 60
330 0,0305 0,0300 —0,0029 —0,0403 30
360 0,0412 0,0625 0.0537 0,0173 0
9
Номера цилиндров (отсчет углов снизу)
♦ Во всех табл. 8—9 при отсчете углов снизу знаки меняются на обратные.
238
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица 8в
Значения 6 для подсчета бокового усилия
Для пятицилиндрового звездообразного двигателя
а1 Номера цилиндров (отсчет углов сверху)
2 3
0 0,0926 0,0567 360
30 0,1070 0,1300 330
60 0,1030 0,1770 300
90 0,0618 0,1730 270
120 0,0138 0,1140 240
150 —0,1416 0,0987 210 ‘
180 — 0,0855 -0,0512 180
210 —0,1010 —0,1280 150
240 —0,0942 —0,1770 120
270 —0,0584 —0,1630 90
300 —0,0104 -0,1020 60
330 0,0447 —0,0267 30
360 0,0926 0,0567 0
5 4
Номера цилиндров (отсчет углов снизу)
Таблица 9
Коэфициенты 6 боковой силы на поршни главного шатуна от действия прицепных
Для мотора Хорнет
«1 Номера цилиндров
2 3 4 5
0 0,0364 0,0583 0,0504 0,0189 360
30 0,0378 0,0739 0,0883 0,0715 330
60 0,0303 0,0703 0,1017 0,1069 300
90 0,0142 0,0465 0,0871 0,1120 270
120 —0,0068 0,0138 0 0501 0,0854 240
150 -0,0257 -0,0260 0,00023 0,0374 210
180 —0,0364 —0,0583 -0 0504 0,0189 180
210 —0,0378 —0,0739 —0,0883 0,0715 150
240 —0,0303 —0,0703 —0,1017 0,1069 120
270 —0,0142 —0,0465 —0 0871 0,1120 90
300 0,0068 —0,0138 —0,0501 0,0854 60
330 0,0257 0,0260 —0,00023 0,0374 30
360 0,0364 0,0583 0,0504 0,0189 0
9 8 | 7 1 6 ai
В аналогично составленной табл. 9 даются значения коэфициента
вычисленные для двигателя Хорнет* с L : R = 4,2 ~ Z : г.
Расчет поршневого пальца Островский рекомендует вести по фор-
муле:
°из = = 2500 ч- 3500 кг/см*. (60)
♦ Табл. 9 составлена по данным инж. Смольянинова. .
23)
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Знаменатель этой формулы представляет собой среднее арифметиче-
ское из знаменателей формул (б) и (в), приведенных на фиг. 158.
Результаты подсчета по этой формуле довольно близко подходят к
результатам, получаемым при пользовании формулой (а) (фиг. 158).
§ 76. ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА
В поршнях современных двигателей обычно устанавливаются два или
три уплотнительных кольца и одно или два маслосбрасывающих.
Влияние числа уплотнительных колец на давление в камере
сжатия было исследовано на опытном одноцилиндровом двигателе, приво-
дящемся в движение от электро-
мотора. Результаты замеров при-
ведены в табл. 10*.
Уплотнительная способность
Таблица 10
Влияние числа колец на давление в камере
сгорания
Число колец на поршне Давление в камере сжатия при 130 об/мин.
без смазки кг {см2 с нормаль- ной смазкой кг{см~ с обильной смазкой кг{см2
0 8,9 10,2
1 27,2 28,8 31,6
2 27,2 29,7 33,2
4 27,3 29,9 33,4
колец основана на принципе ла-
биринтного уплотнения, созда-
ваемого стенкой цилиндра, порш-
нем и кольцами. Сущность его
заключается в дросселировании
газа ступенями при последова-
тельном перетекании через узкие
зазоры из одной полости в дру-
гую. В результате перепад дав-
ления между последней полостью
и наружной средой может быть
сильно уменьшен. Соответственно
уменьшается и утечка газа, за-
висящая от перепада лишь в последней ступени.
Определение фактического падения давления в полостях между коль-
цами цилиндров и поршнем по мере удаления от камеры сгорания
(фиг. 159') было проделано Petre на двух одноцилиндровых двигателях.
Один двигатель работал, а в другом поршень был неподвижно закре-
плен в ВМТ.
Фиг. 159. Установка для определения трения поршней в зависимости от числа
колец (по опытам инж. Фомина).
Камеры сгорания обоих двигателей были соединены между собой; в
работающем двигателе к различным точкам за кольцами и между ними
были присоединены индикаторы. Результаты замеров приведены в табл. 10'.
* Таблица 10 составлена по данным, приведенным в книге Коссова, Поршневые
кольца.
.240
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Результаты этих опытов дают основание утверждать, что для уплот-
нения поршня при нормальной степени сжатия
уплотнительных колец. В дизелях, где степень
сжатия и давления вспышки вдвое больше, чем
в карбюраторных двигателях, приходится уста-
навливать более трех уплотнительных колец.
Дальнейшее увеличение их числа невыгодно, так
как влечет за собой увеличение высоты поршня
и, следовательно, габаритов двигателя. Вместе с
тем с увеличением высоты поршня увеличивается
его трение.
О влиянии числа колец на силу трения порш-
ней двигателя можно судить по диаграмме
(фиг. 159), составленной на основании исследова-
ний инж. Фомина.
Различные варианты взаимного расположения
колец даны на фиг. 160. В случае установки
одного из маслосборных колец ниже оси пальца
(фиг. 160,г) попадание масла в камеру сгорания
достаточно двух - трех
41 ат
Фиг. 159'. Давления за коль-
цами по опытам Petre.
уменьшается, снижается расход масла и улуч-
шается работа свечей. Одновременно с этим такое расположение уко-
рачивает несущую часть поршня, уменьшает количество масла, попа-
Фиг. 160. Расположение колец на поршнях современных двигателей:
а—двигатель М-1ОО; б и в—варианты расположения колец в двигателе АМ-34; г—двигатель М-25;
д и е—двигатель М-87 (поршень прицепного шатуна); ж—двигатель Рено-Бенгали.
дающего на юбку, ухудшает ее смазку и поэтому при большой бо-
ковой нагрузке поршня не всегда может быть полезно. Этим и объяс-
няется различие в конструкции поршней главного и прицепных шатунов
двигателя М-87 (фиг. 160, е, д)*.
Уплотнительные кольца обычно имеют прямоугольное сечение. Удельное
давление на стенку цилиндра от сил упругости в этом случае не превышает
0,5—0,6 кг/см2.
* В последующих модификациях двигателя М-87 на главных шатунах ставились
поршни с расположением колец по типу, показанному на фиг. 160, д. Это было выз-
вано необходимостью устранить забрасывание маслом свечей у цилиндров с главными
шатунами, часто наблюдавшееся при поршнях без нижнего кольца.
BBA—142—16 7Д1
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Маслосборные кольца, где удельное давление для лучшей очистки
масла должно быть значительно выше, обрабатываются по конической по-
верхности (фиг. 160) или имеют фаску (фиг. 161, а). Конические кольца
быстро прирабатываются к цилиндру и поэтому они применяются также
в качестве уплотнительных. Во избежание излишнего попадания масла в
камеру сгорания конические кольца должны монтироваться меньшим ос-
нованием к камере сгорания. После 100—120 час. работы двигателя конус
колец срабатывается и сечение их делается прямоугольным.
Фиг. 161. Типы маслосборных колец:
а—кольцо с фаской, б—швеллерное кольцо с радиальными сверлениями, в—кольцо со впади-
нами, выфрезерованными внизу, г—швеллерное кольцо с продольными сквозными пазами.
' Для наилучшего отвода масла маслосборным кольцам часто при-
дается швеллерное сечение с многочисленными радиальными сверлениями
(фиг. 161, б), либо с продольными сквозными пазами (фиг. 161, г). Иногда
снизу выфрезеровываются впадины (фиг. 161, в).
При движении поршня от ВМТ к НМТ масло, счищаемое со стенок
цилиндра, оказывает значительное давление на нижнее кольцо, в резуль-
тате чего поясок между двумя смежными кольцами может быть срезан.
Во избежание этого под нижним кольцом часто делается кольцевая вы-
точка (фиг. 162). Из получающейся при этом полости масло свободно
отводится по нижнему ряду сверлений. Чтобы избежать ослабления поршня
двумя параллельными рядами сверлений, в выточке и в поршневой канавке
эти отверстия необходимо располагать в шахматном порядке.
242
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Замок поршневых колец выполняется по одной из схем, приведенных
в табл. 11 *. Наиболее часто применяется косой стык с углом 30 или 45°.
Однако форма стыка не оказывает существенного влияния на утечку га-
зов из камеры сгорания, что видно из той же таблицы.
Таблица 11
Результаты испытания стыков на утечку газа
Тип. замка поршневого кольца Утечка газа, л!мин
в статических условиях на работающем двигателе
Z л £ 56,5 15,6
' " \\ 60,4 15,0
- ; 1 1 । । 42,5 14,3
при сборке
Для устранения прорыва газов замки отдельных колец
располагаются друг относительно друга под углом 120—180°.
Фиг. 163. Схема расположения поршневых
замков (двигатель Рено-Бенгали).
Фиг. 164. Установка стопоров
поршневых колец.
Для той же цели разрезы колец делаются с наклоном в разные сто-
роны, как показано на фиг. 163. Однако эта мера не имеет существен-
ного значения. В некоторых случаях, например в двухтактных двигателях
или при гильзовом газораспределении, стыки должны быть зафиксированы
во избежание поломки колец при попадании их кончиков в окна гильз.
Пример установки стопорных шпилек показан на фиг. 164. Однако в
этом случае кольца склонны к пригоранию.
§ 77. РАСЧЕТ ПОРШНЕВОГО КОЛЬЦА
В излагаемом методе расчета кольцо рассматривается как прямой брус,
т. е. предполагается, что нейтральный слой проходит через центр тяжести
сечения, совпадая, таким образом, со средней окружностью кольца, и
что напряжения на внутренней и наружной сторонах кольца одинаковы и
изменяются по линейному закону.
Как известно из теории кривого бруса, в действительности нейтраль-
ный слой смещается к внутренней стороне изогнутого 6pvca. Напряжения
* Данные табл; 11 заимствованы из книги К о с с о в а, Поршневые кольца.
243
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
в этом случае меняются по гиперболическому закону и на внутренней
стороне оказываются больше, что видно по эпюре напряжений на фиг. 165.
Значительная разница в напряжениях °тах И <3mjn получается при ОТНОСИ"
тельно большой кривизне и высоте сечения А, что видно из данных
табл. 12*.
Таблица 12
Го h Гиперболический закон распределения напря- жения Линейный закон рас- пределения напряжения Ошибка при расчете по линейному закону в %
°тах M-.FrT cmin стах ~m7f7T cmin
M:Fr0 M:Fr0
1 9,2 — 4,4 6 — 6 35
2 14,4 —10,3 12 —12 17
3 20,2 —16,1 18 —18 10,9
4 26,2 —22,2 24 —24 9,2
10 62,0 —58,0 60 —60 3,2
Примечание. М — изгибающий момент, F — площадь сечения, г0 — начальный ра-
диус кривизны.
б min
Фиг. 165. Эпюры напряжений при изгибе
кривого бруса.
Учитывая, что в поршневых кольцах отношение-—- обычно равно 14—15,
ошибка при расчете кольца как
прямого бруса будет не более 2%.
Далее принимается, что кольцо
равномерно прилегает к стенкам
цилиндра по всей окружности, ока-
зывая одинаковое давление во всех
точках соприкосновения.
Замеры давления, произведен-
ные на выполненных уже кольцах,
показывают, что этого достичь
обычно не удается. Это видно из
диаграммы (фиг. 166), где от по-
верхности кольца отложены по ра-
диусам величины давления, заме-
ренные в этих точках при помощи
специальных приборов. Вид таких
диаграмм зависит от способа обработки колец и формы их в свободном
состоянии.
Для получения равномерного давления необходимо обеспечить в сво-
бодном состоянии кольца вполне определенную геометрическую форму,
которую можно построить достаточно точно.
Определим сначала связь между величиной давления на стенку ци-
линдра и напряжением.
Пусть кольцо радиуса г вставлено в цилиндр. Радиус средней линии
кольца в рабочем положении будет (фиг. 167):
г-г-±-
rQ~r 2
Обозначая удельное* давление на стенку через р, получим, что на
элемент кольца, соответствующий углу df, действует сила
dp —pr- d^b.
(61)
* Табл. 12 заимствована из книги Тимошенко, Прикладная теория упругости.
244
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Момент этой силы относительно какого-либо сечения а, для которого
ищется напряжение,
dM — prbrQ sin dy.
(62)
Это сечение задано углом а, отсчитываемым от сечения, противопо-
ложного стыку.
Фиг; 166. Диаграммы давления поршневых колец на стенку цилиндра.
Полный момент всех сил относительно сечения а будет:
7И = У*prr^b sin dy = prrQb (1 + cos a).
(63)
Напряжение
изгиба
__ М _____6pbrrG (14-cosa)
°из “ Ду “ bh2 ’
т. е.
<зиз = (1 +cosa).
(64)
Напряжение изгиба
Фиг. 167.
не зависит от высоты кольца по образующей, по-
тому что и усилие dp, и момент сопротивления
пу bh* и
w = -у пропорциональны величине Ь.
Наибольшего значения величина Диз
в сечении против стыка при a = 0.
В этом случае
__ 12ргг0
м “ А2 ’
Так как т° можно написать:
И, наконец,
<5М
12/?г2
Л2
п-
Р ~ 12гг0 •
достигает
(64')
(64")
(64"')
Действительное давление может ока-
заться значительно выше в момент вспышки, в
особенности под верхним кольцом.
Перейдем к определению формы кольца в свободном состоянии;
обозначим через р радиус кривизны в свободном состоянии.
Тогда для изгиба до рабочего состояния
1________1 _ м
р r0 EJ •
(65)
245
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Подставляя значение /И из уравнения (63) и имеем для сече-
ния а (фиг. 167)
1 1 prrob(l +cosa) • 12
р г0 ~ ЁЬЮ * . 1 ’
Используя уравнение (фиг. 64'), можно получить:
----Ь = — ~ (1 + COS а). (67)
Р '6
Из уравнений (66) и (67) видно, что радиус кривизны р для разных
элементов кольца является величиной переменной.
Наибольшего
значения величина р достигает при а = 0, т. е. для се-
противоположного
состояние
Свободное
состояние
р=0'а=о'Ь
р2=ОгЬ=о"с
p==Off'c=o"'d
3
'с
Свободное
Рабочее состояние
vq~75mm
h —5 мм
Е = 825000кг/см2
б -1000кг/см2
Разбивка углов
по окрио/сности r„ „
по 20° 3
поршневого
Фиг. 168. Графическое построение формы
кольца в свободном состоянии.
s-^-ISmm
* о
Рабочее
состояние
чения,
стыку
1
1 25м /UQ\
Р ГТ—ЁТ- <68>
Наименьшее значе-
ние величина р имеет при
а — тс, т. е. на стыке. Здесь
1 1
т = 7о-> Т. е. р = г.
Форму кольца в свобод-
ном состоянии можно легко
получить графически на ос-
новании уравнений (66) и
(67).
Для этого надо задаться
величинами А, г0 и р (либо
ом) и тогда при разных зна-
чениях а можно найти со-
ответственные значения р.
Построение формы коль-
ца нужно вести от сечения,
противоположного стыку,
как указано на фиг. 168. В
этом случае средняя окруж-
ность сжатого кольца раз-
бивается на равные дуги S.
Величины этих дуг откла-
дываются на дуговых отрез-
ках, проводимых радиусами
Рь Рз> Рз и т- Д-
Это построение в утри-
рованных соотношениях по-
казано на фиг. 168 слева
внизу.
сопряженными. Поэтому центр дуги 1
Эти дуговые отрезки являются
радиуса р!=О'а располагается на оси г0, центр дуги 2 радиуса р2 = О"Ь —
на О'Ь, центр дуги 3 радиуса р3 — О’" с — на оси О”с и т. д.
Кольцо, средняя линия которого имеет вид полученной кривой, встав-
ленное в цилиндр, будет производить на стенки равномерное заданное
давление при заданном наибольшем напряжении.
Расчет не может, однако, считаться на этом законченным, так как по-
лученное таким образом кольцо может потребовать очень большого раз-
вода при постановке на поршень, вследствие чего напряжение в момент
246
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
надевания окажется значительно большим, чем напряжение в рабочем
состоянии.
Для решения задачи о создании равнопрочного кольца необходимо
вывести аналитическую зависимость между деформацией кольца и напря-
жением.
Для аналитического определения деформации в рабочем состоянии
необходимо знать углы поворота произвольных сечений при переходе
от рабочего положения к свободному.
Для двух бесконечно-близких сечений А и В, заданных углами а и da,
по средней окружности кол]
ются, как показано на фиг.
бодном состоянии сечение
В', причем радиус криг
изменяется с г0 на р.
Тогда угол поворота сеч
&da — da — dar,
но из фиг. 169 видно, что
, dS , dS
— ; da = —. (69)
Г ' О
Таким образом
Arfa = _rfS(-|—Д),(70)
а так как на основании фор-
мулы (69)
dS — r0 da,
то
Д<7а= — r0(-j!-Д) da. (71)
Тогда на основании урав-
нения (67) имеем:
ца в рабочем состоянии,
169. Закрепляя сечение
В займет положение
юны дуги dp=AB=AB'
деформации определя-
А, увидим, что в сво-
Фиг. 170.
(72)
Фиг. 169.
£^-(1 + C0Sa)iZa.
При этом угловом перемещении сечения В переместятся и все другие
точки кольца. При повороте сечения В на угол bda, очевидно, повернется
на такой же угол (фиг. 170) и прямая ВС, соединяющая точки В и С,
Точка С займет положение С, передвинувшись по оси х на Дх, а по оси
у на Ду.
Величину деформации Дх можно найти из подобия треугольников
где ус и у в — ординаты точек В и С.
Так как СС = BC\da, то, сокращая уравнение (73) на ВС и заменяя
kda согласно уравнению (72), имеем:
Д* = (Ус—Ув) + cos a) tfa (74)
СИ
*
Далее из фиг. 170 имеем:
Ув = г0(1 — cos а);
и аналогично этому при любом значении
Ус = r0(l — cost?). (75)
247
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Подставляя эти значения у в уравнение (74), получаем:
Г2а
&х ~ cos а) —cos ?)— О —cos а)] ^а- (76)
Полное перемещение точки С от деформации всех сечений, лежащих
между точками А и С
/ ф
хас = ~^~ /о + cos а) [(1— cos tp) — (1— cos а)] da. (77)
а
Перемещения по оси у можно найти аналогичным путем.
Для определения развода концов в свободном состоянии надо принять
у = тс и вести интегрирование от a = 0.
Тогда уравнение (77) принимает вид
ГС
х=п&г+cos С78)
О
к
Г2а С
х — 1 (cos2 a -f- 2 cos a + 1) da;
Cft и
0
% = C“^J'(y+£<|^‘ + 2cosa+l)rfa, (79)
0
а так как вообще
гс
cos kada. — О,
о
где k любое число не равное нулю,
то
Х=2"~Е1Г’
Развод кольца в свободном состоянии
Г23
/св = 2х = 3тс-^. (81)
В формулах (80) и (81) дается связь между деформацией кольца и на-
пряжением в рабочем состоянии. Для определения связи между деформа-
цией и напряжением при надевании можно поступить следующим
образом.
Предположим, что кольцо при надевании плотно охватывает поршень
своей внутренней поверхностью.
В этом случае средняя линия кольца имеет постоянный радиус кри-
визны
Гн = Г + "2 " •
После того как кольцо заведено в канавку, но еще не вставлено в
цилиндр, оно снова приобретает свободную форму с переменным ради-
усом кривизны р. Таким образом, к данному случаю можно применить
все вышеизложенные выводы с той лишь разницей, что при переходе от
напряженного состояния к свободному происходит не уменьшение кри-
11 11
визны с — до •—, а увеличение с — до —.
Г0 р гн р
248
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Тогда уравнение (80) может быть для этого случая представлено в сле-
дующем виде:
о Г2<г
<82>
Здесь ом. н — наибольшее напряжение при надевании.
При нахождении величины ом. н для заданного кольца необходимо вна-
чале определить хн из геометрических размеров кольца и поршня. Если
принять, что расстояние а между концами кольца а в момент надевания,
выражается уравнением
а — 2тггн — 2кг0 = 2'ir/z, (83)
тогда
2хн = а — /сВ = 2тгЛ — /св. (84>
Подставляя эту величину хн в уравнение (82), можно определить
ом.н — наибольшее напряжение при надевании.
Напомним, что формулы (81) и (82) выведены для кольца, обеспечи-
вающего равномерное давление на стенку поршня. Однако с достаточной
для практики точностью можно пользоваться формулами (81) и (82) во-
всех случаях расчета поршневых колец.
На основании уравнений (81) и (82) можно решить задачу о рацио-
нальных размерах кольца.
Исходя из условия равнопрочности, напряжения при надевании и в ра-
бочем состоянии поршневого кольца должны быть равны между собой.
Тогда, воспользовавшись уравнениями (81) и (82), имеем:
fCBEk 2Унед
Зкгд Злг2
Сокращая общих множителей и заменяя 2лн , по уравнению (84) имеем;
отсюда
(86>
Подставляя значения
и
, h
Гн = г+у
h
гъ~г~~~2*
получим:
(87
Из формулы (87) можно найти, что при довольно широком диапазоне
2г
изменения -----от 20 до 40 — между /св и h jyin равнопрочного кольца
должно существовать практически постоянное соотношение
/св = 3/г, (88)
без учета добавочного зазора в стыке на тепловое расширение кольца,
который составляет дополнительно 0,3 4- 0,6 мм на 100 мм диаметра
цилиндра.
246
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Отклонение от этого соотношения указывает на то, что кольцо
здеравнопрочно.
Если полученное значение fCB подставить в уравнение (81), то для рас-
чета равнопрочного кольца имеем:
Фиг. 171. Наибольшее на-
пряжение изгиба см и дав-
ление на стенку цилиндра
чугунных колец.
Е h2 _ 4Е 1
" гГ .
(89)
Задаваясь величиной , можно найти соот-
ветствующую величину ам. Наконец, зная ом,
можно по формуле (64/,z) найти соответствующее
давление р на стенку цилиндра.
На диаграмме (фиг. 171) даны значения ом и р,
подсчитанные по формулам (87) и (64) для раз-
личных отношений диаметра цилиндра к ради-
альной толщине кольца: k — -^. Общепринятым
является соотношение k = 35 4- 28, так как зна-
чения а получаются в этом случае не слишком
большими (1000—1500 к?]см2} при достаточном
давлении — от 0,3 до 0,65 кг[см2.
Задача
Найти напряжения при надевании и в ра-
бочем состоянии для кольца двигателя Л о р-
р е н-Д и т р и х.
Дано:
Диаметр цилиндра D = 2г == 120 мм, h = 4 мм, /св = 13 мм.
Решен и е.
По формуле (81)
имеем для рабочего состояния:
fc„Eh 13 - 4 • 825 000
op =-----=------------------= 1350 кг]см2.
Р 3rcrg Зя-582
находим:
хн = к • 4 —• 6,5 — 6,1 мм.
По формуле (84)
По формуле (82)
он = • 825000 - Ш0 кг]см2.
н Зя • б22 1
§ 78. ПОРШНИ КАК ОРГАНЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
В четырехтактном ротативном двигателе Г ном 80 л. с. в днище
«стального поршня был установлен автоматический клапан (фиг. 172), от-
крывавшийся под влиянием разрежения в цилиндре во время хода всасы-
вания. Смесь при этом поступала в цилиндр из картера. Такое распо-
ложение впускного клапана было возможно лишь в ротативных двигателях,
у которых поршень не имел возвратно-поступательного движения.
У двухтактных двигателей, в отличие от четырехтактных, поршни
всегда выполняют роль органов газораспределения, открывая и закрывая
продувочные или выхлопные окна или и те и другие. В случае боковой
продувки (фиг. 173) на днище делается гребешок-отражатель, улучшающий
продувку. Такая форма днища применяется во многих бензиновых мало-
мощных двигателях.
Юбка поршня двухтактного двигателя делается значительно длиннее,
чем у четырехтактного, так как она закрывает выхлопные и продувочные
окна во время сжатия. Отношение длины поршня к диаметру у двигателей
.250
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
этого типа доходит до 2. Для этой же цели необходимо в нижней части
поршня ставить уплотнительные кольца. Одним из существенных дефектов
поршней, открывающих выхлопные окна двухтактного двигателя, является
пригорание поршневых колец и, как следствие, потеря ими упругости.
Фиг. 172. Поршень со всасываю-
щим клапаном, установленным
в днище (двигатель Гном
80 л. с.).
Фиг. 173. Схема работы двухтактного двигателя
с боковой продувкой
а—окно выхлопа; б—окно всасывания, \с—гребешок-отража-
тель на поршне.
Для устранения этого дефекта на поршне двигателя ЮМО было при-
менено тонкое неразрезное L-образное, а потом тавровое, так называемое
„жаровое кольцо". Днище поршня в этом случае выполнялось разборным
(фиг. 173').
а б
Фиг. 173'. Поршни двигателя Юнкере.
Фиг. 174. Схема пор-
шневого кольца с об-
тюратором (двигатель
Гном):
а — стальное пружинное
кольцо, б — латунное
разъемное кольцо.
Следует отметить, что аналогичная система уплотнения была впервые
применена в двигателе Гном (фиг. 174). Более радикальной мерой, устра-
няющей перегрев днища, было бы принудительное охлаждение поршня
изнутри. Однако конструктивное выполнение этого чрезвычайно трудно.
§ 79. МАТЕРИАЛ, ИЗГОТОВЛЕНИЕ И МОНТАЖ ПОРШНЕЙ И ИХ ДЕТАЛЕЙ
Химический состав и данные о механических качествах поршневых
сплавов, применяемых для авиадвигателей, приведены в табл. 13.
Германский сплав АС-4 и так называемый американский поршневой сплав
АС-3 широко применялись в двигателях без наддува, в которых темпера-
турные режимы работы поршней сравнительно не тяжелы. Для поршней
современных двигателей применяются сплавы с более высокими механи-
ческими качествами. Широко распространен сплав »Y“, а также сплав типа
RjR-59 (фирмы Ролльс-Ройс).
251
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица 13
Химический состав и механические качества поршневых сплавов
Марка сплава Химический состав, % (основные компоненты)
Си Мп Mg Si Fe Ni Ti
АС-3 10-14 <0,7 <1,0
АС-4 10—13 — — <0,7 <1,0 0 5—1,5 —
АК-2 АС-5 3,5—4,5 — 0,4-0,8 <0,7 <0,7 1,8—2,3 —
(сплав Y) 3,5—4,5 •— 1,0—2,0 <0,7 <0,7 1,5—2,2 —
АК-4 (RR-59) DTD 1,5—3,0 А1 <0,2 1,4—1,8 0,5—1,25 1,2-1,5 0,05-0,12 —
(электрон) 8,0 2,0 Остальное 2,5 1,5
Удельный вес Механические качества Примечание Применяются в двигателях
временное сопротив- ление в кг]мм~ не менее удлинение в % не менее твердость по Бринеллю кг] см? не менее
3,1 14 — 70 Литье в песок М-5, М-22 и др.
3,1 . 14 — 80—100 >> >> » М-17, БМВ-VI
2,9 36 5 100 Штамповка М-109, М-25, Райт- Циклон, Испано- Суиза, Нэпир-Деггер
33 4 90 Поковка
2,9 16 3 65 Отливка —
2,8 38 4 100 Штамповка М-87, АМ-34, Ролльс- Ройс, Гном-Рон, К-14
36 3 90 Поковка
1,8 25 4 — Поковка автомобильных
Сравнительная характеристика механических качеств этих сплавов при
повышенной температуре дана на диаграмме (фиг. 175). Следует добавить,
что поршни из сплава RR-59 дают меньший износ, чем поршни, изготов-
ленные из сплава „Y“.
Электрон, несмотря на малый удельный вес (1,8), не нашел применения
при изготовлении поршней авиационных двигателей вследствие повышен-
ного коэфициента линейного расширения, доходящего до 27,0 • 10~6-
К числу недостатков многих алюминиевых сплавов относится явление
так называемого „роста" поршней, показанного графиком на фиг. 176.
Увеличение диаметра поршня бывало причиной многих аварий.
Для устранения роста производится термообработка и искусственное
старение, заключающееся в выдержке при 200—250° С в течение 3—5 час.
с последующим охлаждением в холодной воде или на воздухе.
Заготовка поршня, оказывающая большое влияние на качество готовой
детали, может быть получена путем отливки либо поковки (штамповки).
Литье поршней производится в металлический кокиль, причем стержень
может быть либо земляным, либо также металлическим (фиг. 176'). В послед-
нем случае механические свойства и твердость отливки получаются заметно
252
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
выше, а размеры отливки выдерживаются точнее; кроме того, поверхность
заготовки получается значительно более чистой, чем при литье с земляным
стержнем.
В настоящее время отливка применяется главным образом для изготов-
ления поршней маломощных двигателей. Поршни же для мощных двига-
телей выполняются исключительно путем ковки или штамповки, так как
литые поршни не выдерживают высоких нагрузок и дают трещины в бо-
бышках и на юбке.
Сравнительные данные о изменении механических качеств материала
сплава АС-5 для поршней, в зависимости от метода его обработки, при-
ведены в табл. 14.
Таблица 14
Механические качества термически обработанного сплава АС-5 в зависимости от условий
отливки или обработки__________________________________________________________________
№ по пор. Условия отливки и обработки Временное сопротивле- ние кг]мм2 Удлинение % Твердость по Бринеллю кг] мм2
1 Отливка в землю и термообработка (закалка и старение) 20 1,5 90
2 Отливка в кокиль и термообработка (закалка и старение) 25 2—3 ПО
3 Ковка и термообработка 35 8 —
Примечание. Механические качества приведены для испытания специально изго-
товленных образцов. Образцы же, вырезанные из поршня, могут иметь пониженные меха-
нические качества.
Помимо повышения крепости, поршневой материал при ковке уплотняет-
ся, чем устраняется необходимость
испытания на прочность и герметич-
ность готовых поршней. Пуансон
для штамповки поршней показан на
фиг. 176".
Последующая механическая обра-
ботка поршня заключается в отделке
наружной поверхности, расточке от-
верстия для пальца, фрезеровке боко-
вин. Иногда для увеличения поверх-
ностной твердости днище поршня
обрабатывается накаткой, а отверстия
для пальцев нагартовываются протяж-
кой (фиг. 145')-
Законченный обработкой поршень
проходит тщательный контроль (фиг.
176 я, б, в). Проверяется соответствие
размеров поршня принятым допускам;
контролируется его вес, проверяется
соответствие допускам перекос от-
верстия под поршневой палец (допуск
около 0,05 мм на 100 мм), снос оси
этого отверстия относительно юбки
(допуск около 0,1 мм) и расстояние
днища от этой оси (допуск около
0,05 мм).
Поршневые пальцы совре-
Фиг. 175. Диаграмма, изменения механиче-
ских качеств различных поршневых сплавов
в зависимости от температуры.
менных двигателей изготовляются обычно из цементируемой хромоникеле-
вой стали (табл. 14) или из закаливаемой стали^марки Pvxtx(XHM-4).
253
www.vokb-la.spb.ru -» Самолёт своими руками?!
Химический состав и механические свойства сталей, при
№ по пор. Марка двигателя Марка стали (Авиа) Химический состав, % (основные компоненты)
С Сг Ni Мо
1 М-25, Райт-Циклон, Райт G-190 7330 0,10—0,15 1,25—1,75 3,25—3,75 —
2 3 М-100, Испано-Суиза 12 Ybrs и АМ-34 М-85 и Гном-Рон К-14 Х1Н ХНМ4 ( ^хххх) 0,10—0,16 0,38—0,45 0,60—0,90 0,5 —0,7 2,75—3,25 4,3 —4,9 0,7-1,2
От материала для поршневых пальцев требуется значительная вязкость.
В связи с этим глубина цементуемого слоя готового пальца ограничивается
пределами 0,8 4- 1,2 мм. При небольшой толщине пальца и значительных
нагрузках на него слишком глубокий цементованный слой ведет к ослаб-
лению пальца. Никаких дефектов на поверхности пальцев (волосные тре-
щины и др.) не допускается. Поверхность должна быть тщательно обрабо-
тана; для уменьшения износа трущихся поверхностей она полируется.
Фиг. 176. Явление роста алюминиевого
поршня при работе двигателя
1—начальный диаметр 104,53 мм под нижним
кольцом, 2—начальный диаметр 104,60 мм
в юбке.
Фиг. 176'. Кокиль для отливки поршня.
Поршневые кольца изготовляются из чугуна или стали. Стальные
кольца, однако, имеют очень ограниченное применение, так как цилиндры
большинства двигателей также выполняются из стали. Из двигателей, имею-
щих чугунные гильзы и стальные кольца, следует отметить современный
двигатель Аспин, а также двигатель М-2 (фиг. 195").
Материалом, применяемым в настоящее время для изготовления порш-
невых колец, является почти исключительно серый чугун с перлитовым
строением, обладающий хорошими антифрикционными качествами. Основной
недостаток чугуна — хрупкость не может препятствовать применению его
для колец, так как напряжение при работе двигателя не меняется.
Данные о химическом составе и механических качествах чугуна для
колец приведены в табл. 15.
Большое влияние на качество материала колец (в частности, на струк-
туру) оказывает количество связанного углерода, которое колеблется в
пределах 0,4—О,£°/о и зависит от способа отливки, условий охлаждения
и др.» При содержании связанного углерода выше принятой нормы
254
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
меняемых для изготовления поршневых пальцев Таблица 14
Механическиекачества
Временное сопротив- ление кг] мм? Удлинение % Сопротивление удару кгм] см? Твердость по Бринеллю кг! мм? Термообра- ботка Примечание
100 12 10 293—375 Цементация и закалка После цементации твер- дость по Роквеллу 5& (шкала С)
100 11 11 293—388 То же
180—200 5 4,5 514—601 Закалка
Фиг. 1766. Контроль сноса
оси отверстия под поршне-
вой палец относительно
юбки.
Фиг. 176". Пуансон для штамповки
поршня.
Фиг. 176а. Контроль перекоса оси отверстия
под поршневой палец по отношению к торцу.
Фиг. 176в. Контроль рас-
стояния оси отверстия
поршневого пальца от
днища поршня. |
Таблица 15
Фирма или страна Химический состав, % Твердость по Бринеллю кг] мм2 Способ отливки колец
с связ с граф Мп Si Р
Райт Испано- Суиза СССР (авиа) СССР (авиа) 0,47 0,55 045—0,7 0,45-0,8 3,20 2,40 2,7-3,1 2,7-3,1 0,70 0,65 0,5-0,8 I 0,5—0,8 1 । 2,86 2,45 2,1—2,75 2,6—3,25 0,52 0,56 0,3—0,7 0,4—0,7 100—103 217—270 187—225 95—105 Индивидуальная отливка 1 Литье маслот в | песок Литье в кокиль или индивидуаль- ная отливка
255.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
кольцо приобретает большую хрупкость; при содержании ниже 0,45%
твердость чугуна резко падает, уменьшается упругость кольца,
увеличивается его износ.
Наиболее опасным и часто встречающимся дефектом чугуна для порш-
левых колец является неправильное распределение графита. Структура
с крупным выпадением его обусловливает большие остаточные деформации
колец, — они быстро „садятся", т. е. теряют упругость. Заготовка колец
для последующей их механической обработки может быть выполнена либо
индивидуальной отливкой каждого кольца, либо в виде маслот (полый
цилиндрический барабан).
В последнем случае часто
применяется центробежная
отливка, которая обеспечи-
вает плотное и чистое литье
с хорошей структурой бла-
годаря быстрому остыванию.
Для отливки маслот внеш-
ним диаметром около 135 мм
число оборотов обычно не
превышает 1000 об/мин. При
индивидуальном способе от-
ливки несколько колец фор-
муются по отдельности в
песок в одной опоке; за-
Фиг. 177. Отрезка поршневых колец от маслоты. ливка металла осуществ-
ляется от общего централь-
ного литника; опоки располагаются в несколько рядов. Скорость застывания
и охлаждения колец, от которой зависит структура металла, регулируется
при этом влажностью формовочной земли.
Механические качества колец, отлитых различными способами, весьма
различны. Сравнительные испытания Штерна* показали, что в этом отно-
шении преимущество на стороне колец индивидуальной отливки, имеющих
почти вдвое большее сопротивление на разрыв (32,68 кг)мм? вместо
16, 45 кг/мм2, для. колец центробежной отливки) при более высоком сопро-
тивлении изгибу (соответственно 67 и 43 кг/мм2).
Изготовление колец из маслот проводится на токарных станках инди-
видуально.
Отрезка колец после первоначальной обточки маслоты показана на
фиг. 177.
Применявшийся ранее метод изготовления колец заключался в токарной
их обработке с постоянным диаметром, соответствующим средней кривизне
кольца в свободном состоянии. Вырез в кольце делался сразу равным
разводу также в свободном состоянии.
После обработки кольца подвергались правке при помощи насечки внут-
ренней поверхности с таким расчетом, чтобы в контрольном кольце, имею-
щем диаметр цилиндра, не наблюдалось просвета. Эта насечка выполня-
лась либо от руки, либо на специальных пасечных станках.
Кольцо вытачивается по размерам в рабочем состоянии со средним
радиусом г0. После этого делается прорез шириной, равной величине тем-
пературного зазора bt. Далее разводятся концы кольца на величину /св+
4- &t и в таком виде кольцо подвергается отжигу.
После отжига кольцо, сохраняющее полученную свободную форму, под-
вергается окончательной отделке на шлифовальных станках. При этом для
обработки внутренней и внешней поверхностей кольцо сжимается до такой
кривизны, которую оно должно иметь в рабочем состоянии, и в таком
виде затягивается с торцов (фиг. 177')-
* К о с с о в, Поршневые кольца.
256
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками
После шлифовки торцевых поверхностей производится притирка внеш-
ней цилиндрической поверхности. Изготовленные таким образом кольца
обеспечивают равномерное давление на стенку цилиндра (фиг. 166). Это,
однако, не исключает возмож-
ности пропуска газов при овали-
зации цилиндра.
После обработки кольца мо-
гут оказаться отклонения в раз-
мерах и качестве материала, что
отразится как на напряжении,
так и на боковом давлении на
стенку цилиндра. Поэтому по
окончании обработки произво-
Фиг. 177'. Шлифовка поршневых колец.
дится проверка упругости кольца.
Один из способов проверки показан на фиг. 178. Кольцо обвивается
тонкой лентой и стягивается до рабочего состояния усилием Q.
Взяв сечение ab и отбрасывая верхнюю или нижнюю половины кольца,
находим, что
2пРУ — УР^г da sin a —2Q — О,
о
(90)
откуда
а
Q = —^-pbr cos а | — pbr,
о
(91)
где р — удельное давление, оказываемое кольцом на стенку цилиндра.
Связываем величину этого усилия с величиной развода в свободном
состоянии /св. Из формулы (81), в которой значение а выражаем через р по
формуле (64'), имеем:
_ 3^0% __3б^гр
'св “ Eh “
Отсюда на основании уравнения (91)
г __ Збтс г03 о
TcB~"Eb'W^'
Если заменить величину г0 через
D—h
2 ’
где О —диаметр цилиндра, то получаем:
(92)
(93)
(94)
Эта формула, связывающая геометрические размеры кольца с уси-
лием Q, которое необходимо приложить при сжатии, принята на многих
заводах.
Другой способ контроля (по британскому стандарту) показан на
фиг. 178'. Кольцо сжимается усилием Q до рабочего состояния. Соответ-
ствующая этому случаю расчетная формула имеет вид:
/св = 5,37,4 -1)3.
(95)
Контроль стыка, а следовательно, и износа поршневого кольца
производится щупом, причем кольцо устанавливается в цилиндре или
В В А—142—17
257
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
специальном калибре, диаметр которого должен равняться диаметру ци-
линдра двигателя.
Наружная обработка кольца и его форма обычно поверяются
свет в калиброванном кольце.
При монтаже поршня на двигатель строго соблюдаются
(фиг. 179). Увеличение зазоров сверх нормы
влечет за собой замену цилиндра или поршня.
Особенно тщательно должны быть вы-
держаны зазоры в кольцах. Увеличение
зазора в стыке сверх нормы свидетель-
ствует об износе кольца и, следовательно,
об ослаблении его упругости. Постановка
таких колец может привести к прорыву газов
и к пригоранию колец. Недостаточный
зазор в стыке может повести к тому,
У | И
—в
а
Фиг. 178. Схема
испытания поршне-
вого кольца на
что при нагреве поршня концы колец упрутся
друг о друга, в результате чего возможна
поломка колец или задирание зеркальной
поверхности цилиндра. К такому же задира-
нию зеркала может привести увеличенный
упругость. диаметр поршня внутри канавки под кольцом.
Это произойдет потому, что зазор в 0,2—0,3 мм
(фиг. 179) между канавкой и кольцом не будет выдержан во
на про-
зазоры
Фиг. 178'.
Схема испы-
тания порш-
невого коль-
ца на упру-
гость.
время при-
жатия поршня к стенке цилиндра.
Недостаточные зазоры между кольцом и канавкой по
образующей обычно приводят к прихватыванию колец в канавке, потере
их упругости и к задиру поршня. На-
оборот, повышенные зазоры вы-
зывают чрезмерный расход масла и за-
масливание свечей. Это явление иногда
ошибочно объясняют тем, что масло
попадает в камеру сгорания за счет
разрежения при всасывании.
Как показали опыты Рикардо, при-
чина этого заключается насос-
Ху 0.7-08
\YrtZ Ф-100ММ
^-О/1-o/ff
-0p9-0Jh
-0M--0D9
1 © 100 мм
0.02 ~ 0.67
Фиг. 180. Схема насосного действия порш-
невого кольца.
Фиг. 179. Монтажные зазоры поршня
двигателя воздушного охлаждения.
ном действии колец, сущность которого показана на фиг. 180. Прк
движении поршня вниз зазоры заполняются маслом, снимаемым со стенки
цилиндра. При перемене направления движения поршня кольцо садится
на нижнюю поверхность канавки и выдавливает вверх часть масла через-
внутренний зазор независимо от величины давления над поршнем.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ГЛАВА IV
ЦИЛИНДРЫ И БЛОКИ
§ 80. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
По конструкции цилиндров современные авиационные двигатели раз-
деляются на два класса: двигатели с отдельно стоящими цилиндрами и
блочные. Принятая конструкция цилиндрового ряда оказывает существен-
ное влияние на двигатель в целом (его габариты, жесткость, условия
монтажа).
Отдельно стоящие цилиндры применяются на звездообразных,
а также и на маломощных рядных двигателях водяного или воздушного
охлаждения.
Блочная конструкция нашла широкое применение в рядных
двигателях большой мощности как водяного, так и воздушного охлаж-
дения (ASSO-Каччиа, Нэпир-Деггер). Имеются также отдельные примеры
применения блоков в звездообразных двигателях (например двойные звез-
дообразные двигатели Кертис, Чифтен и Сальмсон).
г Блок цилиндров может объединять в зависимости от типа двигателя
два, три, четыре или шесть цилиндров. Боковые стенки блока могут быть
отлиты заодно с головкой, например блок двигателям-100 (нафиг. 181), или
отдельно от нее; как в первом, так и втором случае боковые стенки
должны объединять все цилиндры (блок двигателя АМ-34 на фиг. 182).
Блочная конструкция может состоять из алюминиевой головки и от-
дельных стальных цилиндров жидкостного или воздушного охлаждения;,
иногда такая конструкция называется смешанной (Изотта-Фраскини
ASSO-750 (фиг. 182а), Нэпир-Лайон (фиг. 229), ASSO-Каччиа и др.).
Все эти модификации должны быть отнесены к группе блочных, так
как в каждой из них доступ к деталям отдельного цилиндра возможен
только при снятии всего блока.
Применение отдельно стоящих цилиндров на рядных двигателях сред-
ней мощности (двигатели BMW, Ролльс-Ройс, Рено и др.) было широко
распространено в период с 1915 по 1930 г., затем их постепенно стали
вытеснять блочные конструкции.
Основным недостатком двигателей с отдельно стоящими цилиндрами
по сравнению с блочными является пониженная жесткость всего двигателя
в целом, которая приводит к вибрациям и поломкам картера. Этот недо-
статок может быть уменьшен либо увеличением толщины стенки картера,
либо постановкой сверху цилиндров достаточно прочного картера распре-
делительного валика (фиг. 190).
Первая из указанных мер недостаточно эффективна и ведет к из-
лишнему увеличению веса; вторая — дает положительные результаты
лишь при небольших сравнительно мощностях. Следует учитывать также,
что картеры двигателя и распределительного валика неодинаково нагре-
ваются при работе, что ведет к различному расширению цилиндрового
ряда поверху и понизу.
259
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 181. Блок цилиндров двигателя М-100
/—сверления в верхней перемычке блока; 2—производственная заглушка; 5—пробка для спуска воды.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При отдельно стоящих цилиндрах жидкостного охлаждения расстояния
между их осями, определяемые размерами собственно цилиндров (фланцы,
толщина рубашек, водяное пространство), получается больше, чем у
блочных двигателей. Таким образом увеличивается габарит двигателя по
длине и возрастает его вес.
Фиг. 182'. Двигатель с боковым расположением клапанов.
Эксплоатационным недостатком отдельно стоящих цилиндров при во-
дяном охлаждении является неудобство подвода и отвода воды к каждому
из цилиндров по отдельным наружным патрубкам с дюритовыми соедине-
ниями и хомутиками, мало надежными и требующими внимательного
контроля в эксплоатации.
Основное преимущество конструкции отдельно стоящих цилиндров заклю-
чается в удобстве замены отдельных цилиндров в эксплоатации в случае пор-
чи одного из них. При повреждении блока ремонт его в полевых условиях
затруднителен и часто технически невыполним, так как для производ-
ства ремонта требуется специальное оборудование ремонтных мастерских.
Практически в условиях полевой эксплоатации при повреждении, например,
одной гильзы или направляющей клапана необходимо менять весь блок, что
значительно удорожает и усложняет снабжение запасными частями.
Преимуществом отдельно стоящих цилиндров при водяном охлаждении
является также небольшое количество воды, приходящейся как на каждый
из цилиндров, так и на двигатель в целом. Так, вес воды в рубашках
цилиндров двигателя М-17 составляет 19 кг, тогда как в блочной системе
двигателя АМ-34, имеющего те же диаметр цилиндров и ход поршня, вме-
щается 31,6 кг воды.
261
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
о
ГО
левая часть правая часть
Фиг. 182. Блок цилиндров двигателя АМ-34.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками
263
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 81. КОНСТРУКЦИЯ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ
В зависимости от расположения клапанов цилиндры бывают либо
с боковыми (фиг. 182'), либо с подвесными клапанами (фиг. 182"). В пер-
вом случае головка цилиндра выполняется Г-образной, либо Т-образной
формы.
Форма (тип) головки оказывает значительное влияние на мощность и
экономичность двигателя в связи с явлением детонации, которое опреде-
ляет допустимое давление на всасывание и степень сжатия при заданном
топливе. В табл. 16 . приведены данные Рикардо, показывающие зависи-
мость между формой камеры сгорания и степенью сжатия.
Таблица 16
Тип головки Наивысшая допустимая степень сжатия s Отдача двигателя % Число свечей и их располо- жение Примечание
4 5,4 5,4' 5,2 5,0 4,7 4,5 4,2 4,9 5,0 4,6 4,4 4,6 4,2 3,5 100 100 97) 94/ 87 85 80 88 90 80) 77/ 80) 75/ 1—между кла- панами 1—в середине 2—в боковых стенках ци- линдра 1—в середине 1—у клапанов 1 —против кла- панов 1—в днище головки 1—в днище головки 1 в середине 1—под клапа- нами 1—в середине 1 —у выхлоп- ного клапана 1—у всасыва- ющего кла- пана Шатровая головка Головка с плоским дном Головка с карма- ном для разме- щения клапанов. При = 1,4. Ка- мера Рикардо S При 2. Каме- ра Рикардо Клапаны размеще- ны в нижней ча- сти кармана Т-образная голов- ка
/ZZ?ZZZ///A/ZZ/s
1 * Ezz
,/ZZ/7 *< fZ/7/////////7///////.
% к ь '//z/X///Ay//////^
Рикардо на основании опытов полагал, что наиболее выгодная в отно-
шении детонации камера должна быть компактной, а расстояние от свечи
до наиболее удаленной части камеры наименьшим, чтобы путь пламени
был также наименьшим. Завихрения внутри камеры, переносящие очаги
пламени, улучшают антидетонационные свойства камеры. Таким образом»
по мнению Рикардо, наилучшей является сферическая камера с
подвесными клапанами.
Позднее Рикардо предложил камеру, схематически показанную на
фиг. 183, а. Она достаточно компактна; свеча расположена в центре. При.
боковом втекании смеси в момент сжатия создавались завихрения.
Такая камера давала хорошие результаты, но работа двигателя была
264.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
„жесткой". При такой работе линия сгорания на индикаторной диаграмме
протекает круто с малым радиусом сопряжения (фиг. 184).
При уменьшении вихревого движения работа становится менее жесткой,
но наблюдается детонация. В результате этих исследований Рикардо
предложил головку, поглощающую удары (фиг. 183, б). Здесь часть
смеси, с которой начинается сгорание, изолировалась в невысоком кар-
мане 7, составляющем около 15% от всего объема камеры сжатия. Вихре-
вого движения в кармане не было и, следовательно, подъем давления при
сгорании был достаточно плавным. Догорание оставшейся смеси происхо-
дило в обычной камере
вихревого типа 2.
Почти одновременно
с Рикардо Уатмоу пред-
ложил камеру, представ-
ленную на фиг. 183, в, ос-
нованную на другом прин-
ципе. По мнению Уатмоу,
основной причиной дето-
нации является перегрев
смеси. С этой точки зре-
ния, в противовес мнению
Рикардо, вихревое дви-
жение в камере сжатия
нежелательно, так как
оно приводит к перегреву
большого количества час-
тиц смеси при соприкос-
новении их с нагретыми
точками цилиндра. По-
этому камере сжатия при-
дана форма, при которой
завихрений не будет.
Кроме того, свеча поме-
щена непосредственно у
выхлопного клапана, для
того чтобы в первую оче-
редь сгорала перегретая
смесь, соприкасающаяся
с выхлопным клапаном.
Третья модификация камеры с боковыми клапанами, предложен-
ная Дженуэйем, приведена на фиг. 183, г. При разработке этой камеры
предполагалось, что детонация может быть погашена понижением темпе-
ратуры части смеси, сгорающей в последнюю очередь. Охлаждение этой
части смеси достигается тем, что несгоревшие частицы оттесняются уже
сгоревшими к стенке 1 и, протекая вдоль нее, в зазор между поршнем
и головкой, охлаждаются.
Применение этих камер на автомобильных двигателях при работе на
обычном бензине позволяло доводить наивысшую полезную степень сжа-
тия е до 6 при среднем эффективном давлении от 7,8 до 8,5 кг!см\ правда,
при малом диаметре цилиндра (не больше 100 мм).
В авиационных двигателях применение подобной Г-образной камеры
сильно снижает габарит, так как в этом случае высота цилиндров умень-
шается для двигателей малой и средней мощности на 70—100 мм (фиг. 184')-
Разрез головки цилиндра подобных двигателей представлен на фиг. 185.
Отрицательные стороны конструкции подобных головок заключаются: в
невозможности разместить клапаны достаточных размеров, в ухудшении на-
полнения и в конструктивных затруднениях устройства разъемной головки,
что необходимо для монтажа клапанов. Охлаждение коробки выхлопного
265
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 184. Вид индикаторной
диаграммы при плавной и жест-
кой работе (по опытам Гляйда).
б в
Фиг. 184'. Схема авиационных двигателей
с Г-образными головками
а—для звезды, б—для V-образного двигателя,
в—для рядного двигателя.
Фиг. 185. Цилиндр авиационного двигателя с Г-образной
головкой.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 186. Схемы различного расположений*
клапанов в головке.
клапана, в особенности для двигателей воздушного охлаждения, в этом
случае также представляет большую трудность. Поэтому в авиационных
двигателях применяются исключительно подвесные клапаны.
Камера сгорания в этом случае может быть плоская, сферичес-
каяишатровая.
В отношении склонности к детонации между камерами перечисленных
форм нет разницы и поэтому их сравнительные преимущества могут за-
ключаться лишь в производственных
и конструктивных удобствах. К числу
последних можно отнести: размеще-
ние клапанов, число и размеры кла-
панов и приводов к ним, расположе-
ние всасывающих патрубков, система
охлаждения, удобства отливки и пр.
Для звездообразных двигателей
наиболее часто применяется сфери-
ческая головка с большим развалом
клапанов для лучшего их охлажде-
ния. Для рядных двигателей — плос-
кая и шатровая, так как в этом
случае привод к клапанам может быть выполнен наиболее удобно.
В современных двигателях наибольшее распространение получили ка-
меры сгорания с двумя или четырьмя клапанами.
Схемы различного расположения клапанов приведены на фиг. 186.
§ 82. ОТДЕЛЬНО СТОЯЩИЕ ЦИЛИНДРЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВОДЯНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
Ранее применялись: цилиндры, целиком отлитые из чугуна и имевшие
стальную или медную рубашку; цилиндры с чугунной головкой и стальным
Фиг. 188. Цилиндр со
стальным стаканом и чу-
гунной головкой (двига-
тель Бенц 300 л. с.).
стаканом. В более поздних конструкциях цилиндры целиком выполнялись
из стали (Либерти, Паккард, Ролльс-Ройс, Рено, Лоррен-Дитрих, Фиат,
Даймлер и др.).
267
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ваной болванки (фиг.
кой и привариваются
Фиг. 189. Цилиндр двигателя
Либерти (М-5) цельностальной
конструкции.
Конструкция цилиндра, целиком отлитого из чугуна, показана на
фиг. 187. Такая чугунная отливка с толщиной стенки (без ребер) 6,5 мм
вверху и 5,5 мм в нижней части стакана недостаточно прочна, тяжела и
поэтому в современных двигателях не применяется.
На фиг. 188 показана также тяжелая старая конструкция, где стальной
стакан цилиндра ввертывается в чугунную головку на резьбе и входит
своим торцом в кольцевую канавку, чем достигается герметичность.
Стальной цилиндр двигателя Либерти (М-5) вытачивается из ко-
189). Клапанные коробки изготовляются фрезеров-
автогенной сваркой к головке цилиндра. Камера
сгорания — сферическая, расширенная к днищу
цилиндра дает возможность разместить в ци-
линдре два клапана довольно большого диа-
метра (63,5 мм)
Стальной цилиндр двигателя BMW-VI
(М-17), имевшего очень большое распростра-
нение в мировой авиации в разных странах в
период с 1926 по 1934 г., имеет следующее
устройство. Стакан цилиндра (фиг. 190) снаружи
в верхней и нижней своей части имеет ребра
жесткости /, 2 и центрирующий бортик 3 для
установки на картере. Днище цилиндра—сфери-
ческое; у двигателя М-17 типа А оно выпол-
нялось толщиной около 8 мм. Жесткость такого
днища оказалась недостаточной и в последую-
щих типах этого двигателя (Б и Ф) толщина
днища в центре доведена до 20 мм.
Клапанные коробки ввариваются в
днище стакана. Каждая из этих коробок сва-
ривается автогенной сваркой из двух частей
(фиг. 190а). Для крепления картера распредели-
тельного валика на клапанных коробках имеются
бобышки 3, в которые на резьбе ввертываются
шпильки.
Свечные втулки во избежание фрезер-
ной обработки головки ставятся на резьбе и
завариваются. Расположение их в камере сго-
рания выполнялось по разным вариантам. На
фиг. 190' а, показано расположение свечей и
клапанов самопусков на двигателях BMW-VI
и М-17 в начале их производства.
При расположении свечей под углом в 180°
(190', б) качество топлива оказалось возмож-
ным понизить, так как явления детонации на-
блюдались в меньшей степени. При этой схеме
клапан самопуска был перенесен внутрь двига-
теля, что, однако, затруднило подход к нему в эксплоатации. Более удобно
расположение свечей и клапана самопуска на моторе М-17 Ф (фиг. 190', в).
Дополнительные отверстия, заглушенные пробками, сделаны для
того, чтобы цилиндры двигателя М-17Ф можно было ставить на двига-
тели М-17;
Опорной поверхностью клапанов служат фаски, выполненные непосред-
ственно в днище стаканов. Одним из эксплоатационных дефектов цилиндра
является быстрое выбивание этих фасок, доходившее до 3,5 мм за 200 —
300 час. эксплоатации. Это вызывало нарушение регулировки газораспре-
деления и в отдельных случаях — выгорание клапана.
В цилиндрах двигателей М-17Б и М-17Ф с толстым днищем возможна
установка при ремонте клапанных седел (фиг. 191).
268
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В связи с трудностями при изготовлении головки с гнездами для свечей,
выполненными в одно целое с гильзой, были попытки применять отдель-
ные головки, привариваемые к стакану (фиг. 192). Однако такие конст-
рукции не привились.
Крепление цилиндра к картеру осуществляется при помощи фланца и
шпилек. В связи с трудностями размещения достаточного числа их в дви-
гателе М-17 промежуточные шпильки притягивают одновременно фланцы
двух смежных цилиндров (фиг. 193). Такое соединение при неточном изго-
товлении фланцев цилиндров ведет к обрывам шпилек вследствие изгиба
их при затяжке.
Фиг. 190. Цилиндр двигателя BMW (М-17).
7—ребра жесткости стакана, 2—ребро жесткости юбки цилиндра, 3—центрирующий бортик#
Поэтому фланцы цилиндров при таких конструкциях требуют тщатель-
ного контроля и изготовления по высокому классу точности. Для двигателя
М-17 допускается разность в толщине фланцев не более 0,045 мм. Для
крепления крайних цилиндров приходится применять подкладки 3 (фиг. 193),
одинаковые по высоте с фланцем.
Недостаточная жесткость фланца' может быть причиной изгиба гильзы
цилиндра под влиянием боковых давлений, что, в свою очередь, отражается
на прочности сварного шва рубашки.
269
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
-Л
О
Фиг. 190'. Расположение свечей и кана-
лов самопуска в цилиндре, применяв-
шиеся в двигателях М-17
а—-расположение, принятое в двигателе BMW,
б—в двигателе М-17А, в—в двигателе М-17Ф.
Фиг. 191. Головка цилиндра двигателя
BMW-VI с седлом, установленным под
клапаном выпуска.
Фиг. 190а. Головка двигателя М-17
(BMW).
1—коробка направляющей втулки клапана,
2—патрубок клапанной коробки, 3—бо-
бышка для установки шпильки крепле-
ния картера распределительного валика,
4—втулки для свечей и клапана самопуска.
Фиг. 192.Толовка цилиндра,
привариваемая .к стакану
(двигатель Паккард).
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В головке цилиндра предусматриваются опорные поверхности и шпильки
для установки картера распределительного валика. Два варианта конст-
рукции шпильки пока-
заны на фиг. 194.
Основной дефект
шпильки, показанной
на фиг. 194, а, заклю-
чался в трудности под-
гонки опорных поверх-
ностей 3 по высоте,
что приводило к де-
формации картера рас-
пределительного вала
во время монтажа и к
обрыву шпилек во
время работы. Этот
дефект был изжит при
переходе к конструк-
ции шпильки, показан-
ной на фиг. 194, б, с
установочными втул-
ками 4, легко допус-
кающими подгонку их
по высоте. Кроме того,
очевидно, что длинная
шпилька 5 допускает
большую деформацию
изгиба, чем шпилька 1.
В двигателе Ролльс-
Ройс Игл-VIII шпильки
Фиг. 193. Фланцевое крепление стального цилиндра к кар-
теру двигателя М-17
а—крепление крайнего цилиндра > б—крепление двух смежных цилин-
дров, 1—фланец цилиндра, 2—картер, 3—подкладка для крепления
крайнего цилиндра.
для крепления картера
распределительного валика ввернуты в траверсу, приваренную к клапан-
ным коробкам.
Привариваемая к
Фиг. 194. Различное креп-
ление картера распреде-
лительного валика к ци-
линдру. стальной кон-
струкции (двигатель
М-17)
а — при помощи короткой
шпильки и промежуточной
колонки; 1—короткая шпиль-
ка, 2—колонка, 3—опорная
поверхность; б—при помощи
установочных втулок; 4—
установочная втулка, 5—
длинная шпилька.
цилиндру рубашка толщиной в 0,8—1,5 мм состоит
из двух штампованных половин и днища. Она имеет
обычно гофрированный пояс, который компенсирует
расширение стакана цилиндра, работающего в более
высоких температурных условиях, чем рубашка,
предохраняя ее от разрывов по шву (фиг. 195').
В целях сближения осей цилиндров и сокращения
габарита двигателя по длине зарубашечное простран-
ство цилиндра обычно делается меньше вдоль оси
двигателя (фиг. 194'). Так, у двигателя М-17 оно
составляет соответственно 4 мм и 6 мм. Таким пу-
тем расстояние между зеркалами двух смежных ци-
линдров у мотора М-17 доведено до 20 мм.
Чтобы избежать смещения рубашек цилиндров
во время их приваривания, на уровне ребер жест-
кости делаются вертикальные вмятины, препятствую-
щие прилеганию рубашки к ребрам стакана в тех
местах, где водяное пространство имеет меньшую
толщину (фиг. 194').
Охлаждающая вода может подводиться либо к
каждому цилиндру отдельно (двигатель М-5), либо
только к одному цилиндру (двигатель М-17). В этом
случае вода подводится в нижнюю и верхнюю части
заднего цилиндра и через короткие патрубки пере-
ходит от цилиндра к цилиндру; получается, таким образом, два пара л-
271
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
лельных потока воды (фиг. 194"). В двигателе Майбах поток направлялся
только лишь по головкам.
При выполнении рубашки и системы подвода и отвода воды обращается
внимание на то, чтобы в головках не образовалось паровых мешков,
в особенности у V-образных двигателей. Для эксплоатации двигателя в
Фиг. 194'. Продольные вмятины в рубашках цилиндров,
предохраняющие рубашку от прилегания к гильзе
а—расположение вмятин по отношению 'к ребрам жесткости, б—
схема расположения вмятин на цилиндре, 1—вмятины.
Фиг. 194".Схема поступ-
ления воды в цилиндры
двигателя М-17.
Фиг. 195. Установка резиновых уплотнительных колец между патрубками цилиндра.
1—резиновое кольцо, 2—фланцы патрубков, 3—обжимной хомутик; б—лента хомутика с овальным
отверстием; в—лента хомутика с вмятиной.
холодную погоду должен быть обеспечен удобный слив воды из низших
а. £ 6 е.
Фиг. 195'. Различные
типы сварных швов
рубашек стальных
цилиндров.
точек цилиндров.
Герметичность соединений достигается при помощи
дюритовых шлангов, либо резиновых колец 1 (фиг. 195),
устанавливаемых между фланцами 2 и обжатых хому-
тиками 3. На ленте хомутика имеются овальные отвер-
стия, или вмятины, которые удерживают хомутик от
сползания с резины. При этилен-гликолевом охлаждении
требуются специальные жаростойкие сорта резины.
Рубашки цилиндров и, в частности, их свар-
ные швы подвержены коррозии, для устранения кото-
рой в цилиндрах двигателя М-17 применяется олифи-
рование зарубашечного пространства.
Для контроля сварного шва цилиндр прессуется
0,5 мин. горячей водой—после приварки клапанных ко-
робок при 50 ат и после приварки рубашек при 3—4 am.
Для достижения прочного и плотного шва желательно, чтобы края сва-
риваемых деталей имели примерно одинаковую толщину, так как иначе
272
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
при прогреве во время сварки более толстой детали, требующей большего
количества тепла, чем тонкая, последняя может сгореть.
Поэтому свариваемые края патрубков, цилиндров и коробок направляю-
щих клапанов выполнены по толщине почти одинаковыми, а для приварки
рубашки на стакане цилиндра делаются тонкие бортики (фиг. 195').
§ 83. ОТДЕЛЬНО СТОЯЩИЕ ЦИЛИНДРЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
Цилиндры двигателей воздушного охлаждения могут иметь закрытую
или открытую гильзу. Закрытые цилиндры со стальным днищем применя-
лись в то время, когда техника алюминиевого литья была недостаточно
освоена и механические качества алюминиевых сплавов были низкими
(фиг. 195" и 196).
Стальная головка со стальными же ребрами применялась на некоторых
первых типах авиационных двигателей (Гном-Рон, Клерже). Вследствие
плохой теплопроводности стали температурный режим такой головки был
очень высок.
Для улучшения охлаждения цилиндра стали применять накладные го-
ловки, выполненные из алюминиевого сплава. Такая конструкция имеет
смысл потому, что из всего тепла, уносимого охлаждающей средой, более
ВВА—142—18
273
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
50% снимается с коробки выхлопного клапана во время выхлопа. В пред-
ставленной на фиг. 196 конструкции накладная головка притягивается к
днищу цилиндра шпильками и болтами. Два бронзовых кольца 1 служат
для центровки головки.
Для устранения температурных напряжений, возникающих в шпильках
вследствие повышенного коэфициента линейного расширения материала
головки, устанавливаются (там, где позволяет конструкция) под шпильки
втулки 2 из инвара (40% Ni, 60% F; коэфициент линейного расширения
0,11 » 10~5).
Фиг. 196. Цилиндр с накладной алюминиевой головкой (двигатель Юпитер или
двигатель М-22)
1—установочное бронзовое кольцо, 2—инварная втулка, 3—сферическая опора.
Для охлаждения днища цилиндра прилегающие поверхности при такой
конструкции пришабриваются. Однако этот сложный и трудоемкий метод
пригонки поверхностей не может гарантировать плотного прилегания го-
ловки к цилиндру во время работы двигателя. Вследствие различных
коэфициентов теплового расширения алюминиевой головки и стального,
цилиндра стык поверхностей неизбежно коробится, что ведет (в особен-
ности в случаях перегрева цилиндра) к образованию воздушных прослоек.
Аналогичная схема применяется в дизелях Клерже, где головка пришаб-
ривается к сферическому днищу, и в двигателях Сальмсон, где стальной
цилиндр заливается в головке при ее отливке.
Появление алюминиевых сплавов с высокими механическими качест-
вами, сохраняющимися при повышенных температурах, позволило перейти
к цилиндрам со стаканами открытого типа, характерными для современных
двигателей.
Соединение головки с гильзой в данном случае может быть выполнено
на резьбе (навертные головки) или внакладку (накладные головки). В послед-
нем случае головка притягивается к цилиндру длинными шпильками
(фиг. 197), служащими одновременно для крепления цилиндра к картеру;
крепление может быть осуществлено при помощи шпилек 1 к массивному
фланцу 2 цилиндра (фиг. 197').
Навертная головка очень широко распространена на современных
звездообразных двигателях. К достоинствам навертной головки относятся:
274
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
конструктивная простота, малые габариты картера, не имеющего длинных
силовых шпилек, необходимых при накладной головке, и хорошая обте-
каемость цилиндрической части.
К недостаткам ее относятся: необходимость тщательной обработки резь-
бового соединения, индивидуальный подбор головки и гильзы (по резьбе)
и сравнительная сложность в производстве нарезания резьбы головки и,
следовательно, ее дороговизна. Кроме того, навертные головки имеют
увеличенный габарит, что не позволяет применять их у рядных двигате-
лей воздушного охлаждения.
Фиг. 197. Цилиндр рядного двигателя с на-
кладной головкой, притягиваемой к гильзе си-
ловыми шпильками (двигатель Вальтер-
Микрон).
Фиг. 197'. Цилиндр ряд-
ного двигателя с наклад-
ной головкой, крепящей-
ся к фланцу цилиндра
1—шпилька, 2—фланец
цилиндра.
Кроме указанных выше конструкций способа соединения гильзы с го-
ловкой, была испытана конструкция, в которой гильза заливалась в стакан
из алюминиевого сплава (фиг. 197"). Однако в связи с производственными
затруднениями (отслоение алюминия от стали) такая конструкция не при-
вилась, тем более, что, как выяснилось в дальнейшем, охлаждение может
быть обеспечено стальными ребрами.
Уплотнение между головкой и гильзой является одним из
основных вопросов конструкции навертной или накладной головки.
Это объясняется специфическими трудностями условий работы узла:
высоким давлением, значительной температурой головки (до 220—250°), а
также различием в коэфициентах расширения стали и алюминиевого сплава.
В накладных головках уплотнение достигается медно-асбестовой
или алюминиевой прокладкой (фиг. 197) или посадкой на конический бур-
тик цилиндра. В навертиых головках чаще всего уплотнение обес-
печивается посадкой головки на гильзу со значительным натягом.
Если цилиндр завертывается в головку на нарезке, то уплотнение может
быть выполнено при помощи цилиндрического буртика, помещенного либо
ниже резьбы (фиг. 198), либо выше ее (двигатель Райт типа G, фиг. 198').
При первой конструкции сгоревшие газы могут легко проникать во время
275
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 197". Цилиндр с гиль-
зой, заливаемой в алюми-
ниевый стакан (PafiTj-3).
Фиг. 198. Цилиндр двигателя Хорнет.
Фиг. 198'. Уплотнение меж^у
головкой и гильзой при по-
мощи цилиндрического пояса
(двигатель типа Райт G-100).
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
вспышки в нарезку, покрывая ее нагаром, чем ухудшается теплопередача
от наиболее нагретой, прилегающей к камере сгорания части цилиндра.
В другой системе соединения головки с гильзой
уплотнение достигается за счет натяга по среднему
диаметру нарезки, которая обычно выполняется по
специальному профилю (фиг. 199). Коническая часть
на гильзе сделана в целях более удобного заверты-
Фиг. 199. Про-
филь резьбы,
уплотнение в
которой дости-
гается натягом
по среднему
диаметру
вания гильзы в головку. В обоих
случаях во избежание появления
трещин нижнее ребро делается утол-
щенным (фиг. 207).
В цилиндрах двигателей Гном-Рон
К-14 и Армстронг на торце гильзы
выполнен круговой острый шип, ко-
торый при завертывании врезается в
головку и тем способствует уплотне-
нию. Внизу резьбы имеется стальная
контргайка с ребрами охлаждения и
конической поверхностью соприкос-
новения с головкой (фиг. 200 и 201).
На фиг. 202 дана конструкция
уплотнения, принятая на цилиндрах
двигателя Армстронг-Пантера и Юпи-
тер-IX, где на верхней части гильзы
цилиндра вставляется медное кольцо,
которое, таким образом, при наверты-
вании головки зажимается в верхней
части стакана F.
Фиг. 200. Газовое уплот-
нение круговым торце-
вым шипом.
а—торец гильзы, б—уста-
новка контргайки.
На фиг. 203 показаны: профиль
стемы, проточка в головке под мед-
ное кольцо и верхняя часть цилиндра,
имеющая обжимной конус (15°).
В нижней части головки двигате-
ля Вальтер сделана выточка (фиг.
204), на которую надевают стальное
разъемное по диаметру кольцо,
стягиваемое болтами после навер-
тывания головки на гильзу. Пре-
имуществом такой конструкции яв-
ляется возможность холодной по-
садки головки, причем головка мо-
жет быть просто и легко снята
с гильзы, что удобно в эксплоата-
резьбы газового уплотнения такой си-
Фиг. 201. Газовое уплотнение двигателя
Армстронг-Сидлей-Линкс.
Фиг. 202. Газовое уплотнение медным кольцом
(двигатель Армстронг-Пантера).
ции. Уплотнение головки двигателя Бристоль-Черуб показано на фиг. 204'.
Ввиду разницы коэфициентов теплового расширения наверткой
алюминиевой головки и стальной гильзы необходим значи-
277
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
тельный натяг в резьбе по среднему диаметру, что достигается инди-
видуальным подбором головки и гильзы по резьбовым калибрам.
Фиг. 203. Профиль резь-
бы в головке при газо-
вом уплотнении медным
кольцом (двигатель Бри-
столь-Меркур)
1—полость, в которую входит
медное кольцо.
Величина натяга зависит от конструкции цилиндра и его диаметра.
Для двигателя Райт-Циклон натяг по среднему диамет-
ру принят в 0,40—0,45 мм, для двигателя Гном-Рон К-14
натяг составляет 0,50—0,60 мм.
Завертывание гильзы обычно
производится в головку, подогре-
тую на 80—100° С выше той темпе-
ратуры, при которой она работает
на двигателе. Так, головка двигателя
Райт-Циклон нагревается в электри-
ческой печи до 320—330° С и вы-
держивается в ней в течение 30—
40 мин.; нагрев головки двигателя
С при выдержке около 3 час. Эта
Фиг. 204. Газовое
уплотнение обжим-
ным кольцом
Справа—соединение разъ-
емного кольца болтом.
Гном-Рон К-14 доводится до 380—400
разница в температуре нагрева упомянутых головок объясняется более вы-
сокой температурой головки двигателя Гном-Рон во время работы.
Фиг. 204'. Газовое
уплотнение, достигаемое
посадкой головки на
коническую поверхность
(двигатель Бристоль-
Черуб).
1—втулка из инвара.
Гильза цилиндра перед завертыванием смазывается салом, либо специаль-
ной мазью, предохраняющей металл от коррозии в резьбе и задиров при
завертывании.
Для завертывания гильзы головка
устанавливается резьбой вверх, при-
чем для закрепления ее на нижнем
ребре иногда имеются приливы, кото-
рые спиливаются после завертывания
гильзы (фиг. 205). Если газовое уплот-
нение выполнено по типу, принятому
в двигателе Гном-Рон К-14, то гильза
завертывается до упора ее острого
торцового шипа в головку цилиндра.
Контрящая гайка зажимается лишь
после полного охлаждения цилиндра.
При конструкции уплотнения, приня-
того в двигателе Райт-Циклон, глу-
бина завертывания гильзы в головку
ограничивается калибрующими шпиль-
ками. Они упираются в толстое ребро
жесткости головки цилиндра и тем
Фиг. 205. Завертывание гильзы в головку
(двигатель М-85).
определяют правильное расстояние фланца цилиндра от днища головки
(фиг. 2С5'), что необходимо для соблюдения одинаковой степени сжатия.
278
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Одновременно с навертыванием гильзы запрессовывают седла и втулки
направляющих клапанов и завертывают втулки для свечей.
Фиг. 205'. Приспособление для завертывания гильзы в головку
цилиндра двигателя М-25 с калибрующими глубину заверты-
вания шпильками.
После оснащения головки всеми указанными деталями собранный цилиндр
подвергается гидравлическому испытанию на непроницаемость при подогреве
до 80°С и давлении 5,6—6,5 кг) см2 и на прочность при давлении 50—52 кг] см*.
§ 84. ГОЛОВКИ ЦИЛИНДРОВ ЗВЕЗДООБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В звездообразных двигателях размеры головок не стеснены требова-
ниями малого габарита и поэтому им придается форма, обеспечивающая
хорошее охлаждение и обтекание. Наилучшей головкой для современного
звездообразного двигателя является сферическая двухклапанная с развалом
клапанов от 50 до 70° (фиг. 206, 207, 208). Благодаря такой форме камеры
время-сечение клапанов оказывается достаточным, хотя клапаны становятся
несколько тяжелыми.
Преимущество большого развала клапанов наглядно видно из сопостав-
ления упомянутых конструкций с конструкцией, показанной на фиг, 209.
При плоском днище головки цилиндра в двигателе М-11 штоки клапа-
нов расположены так близко друг к другу, что в первом варианте этой
головки стенки 1 и 2 приходилось отливать за одно целое. Затем вслед-
ствие частых трещин в этой перемычке (ввиду неравномерного нагрева
головки) клапанные коробки были разделены промежутком 3.
Основными вопросами конструкции головки является: устройство кла-
панных коробок, оребрение, размещение свечей и выбор мест для клапанных
коромысел.
279
1
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 206. Цилиндр двигателя Райт J-6.
а
Фиг. 207. Цилиндр двигателя М-25.
а—расположение свечей и установка свечного радиатора.
280
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 208. Цилиндр двигателя Райт G-2.
Фиг. 209. Цилиндр с осями клапанов, параллельными друг другу, и плоским
днищем головки (двигатель М- И).
281:
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
.282
а—двигатель М-86; Д—двигатель М-87.
Фиг. 211. Подвод смеси к всасывающим патрубкам
а—Райт G-2, б—Райт F-5O.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Коробки клапанов выпуска отличаются от впускных большим
оребрением и большей длиной бобышки для направляющей клапана
(фиг. 210, а, б).
Фланец впускного канала обычно бывает обращен к задку
двигателя, так как при этом удобнее осуществить подвод смеси. Для по-
лучения плавного изгиба трубопроводов он может быть расположен под
некоторым углом к плоскости осей цилиндров (фиг. 211, а).
Фланец выхлопного трубопровода может быть обращен либо
к винту (фиг. 196), либо к задку двигателя (фиг. 207, 210).
Фиг. 212. Клапанные кожухи и их детали
а и б—двигателя М-25 (всасывания ч выхлопа), в иг—двигателя Райт G-100; д и е—то же двигателя М-87.
Первое расположение фланца выхлопного трубопровода удобно для
установки выхлопного коллектора непосредственно перед винтом. Второе
размещение лучше вследствие получения более полного охлаждения кла-
пана, бобышка которого в этом случае находится под прямым обдувом
(см. фиг. 209). Кроме того, в этом случае не встречается затруднений в
размещении клапанных тяг при шайбе, расположенной в носке двигателя.
В большинстве конструкций современных двигателей заодно с клапан-
ными коробками отливаются ко ж ухи для клапанных пружин и коро-
мысел распределения (цилиндры с „закрытым" распределением). Эти же
кожухи имеют утолщения с гнездами для подшипников оси коромысла.
Кожухи прикрываются сверху крышками на пружинных, ленточных или
тросиковых замках или на шпильках (двигатель Райт G-100). Несколько
типовых конструкций кожухов представлено на фиг. 212.
В связи с тем, что на оси коромысла в момент открытия клапана воз-
никает большое усилие, жесткость соединения кожуха с клапанной короб-
кой необходимо увеличивать при помощи ребер (фиг. 212, а, б). В особен-
ности это важно для выхлопного клапана, где к силам инерции добав-
ляется противодавление клапану в момент открытия. Закрытое распреде-
283
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ление является наиболее совершенным и распространенным в современных
двигателях. При открытом расположении клапанный механизм подвергается
воздействию атмосферы, затрудняется смазка, увеличивается лобовое сопро-
тивление двигателя (фиг. 212')- Кроме того, массивные бобышки под шпильки
или болты стойки коромысла затрудняют технологию литья головки. >
В сферической головке большие трудности составляет размещение
свечей, вследствие того что расположение их по уплотнительному резьбо-
вому поясу невозможно. Для них остается место лишь между клапанами,
б
Фиг. 212'. Типовые конструкции стоек клапанных коромысел
с открытым распределением
а— двигатель Пантера, б— двигатель М-11, в— двигатель Вальтер-Кастор.
где они располагаются либо перпендикулярно оси цилиндра (фиг. 207), либо
наклонно (фиг. 208, 210). Последнее расположение лучше в смысле охлажде-
ния задней свечи, которое осуществляется потоком набегающего воздуха.
Для улучшения охлаждения^задней свечи в двигателе М-25 был устроен
кожух с ребрами (фиг. 207).
Большие трудности вызывает размещение клапана самопуска (третье
отверстие), который поэтому часто не применяется (ср. конструкции на
фиг. 207, 208 и 210).
Сферическая камера в четырехклапанной головке нерациональна,
так как связана с трудностями в приводе к клапанам; поэтому приходится
выполнять камеру плоской или шатровой. Недостаток плоской формы
камеры — затруднения в охлаждении головки и клапанной коробки вслед-
ствие близости клапанов. Одна из четырехклапанных головок с плоским
днищем (двигатель М-22) показана на фиг. 196. Для увеличения размеров
клапанов диаметр камеры сгорания выполнен больше диаметра цилиндра.
284
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
285
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
i Впускные клапаны заходят за зеркало цилиндра. Для того чтобы
их легко было монтировать, направляющие впускных клапанов
Фиг. 214. Головка двигателя Бристоль-Меркур.
сделаны съемными, причем они
устанавливаются в головке с
зазором 0,2 мм. На выпуск-
ном клапане такая посадка на-
правляющей была бы нецеле-
сообразна ввиду ухудшения
при этом отвода тепла. Направ-
ляющая устанавливается в го-
ловке на сферической опоре
для точной центровки клапана
относительно своего гнезда.
Удобнее размещать четыре
клапана при шатровой форме
камеры сгорания, применен-
ной в двигателях Бристоль
(фиг. 213 и 214). Ребра этой
головки получаются фрезеро-
ванием поковки, что значи-
тельно усложняет их произ-
водство, но вместе с тем увеличивает прочность головки и позволяет выпол-
нять высокие, тонкие и частые ребра.
Направление выхлопа — против направления полета самолета. Это не-
сколько ухудшает охлаждение тыльной стороны клапанной коробки, однако
это ухудшение компенсируется относительным уменьшением размеров
клапанов.
Клапанные рычаги установлены в обтекателях на стойках, выпол-
ненных отдельно от головки. Четырехклапанная головка вследствие кон-
структивной сложности привода к клапанам распространения не получила и
применяется только на двигателях Бристоль.
| 85. ГОЛОВКИ ЦИЛИНДРОВ РЯДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
В рядных двигателях воздушного охлаждения наилучшей головкой
является накладная с параллельными штоками клапанов и полушатровой
камерой сгорания (фиг. 214'). Клапаны расположены в плоскости осей
цилиндров.
Впускные и выхлопные патрубки обычно направлены в одну сторону,
что необходимо для размещения тяг коромысел газораспределения. Для
удобства монтажа смесевых трубопроводов и выхлопных труб фланцы
всасывающих клапанов располагаются параллельно плоскости осей
цилиндров, фланцы выхлопных — наклонно, так что выхлоп отво-
дится вниз. Обдувающий воздух подводится с тыльной стороны клапанных
коробок. Коробка выхлопного клапана имеет оребрение.
Свечи размещаются в боковой поверхности камеры сгорания. Здесь же
может размещаться и пусковой клапан.
Для укрепления кронштейна под коромысла клапанные коробки соеди-
няются массивной перемычкой.
В двигателе Рено (фиг. 214') один из болтов, крепящих кронштейн, ском-
бинирован для сокращения габарита с пусковым клапаном, что оказывается,
однако, не вполне надежным и затрудняет монтаж. В целях уменьшения
габарита головки крайних и средних цилиндров иногда делаются невзаимо-
заменяемыми (фиг. 215).
В целях улучшения обдува цилиндров двигателя Нэпир-Рэпир клапанам
был придан незначительный развал. Большой развал возможен лишь при
перемене плоскости осей клапанов, как это сделано в двигателе Менаско
(фиг. 216). Однако такое расположение клапанов требует наличия двух
распределительных валиков.
286
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими рукал и?!
287
Фиг. 214'. Цилиндр с накладной шатровой головкой
(двигатель Рено-Бенгали, рядный).
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 215. Накладная головка
рядного двигателя Рено-Бенгали с несимметричным
оребрением.
Фиг. 216. Цилиндр двигателя Менаско с клапанами, расположенными в плоскости,
перпендикулярной оси коленчатого вала (диаметр цилиндра 114 мм).
288
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 217. Разложение силы Ргаз в резьбе головки
а—со специальным профилем, б—с£нормальной нарезкой.
Фиг. 217'. Фланцы крепления двигателей
а—Райт J-б, б—Райт F-3, в—Райт G-2, г—Гном-Роц, К-14, д—Бристоль-Меркур.
ВВА—142—19
289
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
резкой нормального вида
Фиг. 218. Крепление цилиндра
в картере на нарезке.
§ 86. ГИЛЬЗЫ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
Напряжения в стенках цилиндра обычно невелики, так как. толщина
стенок определяется главным образом жесткостью стакана, а не напряже-
нием на разрыв. Практически толщина стенок колеблется в пределах
2ч-4,5 мм для цилиндров диаметром 120—150 мм. Для увеличения жестт
кости толщина стенок цилиндра иногда делается неодинаковой (см. фиг. 210).
У современных двигателей стакан образует зеркало цилиндра. В рота-
тивных двигателях Рон-80 и 120 л. с. (М-2) и др. в целях уменьшения
износа цилиндра был запрессован'тонкостенный чугунный стакан (фиг. 195").
Нарезка на верхнем конце гильзы, на которую навертывается головка,
обычно имеет специальный профиль (фиг. 217 и 199). По сравнению с на-
такая резьба уменьшает радиальные силы, воз-
никающие в соединении при вспышке, как это
видно (фиг. 217) из разложения силы от давле-
ния газов ргаз.
Для резьбы с углом 30° имеем:
Ррад — Ргаз tg 30° = 0,58 Ргаз\ (96)
для резьбы 7°30' (двигатель М-25; фиг. 217, а)
Ррад ~ Ргаз tg 7° 30' = 0,14/? газ- (97)
Рекомендуется делать крупный шаг резьбы,
допускающий более точное ее выполнение в
производстве. Углы в резьбе скругляются во
избежание подрезки и концентрации напряжений.
У большинства звездообразных двигателей крепление цилиндра к кар-
теру производится на фланце (фиг. 217'). Для получения жесткости пере-
ход от фланца к гильзе делается очень плавным. Фланцевое соединение
мощных двигателей иногда имеет сферическую пяту (фиг. 217', в), что
значительно улучшает конструкцию, разгружая шпильки от изгибающих
напряжений.
В некоторых двигателях крепление цилиндров осуществляется на на-
резке (фиг. 218) с затяжкой хомутом трапецоидального сечения. При таком
соединении фланец картера нагружен равномернее, чем в случае примене-
ния шпилек.
§ 87. ОРЕБРЕНИЕ ЦИЛИНДРОВ
Вопрос правильного выбора размеров и расположения ребер имеет ре-
шающее значение в надежности работы цилиндра воздушного охлаждения,
в особенности для современных двигателей с большим наддувом на значи-
тельной высоте. Хорошее охлаждение цилиндров, устраняя горячие точки,
снижает склонность двигателя к детонации. Это дает возможность рабо-
тать на повышенной мощности при высокой степени сжатия г и не слишком
обогащенной смеси. Выгоды, получающиеся при этом, ясны из анализа
диаграмм, приведенных на фиг. 219 *.
В настоящее время нет достаточно надежных методов расчета охлаж-
дающей поверхности и поэтому выбор конструкции головки требует про-
ведения значительных экспериментальных работ.
Фирмой Райт за время производства двигателей воздушного охлажде-
ния с 1926 по 1937 г. было сконструировано и испытано 84 головки раз-
ных типов. Некоторые из основных типов цилиндров, испытанных фирмой
Райт, приведены на фиг. 219'.
Сравнительная величина поверхности оребрения различных моторов
приведена в табл. 17.
Исходя из статистических данных, можно считать нормальным для со-
временных двигателей с высотностью около 4000 м суммарную поверх-
ность охлаждения (считая обе стороны каждого ребра) около 250 см2/л.с.
* Диаграммы заимствованы из статьи Юнга 6SAE № 6, 1936).
290
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица 17
Тип двигателя Год выпуска двига- теля Мощ- ность, снимае- мая с 1 цилиндра л. с. Среднее эффек- тивное давление Ре кг/см2 ! Поверхность охлаждения, м-
। головки гильзы общая на 1 л', с.
Циклон-1750 1926 58,5 8 66 0,400 0,39 0,79 0.0135
Циклон-1820 1929 68,0 9,72 0,446 0,39 0.836 0 0123
Циклон-РЗ 1930 ‘ 80,0 11,15 0,468 0,39 0,858 0,0107
Циклон-F50 1931 83,5 11,61 0,600 0,39 0,990 0,0124
Райт-02 1935 89,0 12,0 1,225 0,39 1,615 0 0183
Райт.-GlOO 1937 95 0 12 9 1,225 0,51 1,735 0 0182
М-85 1935 57,0 8.0 0,265 0,210 0,481 0,0104
М-87 1937 68,0 9,3 0,517 0.39 0,907 0,0134
Бристоль-Пегас 1935 560 8.2 0,777 0,323 1,100 0 0198
Рено-Бенгали 1938 37,0 8,2 0,697 0,292 0.382 0,0103
Распределение этой поверхности следующее: 30% на стакан цилиндра,
70% на головку, причем 20% приходится собственно на коробку выхлоп-
ного клапана.
-----------Циклон -1930г.
-----------Циклон -1935г.
а к/лс.ч.
Фиг. 219;
а—мощность и температура головки двигателей Циклон в f930 и 1935 г.
в функции удельного расхода горючего и октанового числа; б—показатели
охлаждения цилиндров двигателя Райт за 1930—1935 гг.
Размер ребер определяется в основном требованием получить необ-
ходимую для охлаждения поверхность. Средние данные о размерах ребер
цилиндров воздушного охлаждения большинства двигателей приведены
в табл. 18 и на фиг. 220.
Таблица 18*
№ по пор. Наименование размерности Алюминиевые Стальные
литые фрезерован- ные
1 Толщина ребра у корня, мм 2.5 ~ 3,5 1,7 0,6 4- 1,0
2 Толщина ребра на конце, мм 1,5 4- 2,5 1,3 0,4 0,6
3 Шаг ребра (расстояние между одноименными сторонами), мм 6 4- 10 6 44-6
4 Высота, мм 20 ~ 40" 30 4-45 10-4 20
* Данные, приведенные в табл. 1«, заимствованы из книги Шереметьева.
291
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 219'. Основные типы цилиндров двигателей Райт.
*(F53)
Фиг. 220. Оребрение цилиндров и головок моторов воздуш-
ного охлаждения
а и б—двигатель М-22; в и г—двигатель Хорнет; д и е—двигатель М-86;
ж и з—-двигатель М-87; и и к—двигатель Райт F-50; л и м—двигатель
Райт G-2; н и о—двигатель Бристоль-Меркур.
292
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 221. Выемка в
оребрении головки с
ребрами большой вы-
соты (температурный
шов).
Фиг. 221'. Дефлектор рядного двигателя Рено-Бенгали.
293
www.vokb-la.spb.ru Самолёт своими руками?!
При очень большой высоте литых алюминиевых ребер разница темпе-
ратуры у основания и на периферии ведет к разрывам ребра. В целях
устранения этого дефекта ребра иногда разделяются выемками на два
полукольца,—получается так называемый температурный шов (фиг. 221).
Расположение ребер головки в значительной мере зависит от их
числа и размеров. При небольшом числе и отсутствии развала клапа-
нов, как это имеет место в цилиндрах рядных двигателей, все ребра
располагаются перпендикулярно оси цилиндра (фиг. 214' и 215).
В цилиндрах звездообразных мощных двигателей такое оребрение ока-
зывается недостаточным, в особенности на коробке выхлопного клапана,
Фиг. 222. Схема дефлектора
двигателя М-25.
всего двигателя.
даже при распространении ребер на головку
впуска (фиг. 219'). Вместе с тем затруднен
контроль ребер при литье и возможно появле-
ние трещин ребер вследствие неравномерного
расширения головки при работе двигателя.
Лучшие результаты получены при располо-
*жении ребер под углом, в виде елочки (фиг.
207, 208). Расположение, показанное на фиг. 198,
наименее удачно, так как при нем высота и
число ребер ограничены ввиду их непарал-
лельности.
В некоторых двигателях для улучшения
охлаждения с тыльной стороны цилиндра ребра
делались большей высоты (Юпитер-5). Вслед-
ствие получающихся деформаций цилиндра та-
кие ребра в настоящее время не применяются,
и равномерность охлаждения обеспечивается
дефлекторами. Схема дефлекторов приведена—
звездообразного на фиг. 222 и рядного—на
фиг. 22Г.
При правильно подобранных дефлекторах
температура выходящего из его отверстий
воздуха лежит в пределах 60—70°. Через дви-
гатель проходит ограниченное количество воз-
духа и для правильного направления его дви-
жения двигатель должен быть тщательно за-
капотирован снаружи. Это может значительно уменьшить
сопротивление
§ 88. СИЛОВЫЕ СХЦМЫ БЛОКОВ
В зависимости от передачи усилия вспышки на картер блоки могут
быть выполнены по следующим четырем конструктивным схемам:
I. Несущая гильза, растягиваемая усилием вспышки, и свободная ру-
башка блока.
И. Растягиваемая рубашка блока и свободная гильза.
III. Сжатая силовыми шпильками рубашка блока и свободная гильза.
IV. Сжатая силовыми шпильками гильза и свободная рубашка блока.
Из перечисленных четырех схем наиболее распространены I и II. Обе
они могут выполняться с закрытой и открытой гильзой. На фиг. 223 дана
схема одной из первых конструкций блока с несущей закрытой
гильзой; гильза ввертывается в блок на резьбе, выполненной по всей
длине гильзы. Алюминиевая рубашка является лишь коробкой для цир-
куляции воды. Литье может быть выполнено в рассматриваемом случае
из материала низких механических качеств, но должно быть достаточно
плотным для обеспечения герметичности.
Основной недостаток схемы с несущей закрытой гильзой заключается
в несовершенстве отвода тепла от гильзы вследствие неплотного приле-
294
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 223. Схема блока с несущей
стальной закрытой гильзой.
Фиг. 224. Схема блока с несущей откры-
той гильзой (двигатель Испано-Суиза).
Фиг. 225. Схема блока с
несущей гильзой открытого
типа, непосредственно омы-
ваемой водой (двигатель
Сидлей-Пума).
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
гания нарезки и днища ввиду разности в коэфициентах расширения алю-
миниевого корпуса блока и его стальной гильзы. Монтаж гильзы блока
затруднен необходимостью пришабровки днища цилиндра к блоку по
краске, причем для этого приходится несколько раз вывертывать гильзу
из блока, так что посадка гильзы с натягом невозможна.. Результатом
отсутствия натяга является течь масла в нарезку между гильзой и бло-
ком через стык этих деталей в свечных отверстиях. Блоки этого типа
применялись в двигателях Испано-Суиза 150, 200 и 300 л. с. и в насто-
ящее время совершенно оставлены.
Фиг. 226. Блок двигателя Лоррен-Дитрих.
Несколько лучше условия охлаждения головки при открытой
гильзе, когда камера сгорания лежит непосредственно в расточенной
отливке корпуса блока (фиг. 224). Дальнейшее улучшение конструкции
блока показано на фиг. 225. Здесь водой непосредственно охлаждается
не только головка цилиндра, но и гильза. Похожая конструкция приме-
нялась на моторе Испано-Суиза 12Н, 500 л. с.
Общий недостаток конструкции с несущей гильзой и литой алюми-
ниевой рубашкой заключается в том, что, несмотря на значительное утя-
желение рубашки, существенного выигрыша в жесткости не получается.
Поэтому в современных двигателях несущая гильза применяется лишь
при сварных рубашках цилиндра. При этом, естественно, гильза приме-
няется закрытого типа.
Конструкциям, показанным на фиг. 226 и 227, присущи производствен-
ные трудности, связанные с выполнением удобообтекаемых сварных кла-
панных коробок. Этот вопрос решен значительно проще в конструк-
циях блоков двигателей Супер-Конкверор (фиг. 228) и Нэпир-Лайон
(фиг. 229). В этих двигателях клапанные коробки выполнены заодно
с литыми головками; днище цилиндра для лучшего охлаждения выпол-
нено двойным путем сварки, как показано на фиг. 228.
296
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
297
Фиг. 227. Блок двигателя Фиат А-25.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Соединение отдельных цилиндров с головкой достигается одной цен-
тральной шпилькой (фиг. 228), несколькими шпильками (фиг. 227), или же
при помощи клапанных седел (фиг. 229,а).
Перепуск охлаждающей жидкости из цилиндров в головки может
осуществляться либо через отверстия, либо при помощи трубопроводов,
идущих от каждого отдельного цилиндра к головке. Кроме того, вода
может быть направлена двумя независимыми потоками в головку и
в рубашку цилиндров.
Схема наиболее рационального блока с несущей рубашкой представ-
лена на фиг. 230. Преимущество таких конструкций блоков по сравнению
с разобранными выше—большая жесткость; недостатки — сложность от-
ливки, а также конструктивные затруднения в создании хорошего уплот-
Фиг. 228. Блок двигателя Кертис SGIV-1800 (Супер-Конкверор).
нения в головке. Для облегчения литья головка может быть выполнена
отдельно от боковой стенки, однако это вводит лишние болтовые соеди-
нения и добавочные уплотнения (фиг. 230')- Несмотря на эти недостатки,
блоки с несущей алюминиевой рубашкой применяются наи-
более часто.
В конструкциях блоков, выполненных по схемам III и IV (фиг. 230",
230'"), литье не работает на растяжение и может быть выполнено зна-
чительно легче без фланцев и массивных переходов.
Общим недостатком этих конструкций является недоступность затяжных
гаек, находящихся внутри картера газораспределения, который для съемку
блока необходимо вскрывать. Кроме того, картер коленчатого вала с длинны-
ми силовыми шпильками неудобен в переборке ввиду больших габаритов.
При разработке конструкции литого блока большое внимание уде-
ляется его жесткости. Недостаточная жесткость может являться причи-
ной самых разнообразных дефектов двигателя: овала и конусности гильз,
дымления, выгорания клапанов, трещин в теле блока и пр.
Для увеличения жесткости на стенках блока выполняются ребра, пере-
ходы от стенок к фланцам делаются массивными (фиг. 181), а в некоторых
случаях отсеки цилиндров разделяются перегородками. Такие перегородки
необходимы в блоках, выполненных по схеме III, во избежание деформа-
ции изгиба головки при затяжке ее силовыми шпильками (фиг. 182).
298
Фиг. 229. Блок двигателя Нэпир-Лайон.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 229а. Деталь крепления
стакана цилиндра к головке
при помощи клапанного седла
(блок двигателя Нэпир-Лайон).
Фиг. 230. Схема блока двига-
теля Испано-Суиза Ybrs с не-
сущей рубашкой.
Фиг. 230'. Блок двигателя
Кертис D-12 с несущей со-
ставной рубашкой.
Фнг. 230". Блок двигателя
АМ-34 (со сжатой рубашкой).
Ройс (со сжатой гиль-
зой).
300
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 89. ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ГОЛОВОК И РУБАШЕК БЛОКА
Устройство верхней части блока зависит в первую очередь от его
конструктивной схемы и системы разъемов.
Если рубашка и головка отлиты за одно целое, то камеры сгорания
могут быть выполнены отдельно друг от друга или связанно.
Первый вариант, показанный на фиг. 231, возможен лишь при от-
носительно большом расстоянии между осями цилиндров и в современных
конструкциях не применяется.
Второй вариант, показанный на фиг. 181, является характерным
для современных двигателей и в особенности при несущей системе блока,
где должна быть обеспечена надежная силовая связь
головки с рубашкой. В частности, в конструкции,
показанной на фиг. 181, связь осуществляется кла-
панными коробками, свечными бобышками и ребрами
(фиг. 23Г)- Для обеспечения равномерного охлажде-
ния в перемычках между головками выполнены
сквозные сверления 7 через шишечное отверстие 2
(фиг. 181).
При разъемной головке и рубашке блока
силовая связь камеры сгорания со стенками оказы-
вается надежнее, так как головка в этом случае
представляет собой замкнутую коробку (фиг. 232).
Конструкция деталей верхней части блока зави-
сит от расположения на двигателе патрубков вса-
сывания и выхлопа, числа клапанов и расположения
их в самой головке.
При двухклапанной камере сгорания
патрубки для всасывания и выхлопа располагаются
либо с одной стороны блока (фиг. 181), либо с раз-
।
Фиг. 23Г. Схема силовой
связи головки и рубашки
блока двигателя Испано-
Суиза 12 Ybrs
1—свечная бобышка,
2—ребро.
ных цриг. 261), в зависимости от принятой системы
расположения карбюратора и всасывающего трубопровода.
Первый вариант, несомненно, выгоднее, так как в этом случае
карбюратор располагается снаружи „V“. В обоих случаях клапаны всасы-
вания двух смежных цилиндров объединены в одной клапанной коробке,
тогда как выхлопные клапаны в целях лучшего охлаждения имеют раз-
дельный выхлоп.
Конструктивный пример блока с тремя клапанами в цилиндре дан на
фиг. 225. В этой конструкции отвод выхлопных газов из двух клапанов
каждого цилиндра объединен в одной коробке, причем блок имеет общую
полость всасывания, из которой смесь поступает к впускным клапанам
смежных цилиндров блока.
В современных двигателях подобного объединения выхлопных клапанов
в одной коробке избегают, так как такая конструкция невыгодна со сто-
роны охлаждения и жесткости головки.
В четырехклапанной камере сгорания оси одноименных кла-
панов лежат в плоскостях, либо параллельных, либо перпендикулярных
оси двигателя. По первому варианту выполнена головка блока двига-
телей Ролльс-Ройс и АМ-34 (фиг. 232). Приведенная конструкция имеет
раздельный выхлоп и одну коробку на оба всасывающих клапана цилиндра
с перегородкой для увеличения жесткости головки. Большим недостатком
данной схемы является необходимость установки карбюратора внутри „Vй.
Этот недостаток устраняется в конструкции, показанной на фиг. 233.
Здесь впускной трубопровод является общим на отдельные три цилиндра.
Всасывающий канал проходит сквозь блок между двумя коробками выхлоп-
ных клапанов. Благодаря этому выхлопные патрубки и карбюратор распо-
лагаются снаружи „Vй. Применяя принцип прохода смеси через головку,
удалось поместить снаружи карбюраторы даже для трех блоков W-образ-
301
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Разрез по M-N
Фиг. 231. Блок двигателя Испано-Суиза 150 л. с.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ного двигателя. Ввиду сложности отливки головка делается из двух
частей.
По второму варианту, т. е. с расположением осей впускных
клапанов в плоскости, перпендикулярной оси вала, выполнена головка
двигателей Паккард (фиг. 234) и Лоррен-Эйдер. В этом случае выхлоп
и всасывание могут быть одинаково направлены как в одну, так и в раз-
ные стороны блока. Однако со стороны охлаждения выхлопных клапанов
этот вариант не может быть признан рациональным.
Рубашка блокав большинстве современных двигателей выполняется
без промежуточных стенок, отделяющих цилиндры друг от друга. В ниж-
ней части имеются лишь перемычки, соединяющие противоположные стенки
рубашки для уплотнения от протекания воды. В двигателях с малым про-
дольным габаритом и большим диаметром цилиндра толщина этих пере-
мычек оказывается очень малой. Для укрепления их в моторах Испано-
Суиза 12Н применялись бронзовые накладки (фиг. 234'). В последующих
марках двигателей, в частности, Испано-Суиза 12 Ybrs, вместо накладок
перемычка развита в литье по высоте (фиг. 181).
В случае составного блока соединение головки и рубашки делается
на шпильках снаружи блока (фиг. 182). Центровка головки на рубашке
достигается установочными шпильками.
Весьма существенным вопросом конструкции головки является рацио-
нальная схема подвода и отвода охлаждающей жидкости. Температура
в различных точках внутренней поверхности блока меняется в очень
значительных пределах (фиг. 235,а).
На фиг. 235,6 даны результаты аналогичного замера температур стенок
камеры сгорания одного из современных блочных двигателей с наддувом
(при 2000 об/мин.)*. Наиболее нагретой частью головки является перемычка
между выхлопными клапанами. По данным замера температура этого
* Замер температур произвел инж. Тарарухин.
303
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
участка колеблется в пределах 300 265°С, повышаясь в случае работы
двигателя с детонацией до 340 — 350° С.
Значительная разница в температуре между отдельными частями блока
ведет к температурным напряжениям, что может вызвать коробление и даже
трещины стенок блока. Чтобы разницу в температурах свести до минимума,
Фиг. 233. Схема прохода смеси в блоке двигателя ASSO-750 л. с.
обычно главная масса воды направляется в головку, причем принимаются
меры к более интенсивному охлаждению клапанных коробок выхлопа.
В двигателе М-100 для этих целей в головке устанавливается труба
(фиг. 181) с отверстиями; диаметр и число отверстий дозируют подачу
свежей воды к клапанным коробкам. Из той же фиг. 181 видна разница
в условиях охлаждения обеих клапанных коробок.
В двигателе АМ-34 (фиг. 182, 232) клапанная коробка выхлопа также
лучше омывается водой, чем коробка впуска, за счет раздельного выхлопа.
304
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 234. Схема прохода смеси в блоке двигателя Паккард.
Фиг. 235а. Распределение температур в
блоке (по данным инж. Масленникова).
Фиг. 234". Укрепление нижней пере-
мычки блока двигателя Испано-Суиза
12-Н бронзовыми накладками.
В В А—142—20
305
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 236. Блок перевернутого двигателя водяного охлаждения Даймлер-Бенц
DB-600.
Фиг. 237. Схема сверлений в стенках
блока для улучшения циркуляции воды
в двигателе АМ-34. 1 —сверления-
Фиг. 238. Два варианта перегородки блоков дви-
гателя АМ-34 между отдельными отсеками.
306
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Аналогичная система раздельного выхлопа блока принята в двигателе
Ролльс-Ройс-Мерлин.
В выгодных условиях охлаждения находятся головки блоков переверну-
тых двигателей водяного охлаждения, так как при этом наиболее нагре-
тая часть цилиндра, какой является головка, находится внизу всей водяной
системы блока. У таких блоков обычно легче избежать воздушных пробок
и чрезмерно нагретых точек в головке цилиндра. Блок V-образного пере-
вернутого двигателя Даймлер-Бенц 600 показан на фиг. 236. Этот блок
относится к конструкциям с растягиваемой рубашкой и свободной гиль-
зой. Со стороны отвода тепла в воду двойные стенки блока двигателя
Даймлер-Бенц-600 невыгодны и требуют большой точности изготовления
соприкасающихся поверхностей. Давление вспышки от блока у этого
двигателя передается на картер по всей поверхности упора шайбы гильзы
цилиндров, что значительно лучше, чем при креплении блока обычными
шпильками.
Отвод воды делается в наивысшей точке блока во избежание образова-
ния воздушных прослоек и паровых мешков, препятствующих охлаждению.
Из тех же соображений клапанные коробки никогда не ставят вплотную
к головке, и в верхней части ее всегда оставляют проходы (например,
канал 1 на фиг. 232).
Фиг. 239. Типовые конструкции перепуска воды из головок в рубашки
а—с бронзовыми втулками и прокладками: б—с резиновыми кольцами на стальных втулках.
Одновременно принимаются меры для устранения карманов в нижней
части головки, чтобы достигнуть полного удаления воды из всей системы.
Так, для этого на головке блока двигателя AM-34 оставлены проходы 2
(фиг. 232) над и под свечными втулками и в полости раздельного выхлопа
выполнены сверления 1 (фиг. 237). Диаметр сверлений и ширина проходов
для воды должны быть не меньше 3—4 мм во избежание закупорки накипью.
При выполнении в рубашках отдельных отсеков в поперечных пере-
городках делаются окна для прохода воды (фиг. 238). Одно центральное
окно (большое) ослабляет перегородку, поэтому в позднейших двигателях
АМ-34 их два.
На фиг. 239 приведены различные конструкции перепуска воды из
головки в рубашки. Для обеспечения спуска воды в нижней точке рубашки
обычно делают пробки (фиг. 181).
§ 90. ГИЛЬЗЫ БЛОКА
Отдельными элементами гильзы, определяющими конструкцию ее в
целом, является: наружное оребрение, система соединения с головкой
и уплотнение.
На фиг. 240 показаны различные типы наружного оребрения гильз.
Частые ребра, показанные на фиг. 240, а, выполнены в двигателях Испано-
Суиза 12-Nb для улучшения отвода тепла в воду. Однако, как показали
испытания, вследствие ухудшения циркуляции воды охлаждение гильзы
было неудовлетворительным. Оребрение последующих конструкций Испано-
Суиза показано на фиг. 240, б. Так как верхняя часть гильзы нагружена
несколько больше, чем нижняя, то иногда верхние ребра жесткости рас-
полагаются чаще, чем нижние (фиг. 240, в).
Таким образом расположение и размеры наружных ребер определяются
исключительно соображениями жесткости цилиндра.
307
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При резьбовом соединении гильзы с головкой соображения относительно
профиля нарезки остаются те же, что для гильзы воздушного охлаждения.
Для правильной центровки в головке иногда на конце гильзы выполняется
цилиндрический поясок (фиг. 244).
Фланцевые соединения, показанные на фиг. 240, просты, но требуют
большой точности при изготовлении и, в частности, строгой перпендику-
Фиг. 240. Типы наружного оребрения
гильз
а—двигатель Испано-Суиза 12 Nb, б—двигатель
Испано-Суиза 12 Ybrs, в—двигатель АМ-34;
г—двигатель Ролльс-Ройс (гильза сжата сило-
выми шпильками).
лярности плоскости фланца по отноше-
нию к оси цилиндра, так как в против-
ном случае нарушается правильная по-
садка гильзы в блоке и ее уплотнение.
От прорыва газов из камеры сгорания
применяются следующие типы уплотне-
ния: 1) с помощью пластичных прокла-
док, зажимаемых между торцом гильзы
и головкой блока (двигатель Ролльс-
Ройс, М-34), 2) при помощи постановки
эластичных колец и специальной резьбы
гильзы (двигатель М-100 и др.) и 3) при
помощи уплотнительного бортика в
конце резьбы (двигатель Кертис).
На фиг. 241 показан пример уплот-
нения при помощи пластичной прокладки
из чистого алюминия, зажатой между
головкой блока 5 и фланцем 2. Торце-
вой выступ 6 центрирует эту прокладку и предохраняет ее от прорыва
газами, что возможно при небольшой ее ширине. Для лучшего уплотнения
на торце фланца и на головке могут быть проточены канавки 7, в которые
при затяжке вдавливается пластичный алюминий, образующий при этом
круговые шипы. Для надежного уплотнения торцы
всех фланцев должны лежать в одной плоскости.
В качестве прокладки применяются либо от-
дельные для каждой гильзы кольца (фиг. 242, а),
либо одна общая алюминиевая прокладка (плита)
с отверстиями для прохода силовых шпилек 1 и
2
♦ '
I
Фиг. 241. Уплотнение при
помощи пластичной проклад-
ки (двигатель АМ-34):
±—гильза<2—фланец гильзы, 3—
рубашка блока, 4,—алюминиевая
прокладка, 5—головка блока, 6—
торцовый выступ гильзы, 7—ка-
навки на гильзе и головке.
Фиг. 242. Типы пластичных прокладок •
а—для одного цилиндра, б'—для всего блока; I—отверстия для сило-
вых шпилек, 2—отверстие для перепуска воды.
перепуска воды 2 (фиг. 242, б). Со стороны си-
ловой схемы общая уплотнительная плита имеет
преимущества перед отдельными кольцами.
Уплотнение в двигателях Ролльс-Ройс дости-
гается отдельными кольцами (фиг. 242'). Для того
чтобы при снятии блока цилиндры не выпадали,
крепление гильз к головке выполнено при помощи стальных шпилек 2
и скоб 1 со сферическими подкладными шайбами 3 (фиг. 243).
Схема 'уплотнения эластичным кольцом и профиль колец даны на
фиг. 244. Давление кольца на опорные поверхности регулируется завер-
тыванием гильзы в головку.
308
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для обеспечения достаточно плотного прилегания к опорным поверх-
ностям в рабочем состоянии, когда головка под давлением вспышки и
температурного расширения несколько деформируется, эластичное кольцо
должно иметь по возможности большую деформацию. К тому же увеличен-
ная деформация облегчает контроль затяжки. С этой стороны профиль
Фиг. 242'. Блок двигателя Ролльс-Ройс-Мерлин.
кольца, показанный на фиг. 244, б, имеет преимущество перед профилем,
показанным на фиг. 244, в. Изготовление эластичного кольца и его монтаж
требуют большой тщательности. Профиль должен быть строго одинако-
вым, так как разностенность может повлечь за собой поломку кольца.
Фиг. 244. Схема уплотнения эластичным
кольцом
а—установка кольца, б и в—типы колец.
Фиг. 243. Уплотнение ци-
линдра двигателя Ролльс-
Ройс-Мерлин
1—скоба дополнительного креп-
ления цилиндра, 2—шпильки,
3—сферическая шайба.
Фиг. 244'. Схема изготовления эластичного кольца
а, б, в—стадии обработки, г—притирка кольца.
Упругость каждого кольца индивидуально контролируется. Так, для
двигателя М-100 осевой деформации ординарного кольца (фиг. 244, а) на
0,15 мм соответствует нагрузка 4800—5700 кг. Опорные поверхности кольца
должны быть строго параллельны между собой во избежание неравно-
мерного давления кольца в различных секторах (по окружности).
Кольца изготовляются на токарных станках профильными резцами,
причем опорные поверхности притираются на плите (фиг. 244').
Затяжка кольца контролируется по углу поворота гильзы при завертыва-
нии ее в блок. После соприкасания с опорными поверхностями кольца
гильза поворачивается на 36 мм по окружности, что может быть отмечено
309
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
по рискам, нанесенным на блоке и гильзе (фиг. 245). Этот поворот со-
ответствует осевой деформации кольца в 0,12 мм; таким образом действи-
тельная затяжка несколько меньше контрольного усилия, соответствующего
деформации 0,15 мм. Для умень-
шения задиров на торцах колец
при заворачивании стаканов кольца
иногда кадмируются. Для обеспе-
чения натяга в резьбе монтаж
гильзы проводится при нагреве
блока до 110° С.
Пример уплотнения без прокла-
док показан на фиг. 246. Уплотни-
тельный бортик гильзы при завер-
тывании в головку, нагретую до
150—200° С, сильно прижимается
непосредственно к торцу головки
и тем создается достаточное уплот-
нение.
Уплотнение в нижней части бло-
ка почти во всех случаях осущест-
вляется при помощи резиновых
колец.
На фиг. 247 даны типы водяного
уплотнения внизу гильзы. Уплотне-
ние при помощи резиновых колец ромбического сечения показано на
Фиг. 245. Схема монтажа элас-
тичного кольца в блоке двига-
теля М-100:
О—риска на гильзе,
1 и 2—риски на блоке.
Фиг. 246.
Уплотнение
при помощи
буртика
гильзы.
фиг. 247,а; между кольцами имеется контрольный поясок с отверстием
для обнаружения течи воды через верхнее кольцо. Такое уплотнение
не обеспечивает надеж-
ного уплотнения вслед-
ствие малого радиального
распора колец. Кроме
того, при постановке
гильзы эти кольца легко
выбивались из канавки и
при этом появлялась ова-
лизация нижнего пояса.
Значительно рациональ-
нее уплотнение, схема
Фиг. 247. Типы водяного уплотнения внизу гильзы
а—уплотнение ромбическими кольцами (двигатель АМ-34); б—уплот-
нение тремя резиновыми кольцами (двигатель АМ-34), в—уплотнение
резиновым кольцом и зажимной гайкой (Сидлей-Пума), г—уплотне-
ние в двигателе М-100; 1 и 2—резиновые кольца, 3—нажимное
кольцо, 4—зажимное кольцо.
которого приведена на
фиг. 247, б; здесь ради-
альный натяг обеспечи-
вается при затяжке блока,
так как резиновые кольца,
заложенные в проточку
рубашки, выступают из нее по высоте на 0,5 — 1,0 мм. Имеются типы
уплотнений, в которых необходимый радиальный распор создается при
помощи зажимной гайки (фиг. 247, в и г).
Нажимное стальное кольцо 3 (фиг. 247, г) необходимо, чтобы избежать
задирания резины при затяжке гайки; кольцо имеет отверстия под ключ
для удержания от проворачивания при затяжке.
В блоках двигателя Ролльс-Ройс-Мерлин сжатие резинового кольца
1 (фиг. 248) достигается двухвитковой пружиной 3 через нажимное кольцо 2.
§ 91. МЕЛКИЕ ДЕТАЛИ КОНСТРУКЦИИ БЛОКА
Фланцы для присоединения патрубков к боковой поверхности головки
блока всегда несколько выступают над ней для удобства обработки
поверхности стыка.
310
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для внутренних сверлений и удаления после отливки земли из внутрен-
них полостей блока в нем делаются отверстия, которые затем заглушаются
так называемыми „производственными “ заглушками (фиг. 248'). Чтобы
избежать ослабления стенок блока, диаметр заглушки делается по возмож-
ности не более 40 мм. Во избежание образования трещин заглушки не
рекомендуется ставить вблизи отверстий для свечей, клапанов самопуска,
Фиг. 248. Схема
водяного уплотне-
u ния гильзы ци-
линдра двигателя
,\Ролльс-Ройс-
Мерлин.
зованию трещин.
колодцев для силовых шпилек и др. Заглушки устанав-
ливаются иногда на шпильках и, чаще, на резьбе. Так
как обычной толщины стенок блока при этом бывает не-
достаточно, то для постановки заглушек нужно делать
специальные бобышки.
Уплотнение при заглушке, показанной на фиг. 248', а,
достигается за счет диаметрального натяга, что нельзя
считать рациональным, так как может повести к обра-
Заглушки с заплечиками по типу 248' б, в и г не имеют
этого недостатка.
Для постановки шпилек крепления патрубков и наружной арматуры
(трубки.и др.) в блоке должны быть бобышки, которые лучше делать,
Фиг. 248". Втулки блока под шпильки.
Фиг. 248w. Фиксация блока
установочными шпильками.
если это позволяет конструкция, со стороны зарубашечного пространства.
Толщина бобышки должна допускать посадку шпильки на глубину 20 мм.
При болтовом соединении без гайки во избежание износа резьбы в
алюминиевых частях устанавливают латунные сменные втулки
311
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 249. Гайка
силовых шпи-
лек двигателя
АМ-34.
(фиг. 248"). При этом, если шпилька выходит в полость, наполненную
водой, то эта втулка выполняется с донышком (фиг. 248", а).
Наружная арматура блока (краники, втулки, штуцеры) должна
быть достаточно прочной, так как поломка какой-либо детали в эксплоа-
тации может повлечь за собой потерю воды. Детали арматуры обычно
выполняются из углеродистой стали и затем никелируются или кадмиру-
ются; краники, втулки, штуцеры изготовляются также из латуни.
Фиксация блока на картере обычно производится посредством уста-
новочных шпилек (фиг. 248'").
Силовые шпильки, проходящие через рубашку блока,
отделяются от воды дуралюминовыми трубками, которые
для уплотнения развальцованы с краев и под развальцовкой
снабжены резиновыми кольцами.
Для силовых шпилек, выходящих в картер распределе-
ния, где находится масло при температуре от 80 до 100—
105° С, применяются специальные гайки. Чтобы устранить
протекание масла вдоль резьбы гаек, они делаются заглу-
шенными с торца (фиг. 249).
Кроме обычно применяемого крепления блока к картеру
на шпильках, это соединение может быть выполнено при
помощи фланцев и кольцевых гаек на каждом из цилиндров. Преиму-
щество такой конструкции заключается в надежном креплении блока и
в равномерном распределении давления вспышки на фланец картера
(фиг. 236).
§ 92. БЛОКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
Конструкции блоков двигателей воздушного охлаждения мало распро-
странены в связи с трудностями охлаждения головок.
Основные принципы конструирования блоков, изложенные ранее, пол-
ностью применимы для данного типа блоков. В целях упрощения литья
головка цилиндра выполняется обычно отдельно от картера кулачковых
валиков."Соединение их осуществляется либо на шпильках (фиг. 249'),
либо направляющими клапанов (фиг. 418'), которые для этой цели имеют
резьбу.
Штоки клапанов располагаются либо параллельно, либо имеют
очень небольшой развал (двигатель Нэпир-Деггер, фиг. 418'), что не
особенно удобно для охлаждения клапанных коробок.
Ребра на головках, как в обычных рядных двигателях, перпенди-
кулярны оси цилиндра.
§ 93. СЕДЛО КЛАПАНА, НАПРАВЛЯЮЩИЕ КЛАПАНОВ, СВЕЧНЫЕ ВТУЛКИ
Седла клапанов устанавливаются в головке цилиндра потому, что без
них наблюдается перенос на фаску грибка клапана сравнительно мягкого
материала головки, выбивание клапанных гнезд и выгорание клапанов.
Материал седла, в особенности для выхлопного клапана, должен обла-
дать высокой твердостью при рабочей температуре 180—350° и достаточ-
ной стойкостью против коррозии как при высоких температурах, так и в
нормальных условиях, что имеет значение в особенности для двигателей,
работающих на этиловых смесях. Чтобы увеличить стойкость рабочей
поверхности в некоторых двигателях, седла навариваются стеллитом.
Вместе с тем материал седла должен обладать высокой теплопроводностью
и одинаковым с материалом головки коэфициентом теплового расширения.
Во избежание коробления при высокой температуре седла клапанов
должны быть достаточно массивными и иметь надежную посадку в
головке. Применявшаяся ранее для этой цели заливка седел в настоящее
время не имеет места.
312
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фир, 249'. Блок AS SO-Каччид.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Типовые конструкции седел клапанов, применяемые в авиационных
двигателях, показаны на фиг. 250. В двигателях старых марок применя-
лась посадка стальных седел на резьбе в нагретую головку (фиг. 250, а
и б), причем припуски, оставленные для ключа, после постановки седел
Фиг. 250. Типовые конструкции седел клапанов;
стачивались (см. пунктир на фиг. 250, а). Вследствие разности коэфициен-
тов расширения седла и головки в резьбе может образоваться зазор, что
ухудшает отвод тепла.
Фиг. 251. Типовые конструкции втулок клапанов.
FljpH цилиндрическом седле (фиг. 250, в), обычно изготовля-
емом из алюминиевой бронзы, отвод тепла значительно улучшен, так как
контакт седла с головкой осуществлен по цилиндрической и по торцовой
поверхностям. Седло запрессовывается в нагретую головку со значитель-
ным натягом (примерно 0,13 4-0,17 мм на 100 мм диаметра седла).
Чтобы получить хорошее прилегание торцовых поверхностей, в неко-
торых двигателях применяется притирка седла до его запрессовки.
Для надежного крепления седло завальцовывается или утапливается
в головку, в результате чего после запрессовки образуется круговой
закрай из выступающего материала головки (фиг. 250, г).
314
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При конических седлах труднее достигнуть торцового контакта
поверхностей седла и головки без уменьшения диаметрального натяга.
С этой стороны конические седла менее
совершенны, чем цилиндрические. Конус
выполнялся в пределах 1—5°. В последнем
случае на конической поверхности обычно
выполняются две проточки, в которые
благодаря упругой деформации после за-
прессовки вдавливается алюминий, созда-
вая при этом фиксирующие круговые шипы
(фиг/250, е).
Посадка седла в головке может быть
достигнута .также за счет обратного ко-
нуса; у двигателя М-87 этот конус равен
0°43' (фиг. 250, з).
Достаточно часто применяется седло
с развальцованным бортиком, входящим в
соответствующую коническую выточку в
головке (фиг. 250, и}.
Направляющие втулки клапанов работают в невыгодных ус-
ловиях— при температуре 250—300° С и недостаточной смазке, а иногда
и при полном отсутствии ее. Этим объясняется часто наблюдающийся
износ втулок. Типовые конструкции втулок клапанов приведены на
Фиг. 252. Схема приспособления для
запрессовки {а и в) и распрессовки б
цилиндрических втулок.
фиг. 251. Чаще всего на-
правляющие втулки клапа-
нов выполняются в виде
гладких полых цилиндров с
бортиком для упора при
запрессовке и иногда с про-
точками по наружной по-
верхности (фиг. 251, б). По-
садка по резьбе нерацио-
нальна вследствие ухудше-
ния теплопередачи (фиг.
251, ж); в современных дви-
гателях посадка на резьбе
применяется весьма редко.
Втулки выпускных
кл-а па нов делаются длин-
нее, чем для клапанов
впуска, для предохране-
ния штока клапана от действия выхлопных газов.
Посадка цилиндрических втулок выполняется с натягом в
пределах 0,024-0,10 мм. Натяг у втулок клапанов впуска часто отли-
чается от такового у втулок выпуска, так как учитывается разный нагрев
клапанных коробок. Например, в двигателе М-25 желательный натяг при
посадке втулки выпускного клапана составляет 0,09 мм, а впускного 0,05 мм.
Запрессовку цилиндрических направляющих обычно про-
изводят в головку, нагретую до температуры 250° С, либо из-под удара
молотком по оправке (фиг. 252, а), либо при помощи пресса (фиг. 252, в).
После запрессовки необходима развертка втулки, так как после посадки
внутренний диаметр ее несколько уменьшается.
Запрессовка конических втулок производится тарированным
ударом свободно падающего груза (фиг. 252').
Внешняя поверхность втулки и гнездо под нее обрабатываются по
конусу с одинаковым углом при вершине.
Втулки для свечей и
для сохранности головки, так как в случае отсутствия их при частом завер-
Фиг. 252'. Схе-
ма монтажа ко-
нической втулки
двигателя М-100.
Фиг. 253. Типовые конструкции вту-
лок для свечей и клапанов самопуска.
клапанов самопуска необходимы
315
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
тывании свечей возможны повреждения резьбы и выход в брак всего
цилиндра.
Втулки обычно изготовляются из бронзы и в случае порчи нарезки могут
быть легко заменены. Типовые конструкции втулок показаны на фиг. 253.
Конструкция, при которой втулка проходит сквозь алюминиевую рубашку
и стальную гильзу, связана с большими трудностями в уплотнении стыка
и поэтому не применяется. Завертывание втулок обычно производится в
нагретую головку с натягом. Контровка втулок штифтами или развальцов-
кой обязательна (фиг. 253, а, б, в). В некоторых двигателях (например,
Кертис Д-12) для герметичности втулки завертывались на конической
резьбе.
94. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ ЦИЛИНДРА
Для производства расчета на прочность стенок цилиндра надо рас-
сматривать его как тонкостенный сосуд, подверженный давлению вспышки Р.
Усилие разрыва Р по образующей длиной I определяется из уравнения
Для гладкого стального цилиндра диаметром Фиг. 254.
150 мм с толщиной стенки 2—3 мм получается
напряжение разрыва 8004-1600 кг/см2. Наличие ребер уменьшает это на-
пряжение.
Таким образом толщина стенки цилиндра обусловлена требованиями
не прочности, а жесткости.
Напряжение разрыва по сечению, перпендикулярному оси,
тт£)2
, _ Р 4 _pD _ 1
Ср тфе 4е 2 °р*
Стальная несущая гильза, проверенная на
разрыв по образующей, может по этой формуле не
проверяться. Для навертной алюминиевой головки эта
проверка обязательна, причем необходимо учитывать
значительное понижение коэфициента крепости легких
сплавов при повышенной до 200—250° С температуре.
В современных двигателях это напряжение лежит в
пределах 80—130 кг!см2 для литых головок.
Днище цилиндра обычно на прочность не рас-
считывается в связи с тем, что оно усилено ребрами и
клапанными коробками.
Проверка сечения ДА (фиг. 255) гильзы на изгиб от боковой
силы N ведется по формуле:
, , Nh . pD
ас=оизг + ор = —
(101)
где W— момент сопротивления сечения ДА; е — соответствующая толщина
стенки цилиндра.
Это напряжение не превышает 800 кг}см2 у фланца при постоянной тол-
щине стакана и падает до 400 кг1см2 при утолщении стакана, что обычно
делается.
316
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для заданного сечения величина h находится по известному из дина-
мического расчета пути S поршня для данного значения N.
Нарезка головки цилиндра проверяется на изгиб от силы
вспышки Р2. При внутреннем диаметре нарезки D' (в головке), шаге h
и числе витков Z, принимая, что сила сосредоточена на наружном диаметре
резьбы головки, имеем (фиг. 256):
= = (250 ч- 350 к^см*). (102)
Здесь для простоты расчета высота нарезки принята
равной шагу; для уплотнительной резьбы пилообразного
профиля это допущение является достаточно правильным.
Проверка резьбы на срез дает следующие данные для
литых головок:
Рг
к • D' • i • Л
(100 4- 140 кг/сл/2). (103)
Фланцы отдельно стоящих цилиндров проверяются Фиг. 256.
на изгиб от силы вспышки, причем фланец рассматри-
вается развернутым с равномерной нагрузкой по линии центров болтовых
отверстий (фиг. 257):
®изг = (400 н- 500 кг/ся*).
(Ю4)
При расчете
Фиг. 257.
несимметрично расставленных шпилек часто
разнообразные допущения,— например,
вается лишь один участок фланца, условно выре-
занный сечениями между смежными шпильками.
Шпильки цилиндра рассчитываются на
силу затяжки, которая должна быть на
больше усилия вспышки. При числе |шпилек
пряжение разрыва
1’25Рг’-- (1000 1300 кг/см?)-,
Ор fad*
делаются
рассчиты-
25%
i на-
(Ю5)
здесь d — наименьший диаметр шпильки.
В случае несущего блока расчетным усилием
должна быть суммарная сила газов и силы Л/,
действующих на всех цилиндрах.
При большом числе шпилек, когда расстояние между ними не превы-
шает 80 —100 мм, диаметр их по расчету может получиться очень малым.
В этих случаях во избежание обрыва при неосторожной затяжке диаметр
их не делается меньше 8 мм независимо от величины расчетного напря-
жения.
В момент вспышки усилие затяжки может оставаться неизменным или
меняться в зависимости от схемы затяжки. На фиг. 258 и 259 приведены
две принципиальные различные схемы нагрузки затянутого соединения,
на которых обозначены силы упругости сжатой втулки и силы реакции
шпильки и опорной поверхности.
Схеме, приведенной на фиг. 258, соответствует накладная головка со
шпильками, завернутыми непосредственно во фланец цилиндра, а также
обычный фланец на отдельно стоящем цилиндре.
Если к нижней плоскости приложить усилие Р2, то давление втулки
на стык уменьшится с Р3 до Р2
X = Р3 - Р2.
(106(
317
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В то же время усилие, сжимающее фланец и растягивающее болт,
останется без изменения равным
Х + =
Постоянство нагрузки болта сохраняется при условии, если
Р'<Р~
При Pz — Р3 давление на стыке равно 0 (^ = 0). При Р2>Р3стык вообще
разойдется.
Схема, приведенная на фиг. 259, соответствует накладной головке с
силовыми шпильками, ввернутыми в картер (Ролльс-Ройс, АМ-34).
В момент вспышки, приложенной непосредственно к гайке, шпилька
получит добавочное удлинение А по сравнению с тем, которое она имела
под действием силы затяжки Р3. При этом сжатый ранее силой Р2 цилиндр
или блок вследствие разгрузки так же удлинится на такую же величину А
и усилие сжатия в нем при этом уменьшится до величины X. Тогда пол-
ное усилие, растягивающее шпильку,
Ррасч-Р. + Х (107)
Величина X может быть найдена, если принять, что материал шпильки
и гильзы подчиняется закону Гука.
Тогда, полагая в общем случае материал и сечения различными, имеем
добавочное удлинение шпильки:
д = [(X 4- Рг) - Р3] (108)
Добавочное удлинение гильзы или блока
Д=(Рэ-Х)т^-; (109)
Vr
приравнивая эти выражения и сокращая на Z, имеем:
1
X = Р3------Рг- (110)
В случае стальной шпильки и стальной гильзы уравнение упрощается:
Х=Р3------------------------------йр-, (111)
•* г
или по уравнению (107)
Ррасч = Р,----+ Рг = Рз + Р2------Цг- • (И2)
1 I ш 1 I Г
318
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В случае стальной шпильки и алюминиевого блока при ^ст~^3 имеем:
х=р3-рг--------------------------(ИГ)
1+3^
Ррасч = Р3 + Рг-(113)
1 I бл
Необходимо отметить, что в случае применения схемы, показанной
на фиг. 259, выбирать предварительную затяжку из условия
Р3 = 1,25Рг (114)
не является обязательным, и такая затяжка может оказаться даже излишней.
Наименьшая величина Р3 найдется из условия, что в момент вспышки
Х = 0.
Для стальной гильзы, полагая для примера -р— = у, получим
минимальную силу затяжки:
= —г = °-75^- <115)
*+з
Для алюминиевой гильзы при том же соотношении-^-
/?зш1п = 0,5Р2. Г (116)
В последнем случае усилие, растягивающее шпильку в момент вспышки,
будет: ,
Рр. ш = 0,5Рг + Л ГТГ = Рг (117)
Нетрудно видеть, что, приняв Р3 = 1,25Р2, мы получили бы Рр.ш = IJSP*
при X — ®,75Р2, т. е. совершенно излишнее перенапряже-
ние шпилек в момент вспышки.
При наличии большой разности температур или при
разнородных материалах шпильки и блока расчетное уси-
лие должно быть увеличено на значение температурного
усилия Pt, получающегося вследствие различного расши-
рения стянутых тел. Для определения последнего обра-
тимся к фиг. 260, где показано неизвестное пока усилие
Pt, растягивающее шпильку и сжимающее втулку, воз-
никшее при нагреве.
Для общего случая, когда материал и температура
различны, удлинение шпильки складывается из удлинения
и упругого:
хш = Хупр = рш z0) I ,
Аналогично для гильзы
xr (119)
Так как эти удлинения одинаковы, то, приравнивая их и сокращая на Z,
получаем после преобразований:
pt= —~ - «]• (12°)
1 д-__HL-EL
температурного
(118)
319
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для блочной конструкции типа двигателя АМ-34 можно принять tT =
— tm = t. Тогда, учитывая, что
зюлучаем:
°/=тЙ-= —(121)
1+3^-
Полное напряжение в шпильке найдется как сумма:
0с=^+Л+3(. (122)
1 ш
При определении силы Р2, действующей на шпильки блока, условно
вырезают по осям шпилек часть блока с одной гильзой. Тогда на силу Pz
Фиг. 261. Определение усилия для расчета затяжки блока
в 12-цилиндровом V-образном двигателе.
одного цилиндра будут приходиться две целых шпильки. Точнее опреде-
лить максимальное значение суммарной силы, отрывающей головку, можно
графическим сложением силы газов, как это показано нафиг. 261.
§ 95. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ГОЛОВОК И БЛОКОВ ЦИЛИНДРОВ
Фиг. 262. Изменение механических качеств
разных сплавов при повышении
температуры.
ной темпеоатуое показаны на Лиг.
Данные о химическом составе и механических качествах материалов,
предназначенных для головок цилиндра и блоков, приведены в табл. 19.
Сплав АС5 типа Y, применяющий-
ся для головок воздушного и водя-
ного охлаждения, имеет высокие ме-
ханические качества, при повышенных
температурах хорошо обрабатывается
на станках, обладает высоким сопро-
тивлением коррозии, допускает тер-
мическую обработку. К числу его
недостатков относятся частые случаи
пористости литья и склонность к обра-
зованию трещин из-за большой усад-
ки (1,29%).
Широкое применение получили ти-
тановые сплавы типа №, механиче-
ские качества которых при повышен-
262.
Сплав RR50 применяется для литья блоков двигателей водяного охлаж-
дения, в частности, двигателя Ролльс-Ройс; №53 (АС9) — для отливки го-
ловок двигателей воздушного охлаждения; сплав №59 (АК4)—для по-
ковки головки тех же двигателей с последующим фрезерованием ребер.
Хорошими литейными качествами обладает силумин, применяемый, в
частности, для отливки блоков двигателя Испано-Суиза 12-Ybrs и М-1С0
320
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
(АСЛ4). В отношении корро-
зии силумин является наибо-
лее стойким алюминиевым
сплавом. Имеет значение так-
же меньший удельный вес его,
так как блоки составляют око-
ло 23% веса двигателя.
Необходимость значитель-
ного оребрения головок (типа
Райт, серии G) в связи с труд-
ностью отливки ребер иногда
заставляет применять сплав
6340 (или АСЛ5).
Ребра головок, отлитых из
этого сплава, допускают прав-
ку и менее ломки, чем ребра
головок из сплава Y.
Головки чаще всего отли-
ваются в землю. При высоких
и тонких ребрах охлаждения
это ставит очень жесткие тре-
бования к точности формовки,
которая проводится исключи-
тельно по металлическим мо-
делям. Значительно сложнее
в литье, но вместе с тем луч-
, шепополучаемымрезультатам
отливки в кокиль (фиг. 262').
На некоторых двигателях
(Бристоль, Нэпир) применя-
ются кованые головки с фре-
зерованными ребрами (фиг.
262"). При этом обеспечивается
выполнение очень тонких и
высоких ребер и хорошие ме-
ханические качества.
Одним из основных дефек-
тов при отливке блока и го-
ловок является пористость,
происхождение которой объ-
ясняется, главным образом,
усадкой. „Лечение" пористой
отливки путем пропитки ба-
келитом, либо постановки
„ввертышей" не всегда может
быть применено и поэтому при
сложных деталях применяет-
ся литье с кристаллизацией
под давлением, значительно
уменьшающее пористость и
улучшающее общие качества
отливки. Оно производится в
автоклавах, куда вводится на
рольгангах совершенно под-
готовленная к заливке форма 1
(фиг. 262""). После заливки
формы металлом через люки
2 последние немедленно за-
Таблица 19 Данные алюминиевых сплавов, применяющихся для изготовления блоков и головок цилиндров I Механические качества Коэфи- циент усадки 1,29 III 1 oo ▼—< V—<
Удель- ный вес 2,8—2,9 со . ОС | со of of oi 2,6—2,65 2,6—2,65
Число твердости по Бри- неллю кг/ мм2 (не менее) 65 80 132-152 о in ООО i
• 0J 1 S 0 <D g | | =3? со 1П 1 О .о -Ф 1 ~ in 1-2 3
Временное- сопротив- ление разрыву кг [мм? со т—'* 25 (литье в кокиль) 14 (литье в песок) 25 (литье) .36 (после термообра- ботки) 35 (кованый) 20-22 21,0
1 Химический состав (Л <0,7 2,25 1,0—2,0 0,5—1,25 4-5 9-10
Fe <0,7 04 ’Т < —’ 1 1 00 сч о ~ 1 о v:
Ti | S2 £2 ОО o' o' J> g > о ’ Ifi ° 1
Mg о 7 о. ос СО О' 1 1 0,4-0,6 0,2 - 0,3 1
z 1,5-2,2 1 in in S 7 7 in in о о 1 1
Си 3,5—4,5 in in оэ of of in in 1,0-1,5 <0.2 1
Марка 1 Другие ОСТ обозна- чения АС5 Y — RR50 AC9 RR53 AC11 или AK4 RR59 АСЛ5 J 6340 „АСЛ4 | _ AC12T _ 1
ВВА—142—21
321
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
крываются и в автоклаве при помощи сжатого воздуха создается давле-
ние 4 — 5 ат.
Крупным дефектом в эксплоатации является коррозия головки и гильзы
цилиндра, в особенности в зарубашечном пространстве двигателей водяного
Фиг. 262'. Кокиль для отливки головки цилиндра
двигателя воздушного охлаждения.
охлаждения.
Она в значительной
мере зависит от наличия
разнородности металлов
и сплавов, образующих
гальванические пары.
Одной из мер, устра-
няющих влияние гальва-
нических токов, являлось
применение в некото-
рых системах охлаждения
цинковой пластинки, ко-
торая была отрицатель-
ным электродом по отно-
шению ко всем осталь-
ным частям, и поэтому
только она и разруша-
лась. Однако этим кор-
розия не уничтожилась.
Коррозия зависит от на-
правления потока охла-
ждающей воды в блоке.
Точечная, ярко выражен-
ная коррозия в виде от-
дельных ямок глубиной
до 1 мм наблюдалась в
двигателе АМ-34 в мес-
тах, находящихся против
окон перепуска воды из
одного отсека блока в
другой (фиг. 238), причем
дальнейшая коррозия в
этом месте прекращается в случае поворота гильзы в другое положение.
К числу мер предохранения от коррозии относится применение стойких
в отношении коррозии литейных сплавов, как, например, силумина, и раз-
Фиг. 262". Последовательные стадии
g механической обработки кованой
головки.
Фиг. 262w. ‘Автоклав для литья блоков
под давлением
1—заформированная отливка, 2—люки для заливки
металла, 3—трубка для подвода сжатого воздуха..
личного рода покрытия, как, например, баккелитирование внутренней
(алюминиевой) поверхности блоков (двигатель АМ-34, Испано-Суиза 12Ybrs),
гальванические и другие покрытия наружной поверхности гильз.
322
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Из гальванических наилучшие результаты дало покрытие слоем
кадмия толщиной 0,0125—0,0130 мм (двигатель АМ-34, М-100 и др.).
Кадмированию подвергаются также наружные ребра цилиндров
некоторых двигателей воздушного охлаждения (Рено-Бенгали). При не-
возможности выполнения гальванического покрытия (в частности, в сварных
конструкциях — двигатель М-17) применяется олифирование зарубашечного
пространства.
Недостаток этого способа заключается в том, что детали, покрытые
олифой, при последующей эксплоатации нельзя нагревать выше 210°,
править и промывать в щелочах.
Хорошую защиту от коррозии наружной поверхности стаканов воздуш-
ного охлаждения дает фосфотирование, которое заключается в обра-
ботке поверхности горячим раствором фосфорной кислоты. На поверх-
ности, подлежащей защите, при этом образуется сплошная пленка нераст-
воримых фосфатов, предохраняющая деталь от коррозии.
Весьма распространено покрытие наружной поверхности цилиндров и
головок (часто патентованными) лаками и красками.
Для седел клапанов обычно применяется бронза вследствие того, что
коэфициент линейного расширения ее близок к коэфициенту алюминиевого
сплава головки. Хорошие результаты дает алюминиевая бронза БАЖН
(табл. 20).
Таблица 20
Бронза для втулок направляющих клапанов, свечей и клапанов самопусков
Марка Химический состав Механические качества
А1 Sn 1 Pb Ni P Временное сопротив- ление кг/мм- Удлине- ние О/ /о Твердость по 'Бринеллю кг]мм2
6811 * 6722 ** БАЖН Бр. ОФ СО СО 1 ш XI5 сп сп 9—11 S 0,4 1 6-7 1 2—3,25 0,1 0,02 3—4 j 4—6 0,07 0,1—0,25 25 50 65 50 1 5 5 5 15 75—110 175 200—240 150—200
Однако бронзовые седла часто выгорают при работе на бензинах с
этиловой жидкостью. Поэтому седла выхлопных клапанов современных
мощных двигателей часто изготовляются из сталей У-4 или 8163, данные
которых приведены в табл. 21.
Хорошие результаты при работе на свинцовых бензинах дает наварка
гнезд стеллитом.
Для изготовления втулок направляющих клапанов применяются чугун
и дюраль; чаще всего применяется бронза оловянистая или алюминиевая
(табл. 20).
Эти же бронзы применяются и для свечных втулок.
Гильзы цилиндра со стороны прочности не требуют применения спе-
циальных сталей и могут изготовляться из стали У-4. Однако твердость
ее недостаточна; в мощных двигателях наблюдается быстрый износ стен-
ки. В современных мощных двигателях для гильз цилиндра применяется
либо закаливаемая сталь типа Х-4, либо азотируемая типа ХМА-4.
Достоинство азотирования заключается в том, что оно обеспечивает
высокую твердость поверхности зеркала и повышенную стойкость ее про-
тив коррозии (фиг. 263). Азотирование производится после механической
обработки. Припуск на окончательную шлифовку оставляется не более
* Применяется для изготовления втулок впускного клапана.
** Применяется для изготовления втулок выпускного клапана.
323
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица 21
Данные о сталях, применяющихся для цилиндров и клапанных седел
Марка Химический состав, % Механические качества
С Сг Ni Мо А1 временное сопротивле- ние, кг/лш2 удлинение, % 1 сопротивление удару, кгм!см2 число твердости по Бринеллю кг]мм*
У4 * 0,4 —0,5 0,15 05 60—75 13 178—229
ЭХТ (Х4) 034-0 42 0 8-1,1 05 — 95 10 8 270-330
ХМА4 035-0 45 135-165 0,30 0.40—0,60 0 8—1,2 100 15 9 285 -321
ХМА-3 8163 ** 0,30-0,38 1,35-1,65 0,40 0,40-0,60 0,75—1,25 90— —100 13—15 9 Твердость корки после азотизации /?с=85—90
(ЭИ69) 0,40—0,50 13-15 13—15 0,4 —0,6 — — — — 229—269
0,1 мм, так как твердость слоя быстро падает по глубине. После шлифовки
глубина азотированного слоя остается 0,5 4-0,7 мм.
Причины износа гильзы достаточно сложны. По данным многих источ-
ников, износ распределяется неравномерно по высоте гильзы, как это по-
казано на диаграмме (фиг. 263'). Из диаграммы можно заключить, что
скорость поршня и боковая нагрузка его существенного влияния на износ
зеркала не оказывают, так как наибольший износ наблюдается у верхнего
пояса, где скорость поршня равна нулю, причем износ по взаимно-перпен-
дикулярным направлениям практически одинаков.
Фиг. 263. Графики, характеризующие термическую обработку
гильз цилиндров:
Слева — изменение твердости цементированной и азотированной стали по глубине
слоя; в середин е — твердость в зависимости от температуры; справа — потеря
веса от коррозии углеродистой и азотированной стали в морской воде.
Такой характер износа объясняется одновременным действием эрро-
зии, т. е. механического истирания кольцами, и коррозии за счет части
свободного кислорода, а также органических кислот, образующихся при
сгорании.
В качестве доказательства наличия коррозии Рикардо приводил случай
обрыва головки при испытании мощного звездообразного двигателя воз-
душного охлаждения, у которого через несколько, минут после обрыва
верхний пояс зеркала покрылся ржавчиной. Что же касается эррозии, то
она определяется, невидимому, давлением колец на боковую стенку и
состоянием слоя масла.
* Коэфициент линейного расширения ). — 1,3-10"“5.
** То же 1,7—1,8-10~5
324
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Первое положение подтверждается тем, что (как указывалось в гла-
ве „Поршни") давление под верхним кольцом близко к давлению в каме-
ре. Этим можно объяснить повышенный износ верхнего пояса/ гильзы.
Подтверждением влияния упругости кольца на износ служат данные
диаграммы, приведенной на фиг. 264.
Второе положение — влияние состояния масляного слоя — также находит
подтверждение в этих экспериментах, так как очевидно, что в ' верхних
частях гильзы слой масла тоньше. Это подтверждает повышенный износ
при работе двигателя с холодными стенками, когда уменьшается диамет-
ральный зазор поршня в цилиндре.
-______Износ цилиндра при заморе ВдолЬ оси мотора, мм
- . „ - - - в перпендикулярном напраЬл.,мм
Фиг. 263х. Износ цилиндров по их высоте.
Фиг. 264. Износ цилиндров при
кольцах различной упругости
1—износ цилиндров при замере вдоль
оси двигателя, 2—износ цилиндров в
перпендикулярном направлении.
В цилиндрах I и ///^-нормальная, в
цилиндре //—повышенная упругость
маслосбрасывающего кольца.
Большое значение имеет чистота вса-
сываемого воздуха. Так, износы цилин-
дров авиационных двигателей колеблятся
в пределах 0,005-^-0,01 мм за 100—200 час.
эксплоатации при нормальных условиях работы двигателя. При взлете
и посадке самолета на пыльном аэродроме при низком расположении вса-
сывающего патрубка и отсутствии пылеуловителя износ колеблется в
пределах 0,3 —0,5 мм за 20 — 25 час. эксплоатации двигателя.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ГЛАВА V
ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ АВИАДВИГАТЕЛЕЙ
§ 96. ПРИВОД К РАСПРЕДЕЛЕНИЮ РЯДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Различается: 1) верхний привод к распределению, когда
кулачковый валик расположен на головках цилиндров, и 2) нижний
привод к р а с п ре д е л е н и ю — при расположении валика в картере
коленчатого вала.
Наибольшее распространение в рядных двигателях получила схема
верхнего распределения. Она может выполняться различно в следующих
своих деталях: 1) в приводе валиков вертикальной передачи, 2) в приводе
кулачковых валиков и 3) в системе передачи движения от кулачковых
валиков к клапанам. Различные схемы привода валиков вертикальной
передачи показаны на фиг. 265.
Фиг. 265. Схемы привода валиков вертикальной передачи.
В V-образных двигателях наиболее частое применение находит схема,
приведенная на фиг. 265, б.
Основное достоинство привода, выполненного по этой схеме, заклю-
чается в том, что вследствие одинакового направления вращения оба кулач-
ковых валика в большинстве случаев выполняются взаимозаменяемыми.
Кроме того, наклонные валики вертикальной передачи получаются сравни-
тельно короткими, удобными в производстве. Наконец, хвост промежуточ-
ного вертикального валика может быть использован для привода вспомо-
гательных агрегатов.
Недостатком привода, построенного по этой схеме (фиг..265, б), является
увеличение размеров и веса задка картера вследствие наличия вертикаль-
ного валика. Проще и легче схема, показанная на фиг. 265, в, применяю-
щаяся на двигателях BMW-VI и АМ-34. Ее основной недостаток — разное
направление вращения кулачковых валиков, что мешает делать их взаимо-
заменяемыми. Вследствие значительной длины валики- вертикальной пере-
дачи приходится крепить на трех опорах. Наиболее простая схема при-
вода представлена на фиг. 265, г. Здесь шестерни обоих вертикальных
валиков сцеплены непосредственно с ведущей шестерней коленчатого вала.
Для того чтобы конические шестерни не мешали друг другу входить
в зацепление, они работают по разным диаметрам ведущей шестерни.
Кулачковые валики имеют одинаковое направление вращения.
326
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Привод валиков вертикальной передачи у W-образных двигателей при
18 цилиндрах выполняется по схеме, приведенной на фиг. 265, б. При
12 цилиндрах, где угол развала между крайними рядами составляет 120°,
применяется схема, показанная на фиг. 265, д.
В подавляющем большинстве приводов передаточное число к валикам
вертикальной передачи равно 3/2. Это уменьшает длину и вес картера,
момент, передаваемый валиками, а следовательно, их сечение и вес.
Кроме того, в шестицилиндровых и 12-цилиндровых двигателях является
возможность удобно осуществить передачу от валиков к магнето. В тех
случаях, когда привод к магнето выполняется не от вертикального валика,
передаточное число может быть другим. Так, например, в двигателе М-100
оно равно 1,23.
Фиг. 266. Привод валиков вертикальной передачи двигателя Кертис-Конкверор
1—упорная шайба.
Основным вопросом конструкции ведущей шестерни, соединенной
с коленчатым валом, является система ее осевой фиксации.
В одном из вариантов она неподвижно укрепляется на фланце
коленчатого вала, центрируясь по его наружному диаметру (двигатель М-5).
Основной недостаток такой конструкции в том, что во время работы
двигателя нарушаются зазоры в зацеплении вследствие разности коэфи-
циентов расширения алюминиевого картера и стального коленчатого
вала. Нарушение зазоров может повести к поломке зубьев, поэтому
подобная конструкция совершенно не применяется в современных двигателях.
В другом варианте ведущая шестерня связана с коленчатым
валом посредством осевых или торцевых шлиц и имеет возможность
перемещаться по валу в осевом направлении, сохраняя постоянство зазора
в зацеплении. Центрируется она или на хвостовике вала или в задней
части картера. Осевая фиксация и передача осевого усилия ведущей
шестерни осуществляются шариковыми подшипниками или подпятниками,
расположенными в задней крышке картера.
327
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Ведущая шестерня довольно часто располагается зубьями к задней
крышке двигателя (фиг. 266, 267, 269). В этом случае осевая фиксация
и передача осевого усилия ведущей шестерни достигаются торцом заднего
коренного подшипника (фиг. 267, 269). Если диаметр шестерни меньше
диаметра подшипника, то для упора
(фиг. 266, 269) ставится шайба, в
которую упирается задний коренной
подшипник картера и через нее
перемещает шестерню в осевом
направлении.
Для уменьшения ударной на-
грузки на зубья шестеренчатой пе-
редачи в двигателях Кертис-Кон-
кверор (фиг. 266) применено эластич-
ное соединение коленчатого вала
с ведущей шестерней передачи.
Валики вертикальной пе-
редачи выполняются как цель-
ными (фиг. 2 >8, 269), так и разъем-
ными, состоящими из двух половин,
соединенных между собой п ли-
цами (фиг. 267, 270).
Разъемные вертикальные ва-
лики удобны в монтаже и произ-
водстве; соединительные шлицы
могут быть использованы для ре-
гулировки газораспределения. Ше-
стерни передачи могут выполняться
заодно с валиком или отдельно от
него. Последнее удобнее в произ-
водстве, но более сложно с кон-
Фиг. 267. Привод валиков вертикальной
передачи двигателя Паккард ЗА-1500.
структивной стороны и в монтаже. Посадка ^шестерни в этом случае
производится обычно на цилиндрический поясок (фиг. 269) со шпонкой,
Фиг. 268. Привод валиков вертикальной передачи
двигателя BM-W-VII.
хотя есть пример
применения цент-
рирующих конусов
(фиг. 266).
Подшипники вер-
тикальных валиков
у двигателей старых
марок обыкновенно
выполнялись шари-
ковыми (фиг. 268),
но у большинства со-
временных двигате-
лей применяются бо-
лее легкие и удобные
в монтаже сколь-
зящие подшипники
(фиг. 269). Они вы-
полняются в виде
стаканов с фланцем
для крепления и с
разъемом по оси. для
возможности монта-
жа валика. Внешний диаметр стакана обычно делается больше внешнего
диаметра шестерни для удобства постановки в картер собранной передачи.
Регулировка зазора в зубьях достигается прокладками под фланцами.
328
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 269. Привод валиков вертикальной передачи двигателя АМ-34.
Фиг. 270. Привод валиков вертикальной передачи двигателя М-100.
329
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Смазка подшипников в двигателях небольшой мощности осуществлялась
самотеком, в современных мощных двигателях — под давлением (фиг. 269,
271).
Схема привода кулачковых валиков обусловливается в основном их
числом. На фиг. 272,а показана схема, применяющаяся в двигателе
с одним кулачковым валиком
(фиг. 273).
Наиболее простая схема привода в
двигателе с двумя кулачковыми
валиками на цилиндре показана на
фиг. 272,6. Ее недостатком является уве-
личение габарита вследствие большой
шестерни (фиг. 274). От этого недостатка
свободна более сложная схема (см. фиг.
272,в), в которой валики 2 (фиг. 275, 276)
получают вращение от расположенного
ниже их промежуточного вала 1.
Наиболее простая схема с винтовыми,
шестернями изображена на фиг. 272, г
Недостаток передачи, построенной по
этой схеме, это — повышенный износ,
«Фиг. 271. привод к валикам вертикаль- свойственный винтовым шестерням,
ной передачи двигателя ASSO-750. вследствие точечного касания зубьев.
Такая схема передачи использована в
.двигателе АМ-34 (фиг. 277). Для устранения износа применяется интен-
сивная смазка из специальных отверстий.
Крепление ведущей шестерни на вертикальном валике выполняется
на шпонке, чаще — на шлицах (фиг. 277).
Осевая фиксация достигается заплечиком валика или шестерни, причем
ют перемещения вверх валик удерживается конической шестерней, сидя-
щей на кулачковом валике.
Фиг. 272. Схемы привода кулачковых валиков.
В двигателе АМ-34 (фиг. 277) осевая фиксация обеспечивается упором
шестерни в верхний торец подшипника 1 и гайки 2 через регулировочное
кольцо 3 в нижний торец подшипника. Для сохранения осевого зазора
в подшипнике 1 при затяжке на гайке 2 имеется заплечик. Регулировка
осевого зазора при монтаже обеспечивается подбором толщины кольца 3.
Необходимость двухсторонней фиксации объясняется переменным знаком
момента на кулачковом валике.
Выполнение ведущей шестерни за одно целое с валиком проще и
выгоднее, но, исходя из требования удобства монтажа, возможно только
в случае разъемных валиков, как у двигателя М-100 или ASSO-750, где
нижние конические шестерни выполнены отдельно.
Соединение конических шестерен с кулачковыми валиками осуществлено
подобно соединению таковых с коленчатыми валами и рассмотрено в главе
„Коленчатые валы*.
ззо
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 273: Привод кулачкового валика ' *
двигателя М-100.
Фиг. 274. Привод кулачковых
валиков двигателя Фиат A-S5.
Фиг. 275. Привод кулачкового валика двигателя ASSO-750
1—промежуточный валик, 2—кулачковый. валик.
Фиг. 276. Привод кулачковых валиков двигателя Кертис-Конкверор
1—промежуточный валик, 2—кулачковый валик.
331
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 277. Привод кулачковых валиков двигателя АМ-34
1—подшипник вертикального валика, 2—гайка крепления винтовой шестерни, 3—кольцо для
регулировки зазора
§ 97. ПРИВОД К КЛАПАНАМ РЯДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Выбор схемы передачи движения от кулачковых валиков к клапанам
зависит от числа и расположения клапанов в цилиндре. Схемы располо-
жения клапанов в ци-
Фиг. 278. Схемы расположения клапанов в цилиндре
с двумя клапанами.
линдре с двумя клапа-
нами см. на фиг. 278.
При двух клапанах и
при расположении, пока-
занном на фиг. 278, а,
наиболее целесообразным
является непосредствен-
ное действие кулачков на
тарелочки клапанов, как,
например, у двигателя
М-100 (фиг. 279).
Привод, сконструиро-
ванный по этой схеме,
очень прост, компактен,
но имеет повышенные бо-
ковые износы и даже за-
диры направляющих вту-
лок вследствие внецент-
рового приложения уси-
лия на тарелочке.
Наличие резьбового соединения в штоке усложняет производство.
Весьма чувствительно отражается на работе привода перекос тарелочек,
так как при этом кулачки работают одним краем, что приводит к увели-
ченному износу кулачков, выкрашиванию цементированного слоя на кулач-
ках и раскачиванию тарелочки в резьбе.
Для уменьшения вредного действия неизбежных перекосов (в пределах
допусков) в двигателе М-100 поверхность тарелочки клапана выполняют
в виде сферического сегмента высотой от 0,08 до 0,1 мм.
Для устранения резьбового соединения в двигателе ASSO-Качиа таре-
лочки клапанов имеют форму стакана, который движется в направляющих
в головке цилиндров, охватывая снаружи клапанные пружины (фиг. 280).
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 279. Привод клапанов двигателя
М-100.
Фиг. 280. Привод клапанов
двигателя ASSO-Каччиа.
Фиг. 281. Привод клапанов двигателя BMW-VI.
333
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Недостаток этой конструкции привода — усложнение головки цилиндров
и неудобства в регулировании зазоров между кулачком и тарелочкой;
Фиг. 282. Схемы расположения клапанов в цилиндрах с четырьмя клапанами.
регулирование осуществляется при помощи прокладок различной толщины
Фиг. 283. Привод клапанов двигателя
АМ-34.
между тарелочкой и торцом штока
клапана.
Для уменьшения износов рабочие
поверхности кулачков и тарелочек под-
вергают цементации, а штоки клапанов—
азотизации.
В цилиндрах с двумя клапанами с
расположением клапанов по схеме, при-
веденной на фиг. 278, б, передача дви-
жения к клапанам от одного валика
возможна лишь посредством коромысел
(фиг. 281). Здесь по сравнению с кулач-
ком прямого действия износы направляю-
щих и штоков клапанов незначительны,
но при перекосе осей ролика и коро-
мысла ролик будет работать со сколь-
жением, что приведет к повышенному
износу. В целом конструкция с коро-
мыслом в сравнении с конструкцией
прямого действия более громоздка
и тяжела.
В цилиндрах с четырьмя клапанами
применяются две схемы размещения клапанов. В случае использования
Фиг. 283'. Привод к клапанам в двигателях Ролльс-Ройс.
схемы, показанной на фиг. 282, а, привод к клапанам иногда выполняется
334
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
от одного кулачкового валика; чаще привод осуществляется от двух вали-
ков, отдельно работающих для клапанов впуска и выпуска. Проще всега
тот вариант, при котором возможно непосредственное действие кулачков
на тарелочки клапанов (фиг. 283). Передача при этом ничем не отличается
от рассмотренной выше конструкции двигателя М-100 со всеми ее досто-
инствами и недостатками.
В другом варианте кулачок
ствует одновременно на два
число кулачков может быть уменьшено
в два раза; конструкция клапанов полу-
чается простой для производства клапа-
нов, и последние легче по весу; в то же
время боковые усилия на клапаны устра-
няются, что уменьшает износы штока
клапана и направляющей. Однако одно-
временно с этим возрастает нагрузка
на кулачок.
Примеры передачи посредством тра-
верс даны на фиг. 284 и 285. В двигателе
Кертис-Конкверор траверса удерживает-
ся от проворачивания ударниками, ко-
торые выполнены с цилиндрическими
гнездами для штоков клапанов. Направ-
клапана. В
действует на траверсу; траверса дей-
.. 3 этом случае при двух валиках
ляющая траверсы запрессована В головку Фиг. 284. Привод клапанов двигателя
блока. Кертис-Конкверор.
Существенной трудностью в кон-
струировании передачи посредством траверс является недостаток места для
размещения штока траверсы между клапанами. Поэтому в двигателе Кер-
тис-1800 траверса выполнена Г-образной и шток ее вынесен в сторону
(фиг. 285). Из тех же соображений в двигателях Изотта-Фраскини траверса
выполнена в виде рычага второго рода, что, однако, связано с усложнением
головки цилиндра.
Фиг. 285. Привод клапанов двигателя Кертис-1800.
Привод четырехклапанных конструкций от одного кулачкового валика*
при плоской или шатровой форме камеры сгорания с таким расположе-
нием клапанов, как показано на фиг. 282, а, может быть выполнен посред-
ством коромысел.
Пример такого привода дан на фиг. 286. Здесь выхлопные клапаны
открываются отдельными коромыслами; впускные — общим коромыслом
335»
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
336
Фиг. 286. Привод клапанов двигателя Рено.
Фиг. 287. Привод клапанов двигателя
Паккард.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
с траверсой, действующей одновременно на два клапана. Усилие в момент
открытия на выхлопном клапане значительно больше, чем на впускном.
Поэтому выполнение траверсы на выхлопных клапанах привело бы к значи-
тельной односторонней нагрузке траверсы при разновременном нажатии
на штоки ввиду неточности зазоров в ударнике. Привод четырехклапан-
ной конструкции от одного кулачкового валика двигателей Ролльс-Ройс
показан на фиг. 283'.
В подобных схемах конструирования приводов возникают большие
затруднения в размещении распределительного валика и коромысел вслед-
ствие близости клапанов. При расположении клапанов по схеме, приве-
денной на фиг. 282, б, наиболее целесообразна передача от одного кулач-
кового валика посредством траверс (фиг. 287).
§ 98. НИЖНЕЕ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ В РЯДНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ
Фиг. 287'. Привод клапанов двигателя Рено-Бенгали
1—фиксирующая пластинка.
К достоинствам этой системы газораспределения относятся: простота
конструкции привода к распределительному валику и возможность выпол-
нения наиболее легкой системы передачи при отдельно стоящих далеко
расставленных цилиндрах. Поэтому нижний привод, применявшийся в перво-
начальных конструкциях авиационных двигателей, широко применяется
и в настоящее время в ряд-
ных двигателях воздушного
охлаждения, где он удобен
также и с точки зрения над-
лежащего охлаждения голо-
вок цилиндров.
Общим недостатком ниж-
него распределения является
относительно большая вели-
чина масс поступательно-
движущихся частей клапан-
ного механизма, что приво-
дит к увеличению нагрузки
в элементах клапанного при-
вода. Кроме того, нижнее
распределение, естественно,
неприменимо в блочных кон-
струкциях, получивших ши-
рокое распространение в со-
временных мощных двигате-
лях. Поэтому область применения нижнего распределения ограничивается
лишь маломощными двигателями — до 120—200 л. с. в одном ряду.
Привод к клапанам в случае четырехклапанного цилиндра осуществляется
от двух кулачковых валиков. При двухклапанной головке достаточно
иметь один кулачковый валик, независимо от расположения клапанов
(фиг. 287').
Кулачковый валик устанавливается в картере на втулках, запрессован-
ных в поперечных стенках. Диаметр втулок делается достаточно большим
для удобства постановки валика в картере.
Продольная фиксация достигается буртиком на последней шейке валика
и шестерней.
Посадка шестерни делается либо на шлицах, либо на шпонке с центри-
рующими поясами.
Толкатели для тяг в большинстве случаев выполняются без ролика
с выпуклым наконечником, имеющим цилиндрический профиль. Фиксация
от вращения достигается плоскими срезами в гнезде направляющих.
Конструкция тяги и коромысла не представляет особых отличий от кон-,
струкций, применяемых в звездообразных двигателях.
В В А—142—22
337
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 99. КОНСТРУКЦИЯ КУЛАЧКОВЫХ ВАЛИКОВ
Число кулачков на кулачковом валике зависит от числа клапанов
и схемы передачи; взаимное расположение кулачков определяется поряд-
ком работы цилиндров.
Так, для рядного двигателя при
работы 1—5—3—6—2—4 через рав-
ные интервалы в 120° поворота ко-
ленчатого вала кулачки пятого ци-
линдра должны быть смещены от-
носительно одноименных кулачков
первого цилиндра на 60° против
вращения кулачкового валика.
Взаимное расположение кулач-
ков всасывания и выхлопа для од-
ного цилиндра определяется диа-
граммой газораспределения и кон-
струкцией привода к клапанам.
При симметричном расположе-
нии кулачков (что встречается у по-
давляющего большинства двигате-
лей) можно увидеть (фиг. 288), что
угол поворота коленчатого вала
выхлопа и всасывания будет:
шести цилиндрах в ряду и порядке
Фиг. 288. Диаграмма газораспределения.
между средними точками процессов
° — а + 71 4~ ft_р । о 4-714- 7 g _ । (о + 7) — (ft 4- о)
2 2 2
(123)
Как видно из фиг. 289, в зависимости от расположения толкателей
или траверс кулачок выхлопа должен быть смещен вперед относительно
кулачка впуска на угол
0°
2 ’
ПО ДО
-х- 4- или — £°.
Z &
Расположение кулачков является основным признаком, определяющим
взаимозаменяемость валиков правого и левого блоков V-образного двигателя.
Выше указывалось, что одним из условий для этого является одина-
ковое направление вращения их. Из фиг. 289, б и в видно, что этого
условия не всегда достаточно.
Так, при системе передачи
с клапанными рычагами, в
случае взаимозаменяемых кар-
теров распределения и рыча-
гов (фиг. 290), ролик впускного
клапана правого блока управ-
ляет выхлопным клапаном в
левом блоке, и наоборот. Та-
ким образом на левом валике
а
Фиг. 289. Схема расположения кулачков впуска и блИЖе к ВИНТУ №лжен быть
выхлопа на кулачковом валике в зависимости от расположен кулачок выхлопа,
расположения толкателей или траверс. а на правом—впуска. Нако-
нец, при смещении осей роли-
ков, как показано на той же фиг. 289, заклинения кулачков должны быть
различными (см. фиг. 289, б и в).
Во всех современных двигателях
валики выполняются пустотелыми
с кулачками, сделанными с ними за одно целое.
В двигателях Майбах и Сиддли-Пума применялись валики со съемными
кулачками на пазовых соединениях; ввиду сложности производства подоб-
ная конструкция не получила распространения.
338
Для облегчения производства валик двигателя М-100 сконструирован
состоящим из двух половин, соединяемых фланцами на болтах с центри-
Ле8. Прав.
Фиг. 290. Схема расположения
кулачков впуска и выпуска при
взаимозаменяемых коромыслах и
картерах распределения V-образ-
ного > двигателя.
рующим пояском 1 (фиг. 291).
Подшипники кулачковых валиков у совре-
менных двигателей выполняют из кованого
дуралюмина. Для уменьшения изгибающего
момента они размещаются возможно ближе
к кулачкам.
У двигателей с отдельно стоящими ци-
линдрами, где коромысла с валиком размеща-
ются в общем стальном или алюминиевом
кожухе трубчатого сечения, подшипники,
предварительно смонтированные на кулач-
ковом валике, вместе с последним заводятся
внутрь кожуха. Гнезда под подшипники в ко-
жухе для удобства монтажа выполняются
разных диаметров с возрастанием их к задку.
Осевая и радиальная фиксации подшипников
производятся стопорными болтами. Для отвода
смазки в боковых поверхностях делаются пазы.
В двигателях Испано-Суиза в целях уменьшения веса число подшипни-
ков уменьшено до четырех. Увеличение изгибающего
момента в данном случае компенсируется увеличением
жесткости валиков, сильно развитых по диаметру.
Смазка на подшипники поступает обычно через
боковые сверления из внутренней полости валиков,
куда она подводится из главной магистрали. Смазка
кулачков осуществляется маслом, стекающим из под-
шипников или поступающим из отверстий на тыльной
части кулачка.
Смазка шестерен вертикальной передачи произво-
дится маслом, стекающим из картера распределитель-
ных валиков. Так как в передней части картера пред-
Фиг. 291. Соединение
половинок кулачко-
вого валика мотора
М-100
усматривается сток масла, то при режиме пикирования i—центрирующий поясок,
или планирования поступление масла к шестерням
вертикальной передачи может прекратиться. Во избежание этого в дви-
гателе М-100 внутрь кулачкового валика вмонтирована трубочка. Через
нее, независимо от наклона, масло идет на смазку шестерен вертикальной
передачи.-Как видно на фиг. 29Г, масло, подводящееся к передней части
Фиг. 291'. Смазка шестерен вертикальной передачи
двигателя Испано-Суиза 12Ybrs
1—отверстие для подвода масла к передней части кулачкового
валика, 2—кольцевая полость, 3—отверстие для подвода масла
во внутреннюю полость трубочки, вставленной в кулачковый
валик.
кулачкового валика, через сверления 1 поступает в кольцевую полость 2
для смазки подшипников, кулачков и тарелочек; через сверления 3 оно
поступает во внутреннюю полость трубочки.
339
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Зазоры в подшипниках кулачковых валиков устанавливают в пределах
0,02 4-0,05 мм. Зазоры в зацеплениях шестерен обычно назначают в
пределах 0,15 -<-0,25 мм. Необходимым условием надежной работы кони-
ческих шестерен является совпадение вершин начальных конусов, как это
показано на фиг. 292. Чтобы при регулировке зазоров это условие не
было нарушено, надо предусматривать возможность осевой перестановки
обеих шестерен.
Положение начальных конусов проверяется либо по совпадению внешних
торцов зубьев, находящихся в зацеплении, либо по краске. При правиль-
ной установке шестерен в ненагруженной передаче отпечаток имеет вид,
изображенный на фиг. 293, а. В этом случае при работе с нагрузкой
вследствие деформаций зацепление шестерен будет происходить по всей
Фиг. 292. Схема за-
цепления конических
шестерен.
Фиг. 293. Проверка зацепления конических
шестерен по краске
а—правильное зацепление, б—неправильное зацепление.
рабочей поверхности зуба. Наиболее неблагоприятное зацепление полу-
чается при характере отпечатка, показанного на фиг. 293, б. Однако
оно может быть допущено при соотношениях, указанных на той же
фигуре.
Помимо неточной установки начальных конусов, причиной повышенных
износов конических шестерен может быть неточность профиля зубьев.
Поэтому иногда в производстве применяется метод приработки либо
с эталонной, либо с парной шестерней. В последнем случае шестерни
одной пары не будут взаимозаменяемыми.
§ too. РЕГУЛИРОВКА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Для того чтобы обеспечить при монтаже точную установку фаз регули-
ровки, установленную для данного типа двигателя, в системе привода преду-
сматривается так называемый верньер — устройство для перестановки
кулачкового валика на очень малые углы.
Втулка А (фиг. 294) соединяется с валиком В посредством промежу-
точного кольца, имеющего z зубьев снаружи и k зубьев изнутри.
Если z равно или кратно k, то, вынув кольцо и повернув его на любое
число х внутренних зубьев, т. е. на угол 360° • можно снова ввести
его в сцепление, не изменяя взаимного положения частей А и В.
Если z ф k и не кратно, то сцепление по внешним зубцам при неподвиж-
ной втулке А будет невозможно, так как для этого нужно было бы
повертывать кольцо на число у наружных зубьев, что соответствовало бы
углам
z yr k
(124)
340
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для зацепления необходимо переместить втулку А относительно валика
В на разность
360° 360° 360°, , ч
— х — — -y=-j^ (zx — ky). (125)
Так как все множители, стоящие в скобках в равенстве (125) по опре-
делению целые числа, то при взаимно простых z и k величины х и у
могут быть подобраны так, что минимум выражения, стоящего в скобках,
будет равен ±1.
Тогда формула предельной точности регулировки примет вид:
а° = (126)
в градусах поворота вала В и муфты А.
Для получения регулировки в градусах поворота коленчатого вала
необходимо уравнение (126) умножить на передаточное число.
Фиг. 294. Схема верньера для
установки газораспределения.
Фиг. 295. Регулировочная зубчатка двигателя АМ-34
/—регулировочная зубчатка, 2—гайка, крепящая зубчатку, .3—
пружинное кольцо, 4—отверстие для сжатия кольца 3 при монтаже.
Чтобы установить, при каком значении х и у будет достигнута пре-
дельная точность регулировки, необходимо, задаваясь числами х и у,
составить таблицу значений zx и ky.
Например, для двигателя АМ-34 (фиг. 295), где регулировочная зубчатка
имеет число внутренних шлиц k — 8, а число наружных зубьев г = 71,
в табл. 22 приведены данные значений zx и ky.
Из анализа данных табл. 22 видно, что предельная точность
регулировки будет при перестановке верньера на одну шлицу и подводке
вала при неподвижном распределительном валике до совпадения девятого
зубка. При этом в формуле (125)
zx~ky — 7\ — 72 = — 1.
Предельная точность регулировки в градусах поворота коленчатого
вала:
о 360° _ 360° n—i 96°
а kz 1 “ 8 • 71 2 “ 1,20 *
Здесь i — отношение чисел оборотов коленчатого вала и кулачкового
валика.
Для удобства расчетов лучше составлять регулировочную таблицу
в градусах поворота при смещении на одну шлицу или зуб, как это сде-
лано в табл. 22 справа.
Пример конструкции регулировочной зубчатки (двигателя АМ-34) при-
веден на фиг. 295. Для удобства вывода из зацепления регулировочной
зубчатки 1 в конструкции гайки 2, крепящей зубчатку, предусмотрен
341
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
специальный съемник. Съемник представляет собой пружинное кольцо 3,
одновременно
Z-35
входящее в кольцевые канавки, выполненные на гайке и на
зубчатке. При выворачивании гайки кольцом 3 вытя-
гивается зубчатка 7. При сборке или разборке через
отверстия 4 кольцо может быть сжато и выведено из
соединения с зубчаткой. Для того чтобы под действием
Табл иц а 22
Z=f5
Л 22
~а
Перестанов- ка на х шлиц или у зубьев ZX i ку Поворот на шли- цах в градусах Поворот на зубьях в гра- дусах ।
1 71 8 45 5,07
2 142 16 90 10,14
3 213 24 135 15,21
4 284 32 180 20,28
5 355 40 225 25,35
б 426 48 270 30,42
7 497 56 315 35,49.
8 568 64 350 40,56
9 639 72 405 45,64
пружин валик не вращался во время регулировки,
он поддерживается ключом.
В системе двигателя М-100 (фиг. 296) верньером
служит верхняя часть наклонного валика, имеющая
вверху шестерню, а внизу шлицы. Число шлиц k = 22.
Число зубьев шестерни z — 15.
Фиг. 296. Схема к Тогда предельная точность регулировки по углу
расчету регулировки поворота вала будет:
газораспределения
двигателя М-100.
„о_ 360° 360° ,20 = 0qo
а “ Ь 2 “22 • 15 24
(127)
Эта точность регулировки может быть достигнута при перестановке на
три шлицы (л==3) и на два зуба (у = 2), так как в этом случае-выраже-
ние в скобках в формуле (125; будет равно единице. Это же можно про-
следить при помощи таблицы, составленной по типу табл. 23.
Таблица 23
1 Число зубьев или шлиц 1 2 3 4 5 и т. д.
2 Углы поворота коленча- того вала при смещении на соответствующее число шлиц 13° 38'1.1" 27° 16'22" 40°54'32" 54°32'43" 68° 10'54"
зубьев 20° 40° 60° 80° 100°
При регулировке нужно приподнять распределительный вал, чтобы
можно было для перестановки шлиц вынуть вертикальный валик.
Для получения предельной точности нужно повернуть этот валик на
три шлицы вперед, что будет соответствовать (см. табл. 23) повороту на
40°54'32". А так как при неизменном положении распределительного вала
сцепление с ним могло бы произойти лишь при повороте на 40°, то для
сцепления с зубьями шестерни распределительного вала нужно, не трогая
его, повернуть коленчатый вал назад на угол 54'32". Вместе с этим по-
вернется валик вертикальной передачи и, следовательно,, произойдет
сцепление.
Некоторое неудобство конструкции регулировки двигателя М-100 за-
ключается в том, что расцепление передачи может быть достигнуто только
при приподнятом кулачковом валике.
342
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§101. РАСПОЛОЖЕНИЕ ПРИВОДА И ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ЧИСЛА К КУЛАЧКОВЫМ
ШАЙБАМ ЗВЕЗДООБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Наибольшее распространение в звездообразных двигателях получила
схема нижнего привода от кулачковой шайбы. Выполнение верх-
него привода нерационально со стороны охлаждения и чрезвычайно
громоздко.
Фиг. 297. Привод газораспределения двигателя М-85
1—ведущая шестерня» 2—ведущая втулка, 3—упорный подшипник.
В подавляющем большинстве конструкций кулачковая шайба размеща-
ется в передней части двигателя. Исключение составляют двигатели
Райт J-6 и Побджой. В двигателях Райт J-6 такое расположение шайбы
имело целью уменьшение числа шестерен ввиду сосредоточения всех при-
водов в задке двигателя. В двигателе Побджой оно объясняется наличием
редуктора со смещенными осями, делающего размещение шайбы в носке
картера невозможным.
343
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 298. Привод газораспределения двигателя
Твин-Райт.
четырехтактного двигателя через один
Заднее расположение шайбы связано с затруднениями в разме-
щении клапанных коробок отверстиями назад, хотя такое расположение
их желательно, так как представляет удобство со
стороны охлаждения выхлопа и подвода, смеси.
При заднем расположении шайбы доступ к тягам
менее удобен ввиду наличия смесевых трубопроводов.
Наконец, задок двигателя несколько удлиняется, что
ведет к проигрышу в весе,
так как длина носка остается не-
изменной независимо от того,
есть там шайба или нет. Поэтому
заднее расположение шайбы рас-
пространения не получило.
В двухрядных звездообраз-
ных двигателях конструкция
привода распределения осущест-
вляется по тем же кинематиче-
ским схемам, что и у одноряд-
ных. . Конструктивные трудности
возникают в устройстве привода
клапанов заднего ряда цилиндров,
для которого при расположении
кулачковой шайбы в носке дви-
гателя получается очень боль-
шой наклон тяг.
В практике авиационного мо-
торостроения применяются две
схемы привода распределения в
двухрядных звездообразных дви-
гателях. Первая схема (фиг.
297) — от одной кулачковой шай-
бы, расположенной в носке мо-
тора, и вторая (фиг. 298) —
от двух кулачковых шайб, рас-
положенных в носке и задке
двигателя для цилиндров перед-
него и заднего рядов.
Передаточное число к шайбе
связано с числом кулачков и
направлением вращения.
Шайба должна
открытие клапанов по порядку
работы цилиндров, т. е. для
цилиндр (например, 1—3—5—7 и т. д.).
Предположим, что ось симметрии первого кулачка совпадает в дан-
ный момент с осью первого цилиндра (фиг. 299).
В этом случае при повороте коленчатого вала на
4к о
-у —2Ъ
ось симметрии ближайшего кулачка должна совпасть с
цилиндра, для чего кулачковая шайба должна повернуться
2^ —(Z—1)В,
где I—порядковый номер кулачка, вступающего в работу вслед за первым кулачком;
. z — число цилиндров;
/г —число кулачков;
п — число оборотов в минуту коленчатого вала;
пк — число оборотов в минуту кулачковой шайбы;
7 — угол между цилиндрами,
8 — угол между кулачками в шайбе.
344
обеспечить
угол, равный
осью третьего
на угол
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При повороте коленчатого вала на угол 4^ кулачковая шайба должна
повернуться на угол 8.
Тогда можно написать отношения
27_(/7—])8 ~Г ’ (128)
Решая это уравнение относительно 8 и учитывая, что у = у- и 8 = ~,
получим:
k = (1.29)
Величина k, согласно определению, — целое число и, следовательно,
может быть любым четным числом (2, 4, 6 и т. д.).
Число кулачков, при котором возможна работа механизма с обес-
печением заданного порядка газораспределения, может быть различным.
Обычно принимается 1 = 2. Тогда формула для числа кулачков при оди-
наковом направлении вращения шайбы и вала будет:
£ = (129')
Выше было указано, что при повороте коленчатого вала на угол 4-^
кулачковая шайба должна повернуться на угол 8, следовательно,
откуда, исключая значение 8, имеем:
Як = /’(Z — 1) + 1 • -
В частном случае при 1=2 формула (131) примет вид
(131')
В случае вращения кулачковой шайбы в направлении, противополож-
ном направлению вращения коленчатого вала (фиг. 300), рассуждения
Фиг. 299. Схема к определению числа кулач-
ков и передаточного числа в случае вращения
кулачковой шайбы в одну сторону с вращением
коленчатого вала.
Фиг. 300. Схема к определению числа кулач-
ков и передаточного числа в случае враще-
ния кулачковой шайбы против вращения
коленчатого вала.
останутся теми же, что и в предыдущем случае, с той лишь разницей,
что повороту коленчатого вала на угол 2у будет соответствовать поворот
кулачковой шайбы на угол
8(1- 1) — 2?.
После преобразований, аналогичных предыдущему, получаем:
= . (132)
Пк = Т<7^Т' <133>
345
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В частном случае при Z = 2 формулы (132) и (133) принимают следу-
ющий вид:
k = ; (132')
• л
пк = . (133')
В практике авиационного моторостроения придерживаются формул
(129') и (132'), так как при этом число кулачков получается минимальным,
что удобно в производстве, и передаточное число хорошо осуществляется
простой передачей.
В двигателе Кертис-Челенджер (двухрядный звездообразный шестици-
линдровый двигатель) при I = 3 выполнено k — 5, что получится, если в
формуле (129') принять Z = 4.
Аналогично можно найти число кулачков и передаточное число к шайбе
для двухрядных звездообразных двигателей.
При обычно принятом расположении цилиндров одного ряда (фиг. 301)
в промежутках между цилиндрами второго ряда и расположении колен
под углом в 180° порядок работы будет следующий:
1-й задн. — 2-й пер. —3-й задн. — 4-й пер. —5-й
1-й пер. —2-й задн. — 3-й пер. —4-й задн. — 5-й
Из рассмотрения приведенного порядка
зады. — 6-й пер. — 7-й задн.;
пер. —6-й задн. — 7-й пер.
работы видно, что каждый
последующий цилиндр по порядку работы расположен по отношению к
Фиг. 301. Схема расположения
цилиндров двухрядного звездооб-
разного двигателя;
предыдущему под углом в 180°+ 7, и че-
редование вспышек в каждом ряду получается
таким же, как у однорядного звездообразного
двигателя, причем в середине интервала ра-
боты цилиндров одного ряда происходит
работа цилиндров другого ряда.
Таким образом работа двухрядного звез-
дообразного двигателя с тем же числом ку-
лачков и с передаточным числом к кулач-
ковой шайбе, что и у однорядного, возможна
в том случае, если в промежутке между ра-
ботой цилиндров одного ряда обеспечивается
работа цилиндров другого ряда. Для этого
число кулачков должно быть нечетным, чтобы
кулачки на шайбе не были расположены
диаметрально противоположно, так как в
противном случае работа будет возможна
только при одновременности вспышки в
двух противоположных цилиндрах, а не по принятому порядку.
Обозначая число цилиндров двигателя в обеих звездах через Z', при
обратном вращении кулачковой шайбы и коленчатого вала имеем, что
повороту вала на угол, равный интервалу между двумя вспышками, т. е.
4к
-7- = ^
(фиг. 302), должен соответствовать поворот кулачковой шайбы на угол,
равный
2
здесь I — порядковый номер кулачка (вступающего в работу после первого),
отложенный в направлении, обратном нумерации цилиндров.
346
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При повороте коленчатого вала на угол, равный 4тс, кулачковая шайба
должна повернуться на угол 8.
На основании этого
6 g-D ,
2 = _8_
(134)
подставляя значения 7 =-у- и 8 = ~ (k — число кулачков), получим:
Z'(Z — 1> — 2 Z(Z—1) —1
4 2
(135)
где Z = 4--число цилиндров в одной звезде.
Для числа оборотов кулачковой шайбы
имеем отношение:
Заменяя значение 8, получим:
nv 2 1
-Г°гоД-2°7^1Т--С^7)
Принимая в формулах (135) и (137) зна-
чения I = 2, получим такие же
что и для однорядной звезды:
Фиг. 302. Схема к определению числа
кулачков и передаточного числа к
кулачковой шайбе двухрядного звез-
дообразного двигателя.
формулы,
(135')
(137')
доказать,
пк - 1
п i — 1
Таким же методом можно
что и при одинаковом вращении кулачковой шайбы и коленчатого вала
, f(Z-l) + 2__ z<z —1>4-1
я— 4 ~ 2
и при / = 2
(138)
(138')
(139)
(139')
"к = 2 = 1
п Z(Z-1) + 1’
при / = 2
__ 1
п i + 1 '
Подставим в формулы (135') и (138') число цилиндров; так как работа
возможна в случае нечетного числа -кулачков, то получим, что в двухряд-
ных звездообразных двигателях с числом цилиндров в ряду 3, 7 и 11
кулачковая шайба должна вращаться в сторону, противоположную вра-
щению коленчатого вала. При числе цилиндров 5 и 9 кулачковая шайба
должна вращаться в одну сторону с вращением коленчатого вала.
Это положение может быть изменено, если увеличить число кулачков,
т. е. в формулах (135) и (138) значение / принять в 4, 6, 8 и т. д. На-
пример, как указывалось выше, в двухрядном звездообразном двигателе
Кертис-Челенджер с тремя цилиндрами в ряд вращение кулачковой шайбы
выполнено в одну сторону с направлением вращения коленчатого вала,
но при этом в формуле (138) принято I — 4.
347
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При расположении цилиндров в двойной звезде в затылок необходимо
отметить, что вследствие трудностей в осуществлении хорошего охлаж-
дения такие схемы не получили распространения.
Как на попытку создания подобной конструкции, можно указать на
12-цилиндровые двигатели Кертис-Чифтен и Бристоль. Порядок работы
такого двигателя с двухколенным валом при расположении колен под
углом в 180° можно осуществить двояким образом: 1) давать вспышки
подряд в цилиндрах передней звезды, а затем задней; 2) давать вспышки
в промежутках между работой цилиндров другого ряда.
Возможные порядки работы цилиндров при этом получились бы в пер-
вом случае:
1 -2 — 3 — 4 — 5 — 6 —IV — V —VI — 1— II — III —1,
и во втором:
1 — V —3- 1—5- III — IV — 2 — VI — 4 — II — 6 — 1.
В обоих случаях привод от кулачковых шайб конструктивно очень
трудно осуществим и поэтому применялся привод к клапанам от кулач-
ковых валиков.
§ 102. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРИВОДОВ КУЛАЧКОВЫХ ШАЙБ
Для привода кулачковых шайб применялись две кинематические схемы —
с прямым зацеплением и планетарная.
Передача с прямым зацеплением выполняется либо с внут-
ренним, либо с внешним зацеплением (фиг. 303).Внутреннее зацепле-
ние обеспечивает разное вращение вала и шайбы, внешнее — одинаковое.
Несмотря на наличие двойной шестерни, все передаточное число
1:6—1:10 обеспечивается в последней паре (3— 4). Начальные же диа-
метры шестерен (1 — 2) обычно делают одинаковыми. Разделение пере-
даточного числа между парами повело бы к значительному росту габарита
передачи, так как начальный диаметр шестерни 1 определяется диаметром
коренной шейки вала и уменьшен быть не может. Из габаритных же со-
ображений число зубьев на малой шестерне 3 получается очень неболь-
шим— порядка 13.
В отношении плавности зацепления и надежности работы зубьев схема а
(фиг. 303) значительно лучше схемы б, несмотря на невозможность внут-
ренней шлифовки зубьев на шестерне 4.
Поэтому на современных двигателях применяется схема а (фиг. 303),
и лишь в случае десяти- и 18-цилиндровой двойной звезды применяется
схема б. Конструктивные примеры этих схем даны на фиг. 304 и 305.
Пример планетарной передачи дан на фиг. 306.
На эксцентрике 7, сидящем на коленчатом валу на шпонке, свободно
вращается шестерня z2, которая сцепляется с шестерней неподвижно
закрепленной в картере. Шестерня г3, сделанная за одно целое с ше-
стерней г2, сцепляется с шестерней ^4на кулачковой шайбе, свободно вра-
щающейся на коленчатом валу.
Пусть число оборотов вала л; число оборотов кулачковой шайбы пк. Предположим,
что коленчатый вал неподвижен, а неподвижная шестерня zt вращается со скоростью
коленчатого вала, но в обратную сторону. Тогда направление вращения кулачковой
шайбы будет также обратно вращению коленчатого вала, и число оборотов ее
п' = п - I' = п • -3~. (140)
к *2 z4
Если всей этой системе в целом сообщить вращение с числом оборотов коленчатого
вала п в сторону действительного его движения, то шестерня Zi остановится, коленчатый
вал начнет вращаться с числом оборотов п, и, следовательно, мы придем к действитель-
ным условиям работы системы и к абсолютным значениям скорости вращения отдельных
ее частей.
348
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 303. Кинема-
тическая схема
привода кулачко-
вой шайбы
а—с внутренним за-
цеплением, б—с внеш-
ним зацеплением.
Фиг. 304. Привод кулачко-
£ вой шайбы мотора Райт-
Циклон F
1—трубочка для подвода масла
к гидрокрану и на смазку дета-
лей привода, 2—распорная втул-
ка, 3—маслопроводная канавка
втулки, 4—упорное кольцо, 5—
маслопроводная канавка веду-
щей шестерни, 6—отверстие для
подачи масла к двойной шестер-
не, 7—фланец, 8—отверстие во
фланце, 9—трубочка для подвода
масла к двойной шестерне, 10—
отверстие для подвода масла к
подшипнику шестерни, 11—фик-
сирующая пружинка.
349
www.vOkb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 305. Привод кулачковой шайбы двигателя Сименс Sh-12.
Фиг. 306. Привод кулачковой шайбы двигателя М-22:
1—эксцентрик.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Число оборотов по формуле (140) было получено для движения шайбы относительно
вала. Тогда скорость вращения шайбы получится:
«к =<-« = «“ — « = « (гН?--1) (141>
\Z2 • Z4 /
и передаточное число:
”к zizs
П ~~ Z2Z4
(142)
По числу зубьев и знаку в формуле (141) видно, что направление движения кулачко-
вой шайбы в действительном движении остается таким же, каким было
в относительном, а именно — против вращения коленчатого вала.
На фиг. 307 показана планетарная передача двигателей Армстронг-
Сидлей.
Фиг. 307. Привод кулачковой шайбы двигателя Армстронг-Тигр
1—ведущая шестерня» 2—двойная шестерня, 3—валик двойной шестерни,
4—ступица кулачковой шайбы, 5—неподвижная шестерня.
На коленчатом валу на шпонке укреплена шестерня 7, которая приво-
дит во вращение двойную шестерню 2, расположенную на валике 3,
укрепленном на ступице кулачковой шайбы 4. Двойная шестерня 2 обка-
тывается по неподвижной шестерне 5 и таким образом вращает кулачко-
вую шайбу.
Подшипники двойной шестерни — скользящие. Подвод смазки к ним
обеспечивается за счет центробежных сил инерции масла, попадающего
самотеком во внутреннюю полость валика 3.
Подобная же схема применена и в конструкции двигателя Фиат А-53.
361
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Общим недостатком этой конструкции являются сложность и большое
количество деталей. Вместе с тем, используя планетарную передачу, можно
получить небольшой диаметр шайбы и, следовательно, малый габарит
носка коленчатого вала двигателя.
§ 103. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРИВОДОВ К КУЛАЧКОВЫМ ШАЙБАМ
Соединение ведущей шестерни с коленчатым валом выполняется:
1) посредством шпонки, как это выполнено в двигателе М-25 (фиг. 308),
или 2) посредством ведущей втулки, сидящей на шпонке вала, и посред-
Фиг. 308. Соединение ведущей шестерни газораспределения с валом
двигателя М-25.
ством торцевых радиальных зубчиков, соединяющихся с ведущей шестер-
ней привода распределения (фиг. 309).
Первое соединение значительно проще второго, но точная регулировка
фаз газораспределения в этом случае невозможна, и монтаж привода
352 1
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 309. Соединение ведущей шестерни
газораспределения с валом двигателя М-85.
кулачковой шайбы производится по производственным меткам. Поэтому
наиболее широко применяется соединение ведущей шестерни * с валом
(фиг. 309). Помимо двигателя М-85, оно применяется в двигателях Брис-
толь, Гном-Рон и др. В частности, в двигателе Пратт и Уитней-Хорнет
соединение ведущей шестерни с валом производилось посредством двух
промежуточных втулок.
При конструировании промежуточных шестерен привода
кулачковой- шайбы основным вопросом является выбор числа и располо-
жения опор. Очевидно, что желательно
выполнять две опоры, вынесенные по
краям двойной шестерни, но это воз-
можно лишь при внешнем зацеплении
с шестерней шайбы. При вращении
кулачковой шайбы обратно коленча-
тому валу, когда необходимо приме-
нение внутреннего зацепления, раз-
мещение опоры слева от шестерни
с внутренним зацеплением затрудни-
тельно и приходится мириться с кон-
сольным креплением двойной ше-
стерни. При этом двойная шестерня
может выполняться с хвостовиком,
помещенным в бобышке картера, или
же (что является более рациональ-
ным) устанавливаться на консольном
пальце с фланцевым креплением
(фиг. 304). Необходимо отметить,
что в конструкциях двигателей Райт
вследствие недостаточной поверхности
фланца имел место и наклеп поверх-
ности и трещины стенок картера.
Поэтому форма фланца претерпела ряд
изменений, как показано на фиг. 310.
Для того чтобы уменьшить консоль, в двигателях М-85 (фиг. 297) и
в ряде других двойная шестерня передачи монтируется на двух шарико-
вых подшипниках, из которых один установлен в диафрагме картера,
Фиг. 310. Модификации фланца кронштейна крепления двойной
шестерни газораспределения двигателя Райт
а—для двигателя Циклон F-З, б—для двигателя G-100.
другой — в накладной коробке. При таком размещении опор двойная
шестерня передачи должна выполняться разъемной. В этом случае соеди-
нение большой и малой шестерен чаще выполняется посредством шлиц
ВВА—142—23 353
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
(фиг. 311). В двигателе Хорнет венец большой промежуточной шестерни
крепится на заклепках к фланцу, выполнен-
ному на валике малой шестерни.
Фиксация промежуточных шестерен в
осевом направлении на пальцах обычно вы-
полняется гайками. Фиксация, применяю-
щаяся в двигателях Райт-Циклон, показана
на фиг. 312.
Контровка гайки 1 (фиг. 312) достигается
посредством пробки 2, имеющей в сечениях
В — В и А—А шестигранники, входящие в
шестигранник внутри пальца кронштейна и
двенадцатигранник внутри гайки 1. Пробка
2 от осевых перемещений удерживается пру-
жиной 3. Завертывание гайки 1 производится
шестигранной головкой ключа, который вхо-
дит в двенадцатигранное отверстие гайки и
отжимает пробку.
Смазка подшипников двойной шестерни
производится разбрызгиванием, когда опоры
Фиг. 311. Двойная шестерня газо-
распределения двигателя М-85.
шариковые, или под давлением, когда опоры скользящие.
Сгчениг В-В се^иеА-Д
Фиг. 312. Фиксация двойной шестерни газораспределения двигателя Райт-Циклон
1—гайка, 2—контрящая пробка, 3—пружина.
Фиг. 313. Расположение толкателей
двигателей М-22.
В двигателях Райт-Циклон (фиг. 304) подвод смазки к двойной шестерне
осуществляется через трубочку 9. При
монтаже эта трубочка утапливается во
фланец 7, откуда выжимается затем пру-
жинкой 11.
§ 104. КУЛАЧКОВЫЕ ШАЙБЫ
Кулачковые шайбы обычно выпол-
няются из стального венца с двумя
рядами кулачков для всасывания и вы-
хлопа и ступицы; в ступице венец кре-
пится болтами или заклепками, центри-
руясь при этом по наружному диаметру
ступицы. Ступица часто изготовляется
из легкого сплава, например кованого
дуралюмина.
При размещении толкателей впуска
и выпуска одного цилиндра в затылок друг другу выгоднее выполнить
два отдельных венца, прикрепленных к одной ступице для-впуска и вы-
хлопа (фиг. 313).
В цилиндрах с большим развалом клапанов толкатели впуска и выпу-
ска выгоднее разносить по окружности носка; расстояние между их осями
354
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 314. Расположение толкателей двигателя
Фиат-А-53.
уменьшается, и оба ряда кулачков могут быть выполнены на одном венце
(фиг. 308).
При расположении толкателей впуска и выпуска в одной плоскости,
параллельной плоскости осей цилиндров, можно осуществить передачу к
клапанам впуска и выпуска
одним рядом кулачков (фиг.
314).
Недостатком такой схе-
мы привода является невоз-
можность получения раз-
личных фаз для клапанов
впуска и выпуска.
Угол между кулачками
впуска и выпуска на кулач-
ковой шайбе 6г определя-
ется по углу 6 между се-
рединами фаз по формуле
(123) с учетом передаточ-
ного числа i и взаимного
углового смещения
(ИЗ)
Для обеспечения осевых
зазоров кулачковая шайба
ставится на распорную
втулку, которая, в свою очередь, ставится на вал на шпонке.
В качестве подшипников кулачковой шайбы служат втулки, запрес-
сованные в ступицу шайбы и залитые баббитом. Опорные поверхности
размещаются так, чтобы усилие на кулачках проходило через середину
длины подшипника. Отношение длины подшипника к диаметру устанавли-
вается в пределах 0,3-и 0,5.
Осевая фиксация кулачковой шайбы, как правило, осуществляется с
одной стороны заплечиком распор-
ной втулки и с другой—дистанци-
онным кольцом. JT
В двигателе М-85 для уменьше-
ния угла наклона тяг, идущих к \Г
цилиндрам заднего ряда, кулачки кА
на шайбах выполнены коническими;
для восприятия возникающих в та-
кой конструкции осевых усилий
поставлен шариковый упорный под- Фиг. 315. Кулачковая шайба двигателя М-85,
шипник 3 (фиг. 297). В этом случае
окружные скорости на поверхности кулачка неодинаковы, что приводит
к работе роликов с проскальзыванием и увеличивает их износ.
Конструкция шайб на шариковых и роликовых подшипниках тяжелее,
сложнее в производстве и поэтому не получила широкого распростране-
ния (фиг. 305).
Смазка подшипников кулачковых шайб на скользящих опорах осуще-
ствляется под давлением. Для лучшего распределения масла по всей по-
верхности подшипника на втулках шайб выполняются специальные канавки
(фиг. 315).
§ 105. УСТАНОВКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗВЕЗДООБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В системе звездообразных, так же как и рядных, двигателей преду-
сматривается верньер для точной установки кулачковой шайбы.
В двигателях М-85 (Гном-Рон К-14) верньером является ведущая ше-
стерня 1 (фиг. 297) с 40 зубьями и 90 торцевыми зубчиками. Смещение
355
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
на один торцевой зубчик соответствует повороту ведущей шестерни на
4°, на два зубчика — на 8°, на три — на 12° и т. д. Смещение же на один
зуб шестерни дает поворот на 9°.
Из схемы газораспределения в двигателе М-85 (фиг. 316) видно, что
при смещении шестерни 1 в какую-либо сторону на один зуб необходимо
для зацепления торцевых зубчиков повернуть или весь вал в ту же сто-
рону на 1° или повернуть шайбу, не трогая вала, на угол, соответствую-
щий 1° поворота коленчатого вала.
В двигателе Райт J-6 верньером является малая шестерня, соединяю-
щаяся с большой шестерней торцевыми зубьями.
В двигателе М-25 в целях упрощения конструкции верньера нет.
Заданные фазы газораспределения обеспечивают соответствующим точным
расположением зубьев и кулачков. Монтаж ведется по меткам, поставлен-
ным на зубьях шестерен при их изготовлении.
Первый случай
Поправ на на 4 ° или Про г кая
Исходное положение
1 и 2 -повернуты совместно
3-остается неподвижной
1- остается в новом положении
2-повернуто в обратном неправ -
пении но /зуб чин
в -остается неподвижной и вновь
сцепляется с 8 по исхоунь/м зубу он.
Исходное положение
Iи 2 повернуты совместно на f °
3-остается неподвижной
1-остается в новом положении
2-повернута 8 том-же направлении,
на Z зубчина
3-остается неподвижной и вновь
сцепляется с 2, но уже по сосед-
нему зубу --
Фиг. 316. Схема регулировки газораспределения двигателя М-85
1—распорная втулка коленчатого вала, 2—ведущая шестерня газораспределения, 3—шестерня промежу-
точной передачи.
При положении поршня в ВМТ в первом цилиндре меченый зуб ше-
стерни 1 (фиг. 317) должен быть расположен вертикально вниз. Это
обеспечивается соответствующим расположением шпонки на валу и шпо-
ночной канавки на шестерне 1, которая смещена на 90° от меченого зуба.
Меченый зуб шестерни 3 совпадает со впадиной меченых зубьев ше-
стерни 2, что обеспечивается в производстве. Так как число зубьев на
шестерне 2 равно 39, а на шестерне 3 равно 13, то метки могут быть
поставлены на всех трех зубьях, которые удовлетворяют поставленному
выше условию.
Если при изготовлении шестерен 2 и 3 относительное расположение
зубьев не будет удовлетворять поставленному условию, то шестерни нужно
браковать, так как в этом случае нужные фазы газораспределения уста-
новить невозможно.
На шестерне 4 метка ставится на том зубе, относительно которого
вершина кулачка всасывания сдвинута на угол 24°13'47", что соответст-
вует семи зубьям шестерни.
При монтаже кулачковую шайбу нужно ставить так, чтобы меченый зуб
шестерни 3 совпадал с риской, сделанной на смотровом отверстии диска 5.
356
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Преимущества подобной конструкции заключаются в простоте мон-
тажа, недостаток — невозможность корректирования регулировки, кото-
рое необходимо в результате наличия допусков при производстве шесте-
Фиг. 317. Установка привода газораспределения двигателя М-25
1—ведущая шестерня, 2—большая промежуточная шестерня, 3—малая про-
межуточная шестерня, 4—зубчатый венец кулачковой шайбы, <5—смотровое
отверстие с риской.
рен и износов их при эксплоатации, и поэтому допуск на отклонение от
номинала в фазах газораспределения приходится назначать сравнительно
высоким.
8 106. ПРИВОД КЛАПАНОВ В ЗВЕЗДООБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ ОТ ОБЫЧНЫХ
КУЛАЧКОВ
На фиг. 318 показана схема привода от обычных кулачков. Здесь ве-
дущая шестерня 1 посажена на коленчатом валу на шлицах и сцепляется
с шестернями вдвое большего диаметра 2 и 3, от которых вращаются
шестерни 4, 5 и 6. На всех этих шестернях имеется по два кулачка —
впуска и выпуска—на каждый цилиндр.
Преимущества этой схемы в том, что регулировка фаз каждого
цилиндра независима от других. Недостаток подобной конструкции —
громоздкость и производственные трудности, связанные с обеспечением
правильности зацепления. В авиационных двигателях подобная схема
распространения не получила, так как в габариты картера эта конструкция
вписывается лишь при числе цилиндров не более пяти.
На фиг. 319 показан верхний приводи клапанам звездообразного семи-
цилиндрового двигателя через обычную систему вертикальных пере-
дач. Здесь с шестерней 1 сцеплена двойная коническая шестерня 2 и 3,
посаженная на одном из вертикальных валиков 4. Коническая шестерня 3
357
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 318. Схема привода
газораспределения дви-
гателя М-11
1—ведущая шестерня, 2,3, 4,
5, 6—шестерни, жестко свя-
занные с кулачками.
Фиг. 319. Привод
газораспределения
двигателя Фиат
А-55
1—ведущая шестерня,
2 и 3—двойная кони-
ческая шестерня, 4—
вертикальный валик,
5—большая кониче-
ская шестерня.
358
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ведет большую коническую шестерню 5 и через нее шесть конических
шестерен, посаженных на вертикальных валиках, идущих к остальным
шести цилиндрам. Подобная конструкция сложна в производстве и тяжела
по весу, вследствие чего и не получила распространения.
§ 107. ТОЛКАТЕЛИ И НАПРАВЛЯЮЩИЕ
Толкатели звездообразных и рядных двигателей с нижним приводом газо-
распределения имеют много общего и поэтому рассматриваются нами
совместно.
. В рядных двигателях все толкатели размещаются в картере коленчатого
вала в одной плоскости, параллельной оси коленчатого вала.
В звездообразных двигателях толкатели одного цилиндра размещаются
или в затылок друг другу (фиг. 320) или со смещением относительно друг
друга (фиг. 321).
Фиг. 320. Толкатели двигателя Фиг. 321. Толкатели двигателя М-25
М-22. 1—фиксирующее кольцо.
В двигателях с большим развалом клапанов последнее расположение
выгоднее, так как в этом случае уменьшается величина бокового давле-
ния в направляющей и сокращается расстояние между осями толкателей в
направлении оси коленчатого вала.
Толкатель состоит из стержня, обычно круглого сечения, и двух нако-
нечников (верхнего и нижнего). Верхний наконечник в большинстве со-
временных двигателей выполняется отдельно и запрессовывается в стер-
жень толкателя. С торца он имеет сферическую чашечку для тяги. Нижние
наконечники на большинстве современных конструкций рядных двигателей
воздушного охлаждения выполняются за одно целое со стержнем толка-
теля. На всех современных звездообразных мощных двигателях вместо
нижнего наконечника применяются ролики.
В большинстве конструкций ролик работает непосредственно по пла-
вающей стальной оси (фиг. 320), которая в осевом направлении фикси-
руется стенками направляющей втулки толкателя. В некоторых конструк-
циях, как, например, двигатель М-85, применяется плавающая бронзовая
втулочка, поставленная на ось ролика (фиг. 322). Выемки на боковых по-
верхностях делаются для облегчения роликов. В конструкции направляю-
щих всегда предусматривается фиксация толкателей от вращения вокруг
их оси. В двигателях М-11, Рено-Бенгали и др. она достигается плоскими
боковыми запилами в верхней части штоков, в которые заходит фиксирую-
щая пластина.
359
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Однако на большинстве двигателей с роликовыми толкателями эта
фиксация выполняется боковыми поверхностями роликов, входящих в
прорезы направляющих.
В некоторых двигателях во избежание выпадения толкателей при мон-
таже на них ставятся пружин-
ные кольца 1 (фиг. 321). В дви-
гателе Хорнет внутри толка-
теля помещена пружина, пре-
пятствующая выпадению тол-
кателя при снятой кулачковой
шайбе и оттягивающая посто-
янно толкатель от кулачковой
шайбы так, что ролик касается
кулачка только во время от-
крытия клапана (фиг. 323).
В двигателе Райт G-100
во внутреннюю полость тол-
кателя ставится пружина для
уменьшения ударов в системе
передачи к клапану. Верхний
наконечник толкателя не за-
прессовывается, а ставится с
небольшим зазором (фиг. 324).
Помимо пружины смягче-
нию ударов способствует
масло, подводимое под давле-
Фиг. 322. Толкатели двига-
теля М-85.
Фиг. 323. Толкатели
двигателя Хорнет.
нием во внутреннюю полость
толкателя; масло поступает
туда по системе отверстий,
идущих от привода регулятора оборотов винта. Это же масло
на смазку рабочей поверхности наконечника толкателя и
Фиг. 324.
Толкатели
двигателя
Райт G-100.
затем по внутренней полости тяги идет на смазку
коромысла клапана.
Смазка толкателей обыкновенно осуществляет-
ся разбрызгиванием. Трудности при этом возникают
с подводом смазки к верхним наконечникам тол-
кателей. В двигателе М-25 смазка осуществляется
при помощи пропитанной в масле фетровой на-
бивки. Из внутренней полости толкателя эта
набивка подводит масло к рабочей поверхности
наконечников толкателя и тяги. Практика эксплоа-
тации двигателя М-25 показывает, что эта система
подачи масла мало эффективна, так как фетр во
время работы обминается, а на выхлопных клапа-
нах обугливается.
Направляющие толкателей в большинстве слу-
чаев выполняются отдельно для толкателей кла-
панов всасывания и выхлопа.
Материалом для направляющих в ряде совре-
менных конструкций служит бронза, а в двига-
теле М-25—сталь. В двигателе М-85 направляю-
щими служат тоненькие бронзовые втулочки, за-
прессованные в литой, общий для двух толкателей
поступает
Фиг. 325.
Направляю-
щие толкате-
ли нижних
цилиндров
двигателя
М-22.
алюминиевый корпус.
Направляющие обычно запрессовываются в картер и дополнительно
крепятся шпильками за фланцы, развитые на направляющих.
Смазка направляющих осуществляется разбрызгиванием. Чтобы изба-
виться от утечки масла через зазоры в направляющих (что особенно важно
360
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
для нижних и боковых толкателей), в двигателе М-22 направляющие ниж-
них толкателей имеют двойную стенку и отверстия для стока масла в.
картер. На головки нижних толкателей напаиваются гильзы, препятствую-
щие излишнему попаданию масла на стержень толкателя (фиг. 325).
Клапанные тяги обычно выполняются стальными; в двигателе Хорне г
они выполнены из дуралюмина, имеют кольцевое сечение и для облегче-
ния высверливаются изнутри.
В двигателе М-85 стержни тяг в середине длины имеют утолщение по
наружному диаметру для придания большей устойчивости
в отношении продольного изгиба. В пустотелый стержень
тяг с концов запрессовываются стальные сферические на-
конечники (фиг. 326).
Фиг. 329.
Уплотнение
кожухов тяг
двигателя
Хорнет .
Фиг. 326. На-
конечник тяги
двигателя М-25.
Фиг. 327. Верхний
наконечник тяги
двигателя Гном-
Рон К-14.
Фиг. 328. Тяга
толкателей с воз-
вратными пружи-
нами двигателя
М-85.
В целях уменьшения износов в первых сериях двигателей Гном-Рон
К-14 применялись верхние наконечники в форме чашечек с завальцован-
ными шариками, но на практике эта конструкция себя не оправдала и была
оставлена (фиг. 327).
В некоторых конструкциях, как, например, в двигателях М-85, Бристоль,
Армстронг, на тягах толкателей ставятся пружины, прижимающие тягу
и толкатель к кулачковой шайбе (фиг. 328), чтобы уменьшить проскаль-
зывание ролика при набегании на кулачки. На современных двигателях
тяги помещаются в алюминиевых обтекателях.
Уплотнение от утечки масла в двигателе М-25 достигается хомутиками
на дюрите в нижней части и резиновыми кольцами в верхней части.
Такая конструкция кожухов тяг удобна в монтаже и надежна в экспло-
атации. Для слива масла из кожухов в направляющих толкателей имеются
отверстия. В двигателе М-85 уплотнение достигается фетровой набивкой
и перекидными гайками.
В двигателях Пратт и Уитней и др. кожухи тяг выполняются из двух
пустотелых, вставляемых одна в другую трубок, которые фиксируются
распорной пружиной. Уплотнение достигается дюритовым’шлангом вместе
соединения половинок кожуха (фиг. 329).
§ 108. КОРОМЫСЛА КЛАПАНОВ И УДАРНИКИ
Коромысла клапанов обычно выполняются в виде рычагов 1-го рода,,
конструкция которых приближается к балке равного сопротивления пря-
361
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 330. Опоры коромысел
а—двигатель Армстронг-Тигр, б—двигатель М-25, в—двигатель
Рено-Бенгали.
моугольного или двутаврового сечения. Опора коромысла может быть
.выполнена на скользящих шариковых или роликовых подшипниках.
Примеры различного рода опор коромысел показаны на фиг. 330. Сколь-
зящие опоры применяются на мощных рядных двигателях с верхним рас-
пределением и маломощных рядных двигателях с нижним распределением.
В таких конструкциях силы инерции, нагружающие коромысла, сравни-
тельно невелики, а постановка шариковых подшипников конструктивно
затруднена (см. фиг. 281).
В мощных звездообразных двигателях более широкое распространение
получили шариковые под-
шипники. Для устойчиво-
сти и уменьшения диаме-
трального габарита обыч-
но применяются двухряд-
ные подшипники (фиг.
330,а), В случае большого
развала клапанов, как,
например, в двигателе
М-25 (фиг. 330, б), от уси-
лия тяги создается осе-
вая сила, для восприятия
которой применяются ко-
нические роликовые под-
Фиг. 331. Коромысло двигателя
Армстронг-Тигр.
шипники.
В двигателе Рено-Бенгали (фиг. 330, в) в целях уменьшения габаритов
и веса коромысла монтируются на игольчатых подшипниках.
Оси коромысел в большинстве случаев монтируются в клапанных ко-
робках головок цилиндров, а в тех случаях, когда имеются компенсаторы
зазоров,—на отдельных стойках (фиг. 331).
Отдельные стойки применяются также в тех случаях, когда головка
цилиндра не имеет клапанной коробки (двигатель М-11), или же, если кла-
панная коробка является недостаточно
жесткой (двигатель Рено-Бенгали). Мате-
риалом таких стоек и кронштейнов является
обычно сталь.
Коромысло двигателя фирмы Бристоль
серии IX-F и коромысла двигателей по-
следующих серий показаны на фиг. ЗЗГ.
Особенность конструкции их вытекает из
необходимости обеспечения привода кла-
панов четырехклапанных цилиндров.
Тяги для привода клапанов впуска и
выпуска расположены в одной плоскости,
проходящей через ось цилиндра. Тяга 1
действует на рычаг 2, выполненный за одно
целое с валиком 3, и посредством рычага
4 (выполненного также за одно целое с
валиком 3) приводит в движение выпуск-
ной клапан. Второй выпускной клапан
приводится аналогично первому при по-
мощи рычага 2, действующего на шарик
рычага 5 через рычаг 6. Впускные клапаны приводятся аналогично вы-
пускным через тягу 7 и рычаги <9, 10, 11, 12. Валики 3 и 9 монтиро-
ваны на шарикоподшипниках в общей обойме 13, прикрепленной к головке
цилиндра при помощи шарнира 14 и к картеру двигателя через тяги 16 и
шарниры 15. Тяги /бслужат также для компенсации зазоров при нагревании.
В плечо коромысла ввертывается наконечник, имеющий сферическую
чашечку, в которую упирается тяга. Обычно этот наконечник используется
362
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 331'. Привод клапанов двигателя Бристоль серии IX-F
1—тяга внутреннего клапана; 2,4, 5 ц 6—рычаги валиков 3; 3—валики
впускных клапанов; 7—тяга впускного клапана; 8, 10, 11, 12—рычаги
валиков 9; 9—валики клапанов впуска; 13—обойма коромысел; 14,
15—шарниры крепления обоймы; 16—тяги для компенсации зазоров.
Фиг. 332. Конструкции регулировки зазоров между ударниками коромы-
сел и штоками клапанов
а—двигатель М-25? би в—двигатель К-14 Гном-Рон? г—двигатель Хорнет.
363
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
для регулировки зазоров между штоком клапана и ударником коромысла..
В двигателе М-25 (фиг. 332, с) этот регулировочный винт имеет заплечики
и ввертывается снизу, так что в случае ослабления контровки может на-
рушиться зазор, но винт вывернуться не может.
Коромысло с конца разрезано, и болтом 1 (фиг. 332, а) достигается
контровка регулировочного наконечника.
В двигателе Гном-Рон К-14 регулировочный винт ввертывается не в тело-
коромысла, а во втулочку 1 (фиг. 332, б), имеющую снизу заплечики,,
а сверху резьбу с гайкой для крепления втулочки в коромысле. Во вту-
лочке имеется наклонное отверстие для обеспечения взаимозаменяемости
коромысел при постановке на цилиндры переднего и заднего ряда 'Путем
простого поворота втулочки 1 на 180°, как показано на фиг. 332, в.
В двигателе Хорнет в конец коромысла запр>ессовывается чашечка
фиг. 332, г>.
Фиг. 333. Конструкции ударников клапанов
о—двигатель М-17, б—двигатель Бристоль-Юпитер, в—двигатель Хорнет., г—двигатель Райт-
Циклон, д—двигатель Армстронг-Тигр.
На плече коромысла, обращенного к клапану, монтируется ударник..
Ввиду того что конец коромысла имеет круговое движение, конструкция
ударника должна обеспечивать возможность свободного перекатывания
его по торцу штока клапана.
В рядных конструкциях двигателей с верхним распределением (М-17)„
а также в маломощных двигателях получили распространение ударники,,
выполненные по типу, показанному на фиг. 333, а.
Концу ударника придают сферическую или цилиндрическую поверх-
ность. В последнем случае напряжение на штоке клапана получается зна-
чительно меньше, но шток ударника необходимо фиксировать от провора-
чивания при регулировке.
В некоторых конструкциях рядных звездообразных двигателей ударни-
ком служит цилиндрический стержень, укрепленный посредством расклепки
одного из концов и имеющий на другом конце сферическую головку,
действующую на шток клапана.
364
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 334. Клапанная коробка двигателя М-25
а—маслоуплотнительное резиновое кольцо.
В двигателях Бристоль-Юпитер в конец стержня ударника завальцо-
вывается шарик, так, чтобы во время работы он мог проворачиваться
и износ распространялся по всей поверхности шарика (фиг. 333, б). Для
смазки в стержне ударника имеется полость, которая набивается тавотом
и закрывается пробкой. Общим недостатком ударников со сферической
поверхностью является быстрый износ торца штока клапана вследствие
точечного соприкосновения с шариком.
Для устранения этого недостатка в конструкции двигателя Хорнет
в стержень ударника завальцован стальной шарик с лыской (333, в).
Наиболее широко применяется конструкция, показанная на фиг. 333, г.
Здесь ударником коромысла служит ролик, который вращается на цемен-
тированной распорной втулке,
поставленной на заклепке. При
такой конструкции ударника
регулировочный наконечник
должен быть на другом конце
коромысла. Для того чтобы
обеспечить касание ролика и
штока по прямой, необходимо
выполнять сверление для оси
ролика точно параллельно оси
коромысла. В двигателе Арм-
стронг-Тигр ролик коромысла
монтирован на игольчатом
подшипнике (фиг. 333, д).
Для смазки подшипников
коромысел обыкновенно при-
меняется тавот, зашприцовы-
ваемый в масленки „Такелит".
В перевернутых двигателях
воздушного охлаждения с рас-
положением цилиндров в ряд
(Рено-Бенгали, Вальтер, Ренье
и др.) смазка обеспечивается
маслом, стекающим в клапан-
ную коробку из кожухов тяг.
Во всех современных двигателях коромысла монтируются в специ-
альных коробках, являющихся приливами, на головках цилиндров (фиг. 334)
или же изготовляются штампованными из листовой стали и приверты-
ваются болтами к головке цилиндра. Это дает лучшую обтекаемость го-
ловкам, облегчает задачу смазки и предохраняет детали коромысла и кла-
пана от загрязнения.
§ 109. КЛАПАНЫ
В современных авиационных двигателях клапаны управляемые. В начале
развития авиации клапаны всасывания на некоторых двигателях выполнялись
автоматическими, открывающимися под действием разрежения в цилиндре.
Автоматические клапаны не получили распространения, потому что
вследствие инерции, при больших числах оборотов, происходит запаз-
дывание их открытия, в результате чего уменьшается наполнение цилиндров.
Клапанный грибок может иметь тарельчатую или тюльпанную форму.
Наиболее часто для впускного клапана применяется тюльпанная, при ко-
торой обеспечивается малое сопротивление протеканию смеси при одно-
временном сохранении жесткости грибка.
В тарельчатых клапанах для получения достаточной жесткости тарелку
приходится утолщать, чем утяжеляется клапан.
На некоторых двигателях, в частности, на двигателе М-22, грибок
клапана впуска имел форму полутюльпана.
365
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 335. Схема тепло
подвода к клапану и
отвода тепла от клапана.
Клапаны впуска работают в более легких температурных условиях,
поэтому они выполняются легче и диаметр штока у них обыкновенно
тоньше, чем у выпускных.
Клапаны выпуска, в отличие от впускных, работают при высокой тем-
пературе, достигающей 800° в клапанах без искусственного охлаждения.
Для неохлаждаемых изнутри клапанов выпуска, как и для впускных,
лучшей формой грибка является также тюльпан;
при этом во избежание прогорания обод грибка
делается массивным.
Тепло от выхлопного клапана может отводиться
через опорную фаску грибка и через шток клапана
(фиг. 335). С целью лучшего отвода тепла через,
боковую поверхность штоков клапанов выпуска
последние обычно делаются толще и для облегчения
изнутри высверливаются.
Так как грибок клапана и шток работают в раз-
личных условиях, то на двигателе Испано-Суиза
12-Nbr грибок выхлопного клапана выполнялся из
жароупорной стали, а шток—из стали, хорошо рабо-
тающей на истирание. Сборка грибка со штоком
выполнялась посредством резьбового соединения.
Недостаток подобной конструкции — в трудностях
центровки грибка со штоком и в плохой теплопере-
даче через резьбу от грибка к штоку клапана, в
результате чего она не получила распространения.
В современных мощных двигателях для устране-
ния перегрева и выгорания клапанов и устранения
детонации применяются различные меры. Для улучшения отвода тепла
от грибка через шток клапана применяется внутреннее охлаждение. Вна-
чале было испытано испарительное охлаждение водой или ртутью. Охла-
ждающая жидкость, заполняющая полость в
клапане, испаряется при соприкосновении с
грибком, соприкасаясь со стенками штока кла-
пана, конденсируется и, таким образом, пере-
носит тепло от грибка к штоку. Этот способ
оказался неудовлетворительным вследствие ма-
лой величины охлаждающей поверхности штока
для конденсации охлаждающей жидкости.
Не дало хороших результатов также и охла-
ждение при помощи медных стержней, запрес-
сованных внутрь штока клапана. Вследствие
большого удельного веса меди клапаны полу-
чались тяжелыми и, кроме того, в производстве
возникали трудности с получением контакта
стали с медью по всей поверхности, а при от-
сутствии этого контакта эффект охлаждения
снижался.
Одно время было весьма распространено
охлаждение клапанов маслом. Один из этих
способов охлаждения, примененный на моторе
Фиат, показан на фиг. 336. Здесь масло пода-
валось в клапан из отверстия 1 распредели-
тельного валика по трубочке 2 через разъем-
ное кольцо 3.
Фиг. 336. Схема масляного
охлаждения клапанов двига-
теля Фиат
1—отверстие на кулачковом валикег
2—трубочка для подвода масла во
внутреннюю полость штока клапа-
на, 3—разъемное кольцо.
На фиг. 337 показана схема охлаждения, применявшаяся в двигателях
Паккард. Масло из кулачкового валика по отверстиям 1 поступает в ка-
налы 2 подшипников кулачкового валика, по которым подводится под
шток траверсы 3 и далее по сверлениям в траверсе подводится по трубке
356
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 337. Схема масляного охлажде-
ния клапанов двигателя Паккард
1—отверстие на кулачковом валике, 2—
каналы в подшипниках валика? 3—шток
траверсы.
масляного охлаждения очень
в полость штока клапана и выливается через радиальные отверстия в верх-
ней части штока. Путь масла показан
стрелками.
Аналогичная конструкция охлаждения
клапанов и седел применялась в двигателе
АМ-34. Здесь масло из кулачкового валика
через штуцер 2 (фиг. 338) и изогнутую
трубочку 1 поступает во внутреннюю по-
лость штока клапана. Для пропуска тру-
бочек кулачки имели посредине коль-
цевую проточку. Одновременно для охла-
ждения седла выхлопного клапана была
установлена принудительная циркуляция
масла по кольцевой канавке, выполненной
снаружи седла.
Охлаждение клапанов маслом значи-
тельно усложняет конструкцию и в то же
время не дает эффекта, так как масло во
время работы коксуется и ухудшает тепло-
передачу от стенок клапана в масло. В
целях борьбы с коксованием масла в дви-
гателе АМ-34 трубочке 1 (фиг. 338) при-
давали прямоугольное сечение с острыми
кромками, которыми счищался нагар при
поворачивании клапана во время работы.
Но даже на незагрязненных коксуемым
маслом клапанах эффект от применения
невелик, и в двигателях АМ-34 в настоящее время охлаждение клапанов
маслом не применяется.
В настоящее время исключительное распростра-
нение получило охлаждение клапанов металлическим .
натрием. Клапаны при этом выполняют пустотелыми
с сильно развитой внутренней полостью грибка кла-
пана и штока (фиг.,339).
Фиг. 338. Клапан с мас-
ляным охлаждением дви-
гателя АМ-34
1—трубочка подвода масла в
шток клапана, 2—штуцер
подвода масла.
Фиг. 339. Клапаны с охлаждением металли-
ческим натрием
а—клапан двигателя М-25> б—клапан двигателя М-85?
в—клапан двигателя М-100.
Физические свойства натрия следующие: темпе-
ратура плавления 97° С, температура кипения 880° С,
удельный вес 0,97.
При работе двигателя вследствие возвратно-по-
ступательного движения клапана расплавленный на-
трий, занимая примерно 60% от объема внутренней полости, плещется и
переносит тепло с более нагретой тарелки клапана стенкам штока, которые
имеют сравнительно низкую температуру.
367
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В двигателях Испано-Суиза 12-Ybrs охлаждаемые натрием клапаны ста-
вились не только на выпуске, но и на впуске. Так как охлаждение впу-
скных клапанов не вызывается необходимостью, в настоящее время этого
не делается.
До введения натриевого охлаждения применялось охлаждение расплав-
•ленной солью*.
Общие трудности с охлаждением клапанов расплавленной средой за-
ключаются в создании герметичности клапана во время работы. Охлаж-
дающее вещество должно иметь невысокую упругость паров и сохранять
температуры плавления и кипения неизменными; при этом желательно
температуру плавления иметь по возможности низкой, а интервал между
температурами плавления и кипения возможно большим. Вместе с тем
желательно иметь хорошую теплопроводность и низкий удельный вес.
Этим условиям больше других составов удовлетворяет металлический
натрий.
Помимо рассмотренных способов охлаждения клапанов в двигателях Аксельсон
150 л. с. и позднее в двигателях Уосп 425 л. с. и Райт J-6 165 л. с. было применено для
клапанов выхлопа воздушное охлаждение. В пустотелом клапане выполнялся ряд мелких
радиальных сверлений в верхней части штока и в грибке. Через эти отверстия протекал
воздух благодаря разрежению в трубке Вентури, которой заканчивался выхлопной
патрубок.
Для двигателей, работающих на топливах с тетраэтиловым свинцом,
необходимо предохранить фаску клапанов и седел от газовой коррозии,
которая очень сильно увеличивается от присадки свинца и приводит
к выгоранию клапанов. Для этого применяется покрытие фасок стелли-
том**; толщина слоя 0,7 — 1,0 мм.
ПО. ПРОИЗВОДСТВО ПУСТОТЕЛЫХ КЛАПАНОВ
Наиболее простым способом изготовления пустотелого клапана является
выполнение отдельного донышка, поставленного на резьбе в грибок кла-
пана и для плотности заваренного (фиг. 340). Выполненные таким способом
пустотелые клапаны неудовлетворительно работают в эксплоа-
Щ тации вследствие ухудшения теплопередачи от донышка к
грибку клапана и трудности в получении хорошего шва.
Другой способ изготовления таких клапанов —способ
Вилькокс-Ритч — заключается в следующем. В цилиндриче-
ском конце заготовки сверлят отверстие большого диаметра,
через которое заводят специальный резец, и по копиру произ-
водят полностью обработку внутренней полости (фиг. 341, б).
Затем посредством ковки под специальным штампом шток
клапана вытягивается и отверстие в штоке заковывается
(фиг. 341, в). Шток клапана высверливается изнутри и на то-
Фиг. 340. карных станках обрабатывается снаружи, причем на конце
Схема пусто- штока оставляется утолщение, как показано на фиг. 341, г.
Гпана°сдо-' Обработанный в таком виде клапан, вторично поступает в
нышком на кузницу, где заковывается внутреннее отверстие в верхнем
резьбе. конце штока, и клапан принимает форму, показанную на фиг.
341, д. Затем в штоке клапана выполняется отверстие малого
.диаметра, развернутое на конус. Через это отверстие производится запол-
нение клапана натрием. Перед заполнением клапан подогревают примерно
до 200° С для удаления влаги, могущей вызвать реакцию с натрием.
После заполнения клапана натрием в это отверстие забивается кони-
ческая пробка. Обработка наружной поверхности обычна и трудностей не
представляет.
♦ Наиболее употребительной являлась смесь KNO3 — калийной селитры (55%) и NaNO3—
натровой селитры (45%). Температура плавления этой смеси 220° С; температура кипения
около 900° С.
** Один из составов стеллита следующий: 2% С;15% W; 35% Со; 10% Мо; 25% Сг; 12% F.e.
368
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Технология фирмы Эмуко основана на том, что внутренняя полость
грибка выбирается не резцом, а посредством высадки под специальными
штампами.
Технология фирмы Эмуко более производительна, дает более вы-
сокие механические качества, поскольку при ней внутренние волокна
металла не перерезаются, но при этом требуется специальное кузнечное
оборудование. Оба способа имеют широкое распространение.
Наварка фасок клапанов стеллитом производится автогеном. Грибки
клапана' перед наваркой подогревают горелкой до 700 —800° С. При
наварке( пламя дают с избытком ацетилена.
Фиг. 341. Производство пустотелых клапанов по
методу фирмы Вилькокс-Рич.
Вследствие более низкой температуры плавления стеллита фаски кла-
пана при наварке не расплавляются. Во избежание растрескивания стеллита
клапаны после наварки погружаются грибками в толченую слюду для мед-
ленного охлаждения.
Механическая обработка наваренной стеллитом фаски клапана произ-
водится наждачными кругами или специальными резцами из сверхтвердых
сплавов.
§ 111. ЗАМКИ И НАКОНЕЧНИКИ КЛАПАНОВ
Для уменьшения износов торца штока в верхний конец его запрессо-
вываются цементирован-
ные наконечники (двигатель
М-85) или навариваются
пластинки стеллита (двига-
тель М-25).
Для удержания клапан-
ных пружин на конце штока
клапана укрепляется тарел-
ка, соединяемая с клапаном
посредством замка. Весьма
простым и распространен-
ным замком является разъ-
емный конус с кольцевыми
канавками на штоке кла-
пана, сжимающийся усилием
пружин (фиг. 342, а).
Частые канавки при ма-
лых радиусах закруглений
ослабляют шток и служат
источником обрыва клапа-
Фиг. 342. Замки и наконечники клапанов
а—двигатель М-85, б—двигатель Кертис-Конкверор, в—двига-
тель М-17, г—двигатель М-25, д—двигатель ASSO.
нов. Поэтому в двигателях
М-25 на конце штока клапана вместо канавок выполнена простая цилиндри-
ческая заточка с плавным закруглением (фиг. 342, д). Аналогичное устрой-
ВВА—142—24
369
www.vokb-la.spb.ru.- Самолёт своими руками?!
ство имеет клапанный замок моторов <ASSO, который одновременно фик-
сирует цементированный наконечник, предохраняющий шток клапана от
износа (фиг. 342, г).
В некоторых двигателях применялись клапанные замки в виде разрез-
ного с одной стороны конуса, навернутого на резьбе на конец штока
Фиг. 343. Замок тарель-
чатого наконечника дви-
гателя Испано-Суиза
1—радиальные зубчики, 2—
контрящая шайба, 3—боко-
вые пазы тарелочки, 4—ра-
диальные отверстия.
клапана (фиг. 342, б и 342, в). От отворачивания
конус предохраняется шплинтовкой. Однако выпол-
нение резьбы на штоке клапана может быть причиной
его обрыва и потому эту конструкцию нельзя считать
удачной.
В случае? кулачков непосредственного действия
в шток клапана ввертывается тарельчатый наконеч-
ник. Такие клапаны весьма сложны в производстве.
Основная трудность заключается в нарезке резьбы,
Фиг. 344. Замок тарельчатого клапана двигателя
АМ-34
Л—внутренний зуб контрящей шайбы, 2—тарельчатый
наконечник клапана, 3—прорезь в штоке клапана.
которая должна обеспечивать возможность легкого ввертывания и вывер-
тывания наконечника при регулировке зазора и в то же время не иметь
качки. Вместе с тем торцевая поверхность тарелочки не должна иметь
биения относительно рабочих фасок. У двигателя М-100 допуск на тор-
цевое биение тарелочки установлен в пределах 0,03 мм и уложиться
в него довольно трудно.
Тарельчатые наконечники от выворачивания из штока клапана конт-
рятся замками. Один из наиболее распространенных типов замка показан
на фиг. 343.
Тарельчатый наконечник по нижней кромке имеет радиальные зубчики 7,
в которые упирается контрящая шайба 2, сидящая на шлицах штока
клапана. По боковой поверхности тарелочки имеются пазы 3, а в контря-
щей шайбе — сверления 4. Недостаток рассмотренной конструкции замка
в том, что при поломке пружин он перестает действовать. В этом отноше-
нии рациональнее конструкция замка двигателя АМ-34 (фиг. 344). Тарелка
наконечника 2 зажимается разрезной контрящей шайбой, которая от про-
ворачивания удерживается внутренним зубом 7, входящим в прорез 3,
сделанный в штоке клапана. Для регулировки на поверхности тарелочки
просверлены отверстия под ключ.
§ 112. КЛАПАННЫЕ ПРУЖИНЫ
Из числа различных типов клапанных пружин наибольшее распростра-
нение получили спиральные цилиндрические пружины, изготовленные из
круглой проволоки (фиг. 345). Из габаритных соображений число витков
делается не более восьми, а для получения необходимой характеристики
370
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
упругости число пружин доводят до трех. При постановке двух или трех
пружин направление наклона витков каждой иногда выполняется
ные стороны, чтобы в случае поломки од-
ной из них витки поломанной пружины не
могли попадать между витками целой пру-
жины.
При большой длине пружины, во избежа-
ние выпучивания витков при сжатии выгод-
нее применять пружину в виде усеченного
конуса (фиг. 346).
В отличие от общепринятых конструкций
на двигателях Паккард на каждый клапан
установлено по десять спиральных пружин
из тонкой проволоки; диаметр навивки
9,5 мм и толщина проволоки 1,25 мм\ пру-
жины расположены по окружности клапан-
ной тарелки. На нижней тарелке пружин
имеются шпильки, служащие направляю-
щими. Подобная конструкция пружин распространения не получила
(фиг. 347).
Фиг.
в различ-
345. Клапанные пружины
двигателя М-25.
Фиг. 346. Клапан-
ные пружины дви-
гателя М-17.
Фиг. 348. Клапан-
ные пружины дви-
гателя Сименс-20.
Фиг. 347. Клапан-
ные пружины дви-
гателя Паккард.
Кроме круглой проволоки, для пружин в двигателях
менялась ленточная сталь прямоугольного сечения (фиг.
348). На некоторых маломощных двигателях применяются
рессорного типа пружины, работающие на изгиб (фиг. 349).
Недостаток этих пружин в том, что в случае поломки
одной ветви другая будет действовать на клапан эксцен-
трично.
Сименс-20 при-
Фиг. 350. Ограни-
чители прогибов
пружин двигателя
Рено-Бенгали.
Фиг. 349. Клапанная пружина рессорного типа.
В целях устранения продольного изгиба пружин с боль-
шим числом витков в двигателях Рено-Бенгали ставятся
ограничители, которые охватывают пружины с небольшим зазором
(фиг. 350).
371
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 113. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КЛАПАННОГО МЕХАНИЗМА
К числу основных параметров, определяющих размеры клапанного ме-
ханизма, нужно отнести диаметр горловины клапана в свету, высоту подъ-
ема и фазы открытия.
Величина диаметра в свету d (фиг. 351) для подвесных клапанов, применя-
ющихся в авиационных двигателях, ограничена в размерах вследствие нали-
чия седел и перемычки между клапанными седлами достаточной толщины.
В табл. 24 даны величины сечения в свету S всех клапанов в про-
центах от площади поршня для цилиндров диаметром 150 мм при тол-
щине перемычек 8 мм и седел Ъмм.
Фиг. 351.
Таблица 24
№ по пор. Форма камеры Число клапанов %
1 Сферическая 2 46
2 Плоская 2 34
3 >> 4 41
4 Шатровая 4 45
5 Плоская 2 впускных и 2 выхлопных 42
6 >> 6 расположены по окружности 34
Если гнезда не впрессовываются, как, например, при стальной или
бронзовой головке, то величины S, приведенные в табл. 24, могут повы-
ситься приблизительно на 5% от площади поршня, т. е. до 50—40%.
Достаточность сечения проверяется по средней скорости газа в горловине
или в боковом проходном сечении впускного клапана при полном его открытии.
При этом для упрощения расчета плотность смеси принимается посто-
янной, как у несжимаемой жидкости. Тогда из условия неразрывности
струи проверку можно вести по одному из следующих соотношений:
» (Островский) (144)
или
«Птах (Нейман), (144')
'КЛ*
где D —диаметр цилиндра;
vn — скорость поршня;
17кл — скорость в горловине клапана, имеющей диаметр d;
vKn— скорость в боковом сечении f клапана (фиг. 353);
I— число клапанов впуска.
1 ' — Sn
^ср.п —30“ >
и
_____я • 5 • п
max 60 *
Со стороны точности обе формулы равноценны, так как основываются
на одинаково грубых допущениях. Значения подсчитанные по фор-
муле (144'), получаются выше, чем окл, подсчитанные по формуле (144).
Так, по данным Неймана, значения ^кл изменяются от 90 до 150 м/сек при
одном впускном клапане и от 80 до 100 м[сек при двух впускных клапанах.
Величина окл, подсчитанная по формуле (144), меняется для тех же случаев
от 50 до 70 м)сек и от 40 до 60 м/сек на режиме номинальной мощности.
Уменьшение скорости в клапане, принимая во внимание данные табл. 24,
не всегда возможно в быстроходной конструкции двигателя; по мнению
Рикардо, это уменьшение даже нецелесообразно, так как в этом случае
на средних режимах работы и на малом газе скорость падает настолько,
что не будет обеспечено надлежащего перемешивания и испарения смеси.
372
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 352. Зависимость мощности и среднего эффективного давления
от скорости течения газа в клапанах (по Fr. R. Schmidt)
а—по опытам Рикардо с разными двигателями, б—для одноцилиндрового экс-,
периментального двигателя Аргус, в—для двигателя Райт-Циклон 1820-F3.
373
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При увеличении же скорости, по данным многочисленных исследований,
наблюдается (фиг. 352) падение среднего эффективного давления, начиная
с г>кл =45 — 50 м/сек. При фкл = 70 м/сек это падение становится столь
значительным, что вызывает перегиб внешней характеристики, а это делает
невозможным дальнейшее форсирование мощности данного двигателя
увеличением числа оборотов без изменения сечения клапанов.
Интересно отметить, что указанные пределы допустимой скорости не
зависят от давления наддува. Так как величина сечения в свету ограни-
чена, то при установив-
шихся соотношениях
между диаметром ци-
p. 6 s ю Q. О линдра и ходом порш-
о c Тип двигателя о СП £ « ня S величиной, опре-
о c СО СЗ 2 и 5 о >i О S о * деляющей допустимую
1 1 О F-< 1® О >> У ая 0.05 ° S и d скорость в клапанах, будет являться в конеч-
Гном-Рон 9 Ady Гном-Рон 14 kirs 1750 2400 11,1 13,2 ном итоге средняя ско-
1 2 * 1928 1935 рость поршня -г>пср.
3 Испано-Суиза 12 НВ 1925 2000 10,0 Эта величина в дви-
4 Испано-Суиза 12 Xbrs 1933 2600 14,15 гателях, находящихся
5 6 Испано-Суиза 12 Ydrs Лоррен 12 Hdrs 1934 1935 2400 2650 13,6 12,8 в эксплоатации, лежит
7 Фиат A-S6 (рекордный) 1932 3300 14,9 в пределах 10 —15
8 Нэпир » 1929 3600 16,8 м/сек', в двигателях ре-
9 Ролльс-РойсИ >> 1931 3200 17,8 кордных доходит до 18 м/сек (Ролльс-Ройс),
что видно из табл. 25.
Диаметр выхлопного клапана не проверяется; как правило, диаметр
этого клапана делается равным диаметру горловины впускного клапана
или на 30 — 50% меньше. Уменьшение диаметра целесообразно для луч-
шего охлаждения клапана и, следовательно, большей надежности его в
отношении коробления и прогара. Кроме того, при уменьшении диаметра
выхлопных клапанов можно несколько увеличить клапаны впускные, что
благоприятно отражается на мощности двигателя.
§ 114. ПОДЪЕМ КЛАПАНА
Если бы тарелочка клапана выполнялась плоской (фиг. 353), т. е. а=0,
как это делается в стационарных воздушных компрессорах, то из условия
постоянства скорости течения газов в горловине сечением и через бо-
ковую поверхность цилиндра r.dh подъем клапана h можно было бы
найти по уравнению:
~ = ^dh, (145)
т. е. .
А = ~. (146)
При наличии скоса боковая поверхность усеченного конуса, через ко-
торую происходит истечение, будет меньше боковой поверхности ци-
линдра диаметром d (см. фиг. 353). Пользуясь обозначениями, нанесенными
на фиг. 353, длину образующей можно представить в следующем виде:
ab = / е* + (h — е tg а)2.
Если принять
h = 0,25tZ
и е = 0,05rf,
* Заимствовано из книги Lehr, Les moteurs Francais Moderries.
374
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
то боковая поверхность усеченного конуса определится:
при а = 30°
/и = 0,238та/г = 0,95-~;
при а = 45°
/кл = 0,216^ =0,86^.
Это дает основание
у быстроходных двига-
телей. Практически от-
ношение h\d меняется
у выполненных двига-
телей от 0,17 до 0,3.
Интересно отметить,
что коэфициент расхо-
да при истечении через
клапаны при увеличе-
нии этого отношения
также уменьшается,
что видно из опытов
Стронга и Гелльмана *
на фиг. 354.
Опыты велись с исте-
чением воздуха через
делать подъем клапана больше 0,25rf, особенно
ента расхода в зависимости от
подъема клапана.
клапаны диаметром
44,5; 31,7 и 63,5мм при скоростях воздуха от 8 до 100 м)сек. Значения коэ-
фициента расхода [х для разных
отношений h:d приведены на
диаграмме (фиг. 354).
Фиг. 356. Наивыгоднейший угол седла в за-
висимости от Rfd клапана по опытам Танака.
Фиг. 355. Изменение мощности
в зависимости от подъема клапана.
Отчасти этим обстоятельством объясняется то, что выигрыш в мощ-
ности ^не^ пропорционален подъему клапана, как это видно из диаграммы **
На основании опытов Танака („Aeronaut. Research Institute—Rep “. № 50
и 61, 1929 г.) между углом седла и отношением-^- имеются оптимальные
соотношения, объясняющиеся условиями обтекания грибка клапана. Резуль-
таты этих опытов представлены на фиг. 356.
* Джодж, Автомобильные и авиационные двигатели.
** Здесь представлены результаты опытов Помрой на одноцилиндровом двигателе;
диаметр цилиндра 90 мм, ход поршня 120 мм, диаметр клапана 44,5 мм при различных
величинах подъема (см. Маркс, Авиационные двигатели).
375
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 115. ФАЗЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Наиболее часто применяющиеся фазы распределения показаны на
фиг. 357. Отклонения начала и конца фазы от мертвых точек обеспечи-
вают увеличение продолжительности открытия клапанов, доходящей до
20 + 180 + 60 = 260° для клапана впуска и 70 -f- 180 -4- 20 = 270° для кла-
пана выхлопа.
Перекрытие клапанов у ВМТ, показанное на фиг. 357, является обще-
принятым в практике современного моторостроения. Некоторый выигрыш
мощности, наблюдающийся при открытии впускного клапана до ВМТ,
Фиг. 357. Диаграмма газорас-
пределения.
Фиг. 358.
объясняется большей продолжительностью впуска, а также большей высо-
той подъема клапана в начале хода поршня. На диаграмме (фиг. 358)
сопоставлены кривая скорости поршня и кривые подъема клапана при
раннем (5° до ВМТ) и позднем (15° после ВМТ) открытии клапана.
Целесообразность перекрытия клапанов оспаривалась ранее соображе-
ниями о пожарной опасности, что не лишено основания для очень боль-
Фиг. 358'.
шого перекрытия или для
кулачка с очень быстрым
подъемом клапана в началь-
ной фазе. Однако практи-
чески перекрытие до 40°
безопасно, так как через
очень узкие щели в обоих
клапанах при их одновре-
менном открытии пламя не
проходит, так же как не
проходит сквозь металли-
ческую сетку (эффект Дэви).
Иногда выигрыш мощ-
ности, происходящий вслед-
ствие перекрытия клапанов,
объясняют продувкой каме-
ры сжатия смесью в момент,
Фиг. 358". Зависимость ре от
перекрытия клапанов и
наддува (три верхних кри-
вых-значения ре', Две
нижних—се).
когда оба клапана открыты.
Опыты Schey, опубликованные в журнале SAE
(июнь 1933 г.) и в репорте NACA № 471, показывают,
что это объяснение верно лишь при очень большом перекрытии и наддуве.
Опыты велись на одноцилиндровом двигателе при постоянном числе
оборотов с двумя видами диаграммы газораспределения, показанными на
фиг. 358', и наддувом от электромотора. Результаты опытов приведены на
фиг. 358". То обстоятельство, что при ДР ^20 мм рт. ст. наблюдалось
снижение расхода топлива, дает основание предположить, что даже при
376
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
таком значительном перекрытии, как 112°, при работе без наддува продувка»
практически отсутствует.
Увеличения расхода при наддуве удалось избежать, применяя непо-
средственный впрыск топлива в цилиндр через форсунку после закрытия
впускного клапана. В этом случае кривая расходов совпала с кривой а
(фиг. 358"). Это обстоятельство вторично доказывает наличие продувки
лишь при большом наддуве.
§ 116. ДИАГРАММА ПОДЪЕМА, СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ КЛАПАНА. ВРЕМЯ-СЕЧЕНИЕ
В движении клапана можно различить четыре периода (фиг. 359).
В начале открытия под действием силы Plf нажимающей на шток, кла-
пан поднимается с седла с возрастающей от нуля скоростью т. е. с
ускорением /х, направленным по скорости. Кривая подъема расположена
выпуклостью вниз. Клапанный привод, нажимающий на шток клапана с
силой Plf преодолевает силу
инерции клапана, направленную
против скорости и ускорения.
Для того чтобы клапан при
полном открытии остановился, он
должен, начиная с некоторого
момента подъема а, двигаться
замедленно (участок второй),
для чего должна быть приложена
сила Р2, растягивающая шток.
Так как при обычном кулачковом
механизме возможна передача
лишь силы нажатия, то на кла-
пан ставится пружина, которая
и развивает необходимое усилие
Р2. Под действием этой силы Р2
клапан, все еще двигаясь в преж-
нем направлении, получает отри-
цательное ускорение j2.
Так как движение замедлен-
ное, то кривая пути обращена вы-
пуклостью вверх. Сила инерции
клапана направлена по скорости,
против ускорения.
На третьем участке от b
до с клапан, после мгновенной
Фиг. 359. Диаграмма подъема, скорости
ускорений (и сил инерции).
остановки, при полном открытии
(точка Ь), начинает двигаться
ускоренно в обратном направле-
нии. Таким образом направление вектора скорости обратно <и2, на
ускорения /3 и у2 направлены в одну сторону. Чтобы это движение
было возможно, к штоку должна быть приложена сила Р3 в том же на-
правлении, как и Р2. Таким образом в этом случае также необходима
пружина, преодолевающая силу инерции клапана.
Наконец, на четвертом участке клапан должен, двигаясь в прежнем
направлении — к седлу, потерять полученную скорость ^3, с тем чтобы
посадка на седло совершилась без удара. Для этого необходимо к штоку
приложить силу нажатия Р4. Ускорение в этом случае будет направлено
обратно скорости, т. е. в ту же сторону, что и j\. Это очевидно также из
того, что силы Рг и Pi направлены одинаково.
Относительно характера протекания представленных кривых следует
сделать следующие замечания.
Кривая скорости может протекать вообще по любому закону.
Необходимо лишь, чтобы ни в одной точке ее не было скачков скорости,
377
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
как, например, показанные на диаграмме фиг. 360: в точке А от нуля до ъа'\
в точке е от ve до <ое> и в точке а от ъа до
Такие скачки скорости сопровождаются появлением в точках А, а и е
очень больших усилий во всех частях механизма, как это видно по изме-
нению количества движения:
m(tv1 — tv2) =РМ
при
St —э 0; Р —$ со.
Скачкообразные изменения скорости отражаются на кривой
клапана в виде особых точек А, а и е, в которых касательные, проведен-
ные к смежным участкам кривой, не совпадают, как, например, это пока-
зано для точки а ~
подъема
пунктиром. При отсутствии скачков скорости переход
от ускоренного подъема к замедленному должен со-
вершаться поэтому по сопряженным кривым (совпаде-
ние касательных в точке а на фиг. 359).
Что же касается изменения ускорения, на-
пример в точках А, а и е (фиг. 359), то оно характе-
ризует лишь внезапное изменение сил инерции клапана
и не сопровождается ударом, если только в этих точ-
ках не происходит скачка
Ь
Фиг. 361.
скорости. Заданный закон
изменения по времени подъ-
ема, скорости и ускорения
осуществляется формой ку-
лачка.
Вообще кривая подъема
клапана для лучшего на-
полнения цилиндра должна
иметь такой вид, чтобы кла-
пан быстро поднялся, доль-
ше оставался открытым с
подъемом, близким к макси-
мальному, и после быстро
же опустился. Для этого иногда (как показано на фиг. 361) между вторым и
третьим участками клапан в течение некоторого времени т остается непо-
движным при полном открытии. Такое решение, однако, не всегда удается
осуществить, так как оно ограничивается силами инерции и, следовательно,
нагрузкой деталей клапанного привода. Для оценки кривой подъема со
стороны наполнения цилиндра служит понятие „время-сечение".
Если обозначить разность давлений во всасывающем трубопроводе и
в цилиндре через Sp, подъем клапана в данное мгновение через h, диа-
метр в свету через d, коэфициент расхода через р- и весовую плотность
смеси через ус, то количество смеси, втекающее в цилиндр за элемент
времени Дт
ДО = yen dh ]/'2g Др 7с • Дт;
(147)
полное количество смеси, поступившее в цилиндр за время от начала А
до конца открытия клапана D (фиг. 359),
D________________
О = '£iV-t41hy2g &р tc Дт,
(148)
или, вынося часть постоянных сомножителей за знак суммы, имеем:
D
G — k^yndh Дт.
А
(149)
378
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Величина, стоящая под знаком суммы, имеет размерность площадь
Xвремя и называется время-сечением. Чем она больше, тем большее
количество воздуха при прочих равных условиях поступит в цилиндр
двигателя. Если для величины а принять какое-либо постоянное среднее
значение (например, 0,7), время-сечение будет пропорционально величине
D
А
т. е. площади, заключенной между осью абсцисс и кривой подъема кла-
пана (фиг. 359), так как углы поворота а, откладываемые по оси абсцисс,
пропорциональны времени. Величина
F — dh Дт
для впускного клапана на режиме максимального числа оборотов изме-
няется в пределах от 50 — 60 мм?сек до 30 — 20 мм?сек * в современных
быстроходных двигателях. Отнесенное к 1 л рабочего объема время-сече-
ние F для четырехклапанных конструкций имеет величину 14—17 мм2сек!л,
для двухклапанных 8—12 м,м2сек!л.
При изменении числа оборотов величина время-сечения, естественно,
изменяется обратно пропорционально числу оборотов коленчатого вала.
§ 117. ФОРМА КУЛАЧКА. КУЛАЧОК ПОСТОЯННОГО УСКОРЕНИЯ
Профиль кулачка либо определяется заданным законом подъема ско-
ростей и ускорений, либо задается непосредственно приемами построения.
Первый способ наиболее удобен для целей расчета, но сложен в
производстве, так как профиль по-
лучается обычно сложным построе- Л
нием по лекалу.
Второй способ проще в
производстве, так как профиль ку-
лачка может быть задан таким,
чтобы составлялся из прямых и дуг
круга, что облегчает изготовление
копиров.
Из кулачков, обеспечивающих
заданный закон подъема, наиболее
простым и удобным для расчетов
является кулачок постоян-
ного ускорения.
В этом случае принимается, что
Фиг. 362. Диаграмма подъема, скорости и
ускорения кулачка постоянного ускорения.
движение клапана на каждом из
участков 7, 2, 3 и 4 (фиг. 362) совершается с постоянными ускорениями.
Тогда на каждом из участков скорость меняется пропорционально вре-
мени, т. е. по прямолинейному закону:
=j -t,
а подъем клапана — по закону квадратной параболы:
h =
j • t*
~2~'
Диаграмма подъемов будет в этом случае составлена из четырех со-
пряженных друг с другом парабол, а в случае симметричной кривой
подъема — из трех, как показано на фиг. 362. Здесь точки а и с
являются точками сопряжения парабол, вершины которых расположены
в точках A, b, D.
379
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Так как кулачок симметричный, то
va =—vc.
В точке сопряжения а величина полного подъема клапана и соответ-
ствующее время т делятся на пропорциональные отрезки
А = J i = gi ф
Л2 Т2 а2 ‘
Это легко доказать следующим образом. На основании законов равно-
ускоренного движения имеем для точки а
(150)
Л
Рассматривая движение по параболе ab, обращенным от b к V, можно
написать аналогично:
Z, _ ^«2 ' Т2
/г2 — ~2 •
Так как из условия сопряженности
а, а2 а’
то, разделив почленно уравнение (150) на (151), имеем:
А = 21_.
^2 Х2
Так как для равноускоренного движения
Va*=J2b
то можно написать
J1 _ Х2 _ ^2
А Т1
Соотношения (152) и (154) дают возможность быстро подсчитать уско-
рения у*! и у2 по формуле:
(155)
если заданы число оборотов, продолжительность открытия, высота подъема
клапана и отношение
(151)
(152)
(153
(153')
(154)
Величина k в авиационных двигателях меняется от г/2 до При этом
ускорения меняются, но скорость ч)а остается без изменения, так как
-л- = — = 2 — = const, (156)
♦
где h и т — полная высота подъема клапана и соответствующее время.
Задача
Дано:
Высота подъема впускного клапана 12 мм. Начало выпуска 10°до
ВМТ; конец 50° после ВМТ. Число оборотов коленчатого вала 2400 об/мин.
Найти скорости и ускорения клапана.
Решение
Продолжительность половины полного открытия
1 240 60 = 1
~ 2 ’ 360 2400 ~ 120 сек'
380
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Если принять k то
4 Т * 120 = 480 сек*’ Х2== 160 сек,;
• 12 = 3 мм h2 = Q мм;
2*3
4= iqqq" • 4802 = 1380 м/сек?,
Ч =J\ ’ = 1380-|-= 460 м/сек?;
va = 2,81 м/сек'.
При расчете нового распределения величиной k можно задаваться, учи-
тывая, что, чем меньше величина k, тем больше д, т. е. тем больше на-
грузка от сил инерции на детали клапанного привода в первый период
работы клапана, но зато тем меньше /2 и, следовательно, необходимое
усилие пружины.
Поэтому в клапанном приводе с большим количеством деталей (напри-
мер, звездообразные двигатели) значения k берутся ближе к 1/2г с малым
количеством деталей —
ближе к г/б (например, ку-
лачок непосредственного
действия на клапан).
Со стороны наполне-
ния выгоднее придержи-
ваться меньших значений
k, как это видно из диа-
граммы на фиг. 363, где
построены кривые подъ-
ема с постоянным уско-
рением и показано уве-
личение время-сечения в
процентах по отноше-
нию к время-сечению при
^==72.
Построение профиля кулачка по заданной кривой подъема для разных
случаев привода показано на диаграмме фиг. 364.
Общий прием построения заключается в том, что вращение
кулачка заменяют вращением толкателя вокруг кулачка. Тогда наносят
расстояния тарелочки толкателя или центра ролика от окружности, кото-
рая описана каким-либо начальным радиусом с предусмотренным заранее
зазором (г0-Н)- Эти расстояния берутся из диаграммы подъема при соот-
ветствующих углах поворота кулачка. Разбивку этих углов на кулачке
делают, сообразуясь с передаточным числом к кулачку. Если привод к
клапанам осуществляется через неравноплечие рычаги, то величины
подъемов изменяются пропорционально длине плеч. Профиль получается
как огибающая окружностей ролика или серии прямых, изображающих
тарелку плоского толкателя.
Величина радиуса начальной окружности для шайбы звездообразного
двигателя определяется конструктивно возможностью размещения привода
к ней. Начальный радиус обычного кулачкового валика должен быть взят
не менее 1,5—2h.
На диаграмме (фиг. 364) виден графический прием построения параболы,
составляющей кривую подъема, по заданной вершине А и точке а. Осталь-
ные точки параболы расположены на пересечениях лучей, проведенных
из точки А в точки деления на равные части вертикали а'а, с вертикаль-
381
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками'
ними линиями, проведенными из точек деления на то же число частей
участка Да' оси абсцисс.
Недостатком кулачка постоянного ускорения, или, как часто говорят,
параболического кулачка, является то, что силы инерции в начале
открытия, а также на втором и третьем участках, постоянны.
Фиг. 364, а, б, в. Построение профиля кулачка на заданной кривой подъема.
Этот закон на первом участке особенно нецелесообразен для выхлоп-
ного клапана, когда привод нагружается, кроме сил инерции, еще давле-
нием газов внутри цилиндра.
Что же .касается второго и третьего участков, то для сохранения
запаса натяжения пружин, которое пропорционально подъему клапана,
было бы целесообразно к началу второго и концу
Фиг. 365. Диаграмма подъ-
ема скорости и ускорений.
третьего участков иметь ускорения меньше, чем
в середине. Этого можно достичь, принимая закон
изменения ускорений в виде наклонных прямых
(фиг. 365).
Кулачок подобного вида несколько сложнее
для расчетов и вместе с тем обладает теми же
неудобствами в производстве, что и параболи-
ческий *.
На диаграмме подъема, скорости и ускорения
(фиг. 365) двойным пунктиром показана диаграмма
усилий пружины, а простым пунктиром — сила
инерции при постоянном ускорении. В точке С
в этом случае заданная скорость движения кла-
пана осуществлена не будет.
Изготовление профиля в производстве делается на копировальных, то-
карных, фрезерных и шлифовальных станках.
* Кинематика такого кулачка подробно разобрана в книге И. Ш. Неймана, Дина-
мика и расчет на прочность авиационных моторов, книга 2.
382
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Пример токарного копировального станка Людвиг Леве показан на*
фиг. 365'.
Обрабатываемый кулачковый валик 1 крепится на центрах станка и
поддерживается от прогибов люнетами. Резец 2 крепится в специальном
резцедержателе 3, укрепленном на салазках 4. Салазки под действием
сильной пружины роликом 5 прижимаются к копиру 6 и могут передви-
гаться в направлении, перпендикулярном оси кулачкового валика. Для
поддержания постоянства угла резания резцедержатель 3 под действием
копира 7 поворачивается относительно оси 8. Копировально-токарные станки
дают высокую производительность. Не-
Фиг. 365'. Схема копировального станка
Людвиг Леве
1—обрабатываемый валик, 2—резец, 3—резце-
держатель, 4—салазки резцедержателя, 5—ро-
лик; 6—7—копир, 8—ось поворота резцедер-
жателя.
Фиг. 365". Принципиальная схема копироваль-
ного фрезерного станка Рейнекер
1—обрабатываемый валик, 2—фрезер, 3—шаблоны.
Фиг. 365"'. Схема шлифовального станка «Черчилль»
1—эталонный кулачок, 2—валик эталонного кулачка, 3—шпин-
дель, 4—обрабатываемый валик; 5—ролик? 6—неподвижная ста-
нина? 7—шлифовальный круг? 8—качающийся корпус, 9—ось
качания корпуса.
Принципиальная схема копировального фрезерного станка Рейнекер'
показана на фиг. 365".
Здесь валик 1 вращается на неподвижных опорах, а фреза 2 совер-
шает поперечное движение под действием рычагов и шаблонов 3. Число
профильных шаблонов 3 устанавливается по числу кулачков, так что все
кулачки валика могут быть обработаны за один постанов.
На фиг. 365"' показана схема станка Черчилль для окончательной
шлифовки профиля.
Здесь копиром является эталонный кулачок 7, выполненный в нату-
ральных размерах за одно
целое с валиком 2, укреп-
ленным в шпинделе 3. В этом
же шпинделе крепится об-
рабатываемый кулачковый
валик 4. Кулачок копира 1
действует на ролик 5, укреп-
ленный на валике в непо-
движной станине 6. Шлифо-
вальный круг 7 приводится
в движение от отдельного
мотора. Копир и обрабаты-
ваемый кулачковый валик
укреплены в корпусе 8, могущем качаться относительно оси 9. Этот корпус
сильной пружиной отжимается с таким расчетом, чтобы копир был все время
прижат к ролику 5. Таким образом при вращении копира корпус 8 покачи-
вается и кулачки обрабатываемого кулачкового валика получают профиль,
одинаковый с профилем эталонного кулачка. При этом необходимо, чтобы
диаметры ролика 5 и шлифовального круга 7 были одинаковыми, иначе
точность профилировки кулачка не будет обеспечена.
383^
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§118. ПРОФИЛИ КУЛАЧКОВ, ОЧЕРЧЕННЫЕ ДУГАМИ КРУГА
Профили кулачков, очерченные дугами круга, показаны на фиг. 366.
^Условия сопряженности для кулачков профилей а и с оказываются в том,
что центры О и О' ле-
'Фиг. 366. Типы профилей кулачков, очерченных дугами круга.
жат на прямых АВ и АС,
проходящих через точ-
ки сопряжения В и С.
Для кулачка про-
филя b по условию со-
пряжения радиусы г, г0,
проведенные в точки С
и В, должны быть пер-
пендикулярны бокови-
не ВС.
Наиболее распро-
страненным является
профиль а, так как
при нем возможна ра-
бота с роликом любого
„диаметра и с плоским толкателем. Кроме того, такой профиль не ограни-
чивает диаметра шлифовального камня, что имеет в производстве неко-
торые преимущества. Однако при одинаковых фазах и подъеме клапана
кулачок профиля с обеспечивает наиболь-
шую величину параметра время-сечение.
Рассмотрим движение клапана при вы-
пуклой боковине ВС (фиг. 367). В этом случае
углу поворота а кулачка будет соответство-
вать расстояние центра ролика от оси враще-
ния равное ОА'—х,ч. е. подъем клапана будет:
Ла=ОД'-(го+р)=л:-(г0 + р). (157)
Таким образом исследование движения
клапана сводится к определению величин х
при различных значениях а.
Проектируем отрезки ДД'=/?4~Р и ОА'=х
па направление О А и перпендикулярное А'В'.
Тогда, учитывая, что О А = Z? — г0, имеем для определения х следующие
Фиг. 367. Профиль кулачка с
выпуклой боковиной.
два уравнения
х cos а 4г (R — Го ) = (R 4- р) cos ср;
(158)
х sin а = (R 4- р) sin ср.
(158Q
Чтобы исключить величину ср, возводим правые и левые части уравнений
в квадрат и складываем их почленно. Тогда для нахождения х имеем
квадратное уравнение:
х2 4г 2 (R — r0) cos а-х +(R—OP “ (^ 4- р)2 = О,
откуда
Х==~ R — r0)cosa± —r0)2cos2a — (R — г0)2 4-(# 4-Р)2;
X = — (R — Го) cos a ±(R — r0)j/(£±2_y__Sin2 а. (159)
Перед вторым слагаемым правой части уравнения нужно оставить лишь
знак „4-“, так как в этом случае при а = 0
•^0= —(^-г0)4т(/? + р) = г0+р.
Тогда, вводя для краткости обозначение
/? + р ~ 1
В— г0 а’
384
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
получим:
х = (R — r0) cos а 4- ~ 1/г 1 — а2 sin2a)
и, следовательно,
А = — r0)(— cos а 4- -i-/ 1 — a2sin2a) —(r0 4-p).
Скорость центра ролика
[гл \ I •
1> = ^ = (/?— r0) ^sin а —
~ а22 sin a cos а \ ,
a j da
2 /Т— a2 sin2 a / dt
т. е.
Ф = (R — r0) ( sin a —
а • sir 2a
2 У1 — a2- sin2a
(0K
(160)
(161)
(162)
где a>K — угловая скорость вращения кулачка.
Ускорение
^=(^—r<,)®4c°s°—
о о ,/=----------2 — V - , «2 • 2 sin а • cos а ♦ sin 2a
2 cos 2a У I — a2 sin2 a -4---------r - ----
a 2 /1-- a2-sin2a
2 1 — a2 sin2 a
/ = (R — r0>«2 (cosa —
2 cos 2a (1— a2 sii 2 a)2a2 sii.2 a cos2 a 1 /5/-оч
--------------------- j. (163)
(1 — a2 - sin2 a)3A
После тригонометрических преобразований
окончательно имеем:
i = {R~ го)о)2.|л, (164)
где
р. = COS a
а • cos 2a a3 sin4 a
(1 — а2 • sin2 a)3/«
(165)
Значения этого коэфициента р при раз-
ных а и а даны на фиг. 368 *. Плоскому тол-
кателю на фиг. 368 соответствует значение
а == 0.
Вывод закона ускорений для во-
гнутой боковины может быть сделан совер-
шенно аналогично предыдущему.
Как видно из фиг. 369, для величины х
можно составить следующее выражение, учи-
тывая, что АА' — (R — р) и О A =R-yr0
(/?тЬг0) — x-cosa = (/? — р) cos ср; (166)
х-sin a =(/? — р) sin ср.
(166')
Фиг. 368. Значения коэфициента
ускорений р для выпуклой боко-
вины.
Возводя в квадрат и складывая почленно,
имеем:
Л2 — 2 (R 4- ГО) COS a. х 4- (Я 4- г0)2 — (Я — р)2 - 0,
откуда ______________________________
Л = (/? 4- r0) COS a + / (а? 4- r0)2 COS2 a — (R -ф r0)2 4-,(Я — р)2.
В отличие от уравнения (159), здесь надо перед знаком радикала оста-
вить знак „— “, так как только в этом случае при а = 0
*о = (R + Го) - (R—р) = Го + р;
таким образом
*0 = (# + r0) COS а — (R 4- Го) (т^Етг)2 — sin2 a. (167)
* Диаграммы 368, 370, 374 заимствованы из книги Д е в и й е, Les moteurs а explosion
1935 г., т. II.
ВВА—142—25
385
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Сравнивая это выражение с уравнением (159), видим, что они отли-
чаются лишь знаками и тем, что величина (/?4~р) заменена на (R — р),
a (R — г0)— на (R + r0).
Таким образом можно написать:
h — (/? + r0) (cos а — -i-/ 1 — a2sin2 а) —~ (r0р); (168)
D = (/?+Г0)®к
У = (/? + Го)^[-
Здесь везде
а • sin 2а
2 /1 — а2 siu2 а
• cos 2а 4- а3 sin4 а
-----------!------г,-----COS а
(1 — а2 • sin2 а) '2
(169)
(170)
а==^~°-
₽ —р
Значения pi для различных углов поворота
чин а даны на фиг. 370.
В случае плоской боковины закон
движения выводится (фиг. 371) из выражения
ОД' = л = (г0 + р)-^-,
Фиг. 369. Профиль кулачка
с вогнутой боковиной.
следовательно,
1
cos а
(171)
кулачка и различных вели-
(172)
Фиг. 370. Значение коэфициента
ускорения р для вогнутой боко-
вины.
dh , . ч sin а
^7 — ~зт — (Го*т~ р) <ьк •-=— *
dZ V о । г/ к cos2а »
. riv' . | ч 2 cos3 а + 2cos а • Sil 2а . . 9 l-}-sih2a . 9
'=dF =<г« + ₽> “к--------а----------= (го + р) <“? Xs»« =:<го+р) “к • Н- (173)
Величина р. нанесена пунктиром на фиг. 370.
Движение ролика по боковине продолжается до прихода точки ка-
сания в точку сопряжения боковины с вершиной, чему соответствует угол
поворота распределительного валика а' от момента начала открытия кла-
пана. Эти предельные положения толкателя представлены на фиг. 372 для
трех типов разобранных кулачков.
Величину предельного угла поворота а' можно найти из рассмотрения
треугольников А'ОА и А'О'О.
Заметим, что ОО'= r0 hmax — г, тогда для профиля а (фиг. 372)
из Д ОО’А'
sin (0 — а') =
•sin y;
(174)
из д ОАА'
А
, R 4- р .
sina =
(1743
386
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Разделив почленно и преобразовывая синус суммы, получаем для
профиля а
ctg а' — !------L±_P>I5zz_ro)—। ctg & (175)
sin t> (г0+лм—-/*) (R+p) g u '
Так как все величины в правой части заданы конструктивно, то вели-
чина а' находится непосредственно из уравнения (175).
Аналогично для профиля с
Ctg = “П5Т (Г„+Лч-Г)(«^?) + Ctg (176>
Фиг. 371. Профиль Фиг. 372.
кулачка с плоской
боковиной.
И, наконец, для профиля Ь, учитывая, что в этом случае 7 — а', по-
лучаем:
ctg а7 — а —р)—ctg
& sin ft r0 + hM — r ~ s
(177)
Движение по вершине кулачка будет, очевидно,
одинаковым для всех трех разобранных типов кулач-
ков, независимо от формы боковины.
Закон движения можно вывести из соотношений,
представленных на фиг. 373 (из Л О О'А').
Как и при выводе уравнения (159), имеем:
х—(г0 + Лм —r)cos₽ = (r + p)cos7; (178)
(г0 + — г) sin р = (г + р) sin 7. (178')
При совместном решении имеем:
Фиг. 373.
л2 —2(г0+Лм—r)cosp-^4-(r0+AM—г)2 —(г+р)2 =0, (179)
откуда
х = (г0 4- Ам — г) cos р + /(г0 + ’ г)2 cos2Р—(г0 М- г)2 + (г 4- р)2. (180)
Здесь перед знаком радикала оставлен знак п + “, так как только в этом
случае при р = О
х = г0 + Ам — г 4- г + р = г0 4- Ам 4т р.
Преобразовывая уравнение (180) аналогично уравнению (160), получим:
х = (го + — г) (cos р + -i- / 1— a2 sin2p (181)
где
г+ р
387
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
отсюда
Л = (г0 + Ли —г) (cos₽^-^-V 1 — a«sin*₽) —(г0 + р); (182)
(г0 + Ам - г) sin р + 2 у т); (183)
' = (ro4-AM-r)<«S (184)
где
р — cos р -ф-
а ♦ cos 2{3 -j- д3 sin4 [31
(1 — д2 • sin Р)7а J
(185)
Величина у-, подсчитанная по формуле (185), дана на фиг. 374.
Построение сопряженных частей кулачка сводится к геометрической
задаче нахождения радиуса окружности г
(фиг. 372), проведенной через заданную точку
D касательно к другой окружности или пря-
мой при заданных величинах r0, R, угле &
и hmax и при условии, что точка О' лежит
на OD.
Если предположить задачу решенной, то
(фиг. 374'), отложив DA' = ВА — С А == R,
получим О'Д'— О'А, так как О'С = OfD. Тогда
О G _1_ АА' разделит основание АА' равно-
бедренного тр-ка А'О'А
с J,^ пополам.
Фиг. 374'.
Отсюда — для нахо-
ждения точки О' надо
отложить от точки D
величину DA' == R, со-
единить точки А и А',
восстановить из сере-
дины А А' перпендику-
ляр до пересечения с
OD. Полученная точка
О' и будет искомым
Построение это необходимо
вершинки.
вести весьма тщательно.
центром окружности
Задача
Найти диаграмму подъемов
скоростей и ускорений для^ ку-
лачка с вогнутой и выпуклой бо-
ковиной при продолжительности
открытия клапана 260° по углу по-
ворота коленчатого вала. Высота
подъема hmax — 12 мм и п = 2280 об/мин.
Решение.
Для вогнутой половины назначаем из
условий задачи $ = 65°, h = 12 мм, о>к == 120
сек-1; по конструктивным соображениям вы-
бираем г0 == 20 мм, R = 100 мм, р — 25 мм.
Определяем графически г — 13,6 мм\ по
формуле (176) находим: о' = 13°30'.
По формулам (168) и (181) составляем табл. 26-
Величина h подсчитана по обеим формулам при
остальных вычислений. Результаты подсчета даны
правильности
на фиг. 375.
13°30' для контроля
сплошными линиями
388
wwv.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Та блица 26
Движение по боковине Формула (168) а=1,6 Движение по вершине Формула (181) а=0,477
а 0 7 13°30' а 13°30' 35 50 65
* а2 • sin2 а 0 0,031 0,128 Р = & — а 51 °30' 30 15 0
"У VT —Я2 Sin2 а -0,625 -0,615 -0,584 а2 • sin2 р 1 _____ 0,139 0,057 0,012 0
cos а 1 0,992 0,972 - V 1—sin!p 1,95 2,04 2,085 2,1
R+r^ 45 45,3 46,5 COS Р 0,623 0,865 0,965 1
й, мм 0 0,3 1,5 * (r0+h-r)Z 46 5 53,5 56,2 57
1,5 8,5 11,2 12
1* (фиг. 370) 0,6 0,65 0,85 р.(фиг. 374) 0,6* 1,15 1,38 1,5
/г м/см2 1040 1125 1470 /2, м]сек* 160 305 366 400
Для определения кривой подъема и ускорения выпуклого кулачка задаемся одина-
ковыми параметрами
<ок == 120 сек.""1, /? = 100 мм, & = 65°, Лтах = 12 мм,
р — 25 мм. Находим графически г = 5,6 мм.
По формуле (175) а' = 38°. Результаты подсчетов, проведенных по формулам (161),
(164), (181), (184) и фиг. 353, представлены пунктиром на фиг- 360. Здесь необходимо
предостеречь от преждевременных выводов о сравнительных преимуществах кулачка
с вогнутой боковиной, так как при изменении радиуса толкателя р картина может
сильно измениться.
§ 119. КУЛАЧОК С ПЛОСКИМ ТОЛКАТЕЛЕМ
Выведенные выше соотношения не могут быть непосредственно исполь-
зованы при плоском толкателе, так как содержат величину р = со. Правда,
путем некоторых преобразований можно эту величину исключить, но
проще вывести аналогичные соотношения сразу, не вводя величины р.
Фиг. 376. Фиг. 377.
Так как плоскость тарелочки толкателя перпендикулярна его оси, то
радиус АЕ (фиг. 376), проведенный в точку касания, будет всегда парал-
лелен оси толкателя OD.
* Взято экстраполяцией.
389
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 378. Диаграмма подъема и ускорения
для кулачка с плоским толкателем:
R — 100 м, г = 5,6 мм, Я — 65°,
г0= 20 мм, h— 12 мм, = 120°.
Отсюда, обозначая OD = х, имеем:
х = R — (R — r0) cos а;
h = (x — r0) = (R — r0) (1 — cos а); (186)
= (R — г0) <ок • sin а; (162)
7 = (R— г0) а)® cos а. (164)
Предельный угол поворота, при котором точка касания Е придет
в точку С а' = у, как это видно из фиг. 376.
Величина этого угла найдется из треугольника АОО’:
ОО' . «
sin<p = рТд * sin О,
т. е.
sin а' = . sin». (175)
t\ — г
Для движения по вершине можно
легко вывести аналогично уравнению
(186) на основании фиг. 377:
х = г 4- ОО' • cos р,
т. е.
h = (г0 + h — г) cos р — (г0 — г); (187)
отсюда
= (го + h — г) • («к • sinР;
/=(Го + А—r)a)2cosp.
На фиг. 378 дана диаграмма подъема и ускорения для кулачка с плоским
толкателем при следующих параметрах: Я = 100 мм, г =5,6 мм, 0 = 65°,
г0 = 20 мм, h=12 мм, со = 120 сек."1.
§ 120. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК КЛАПАННОГО ПРИВОДА
На фиг. 379 изображена схема привода выхлопного клапана в началь-
ный момент открытия. Здесь же показаны усилия, которые должны быть
приложены в отдельных точках А, В, С для того,
чтобы движение осуществлялось с заданным законом
ускорений.
Для силы PiA, приложенной к штоку клапана со
стороны привода, очевидно
Р1А — Рг 4~ Рпр 4~ Pj кл,
где Рг—сила давления газов на клапан в момент открытия;
можно принять, что давление внутри цилиндра в этот
момент равно 5 ат;
Рпр —усилие предварительной затяжки пружины;
PJKJl —сила инерции клапана с пружинами, тарелочками и
траверсами (если они имеются).
Обычно принимают, что в движении с ускорением
клапана /кл участвует лишь половина массы пружин.
Тогда
Р1А = Рг + Рпр + (мк„ +~ Л1„р) Д кл. (188)
Сила, которая должна быть приложена в точке В,
будет:
Plfi=PlA- -^ + Р1корв. (189)
Фиг. 379. Схема сил,
действующих на при-
вод выхлопного кла-
пана в начальный мо-
мент открытия.
390
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Величина Ркорв, т. е. усилие в точке В, необходимое для преодоления
инерции собственно.коромысла, найдется следующим образом.
Если Укор — момент инерции коромысла относительно оси вращения,
pi = — его угловое ускорение, то
А корв • b — Укор Р| = Укор , (190)
т. е.
А корв — Лор а . ь • (191)
Тогда формула (189) может быть представлена в следующем виде:
РхВ = Р1Л-1+ Лор4^
(189')
Подставляя в уравнение (189') значение Pia из формулы (188), получим:
р1в = [рг + Рпр + (мкл + -L мпр + ^)/1кл] - =
= [Pr+PnP + ^0</iJ-£. (192)
Здесь величиной
<k, = A1„ + 4mH-4°'2 (193)
обозначена эквивалентная масса частей привода, отнесенная к штоку
клапана.
Наконец, усилие Ас, которое нужно приложить на ролике, будет:
Фиг. 380. Схема сил,
действующих на при-
вод выхлопного кла-
пана на втором и
третьем участках.
Ле = (Рг + Рпр МОкл . /1кл) + М, -J\r =
= (Pr + Рпр + /Иокл/1кл) -f- 4- (I94)
Здесь величиной 7ИТ обозначена масса тяги и тол-
кателя с роликом.
Усилия, подсчитанные по формулам (188), (192) и
(194), будут действовать в соответствующих точках
привода лишь в начальные моменты открытия клапана.
После открытия, когда давление в цилиндре упадет,
во всех этих уравнениях пропадает член Рг, что обычно
дает уменьшение нагрузки приблизительно на 50-—30%.
Аналогично описанному выше определяются усилия
в приводе на четвертом участке работы клапана (по-
садка на седло), а также для первого и четвертого
участков работы впускного клапана.
Во всех этих случаях расчет ведется по формулам
(188), (192), (194) без члена Рг.
На втором и третьем участках работы клапана при-
вод осуществляется от пружины.
На фиг. 380 нетрудно определить необходимое усилие, которое должна
развивать пружина.
Если положить усилие, прижимающее ролик к кулачку Р2с = 0, то
в точке В должна быть приложена сила
Ав~ * /*2т = АГТ -у2 кл (195)
391
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При том же условии сила, которая должна быть приложена в точке А,
Р2А = -J2 кл + Р2В • , (196)
tv tv '
* s'
и, наконец, к штоку клапана должно быть приложено усилие
р2кл = (м> кл + М (196'>
Это усилие Р2 кл и служит для определения размеров пружины, при-
чем, как указано в § 122, обычно принимают для пружины
Ррасч — 1,5Рг . кл-
В этом случае ролик будет прижиматься к кулачку с усилием Рс,
которое найдется следующим образом:
Р2с— (Ррасч — Р2 кл) -у--
(197)
Усилие, возникающее на опоре коромысла (в точке D), найдется для
первого участка работы клапана из следующих сообра-
жений:
т. е.
I
i
Фиг. 381. Схема
сил, действую-
щих на направ-
ляющую толка-
теля.
Pl D • & — Р1 В • (# 4- ty,
D D a + Ь
P1D= Pi в —
Аналогично для второго участка работы клапана
(198)
(198')
P2D-P2A
Боковое усилие, действующее на направляющую
толкателя, и момент на кулачковом валике определяются
из следующих соображений.
Пусть к оси ролика приложена сила Рс (фиг. 381),
которая может быть5"найдена для первого участка по
формуле (194) и для второго участка по формуле (197).
Так как точка касания ролика с кулачком не всегда
лежит на оси толкателя, то силу Рс можно при данном
профиле кулачка разложить на силы К и N для нескольких
положений механизма. Сила К производит смятие ролика
и кулачка; момент этой силы Kh относительно оси кулачкового вала
должен преодолеваться распределительным валиком при воашении. Сила
N вызывает боковую нагрузку толкателя.
§ 121. РАСЧЕТ КЛАПАННЫХ ПРУЖИН
При подборе клапанных пружин необходимо учитывать ряд условий*
Все звенья механизма во время движения на втором и третьем уча-
стках диаграммы подъема (когда ускорение направлено от тарелочки
клапана к штоку) не должны отставать от поверхности кулачка. Это воз-
можно при условии, что усилие натяжения пружины, во все время соот-
ветствующее второму и третьему участкам, в то же время больше сил
инерции клапанного механизма. Вместе с тем предварительная затяжка
пружины (при закрытом клапане) должна быть достаточна для того, чтобы
выхлопные клапаны не открывались в момент всасывания при работе дви-
гателя на земле на малом газе, когда давление в цилиндре падает до
0,3—0,4 шп, а давление с наружной стороны клапана остается атмосферным.
Наконец, напряжение в пружине при полном открытии клапана, т. е.
при наибольшей деформации пружины, не должно превышать допусти-
мого.
392
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 382.
Таким образом расчет пружины заключается в подборе конструктив-
ных данных ее: среднего диаметра навивки, числа витков и ^иам^Ра
волоки, которые обеспечивают заданные усилия Ртах и ^предв при заданных
допустимых напряжениях о или т (в зависимости от кон-
структивного типа пружины).
Для этого имеются уравнение крепости и уравнение
деформации. Уравнение крепости для наиболее часто
применяющихся в практике проволочных цилиндрических
винтовых пружин, работающих на скручивание, может
быть выведено с помощью схемы, представленной на
фиг. 382.
Сила Р, сжимающая пружину, вызывает скручивание
каждого витка от момента
Мкр=^4- (199>
r ~ 8d ’
— 30 кг! мм2, 6
Фиг. 383. Номограмма для
расчета проволочных спиральных пружин
8ds< = т G 8250 ^^2.
J 54G 8G Е
Дано: d = 50 мм, т = 30 кг! мм2, 6 = 5,5 мм, i =[5.
Найт и Р при 8 =5,5 мм к f при 6 =5 мм.
Решение: по абвгд—Р — 39 мм~, по аемсзикл f 26 мм.
Примечание. Точки г и з находятся на пересечении вертикали, COOTBeL?JBJ’
ютпей заданному значению т с лучами, проведенными из точек т=0 в точки в и ж. ючка
и всегдаДлежитУна вертикали, соответствующей 10 виткам; точка k—на пересечении луча
би с вертикалью, соответствующей заданному числу витков.
393:
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Тогда напряжение проволоки на скручивание
м _п ^-16 _
IFp ~ 2яВ8 — лвз *
При заданных значениях т и 8 уравнение (200) представляет равно-
стороннюю гиперболу в координатах Р и d (фиг. 383).
Для целей расчета уравнение (200) удобнее представить в следующем
виде:
(201>
Отсюда, задаваясь величиной т (обычно тгаах = 4000 кг/см?) и назначая
из конструктивных соображений величину среднего радиуса навивки d,
можно найти либо величину Ртах по заданному диаметру проволоки 8,
..либо по заданной величине Р определить 3.
В последнем случае необходимо помнить, что для диаметра проволоки
по ОСТ установлены следующие размеры: 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6;
6,5; 7 мм.
- Заданному напряжению т будет соответствовать,
Р=/7 ?п по закону Гука, вполне определенная величина де-
J7 | формации скручивания проволоки в каждом витке
Т I и, следовательно, вполне определенное сжатие пру-
“ggp жины в зависимости от числа витков. При очень
малом числе витков может оказаться, что суммар-
ный прогиб, соответствующий данному т, окажется
меньше подъема клапана. При постановке такой
пружины на двигатель напряжение при полном от-
крытии клапана окажется выше расчетного. Поэтому
Фиг. 384. наряду с уравнением крепости для подбора пружин
необходимо уравнение деформаций.
Для цилиндрической проволочной винтовой пружины это уравнение
может быть получено из равенства работы упругой деформации кручения
проволоки и работы сжимающей силы Р, производимой при сжатии пру-
жины на величину прогиба f (фиг. 384).
Так как сила возрастает от нуля до Р, то работа ее
(202)
Работа упругой деформации проволоки найдется по скручивающему
моменту и углу закрутки р проволоки.
Согласно закону Гука
8 = 2^.
тогда работа
£=^.₽.Мскр = 4---7^-; (203)
подставляя в это выражение значения
л1с«Р = р 4;
/ = я-(204)
J _ КО4
Ур “ 32
и приравнивая к формуле (202), получаем после сокращений
f _ р • 8
(205)
."394
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Подставляя в это уравнение значение Р из уравнения (201), получим
другую формулу для прогиба, часто применяемую в расчетах
f= т- (205')
Для пружин различного диаметра навивки d при одинаковых 8, т и
i прогиб меняется по закону квадратной параболы.
Так как из уравнения (201) крепости уже известны величины d, 8, Р,
то можно, задавшись величиной /, найти величину прогиба /, т. е. раз-
ность между высотами пружины в свободном состоянии и при. полном
открытии клапана.
Если обозначить полный подъем клапана через Л, то предварительная
затяжка Рпредв, соответствующая прогибу /пРедв=/— h, должна быть до-
статочна для того, чтобы выхлопной клапан не открылся в момент вса-
сывания.
Если обозначить через hA величину подъема клапана в конце уско-
ренного движения (граница первого и второго участков), то усилие Рд,
соответствующее прогибу /д =f—h-[-hA, должно быть больше сил инер-
ции механизма, возникающих в начале замедленного движения клапана.
Задача,
Необходимая сила пружины при полном открытии клапана
Р = 60 кг. Найти ее размеры при условии, чтобы при закрытом кла-
пане она развивала усилие Рпредв не менее 20 кг. Полный подъем клапана 15 мм;
d = 40 4- 42 мм.
Решение.
Задаваясь т = 4000 кг]см\ по уравнению (201) находим:
$, f/8 - d D 1У8 • 42 • 60 ,к лк к к
S = I/ ---Р = I/ —-----• == 5,45 мм 5,5.
г тл г 40 • тс
Вибираем число витков I = 4. Тогда по уравнению (205) имеем:
423 4.8
f-604>50~ = 18’9
так как подъем клапана h = 15, то /предв = 18,9— 15 = 3,9 мм.
Сила по уравнению (205) пропорциональна прогибу, следовательно,
3 9
Л,Є -Р • = 12,4 кг.
т. е. условие задачи не выполнено. Оно будет выполняться, если принять i = 5, т. е.
f — 23,6 мм,
^предв ==23’6“ 15 = 8’6 мм>
О *
^пРе«в=60=21,8 кг.
Вместо того чтобы задаваться числом витков i, можно задаться вели-
чиной /, и тогда непосредственно из уравнения (205) можно найти i.
Для современных двигателей /=--2— 4/z.
По данным Никсона („Aircraft Engineering", сентябрь, 1933 г.) для на-
дежной длительной работы пружин необходимо соблюсти условие, чтобы
Tmax-Тпредв = Л = 2000 2400
Пользуясь этим соотношением, можно подобрать число витков I.
Обычно на авиационных двигателях ставится не одна, а две-три пру-
жины. Если нагрузку распределить между ними равномерно, то при рав-
, 395
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ном напряжении диаметр проволоки должен быть у внутренних пружин
меньше, как это видно из уравнения (201):
83
вн
нар
^нар
(206}
Если поставить дополнительное условие, чтобы прогибы f были оди-
наковы, то из уравнений (205) и (206) получим:
вн ______ вн ндр
Z'HaP °нар ^вн
(207)
т. е. число витков внутренних пружин должно быть больше, чем на-
ружных.
Определение предварительной затяжки удобно находить не вычисле-
нием пропорции, как сделано выше, а графически, по суммарной харак-
теристике всех пружин. Это делается,
как показано на графике (фиг. 385). Слева
внизу фиг. 385 показаны наружная и
внутренняя пружины в сжатом состоянии
при полном открытии клапана. Оси ко-
ординат f и Р началом ориентированы
на движущиеся концы пружин. Тогда
нижние наклонные линии показывают
изменение усилия каждой пружины в
отдельности, а верхняя—изменение уси-
лий обеих пружин при затяжке их от
свободного состояния до состояния, по-
казанного на фиг. 385.
Величины Рнар и Рвн, отложенные на
оси ординат, берутся из уравнения (201)
Фиг. 385. График определения предвари- Для определенного значения т, величины
тельной затяжки пружин. /нар и /вн определяются по формуле (205}
для того же значения т или той же силы Р.
Для облегчения расчетов приводится номограмма (фиг. 383).
Необходимо добавить, что в формуле (205) i обозначает рабочее
число витков. В это число не входят витки, лежащие на тарелочках и,
следовательно, не принимающие участия в скручивании.
Задача
Подъем кл апана 12 мм. Ди а грамма и одъема и ускорений дана на
фиг. 386 сплошными линиями. Вес частей приводного механизма,
приведенных к штоку клапана, 6прив= 1,02 кг. Диаметр клапана в свету
80 мм\ диаметр штока клапана 12 мм.
Подобрать две пружины из условия, что они нагруженыравно-
мерно.
Решение
1 02
Силы инерции на штоке клапана Pj= ~g’gi ~ • J — ОД J- Это позволяет принять диа-
грамму ускорений за диаграмму сил простым делением масштаба ускорений на 10. Этот
новый масштаб приведен на фиг. 386-
За расчетное усилие обеих пружин принимаем:
Рраеч- 1,5 РУшах= 1.5.40 = 60 кг.
Считаем, что на каждую пружину должно приходиться 30 кг. Полагая толщину стенок
направляющей втулки 3 мм, расстояние между втулкой и пружиной по 1 мм на сторону
и вероятный диаметр проволоки на внутренней пружине 4—5 мм, получим:
dBH = 12 + (2 • 3) + 2+ 5 = 25 мм; dHap = 35 мм. #
396
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
По номограмме (фиг. 383) видим, что внутренняя пружина при d = 25 мм;
-6 = 3,5 мм и -с = 40 кг!мм* развивает усилие 26 кг; внеш н я я при d = 35 мм; 6 = 4 Мм
и т = 40 кг/мм* развивает усилие 29 кг.
При постановке этих пружин вместе полное усилие
Рс = 26 + 29 = 55 кг,
что соответствует запасу
к-Рс
55
40
= 1,37.
Равного распределения нагрузки
чения.
не получилось, но это не
имеет существенного зна-
Назначаем далее /нар — б и
*вн = 8. которым по фиг. 383 при
х = 40 кг] мм2 соответствуют значе-
ния /нар=27 мм и/вн=22 мм, и строим
суммарную характеристику пружин
(фиг. 388, а). По характеристике на-
ходим, что предварительная затяжка
27 кг достаточна, так как она больше,
чем
nd?
Р = (1 — 0,3) = 19,5 кг.
Вместе с тем в точке А (см.
фиг. 386) усилие РА недостаточно
для преодоления силы инерции
Ра = 40 кг и, следовательно, задан-
ный закон движения не может быть
Фиг. 386. Диаграмма подъема и ускорений клапана.
обеспечен. Для устранения этого
дефекта достаточно увеличить числа витков до значений ZBH = 14, zHap = 12 либо, не
меняя z, увеличить 6нар до 4,5 мм. Последнее решение выгоднее, так как позволяет обой-
тись без увеличения габарита пружин.
Разобранный выше метод подбора пружин остается без изменения и
в том случае, если применяется какой-либо другой конструктивный тип
Фиг. 387. Схема
винтовой ци-
линдрической
пружины прямо-
угольного се-
чения.
пружины. Меняются лишь расчетные уравне-
ния—прочности и деформации. Эти уравнения
приводятся далее.
1. Пружина винтовая цилиндри-
ческая прямоугольного сечения,
работающая на скручивание (фиг. 387):
<208>
Фиг. 388. Схема
конической вин-
товой проволоч-
ной пружины.
= 0,4*.i.d*-£±g-.^. (209)
2. Коническая винтовая
ющая на скручивание (фиг. 388)
проволочная
пружина, работа-
Р =
п • S3
8-d
(2Ю)
2(^+^)М+^ . р . d* + d% т
’ 1 G ~ ' 1 48 О ’
(211)
3. Коническая винтовая пружина прямоугольного се-
чения, работающая на скручивание (фиг. 389)
р _ 4 Ь2 • h
И~~ 9 d
(212)
ЗЭТ
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
f = 0,225 (d2 + d*)(d + d„) * • i 4 =
n. . аг +do b2 + h2 t
— 0,15t • I 2 b h, ' q
(213)
4. Пружина с постоянным прямоугольным сечением, ра-
ботающая на изгиб (фиг. 390)
о b'h*
н ~ ~ЬГТ * °изг’
(214)
/3 р - 2 /2 Сизг
' “4 bhs' Е 3 ‘ h Е '
5. Винтовая проволочная пружи-
на, работающая на изгиб (фиг. 391)
p =____
32
я • о3 аизг
(215)
(216)
(217)
где I — длина проволоки в
64 P • I - Г2 _ 9 Г ♦ l аизг
T~~ к ' ЕЪ* Ъ * E
выпрямленном состоянии.
Фиг. 389. Схема кони-
ческой винтовой пружины
прямоугольного сечения.
Фиг. 390. Пружина с постоян-
ным прямоугольным сечением,
. работающая на изгиб.
6. Винтовая пружина прямоугольного сечения, работаю-
Фиг. 391. Вин-
товая проволоч-
ная пружина,
работающая на
изгиб.]
щая на изгиб (фиг. 392)
Р= " Гг""’ (218)
<=12го!3 =2т£'^-> <219>
где I — длина пружины в выпрямленном
состоянии.
Описанный метод расчета приме-
няется при подборе пружин заново.
В случае поверочного расчета уже вы-
полненных пружин нужно пользоваться
уравнениями (201), (205), (205') в зависи-
Фиг. 392. Винтовая
пружина прямоуголь-
ного сечения.
мости от известных величин.
Так, например, зная длину в свободном состоянии ZCB и при полном
открытии клапана Zmin, находим прогиб f — Zminj по нему на основании
уравнений (205) и (205') определяем напряжение т, силу Ртах, строим
характеристику пружины и определяем запас затяжки.
Проверка на собственные колебания производится
а).по формуле Рикардо
п = 940j/" мин.”1,
398
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
где Р— сила в кг при сжатии на 1 см;
G — вес пружины в кг;
п — число собственных колебаний пружины, которое не должно быть кратно или равно»
наиболее часто применяющимся числам оборотов.
б) по формуле
п = 18,7 • 105Д-т- мин.-1.
i • а
Свободная длина пружины определяется из условия, что при полном:
открытии клапана между витками должен оставаться зазор не менее
0,3—0,5 мм. Тогда, считая число нерабочих витков равным 2, имеем
следующую длину пружины:
1) при полностью открытом клапане
Zmin = i (8 + 0,5) + 28;
2) при закрытом клапане
4 — 4nin + h = i (8 + 0,5) + 28 + /z;
3) в свободном состоянии
^св — Anin
Из приведенных формул видно, что длины /3 у внутренней и наружной
пружины могут быть, вообще говоря, различными в зависимости от диа-
метра проволоки и числа витков. Поэтому можно часто видеть, что таре-
лочки, в которые упираются пружины, делаются с уступами, различными
по высоте (фиг. 393).
Фиг. 393. Та-
релочка для
упора пружин.
Фиг. 394. Схема навивки пружин на токарном станке.
Изготовление пружин производится навивкой на оправку на токарном
станке с самоходом, при помощи которого устанавливается необходимый
шаг навивки (фиг. 394). Величина этого шага подсчитывается по длине в
свободном состоянии.
Навитая пружина отжигается на оправке. Если навивки нерабочих
витков не делалось, то после отжига пружина снимается с оправки и на-
гревается до 700—800° для подгибания концов. Если необходимо, то при
этом витки правятся от руки. После этого производятся закалка и отпуск,
шлифовка концов, правка пружины в холодном состоянии, контроль раз-
меров и упругости. Окончательная отбраковка производится на основании
наружного осмотра после полировки или кадмирования, так как в этом
случае на чистой поверхности удается обнаружить такие мелкие дефекты,
которые на грубой поверхности после навивки и термообработки не видны.
§ 122. РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ ПРИВОДОВ К КЛАПАНАМ
Определив усилия, действующие на отдельные звенья, можно провести
расчет на их прочность. Коромысло рассчитывается, как консольная балка.
Напряжения в этом случае будут:
визг = 1000—1500 kiJcm2 при стальном коромысле;
°изг== 200 —250 кг[см? при дуралюминовом коромысле.
399
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для оси опоры D, кронштейна и шпилек расчетной нагрузкой служит
чтила Ро[см. формулу (198)]. При скользящей опоре величина напряжения
«смятия (на проекцию опоры)
осм = 50 — 60 кг)см2.
Тяга рассчитывается на продольный изгиб по уравнению Эйлера,
жак балка с шарнирно ~
явля-
закрепленными концами. Расчетным усилием
ется Pi в.
Запас надежности
□ = ^^ = 2-3.
Весьма ответственным местом является
ролика, в увеличении размеров которой
структор обычно затруднен, тем более, что подвод
смазки под давлением к этой оси практически
невозможен.
Расчетным усилием здесь является Pi с, причем
удельное давление
й -Р1с
°см -~dT
не должно превышать 300 ч-400 кг)см2, так как в
противном случае может наблюдаться заедание
ролика на оси.
Направляющая толкателя рассчитывается на
смятие от действия боковой силы N. Примем,
распределяются вдоль направляющей по линейному
'Фиг. 395. Схема распределе-
ния напряжений смятия по
направляющей толкателя.
(220)
ось
кон-
что напряжения смятия
закону, как это показано на фиг. 395.
Тогда полные силы реакции, действующие на шток толкателя, будут
пропорциональны площадям треугольников ОАВ иОА'В'. Если х — напря-
жение на конце направляющей, ближнем к ролику, то на противоположном
конце напряжение имеет величину х а .
Тогда сила реакции, соответствующая л ОАВ,
2
приложена на расстоянии 2/3 (Z—а) от точки О.
Аналогично, равнодействующая всех усилий на верхнем конце направ-
ляющей
/ <7 \ « .
2
и плечо ее относительно точки О = -^-а.
Неизвестные величины х и а найдутся из условия равенства нулю
суммы сил и моментов относительно какой-либо точки, например точки О.
= (221)
L=^4(z-e)+^4s-^+z-‘’M (221<)
Приведем в уравнениях (221) и (221') члены, содержащие х, к общему
знаменателю, разделим уравнение (221') на (с + /—а). Тогда можно при-
равнять полученные уравнения, и после сокращения на х, d, и N мы
получим следующее уравнение:
(/ — а)2 — а2 (1 — а)ъ + а*
2 3 -|- b — и) ’
400
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
отсюда после преобразований
/ + 2е
(222)
Определив из уравнения (222) величину а, можно по уравнению (221)
найти наибольшее напряжение смятия. Для выполненных моторов эта вели-
чина х не превосходит 100 кг/см2.
В случае плоского толкателя, скользящего по кулачку, задача упро-
щается тем, что можно принять а = -у , а величину х подсчитывать из
условия уравновешения момента от эксцентричного нажатия на тарелочку
толкателя.
Цилиндрические и сферические поверхности ролика и кулачка, толка-
теля и штока клапанов, толкателей и тяги проверяются по формуле Герца,
которая имеет для цилиндрических поверхностей следующий
вид: _______
»„= 0,418(223)
где Р — расчетная нагрузка в кг-,
Е — модуль упругости первого рода в кг(см2-,
b — высота цилиндрических соприкасающихся поверхностей;
11 _i
— и-----кривизна соответствующих поверхностей в см 1 ’
Знак берется в случае обеих выпуклых поверхностей. В случае
соприкосновения цилиндра с плоскостью принимают — = 0.
^2
Для сферических поверхностей уравнение Герца имеет сле-
дующий вид: __________
а, = 0,388 Г (тг- ± У ; (224)
напряжение <зн не превышает 10000 кг)см2, на поверхности кулачка и
50000 KzjcM2 на штоке кулачка.
§ 123. ЗАЗОРЫ В КЛАПАННОМ МЕХАНИЗМЕ
Зазор в клапане необходим как средство
что клапан закрывается полностью на
В разобранных ранее схемах для
простоты рассмотрения задачи на
наличие зазора не указывалось.
Выполнить его можно было бы
двояким образом.
Во-п е р вы х, можно было бы
уменьшить начальный радиус на
нерабочей тыльной части кулач-
ка, срезав ее на величину жела-
тельного зазора i, как это пока-
зано на фиг. 396, а. Остальные
элементы привода при этом ре-
гулируются так, чтобы клапан
начал открываться, когда толкатель
гарантии и контроля того,
работы двигателя
всех режимах
Фиг. 396.
встанет в точке В. В этом случае,
очевидно, величина зазора никакой роли не играет, и в таких случаях она
может доходить до 2—2,5 мм (при клапанах непосредственного действия).
В о-в т о р ы х, можно создать зазор за счет укорочения тяги или вывер-
тывания наконечника на клапанном рычаге. Этот способ приводит к тому,
что поверхность толкателя не доходит до начальной окружности на вели-
чину выбранного зазора i (фиг. 396, б) и открытие начинается не в точке В,
ВВА—142—26
401
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
h мм
V м/сек
Фиг. 397.
а в положении втором—при соприкасании в точке Е, что соответствует
некоторому углу поворота кулачка а0.
Величину этого угла можно вычислить по одному из уравнений (161),
(168), (171) или (186), положив h = i.
Можно также найти величину а0 по диаграмме подъема клапана, для
чего на ней нужно провести пря-
мую параллельно оси абсцисс на
расстоянии I (фиг. 380). Точки пе-
ресечения а и b этой прямой с
диаграммой подъема дадут начало
и конец открытия при наличии
зазора.
Основным недостатком этого
способа является наличие удара в
моменты открытия клапана и по-
садки на седло. В* этом случае ско-
рость привода меняется мгновенно
от нуля до конечной величины,
как это видно на фиг. 397 (точки
с и d). Поэтому величина зазора в по-
добных случаях обычно принята не
более 0,4—0,5 ли/, чтобы скорость соударения была в пределах 0,2—§,Ъм!сек.
Наличие зазора в этом случае должно отразиться также и на наполне-
нии. Как видно из фиг. 397, время-сечение уменьшается на величину,,
пропорциональную площади eabf.
Если положить, что Лср = 0,7 Лтах, то при часто встречающихся сейчас
величинах Лаах = 14—15 мм изменению зазора на 0,1 мм соответствует из-
менение время-сечения на 1%.
Величина зазора, установленная при регулировке, не остается постоян-
ной во время работы двигателя вследствие температурного расширения
деталей.
В двигателях с верхним расположением распределительных валиков
зазоры должны уменьшаться, в особенности при стальной головке (напри-
мер, двигатели М-5, М-17).
В двигателях с нижним приводом клапана
через тягу и коромысло зазоры при нагреве ци-
линдра увеличиваются, что связано с появлением
ударов и может вредно отразиться на прочности
механизма (разбивание штоков клапанов).
Для уменьшения ударов целесообразно приме-
нение профилей с пологой диаграммой подъема в
начале и в конце работы клапана. В этом отноше-
нии более выгоден выпуклый профиль, так как при
одинаковых зазорах скорость соударения у него
будет меньше (фиг. 375).
В двигателе Райт-Циклон, в котором
шого размера цилиндров и высокой температуры, свойствен-
ной воздушному охлаждению, увеличение зазора достигает
1,5 мм, введен специальный профиль с порожком в начале
и конце подъема. Из фиг. 398 видно, что при весьма зна-
чительном изменений зазора скорость соударения будет
оставаться небольшой.
В этом случае двигатель регулируется на начало откры-
тия клапана в точке а при зазоре 1,9 мм. После поверки
регулировки устанавливается зазор 0,5 мм. Таким образом
состоянии продолжительность открытия будет заведомо
в горячем. В некоторых двигателях для уменьшения удара
вследствие боль-
Фиг. 399. Схема
компенсации
зазоров двига-
теля М-85.
в холодном
больше, чем
402
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
вводятся компенсаторы, уменьшающие изменение зазоров. Одно из таких
устройств (двигатель М-85) схематически показано на фиг. 399 и конструк-
тивно на фиг. 212, д\ здесь Д — зазор, образовавшийся между коромыс-
лом и тягой за счет расширения картера и цилиндра. Чтобы устранить
этот зазор, нужно, чтобы точка опоры О рычага опустилась относительно
штока клапана на величину
Конструктивно это достигается тем, что опора О расположена на спе-
циальной тяге, укрепленной на нижней части головки цилиндра. Таким
образом величина 3 является разностью расширений головки с клапаном
и тяги компенсатора.
§ 124. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ПРИВОДА
ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ. МОНТАЖНЫЕ ЗАЗОРЫ
Для деталей привода, работающих
кулачковые валики, кулачковые шайбы
с высокой сопротивляемостью из-
нашиванию поверхности при со-
хранении высокой вязкости серд-
цевины.
Этим условиям удовлетворяет
цементируемая сталь типа
Х1Н, которая, главным образом, и
применяется для изготовления де-
талей этой группы. Эта же сталь
применяется для роликов, толка-
телей и наконечников.
на износ и изгиб, как, например,
и шестерни, необходим материал
Для деталей, нагруженных на
изгиб от ударной нагрузки, как то:
коромысла клапанов и тяги, при-
меняются стали марки Х2Н (для
коромысел) и марки ЭХТМ(длятяг).
Для клапанов впуска и выпуска
употребляются жароупорные
стали.
Для клапанов выпуска в
большинстве случаев применяются
сильхромоникелевые и сильхромо-
молибденовые стали марок Si-Cr-Ni
и СХ8М, а также хромоникелеволь-
фрамовые стали марки ЭИ69.
Для клапанов впуска чаще
всего употребляются сильхромони-
келевые стали, но с меньшим со-
держанием хрома и никеля, чем Фиг. 400. Схема зазоров в сочленениях деталей
для клапанов выпуска; иногда при- газораспределения.
меняются хромоникельванадиевые
стали. Наиболее употребительны марки ЭИ72, Х12М и 3XNVa.
Для деталей, работающих на скручивание при высоких нагрузках (как,
например, клапанные пружины), материал должен иметь высокий предел
упругости. Этим требованиям удовлетворяет хромованадиевая сталь марки
Cr-V, которая и получила наибольшее распространение в качестве мате-
риала для пружин.
Химический состав и механические качества сталей перечисленных
марок приведены в табл. 27.
Данные по направляющим клапанов приведены в главе „Цилиндры".
Зазоры в сочленениях деталей газораспределения показаны на фиг. 400.
403
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица 27
№ по пор. Марки стали Химический состав, % (по основным компо- нентам) Механические качества (после термообработки)
С Сг Ni Мо Другие компо- ненты временное со- противление, 1 кг/мм2 удлинение, % сопротивление удару, кг/см2 \ число твер- дости по Бринеллю
1 Х1Н 0,10-0,16 0,6-0,9 2,75—3,25 — — 95 12 12 285—363 300- 360
2 Х2Н 0,17—0,25 0,6-0,9 2,75-3,25 — 100 (85) 8(10) — 255-300
3 ЭХТМ 0,25—0,32 0,8—1,1 0,5 0,15-0,25 Si 95 12 9 270-360
4 Si-Cr-Ni 0,3 -0.4 15,0-20,0 23,0—27,0 — 2,3—2,9 Si 65 20 6 250—300
о СХ8М 0,35—0,45 9,0-12,0 — 0,7—1,3 2,0-30 W 90 10 3 305 - 363
6 3U69 0,40-0,50 13-15 13—15 0,5 1,75-3,0 Si — — — •—
7 3U72 0,25-0,40 11,5-14,0 6—7.5 — 2,0 -3,0 \7 120 8 — 321—415
8 Х12М 1,45-1,70 11,0-12,5 — 0,5—0,8 V 0,5 V — — — 255
9 ЭХНВа 0,16-0,25 0,7-1,1 3,9-4,6 — 0,2—0,4 V НО 10 8 302 -341
10 Cr-V 045 -0.55 0.75—1.10 — — 0,15-0,25 160 2 — —
11 ХМ1 0,10—0,16(0,70-1,0 3,4-4,0 — — 100 8(Ю) 8 240—300
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ГЛАВА VI
КАРТЕРЫ
§ 125. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Картер является основанием всего двигателя, его фундаментной рамой;
к нему крепятся цилиндры и в нем на коренных подшипниках укладыва-
ются коленчатый вал и вал редуктора. Картером замыкается силовая схема
всего двигателя. Силы давления газов передаются на картер с одной сто-
роны от днища цилиндра через его фланцы и шпильки, а с другой — от
поршня через элементы шатунно-кривошипного механизма. Эти силы, рав-
ные по величине и обратные по направлению, погашаются либо силами
упругости стенок картера, либо непосредственно силой затяжки коренных
шпилек или болтов, стягивающих половины картера друг с другом. Одно-
временно отдельными частями картера воспринимаются неуравновешенные
силы инерции поступательно-движущихся и вращательных частей шатуна,
вала, винта, опрокидывающий момент от внутренних сил, равный по ве-
личине крутящему моменту на винте, сила тяги винта и его гироскопиче-
ский момент.
Эти неуравновешенные силы и моменты через лапы или бобышки пе-
редаются на подмоторную раму самолета. На эти же лапы передаются вес
двигателя и силы инерции его массы, возникающие при эволюциях самолета.
Основное требование, предъявляемое к картеру,—жесткость конструкции
при наименьшем весе. Это требование относительно легко выполняется
в картерах звездообразных двигателей применением конических стенок,
а также сферических и конических крышек. В картерах рядных двигате-
лей жесткость обеспечивается оребрением стенок. Высокая жесткость
особенно важна для картера многоопорного вала рядных двигателей вслед-
ствие относительно большой длины его, так как в этом случае незначи-
тельное смещение одной из опор при деформации картера вызывает
значительные дополнительные напряжения в коленчатом валу.
На жесткость картера оказывает влияние конструкция цилиндрового
ряда двигателя. Блочные конструкции увеличивают жесткость картера;
в этом случае он может быть сделан легче, чем при отдельно стоящих
цилиндрах.
Рациональность конструкции картера и достаточная надежность его
поверяются длительными испытаниями двигателя, так как расчет не позво-
ляет определить с достаточной точностью распределение усилий по от-
дельным элементам картера и, следовательно, найти прочные размеры его
элементов. Вместе с тем размеры эти часто определяются производствен-
ными соображениями и, в частности, условиями литья (условия питания
жидким металлом, отсутствие пористости и трещин отливки и пр.).
Одновременно с жесткостью и прочностью картер должен удовлетво-
рять требованиям герметичности, т. е. он не должен пропускать масла,
обильно стекающего из подшипников.
Огромное большинство современных авиационных двигателей, в отли-
чие от автомобильных, имеет сухой картер, т. е. все масло, стекающее
405
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
в картер, постоянно перекачивается обратно в бак. Это необходимо для
охлаждения масла, которое нагревается за счет тепла от трения в подшип-
никах и должно проходить через радиатор. Кроме того, применение кар-
тера с масляным резервуаром, как это делается в автомобильных двига-
телях, исключило бы возможность надежной работы двигателя при фигурах
высшего пилотажа.
§ 126. КЛАССИФИКАЦИЯ КАРТЕРОВ РЯДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Фиг. 401. Картер с одной несущей полови-
ной (двигатель Фиат).
По характеру распределения нагрузок картеры рядных авиационных
двигателей могут быть разделены на две группы.
К первой группе относятся картеры, у которых силы при работе
двигателя воспринимаются лишь одной его половиной, несущей цилиндры.
В этом случае вторая половина (верх-
няя или нижняя, в зависимости от
типа двигателя), являясь легким ко-
жухом, не несет никаких нагрузок
и часто служит только лишь для
сбора масла (фиг. 401). Крепление
коренных подшипников в этом случае
осуществляется на подвесках, которые
притягиваются к несущей половине
при помощи коренных шпилек. Такая
конструкция часто называется кар-
тером с подвесным коленча-
тым валом.
Ко второй группе относятся
картеры с обеими несущими полови-
нами, выполняемыми с одинаковой
примерно жесткостью и прочностью.
При такой конструкции - коренные
вкладыши укладываются в разных по-
ловинах картера, причем одна из них'
соединяется с другой при помощи
коренных шпилек (фиг. 402).
Основное преимущество картера, выполненного по такой силовой схеме,—
большая жесткость его в сравнении с картером первого типа. Поэтому
в современных конструкциях авиационных двигателей картеры выполня-
ются в большинстве случаев с обеими несущими половинами.
Главным преимуществом картера с подвесным валом является хороший
доступ для осмотра в эксплоатации кривошипного механизма без разборки
двигателя. Однако эти удобства легко обеспечиваются в конструкции
с обеими несущими половинами применением отъемной крышки (фиг. 403).
К преимуществам картеров с подвесным валом иногда относят, кроме
того, их меньший вес. Практически, однако, стенки картера с одной несу-
щей частью для достижения жесткости приходится делать толще, с боль-
шим оребрением, чем у картеров с обеими несущими половинами. Поддон
картера нельзя делать очень тонким, так как на нем устанавливаются
агрегаты. Таким образом выигрыша в весе фактически обычно не полу-
чается, и картер в обоих случаях составляет 15—20% от веса всего дви-
гателя.
§ 127. СИСТЕМЫ РАЗЪЕМОВ И СИЛОВАЯ СВЯЗЬ ЧАСТЕЙ КАРТЕРА
У двигателей, имеющих обе несущие половины картера, плоскость
разъема проходит через ось вала. В картере однорядного двигателя обе
половины соединяются при помощи стяжных болтов, которые могут быть
использованы для крепления цилиндров (фиг. 404). Достоинство такой ком-
пановки в том, что в ней картер разгружен от усилия газов, которое
406
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 402. Картер с обеими несущими половинами (двигатель АМ-34).
Tvww;vokb-ta.spb.nr Самолёт-евопми руками?!
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
воспринимается лишь затяжкой болтов. Однако такая силовая схема приме-
нима, очевидно, лишь для однорядных, либо двухрядных, с противополож-
ными цилиндрами, либо четырехрядных Х-образных двигателей.
В случае V-образного и W-образного двигателей связь половин картера
осуществляется: двумя сквозными болтами (фиг. 405), двумя (фиг. 402>
либо четырьмя шпильками в каждой поперечной стенке, закрепляемыми
в бобышках верхнего кар-
тера (фиг. 403).
Преимущество соеди-
нения двумя сквозными
болтами заключается в
отсутствии резьбы в кар-
тере; недостатком этой
схемы является затрудне-
ние в размещении головок
болтов на верхней части
картера, так как они ме-
шают размещению ци-
линдров, особенно в блоч-
ной конструкции. Вместе
с тем оказалась трудной
точная торцовка опорных
поверхностей под гайку
внутри картера, резуль-
татом чего были частые
Фиг. ,404. Силовая схема картера однорядного двигателя7
со сквозными стяжными болтами, крепящими цилиндры
(двигатель Джальберт)
случаи обрыва болтов.
. При четырех коренных шпильках обеспечивается более плотное и рав-
номерное прилегание поверхностей поперечных стенок, чем при двух
шпильках. Это особенно существенно в такой конструкции, где в по-
лости между стенками связей проходит охлаждающий опоры воздух и где
Фиг. 405. Силовая схема связи картера
V-образного двигателя с обеими несущими
половинами, соединяемыми двумя сквоз-
ными болтами, и с разъемом по оси колен-
чатого вала (двигатель М-17).
стык не должен пропускать масла
(двигатель М-100).
В конструкциях с одной несущей
половиной разъем картера для боль-
шей жесткости иногда выполняется
ниже оси коленчатого вала (фиг. 406).
При показанной системе разъема под-
вески утапливают в тело картера.
Усилия, действующие на вал, воспри-
нимаются затяжкой шпилек, горизон-
тальные составляющие этих усилий—
стыком боковых поверхностей под-
вески и гнезда в картере. Для увели-
чения жесткости системы создается,
поперечный натяг длинными шпиль-
ками. Чтобы уменьшить влияние этих
шпилек на деформацию картера (в
особенности, если стенки высоки), кро-
ме наружных гаек, устанавливают
гайки также внутри картера. Пред-
варительная затяжка их создает не-
обходимый распор и не позволяет деформировать стенки картера при за-
тяжке наружными гайками (фиг. 409).
Такая система разъема связана с трудностью вывода носка вала в пе-
реднюю поперечную стенку картера при сохранении разъема половин
по одной плоскости. Это затруднение в конструкции картера двигателя
Нэпир решено введением вставки, которая монтировалась на расплавленном
шеллаке (фиг. 407).
40»
-410
Фиг. 406. Силовая схема кар-
тера с одной несущей полови-
ной и разъемом ниже оси ко-
ленчатого вала.
Фиг. 407. Схема носка со встав-
кой для картера с разъемом ни-
же оси коленчатого вала
(двигатель Нэпир-Лайон).
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 407'. Картер двигателя Ролльс-Ройс-Мерлин.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками
Фиг. 409а. Картер двигателя Даймлер-Бснц-600
а—канал для размещения пулемета, ось его совпадает с осью редуктора.
\ ft
ВВА (к стр. 410)
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 408. Схема носка картера с
разъемом ниже оси вала с отвер-
стием в отливке для ввода колен-
чатого вала.
Фиг. 4096. Картер двигателя Даимлер-Бенц-600:
а—канал для размещения пулемета; ось его совпадает с осью редуктора;
б—стяжная шпилька с гайками снаружи и внутри картера.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 410. Силовая схема кар-
тера с подвесным коленчатым
валом и с разъемом по его оси.
Фиг. 410'. Картер двигателя МВ-4.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 411. Схема картера, выполненного в одной
отливке с нижней частью блока (двигатель
Лоррен).
Фиг. 411'. Схема связи картера с наклонным
расположением силовых болтов (Лоррен-Петрель).
Фиг. 412. Картер перевернутого двигателя
с наклонными силовыми болтами (двигатель
Паккард).
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В двигателях Ролльс-Ройс это затруднение устраняется применением
отъемной крышки редуктора (фиг. 407'). Наконец, это затруднение можно
обойти выполнением добавочной стенки с отверстием такого диаметра,
чтобы можно было завести носок вала. Стенка может быть сделана в
литье (фиг. 408) или может быть укреплена на фланце (фиг. 41О').
Это затруднение устраняется при выполнении разъема по оси вала
(фиг. 410). Однако при такой системе разъема, во-первых, уменьшается
жесткость картера и, во-вторых, ухудшаются условия закрепления под-
весок, которые удерживаются от сдвига лишь силой затяжки шпилек.
Для устранения первого недостатка применяется конструкция
картера, выполненного в одной отливке с частью блока, чем увеличива-
ется момент сопротивления картера на изгиб (фиг. 411). Недостатком та-
кой системы является необходимость производить разборку всего двига-
теля для осмотра поршней и поршневых колец.
Для устранения второго недостатка, проистекающего от положе-
ния разъема, применяются подвески с установочными буртами и наклон-
ным расположением силовых болтов (фиг. 411').
Аналогичное расположение силовых шпилек применялось на двигате-
лях Пакард и Кертис Супер-Конкверор, где оно было более обосновано
логически, так как подвески выполнялись с опорными плоскостями, обра-
зующими двугранный угол (фиг. 412).
§ 128. СОЕДИНЕНИЕ ПОЛОВИН КАРТЕРА И ВЗАИМНАЯ ИХ ФИКСАЦИЯ
Обе половины картера соединяются между собой коренными и борто-
выми шпильками.
Назначение коренных шпилек — осуществление силовой связи частей
картера, назначение бортовых шпилек или болтов — создание герме-
Фиг. 413. Фиксация половин картера
при помощи установочных шпилек
(двигатель М-100)
(разрез по переднему подшипнику колен-
чатого вала).
Фиг. 414. Радиусы переходов в свя-
зях картера двигателя М-17. Слева—
первоначальная, справа—более позд-
няя конструкция
(продольный разрез см. на фиг. 417').
тичности стыка. Для этого бортовые
шпильки не должны быть друг от
друга дальше чем на 5—6 d.
Расчет силовых шпилек на уси-
лие вспышки ведется так же, как и
для силовых шпилек блока, с той
лишь разницей, что в V-образных
двигателях надо учитывать действие
вспышек в обоих блоках. Бортовые шпильки не рассчитываются, и их диа-
метр берется не менее 6 мм во избежание возможных обрывов при затяжке.
414
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиксация половин картера, одной относительно другой, требует боль-
шой точности, необходимой для нормальной работы вкладышей, и может
быть выполнена при помощи установочных шпилек (фиг. 413), установоч-
ных стаканчиков, концентрически надеваемых на коренные шпильки (фиг.
402), или, наконец, цилиндрических поясов на коренных шпильках (фиг. 414).
Последний из методов менее точен и не может быть рекомендован.
Гнезда под установочные шпильки засверливаются по зеркальному кон-
дуктору. Силовые и коренные шпильки подвергаются значительной затяж-
ке. При нагреве картера к напряжению
от затяжки добавляется и термическое
напряжение; в этом случае суммарное
напряжение может достичь весьма зна-
чительной величины. Поэтому во избе-
жание обрыва требуется равномерная и
точная затяжка всех силовых шпилек.
Помимо этого, неравномерная затяжка
шпилек может быть источником дефор-
мации картера.
Исходя из всех этих соображений,
каждая отдельная шпилька никогда не
затягивается сразу до полной силы за-
тяжки, но все шпильки по очереди под-
тягиваются в 2—3 приема до полного
усилия. Окончательное усилие затяжки
контролируется по углу поворота гайки
либо тарированным ключом (фиг. 415).
Затяжка гайки по углу поворота
может быть проверена транспортиром
Фиг. 415. Тарированный ключ для за-
тяжки силовых и коренных шпилек,
а—ведущая муфта, б—рукоятка, в—ведущий
штифт, г—наклонный паз, д—нижняя ведомая
муфта, соединенная с ключом. В случае чрез-
мерной натяжки муфта а (вследствие наличия
наклонного паза) поднимается, преодолевая
силу натяжения пружины е, после чего муфты
а и д расцепляются.
при заданной силе затяжки, известном сечении шпильки и шаге нарезки.
Так, например, для затяжки силовых шпилек двигателя АМ-34 вели-
чина угла при полной затяжке принята в 165°, а вся затяжка ведется в
два приема. Первоначально все гайки затягиваются на 90°, а затем еще на 75°.
§ 129. СТЕНКИ КАРТЕРА И МЕРЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ К УВЕЛИЧЕНИЮ ИХ ЖЕСТКОСТИ
Толщина продольных и поперечных стенок картера не поддается рас-
чету и определяется в основном экспериментальной проверкой и услови-
ями литья. Для современных двигателей средней и большой мощности
толщина боковых продольных стенок
составляет 5—7 мм, поперечных —
8—9 мм, поперечных двойных —6—
7 мм, толщина стенок под плоскостью
крепления блока 10—12 мм. Сопряже-
ния стенок делаются очень плавными, с
радиусом кривизны не менее 15—20 мм.
Влияние резких переходов в стенках
картера показано на фиг. 414. В перво-
начальном варианте наблюдались тре-
щины под гайками болтов (фиг. 414
Фиг. 416. Укрепление боковых стенок слева). Этот дефект отсутствует во вто-
картера наклонными ребрами жесткости рой модификации (фиг. 414 справа) с
(двигатель Рено). более плавными переходами.
Как продольные, так в особенности поперечные стенки укрепляются
ребрами жесткости. По конструктивным условиям продольные стенки
чаще всего укрепляются продольными же ребрами, образующими род корыта.
В тех случаях, когда такого укрепления недостаточно, ставятся наклон-
ные ребра жесткости (фиг. 416, 402). Поперечные стенки укрепляются
значительно сильнее ребрами, которые могут иметь радиальное и круговое,
направление (фиг. 416')-
415
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При пересечении этих ребер должны быть сделаны плавные переходы
во избежание появления трещин.
Увеличение жесткости поперечных стенок достигается также бобыш-
ками для шпилек и круговыми выступами ложа подшипника, имеющего
толщину обычно около 10 мм (фиг. 416').
Ребра жесткости обычно имеют толщину от 5 до 10 мм, причем уста-
навливаются сопряженно с бобышками силовых шпилек. Для того чтобы
при отливке части земляного стержня,
заполняющие отсеки картера, не сдви-
гались, они связываются между собой
перемычками, в результате чего в стен-
ках остаются отверстия (фиг. 416').
Значительное увеличение жесткости
' картера достигается применением двой-
ных коробчатых поперечных стенок,
как это показано на фиг. 417. В неко-
торых случаях между двойными стен-
ками осуществляется циркуляция воз-
духа для охлаждения подшипников.
В двигателе М-100 (фиг. 403) воздух
проходит через боковые отверстия, в ко-
торые поступает за счет скоростного
напора из патрубка, выведенного за
пределы фюзеляжа. В двигателях BMW
воздух засасывается самим двигателем,
протекая из полости между стенками в
карбюратор. Таким образом здесь одно-
временно достигаются охлаждение подшипников и подогрев воздуха
(фиг. 417').
При использовании двойных стенок для прохода воздуха необходимо
хорошее уплотнение стыков во избежание попадания масла в карбюратор
(двигатель М-17) или замерзания его в полости между стенками в зимнее
©ремя (двигатель М-100). Уплотнение стыковой поверхности двойных стенок
обычно достигается при помощи постановки прокладок, применения специ-
Фиг. 417. Картер с коробчатой связью (двигатель
Лоррен-Дитрих);
ыльных уплотнительных составов (герметики), прокладывания шелковых
ниток и, главным образом, за счет тщательной пригонки соединяющихся
поверхностей. Такая пригонка достигается путем притирки стыковых разъ-
емных поверхностей на плите.
При наличии простых поперечных стенок надобности в полном приле-
гании нет; в двигателе АМ-34 для облегчения обработки часть стыка вы-
брана (фиг. 416').
416
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В В A—142—27 417
Фиг. 417'. Картер с двойными стенками для подвода воздуха к карбюратору и для охлаждения коренных подшипников
(двигатель М-17).
4»
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
У рядных двигателей с воздушным охлаждением на поверхности кар-
тера иногда выполняются ребра, улучшающие отвод тепла (фиг. 418).
Двигатель Нэпир-Дэггер имеет картер, в котором заодно с половинами
его отлиты смесепроводы (фиг. 418'). Такая система увеличивает жест-
кость картера, но вряд ли может считаться целесообразной вследствие
излишнего подогрева смеси,
выходящей из нагнетателя.
Значительное общее ореб-
рение стенок картера изнутри,
весьма рациональное со сто-
роны силовой схемы, выпол-
нено в картере двигателя
Даймлер-Бенц 600, причем до-
стигается большая жесткость
всей конструкции (фиг. 409).
§ 130. ЛАПЫ КАРТЕРА
Лапы картера, служащие
для присоединения двигателя
к подмоторной раме, выпол-
няются либо в виде отдель-
ных деталей, привертываемых
к картеру (фиг. 409), либо со-
ставляют с ним одно целое
(фиг. 419, 420, 421). В обоих
случаях между лапами и стен-
ками картера должна быть
вполне надежная и жесткая
Фиг. 418. Картер двигателя воздушного охлаждения
с оребрением (двигатель Вальтер-Юниор).
связь. Это достигается весьма просто при лапах, отлитых заодно с карте-
ром, которые имеют вид местного фланца, усиленного поперечными или
продольными ребрами (фиг. 420, 421).
Преимущество съемных лап — в большей простоте отливки картера.
Кроме того, при съемных лапах оказывается удобнее осуществить эластич-
ную установку двигателя на подмоторную раму при помощи резиновых
амортизаторов (фиг. 419, а). Однако вследствие трудности получения доста-
точно жесткой связи с картером съемные лапы применяются в основном
лишь в маломощных двигателях. Из мощных двигателей, иемющих съемные
лапы, следует отметить немецкие двигатели ЮМО-211 и Даймлер-Бенц 60Q
(фиг. 409).
§ 131. НОСОК И ЗАДОК КАРТЕРА РЯДНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Носок и задок картера заканчиваются фланцами; на носке фланцы пред-
назначены для крепления крышки уплотнения, коробки с упорными под-
шипниками или картера редуктора, а на задке — для установки нагнета-
теля или картера передач.
Обычно на фланцах, там, где это возможно, выполняются центрирующие
круговые буртики или расточки. При невозможности их выполнения
применяется фиксация на установочных шпильках. Для совпадения
плоскостей фланцев обеих половин картера чистовую обработку их
необходимо вести в собранном виде.
В большинстве американских двигателей в отъемном задке поме-
щается весь комплект передач и распределения. В европейских двигателях
в большинстве случаев эти передачи устанавливаются в отсеке (фиг. 402 и 403),
который отлит за одно целое с основным картером. Такое решение не
сколько усложняет отливку, но имеет преимущество в смысле жесткости
установки распределения и удобства подвода смазки к, деталям привода.
При редукторах со смещенными осями передняя часть верхней поло-
вины картера обычно бывает развита и образует полностью или частично
418
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками
Фиг. 418'. Картер со смесепроводами, отлитыми за одно целое с картером
(двигатель Нэпир-Дэггер).
419
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 419. Лапы картераt
а—привернутая лапа, б—ж—лапы, отлитые заодно с картером.
Фиг. 420. Лапы двигателя АМ-34::. 1
а—задняя лапа, б—передняя лапа, в—разрез картера по лапе.
Фиг. 421. Лапы двигателя М-100-
а—разрез по лапе, б—передняя лапа, е—задняя лапа.
420
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Вид снизу
Фиг742Г. Картер редуктора с горизонтальным разъемом (двигатель М-100).
421
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Ш-
картер редуктора. Его корпус скрепляется со стенками основного картера
мощным оребрением.
Картер редуктора может иметь разъем по горизонтальной или по
вертикальной плоскостям (фиг. 421' и 421"). Первый тип, принятый на дви-
гателе Испано-Суиза, удобен в эсплоатации, так
как укладка в нем вала редуктора проста и вал
доступен для осмотра в эксплоатации. Точная
установка крышки достигается двумя устано-
вочными коническими штифтами.
Сложнее и менее удобен в эксплоатации
картер редуктора с вертикальным разъемом
(фиг. 421"), принятый в двигателях Кертис-
Конкверор, АМ-34 и др., в особенности, если
редуктор имеет шевронное зацепление. В этом
случае для снятия вала редуктора необходимо
разнимать картер и выводить шестерню колен-
чатого вала из зацепления с шестерней редук-
тора. Так как посадка крышки производится
с натягом, снимать ее довольно трудно. Для
облегчения съема в конструкции может быть
предусмотрена бронзовая втулочка4 с резьбой
и стальная пятка для упора конца съемника.
В картере редуктора устанавливается трубо-
провод для подвода масла к зацеплению ше-
стерен редуктора.
§ 132. УСТАНОВКА ВКЛАДЫШЕЙ
Коренные вкладыши устанавливаются на спе-
циальных заплечиках или на стопорных шпиль-
ках (фиг. 422).
На фиг. 423 показан край подшипника с за-
плечиком. Внутренняя фаска, выполненная под
углом 45°, устраняет возможность трения гал-
тели коренной шейки коленчатого вала о вкла-
дыш, которое обычно является началом зади-
ра и выплавления баббита. На внешнем диа-
метре подшипника у заплечика имеется про-
точка для обеспечения посадки вкладыша в кар-
тере без фаски на ложе в поперечной стенке. От осевого смещения подшип-
ник рассматриваемой конструкции удерживается заплечиками; в этом случае
необходима лишь одна стопорная шпилька, ограничивающая вкладыш от
углового сдвига.
Для осевой фиксации подшипника без заплечиков каждая из половин
его должна иметь установочную шпильку.
Учитывая возможные неточности в постановке шпилек, отверстие
в одной из половин вкладыша выполняется удлиненным вдоль окру-
жности вкладыша во избежание среза шпильки при затяжке картера
(фиг. 424).
Посадка установочных шпилек в картер может быть выполнена по
одной из схем, приведенных на фиг. 422.
Наличие на шпильке заплечика или кольцевого стопора допускает
посадку шпильки в картере с малым натягом.
Установка шпильки производится с натягом, чтобы при нагреве не полу-
чилось свободной посадки, так как в этом случае возможно передвижение
шпильки вдоль оси и задир вала. Стопорная шпилька помимо своего пря-
мого назначения может служить иногда форсункой для подачи масла
(фиг. 422, а). На некоторых двигателях отверстия, подающие масло, калиб-
Фиг. 421". Картер редуктора
с вертикальным разъемом
(двигатель М-34)
а—нарезная втулка и стальная пята
для съемника.
422
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
руются, причем размер их подбирается в зависимости от необходимости
подачи масла к той или иной опоре.
Установка роликовых коренных подшипников в картере рядного двига-
теля показана на фиг. 425. Здесь применен подшипник с буотиками на
фиг. 425. Здесь применен подшипник с буртиками на
Фиг. 423.
Вкладыш с
заплечиком.
Установка вкладыша в картере
с заплечиками, в, г—установка вклады-
шей на стопорных шпильках.
Фиг. 422.
а, б—вкладыши
наружном кольце в отличие от принятой обычно в звездообразных двига-
телях фиксации накладными кольцами на шурупах, так как для выполне-
ния гнезд под шурупы потребовалось бы специальное оборудование.
Фиг. 424. Фиксация в картере- - Фиг. 425. Связь картера рядного двигателя с роликовым
вкладыша без заплечиков. коренным подшипником (двигатель Нэпир-Лайон).
Подвеска выполнена из стали. Аналогичная система посадки наружной
обоймы применена в двигателях ЮМО-4, где наружное кольцо подшипника
завальцовано в обойму с буртиками.
Недостаток роликовых подшипников заключается в сильно увеличен-
ном габарите их по сравнению со скользящими, что видно из фиг. 425.
Это сказывается отрицательно на жесткости картера и подвесок.
§ 133. МАТЕРИАЛ, ПРОИЗВОДСТВО, ДЕФЕКТЫ ВКЛАДЫШЕЙ
Вкладыши подшипников выполняются из оловянистой бронзы, латуни
и стали.
Вкладыши из медных сплавов имеют важное преимущество перед
стальными, заключающееся в том, что их коэфициент линейного расширения
423
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
(0,19-10~4) близок к коэфициенту расширения алюминиевого картера и самого
баббита (0,21 • 10-4). Это обеспечивает более устойчивую посадку в кар-
тере без излишнего начального натяга и более на-
дежное приставание баббита. Их недостаток в том,
что они не могут применяться для заливки свинцо-
вистой бронзой, дороги и должны выполняться
достаточно толстыми (около 4—5 мм), чтобы воз-
можная в литье пористость не влияла на их прочность.
Стальные вкладыши труднее поддаются
заливке баббитом, но могут быть сделаны тоньше
(до 2—2,5 мм) без риска сминания материала вкла-
дыша под стопорами и на стыках; в настоящее время
стальные вкладыши применяются очень широко.
Расточка толстостенных вкладышей ведется из
двух центров, как показано на фиг. 426.
Разрезка заготовки производится фрезером тол-
щиной о.
Обработка тонкостенных вкладышей производится с одной постановки
в виде кольца несколько большего диаметра, чем нужно по диаметру вала
и ложа. После разрезания обе
половины обжимаются под прес-
сом до нужных диаметров.
Стальные вкладыши
ляются из стали марок
ЦК.
Практика показала
приставание баббита к
шам, изготовленным из этих ста-
лей. Ранее внутренняя поверх-
ность вкладыша под заливку
снабжалась мелкой резьбой (шаг
1 мм, глубина 0,6 — 0,8 мм\
фиг. 426'а). Такая резьба препятствует выкрашиванию баббита, при-
чем канавки уменьшают
Фиг. 426. Схема расточки
стальной заготовки вкла-
дыша из двух центров.
ИЗГОТОВ-
У-2 или
хорошее
вклады-
ае/гажре/шя
Зайй/г
/ib/иЖ
С7о/?&уаязагатив
crqp&wets зашЗ/яз
Фиг. 426а. Схема установки вкладыша при
кокильной заливке баббитом.
возможность его оплыва, если толщина его
значительна (1,5 мм). Для увеличения проч-
Фиг. 426*. Типовая расточка вну-
тренней поверхности заготовок
вкладыша под заливку
а—с нарезкой, б—гладкая, в—вкладыш
с отверстиями, г—заливка баббита с вы-
ходом его на торец, д—вкладыш с ка-
навками «ласточкин хвост».
ности приставания применялась также за-
ливка с выходом на торец; во вкладышах
просверливались отверстия или протачива-
лись канавки на ласточкин хвост. В настоя-
щее время эти меры увеличения прочности
приставания баббита к вкладышам не приме-
няются, и внутренняя поверхность их обра-
батывается гладко, без канавок.
Опыты и практика эксплоатации показали,
что наивыгоднейшей толщиной слоя баббита
(после окончательной обработки) является
такая, которая не превышает 0,6—0,8 мм.
В этом случае достаточно хорошее приста-
вание баббита к вкладышу достигается при
помощи полуды, причем баббит не „плывет"
и не требует специальной обработки’ вну-
тренней поверхности вкладыша.
Для заливки вкладышей авиационных дви-
гателей в большинстве случаев применяются
оловянистые баббиты, данные химического состава которых приведены
в табл. 28.
Широко распространенные в общем машиностроении более дешевые свин-
цовистые баббиты непригодны для авиационных двигателей, так как они не
424
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица 28
Марка баббита Химический состав баббита, % Твердость по Бринел- лю KZfMM?
Си Sb Ni Zn Pb Sn
Баббит фирмы Изотта- Фраскини 2,5 4,5 0,45 0,1 0,25 Остальное При 25°С твердость Нв = 20 и при
Американский баббит № 7 и 2.9 4,1 0,25 » 100° С Нв = 14
Баббит СССР 3,75 4,25 — 0,15 » нв = 194-20
Баббит СССР 2—4 9—13 — — 0,35 >>
выдерживают тех высоких нагрузок, которые характерны для авиацион-
ных двигателей, в особенности при температурах подшипника порядка
100° С. Авиационные оловянистые баббиты по их структуре можно разбить
на две группы в соответствии с количеством содержащейся в них сурьмы.
Наибольшим распространением пользуются баббиты с содержанием
сурьмы менее 7%. Они не так прочны по своим механическим свойствам
и выдерживают меньшие нагрузки на двигателе, чем баббиты второй
группы с большим содержанием сурьмы, но они пластичны и позволяют
применять низкие температуры заливки, что облегчает процесс заливки.
Заливка вкладышей может быть произведена: 1) центробежным методом,
2) отливкой в кокиль и 3) методом напайки баббита.
Фиг. 426". Схема станка для центробежной заливки вкладышей.
1 —шкив! 2 — патрон, 3 —^воронка, 4 — подшипник, 5 — вкладыш, 6—трубка,
подводящая воздух, 7 — кожух.
Метод центробежной заливки удобен для односторонней вну-
тренней заливки вкладыша, который для этого устанавливается в оправку,
вращающуюся со скоростью 850—1000 об/мин. (фиг. 426").
Толщина слоя заливки до расточки составляет 3—4 мм. Предварительно
вкладыш тщательно обезжиривается и лудится, промывается водой и про-
гревается перед заливкой до 150° С. В качестве полуды наиболее целе-
сообразно применять чистое олово. Иногда, впрочем, применяют сложные
составные полуды, например так называемую оловяно-свинцово-сурьмяную
полуду, состоящую из 62% РЬ, 32% Sn и 6% Sb.
Кокильная заливка вкладышей менее надежна, но ее
приходится применять для подшипников с двухсторонней заливкой баб-
битом (фиг. 426а).
425
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Подготовка вкладыша такая же, как и при центробежной заливке. Для
получения более плотного слоя и отделения окислов залитый в кокиль
баббит „толкут“ концом облуженной проволоки до затвердевания. При
кокильной заливке труднее, чем при центробежной, получить хорошее
приставание баббита, и поэтому при двухсторонней заливке иногда
применяется центробежная заливка внутренней поверхности вкладыша,
а наружный слой наносится при помощи напайки.
Напайка производится электропаяльниками, причем вкладыш предвари-
тельно подогревается до температуры 150—200° С и облуживается оловом
или другой полудой. Баббит для напайки отливают длинными тонкими
прутками. Напаянный баббит не выдерживает таких нагрузок, как зали-
тый в кокиль или центробежным методом, и склонен к выкрашиванию.
Оловянистый баббит хорошо прирабатывается к шейкам колен-
чатого вала, мало подвержен повреждениям трущихся поверхностей при
попадании на них твердых инородних частиц (песок, производственные
опилки, кокс), которые вдавливаются в его поверхность, однако он не
может выдерживать значительных удельных давлений (выше 100—130 кг/см2)
вследствие низкого предела текучести. Более высокие удельные давления
выдерживают кадмиевые баббиты и свинцовистая бронза.
Фиг. 426w. Схема заливки вкладышей свинцовистой бронзой
а—стальная форма для заливки с одной стороны, б—то же для заливки
с двух сторон, в—графитовая форма: 1—крышка, 2, 4—графитовые
кольца, 3—графитовый стержень, 5—вкладыш.
Кадмиевые баббиты нашли применение в американской практике.
Они состоят из 90—97% кадмия с прибавками меди, никеля и других
.металлов и, в частности, до 0,5% серебра. Твердость кадмиевых баббитов
выше твердости оловянных, но ниже, чем у свинцовистой бронзы, поэтому
их применение не требует увеличения поверхностной твердости вала. К до-
стоинствам кадмиевого баббита следует отнести то, что он хорошо при-
стает к стальным вкладышам.
Свинцовистая бронза для заливки вкладышей впервые приме-
нена в американских двигателях Кертис-Конкверор и Райт-Циклон в
1929—1930 г. (фиг. 426,,/). В настоящее время применение свинцовистой
бронзы получило широкое распространение. Основное достоинство свин-
цовистой бронзы по сравнению с баббитом — это ее значительная твердость
при повышенной температуре, благодаря чему увеличивается допустимое
давление в подшипниках. На фиг. 427 приведена диаграмма сравнительной
твердости баббита и свинцовистой бронзы при различной температуре..
Свинцовистая бронза, обычно применяемая для подшипников, состоит из
30% свинца и 70% меди. К недостаткам сплава относится исключительная
склонность к ликвации. Поэтому обычно применяется индивидуальный
контроль структуры каждого из вкладышей после заливки, а иногда и
просвечивание их лучами Рентгена.
Заливка свинцовистой бронзы производится по вкладышам из мало-
углеродистой стали типа У-2. Толщина слоя заливки до обработки обычно
делается в пределах 2—3 мм, после расточки — около 1 мм. Заливка
ведется в графитных или стальных формах при температуре 1060° С. Перед
426
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
заливкой вкладыши также нагреваются до 1050° С. После заливки произво-
дится быстрое охлаждение струйками воды с наружной стороны вкладыша.
При массовом автомобильном производстве применяется заливка свинцо-
вистой бронзой стальной ленты, из которой затем делаются вкладыши
(фиг. 427а).
Применение свинцовистой бронзы для заливки подшипников выдвигает
следующие требования: 1) необходимость тщательной фильтрации посту-
пающего в подшипник масла, так как частицы песка, кокса и др. не вдав-
ливаются в пластичную массу, как это бывает у баббита, и ведут к
образованию на бронзе круговых рисок; 2) необходимость увеличения
зазоров по сравнению с баббитовыми вкладышами; 3) необходимость про-
водить весьма тщательно обработку трущихся
поверхностей, причем обработку бронзы
лучше вести алмазным резцом при больших
скоростях резания. Невыполнение последнего
требования легко приводит к заеданию вкла-
дышей, так как в отличие от баббита свин-
цовистая бронза не прирабатывается к валу
во время обкатки двигателя. По этой же
причине необходима повышенная твердость
шеек вала, чтобы избежать повышенного
износа, наблюдаемого при работе вала по
сравнительно твердой свинцовистой бронзе.
Наиболее распространенный дефект
вклад ышей — круговые риски, начина-
Фиг. 427. Твердость баббита 2 и
свинцовистой бронзы 7 в зависи-
мости от температуры.
ющиеся у смазочных отверстий и канавок.
Такие риски особенно характерны при плохой фильтрации масла (песок,
нагар, частицы металла).
Вторым, часто встречающимся дефектом являются трещины в баб-
битовом слое, которые появляются либо вследствие недостаточной жест-
кости опоры и перегрузки вкладышей, либо вследствие плохого приставания
баббита. Трещины на вкладыше могут быть обнаружены внешним осмотром и
простукиванием—по глухому
звуку. Дефекты полуды
и заливки могут быть уста-
новлены при выпрямлении де-
фектного вкладыша под прес-
сом. Если заливка выполнена
плохо, слой баббита легко от-
стает по всей поверхности и
наблюдаются участки окислен-
ной поверхности стали.
Местная перегрузка вкла-
дыша ведет иногда к выдав-
ливанию баббита по краям
или к заплыву масляных ка-
навок. В случае недостаточной
Фиг. 427а. Схема заливки стальной ленты свинцо- п°ДаЧИ масла В ПОДШИПНИК на-
вистой бронзой. блюдается выплавление баб-
бита, так как баббит начинает
течь уже при 150—180° С. Отеки баббита забивают масляные отверстия,
что обычно приводит к аварии двигателя.
Надежность работы подшипника даже при правильном его выполнении
в конечном итоге может быть сведена на-нет неправильной обработкой
его поверхности. Ручная шабровка в настоящее время не применяется
вследствие трудоемкости и дороговизны. Окончательная обработка вкла-
дышей проводится либо регулирующимися развертками, либо расточкой
алмазными резцами.
427
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 134. КАРТЕРЫ ЗВЕЗДООБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ЦЕНТРАЛЬНАЯ ЧАСТЬ КАРТЕРА
ОДНОРЯДНОГО ЗВЕЗДООБРАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Картер звездообразного двигателя состоит из центральной части, несу-
щей цилиндры и подшипники коленчатого вала, а также из соединяемых
Фиг. 428. Картер двигателя Хорнет.
с ней передних и задних крышек, в которых
находятся остальные детали
и агрегаты двигателя (де-
тали распределения и нагне-
тателя, редуктор и пр).
Центральная часть кар-
тера звездообразных дви-
гателей может быть выпол-
нена: 1) с разъемом по
плоскости цилиндров (фиг.
428, 428') или 2) с отъемной
задней или передней крыш-
кой (диафрагмой), размеры
которой должны быть до-
статочны для монтажа ша-
тунного механизма (фиг.
429). Конструкция с отъ-
емом задней крышки рацио-
нальнее, так как реакция
задней опоры трехопорного
вала меньше, чем реакция
на передней стенке картера.
Более распространенной
является первая кон-
струкция картера, так
как она удобнее для мон-
тажа шатунного механизма,
проще в производстве при
литье картера и позволяет
лоо, „ .. „ выполнять заготовки кар-
Фиг. 428'. Картер двигателя М-62. 1
тера путем отковки или
штамповки их с небольшими припусками на обработку.
Поковка для картера вторрй конструкции должна быть изготовлена
с большими припусками, требующими сложной механической обработки.
Конструктивным недостатком конструкции второй схемы картера по сравне-
428
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
нию с первой являются относительно большие габаритные размеры, необ-
ходимые для прохода шатуна при сборке(если главный шатун неразъемный).
Нагрузка стенок картера звездообразного двигателя больше, чем у
рядного, причем укрепление их при помощи ребер конструктивно затруд-
нено, так как это могло бы повести к увеличению длины картера. Между
тем недостаточная жесткость перегородок, на которых лежат опорные
подшипники, может привести к поломке их и вибрации. По этим сообра-
жениям они выполняются значительной толщины, доходящей до 10 — 20 мм
в зависимости от мощности двигателя ч» от наружного диаметра картера.
Фиг. 429. Картер с отъемной передней крышкой.
Значительное увеличение жесткости достигается также выполнением пере-
городок в виде конуса с очень небольшим углом основания (фиг. 428).
В целях увеличения жесткости переходы от перегородок к боковой части
Фиг. 430. Соединение половин картера центрирующими
закраинами (двигатель Фиат А-53).
делаются с радиусами за-
кругления не менее 2§мм.
В картерах с диафраг-
мой радиальная фиксация
обеспечивается центри-
рующим буртом; круго-
вая, которая может быть
менее точной, — шпиль-
ками.
При разъеме в плос-
кости осей цилиндров не-
обходима точная взаим-
ная фиксация половин
картера как радиальная—
для совпадения осей подшипников, так и круговая — для совпадения плос-
костей под фланцы цилиндров. В некоторых двигателях для этой цели
выполнялись центрирующие закраины (фиг. 430). Однако это решение не
является целесообразным, так как при нем не устраняется необходимость
в круговой фиксации и в то же время становится невозможной притирка
стыков по плите.
Кроме того, при узких перемычках между отверстиями для цилиндров,
например в случае девятицилиндрового двигателя, точное выполнение
429
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 430а. Постановка стяжной шпильки
в нижней части картера двигателя М-25.
Фиг.[ 4306. Посадка центрирую-
щего стяжного болта в картере
двигателя М-25.
Фиг. 430'. Посадка в картере стяжного болта переменного
сечения (двигатель Вальтер-Кастор).
Фиг. 430". Стяжные болты картера, использованные для подвода
воздуха к самопуску (двигатель М-22).
430
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
этих закраин вообще весьма затруднительно. Поэтому наиболее распро-
странена фиксация стяжными болтами; все стяжные болты являются одно-
временно центрирующими.
Это может быть обеспечено выполнением отверстий под болты в обеих
половинах картера по зеркальным кондукторам. При недостаточной точ-
ности кондукторов отверстия под болты после спаривания половин кар-
тера обрабатываются развертками.
Окончательная обработка опорных поверхностей цилиндров, расточка
отверстий под цилиндры и под коренные подшипники производятся обяза-
тельно совместно на
спаренных половинах
картера.
Если по конструк-
тивным условиям болт
заменяют шпилькой,
как, например, в ниж-
ней перемычке двига-
теля М-25 (ввиду нали-
чия маслоотстойника),
то в связи с трудно-
стями центровки в резь-
бе шпилька ставится с
большим зазором (фиг.
430, а).
В случае, если стяж-
ной болт длинен, точ-
ная посадка его на всей
Фиг. 430'". Стяжные болты, соединяющие центральную^ часть
картера, его крышку и промежуточную стальную раму
(двигатель Волслей-Аквариус).
длине затрудняет без нужды монтаж его в картере. Для устранения этого
неудобства отверстие в картере по значительной своей длине может быть
развернуто до несколько большего диаметра, и, таким образом, болт сидит
в этой части картера с зазором (фиг. 430, б).
Для тех же целей болт может быть выполнен с точно обработанными
поясами в месте стыка обеих половин картера и по концам (фиг. 430').
Кроме прямого своего назначения, стяжные болты в некоторых конст-
рукциях используются для других целей, например для крепления всего
двигателя к подмоторной раме; в конструкции двигателя М-22 через эти
же болты проходят трубки самопуска сжатого воздуха (фиг. 430"). Иногда
болты стягивают не только центральную часть картера, но и его крышки
(фиг. 430'").
В этих случаях в середине болта всегда делается упорный бурт, для
того чтобы при снятии двигателя с самолета или замене задней крышки
не было ослабления затяжки средней ч-асти.
§ 135. ЦЕНТРАЛЬНАЯ ЧАСТЬ КАРТЕРА ДВУХРЯДНОГО ЗВЕЗДООБРАЗНОГО
ДВИГАТЕЛЯ
Общая конструктивная компоновка центральной части картера двух-
рядной звезды зависит от системы разъемов и от числа опор коленчатого
вала, который может выполняться с промежуточной опорой между коле-
нами или без нее.
В практике европейских заводов применяются двойные звездообразные
двигатели без промежуточной опоры вала для мощностей, доходящих до
1500 л. с. при 18 цилиндрах. Картеры такого типа выполняются обычно
в виде барабана с одной или двумя отъемными стенками. При двух стен-
ках облегчается возможность применения поковки в виде массивного
кольца, из которого путем фрезерной обработки получается центральная
часть (фиг. 431, 43Г). При литом картере из соображений жесткости
рациональнее делать одну из стенок заодно с кольцевой частью. В случае
431
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
неразъемного шатуна такая система разъемов не всегда оказывается удоб-
ной в монтаже. Так, в двигателе М-87 ввиду небольшого диаметра кар-
тера сборка частей вала с шатунным механизмом и затяжка гаек проме-
жуточной щеки коленчатого вала производятся в картере.
Фиг. 431. Картер двигателя М-87.
Фиг. 43Г'. Картер двигателя М-87-двухрядной звезды с коленчатым валом без промежуточной
опоры;
Несмотря на этот недостаток, такая схема довольно широко исполь-
зуется вследствие ее простоты. Выполнение разъемов по плоскостям осей
цилиндра потребовало бы применения двух рядов болтов, фланцев, высту-
432
фиг. 432. Картер двухрядного звездообразного двигателя с коленчатым вйлом на промежуточной опоре (американский двигатель Твин-Раит).
ЁНА, (к стр. 432)
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
пающих над опорными плоскостями под цилиндры, что конструктивно и
производственно усложняет систему. Применение же сквозных болтов,
стягивающих все части, исключено вследствие смещения цилиндров одной
Фиг. 431". Схема затяжки
картера с расположением
цилиндров в затылок.
звезды относительно
другой. Пример при-
менения сквозной за-
тяжки цилиндров в
затылок показан на
фиг. 431". В целях
удобства укладки ша-
тунного механизма в
перемычках между ци-
линдрами такого кар-
тера имеются прорези.'
Фланцы были общими
на пару цилиндров, так
что эти прорези пере-
крывались;
В противовес евро-
пейской, американская
конструктивная школа
придерживается схемы
коленчатого вала с про-
межуточной опорой
(фиг. 432). Для удоб-
ства монтажа диаметр
средней шейки дела-
ется значительно боль-
ше, чем на крайних
опорах, и соответст-
венно с этим в проме-
жуточной опоре уста- Фиг. 431'. Картер двигателя М-87-двухрядной звезды
навливается подшип- с коленчатым валом без промежуточной опоры,
ник большого размера.
Разъем в этом случае приходится делать по плоскостям осей цилиндров.
Центральный участок картера состоит из средней части, несущей шарико-
вый или роликовый подшипник, и двух крышек (передней и задней). Помимо
очевидного производственного усложнения, про-
межуточная опора увеличивает длину картера и,
таким образом, продольный габарит и вес двигателя.
Однако у короткоходных двигателей увеличе-
ние длины картера может быть даже желательным,
чтобы иметь возможность разместить сильно раз-
витые по размерам головки передней и задней
звезд двигателя. Вместе с тем эта схема имеет
преимущество в отношении прочности коленчатого
вала. В остальном отдельные конструктивные эле-
менты картера двойного звездообразного двигателя
не имеют существенных отличий от аналогичных
деталей рядных звездообразных двигателей.
В связи со стремлением увеличить прочность картера имеются попытки
выполнения его из стали. Уже на современных мощных двигателях на-
блюдаются дефекты, свидетельствующие о недостаточной надежности
картеров из алюминиевых кованых сплавов. Так, по данным длительной
эксплоатации двигателей Райт F-50, F-53 и особенно G-2, на картере обра-
зуются трещины в местах, имеющих местные нагрузки (например вокруг
некоторых нагруженных шпилек, около оси под двойную шестерню распреде-
ления у двигателя типа F-50).
SBBA—142—28
433
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Стальной картер впервые был изготовлен фирмой Испано-Суиза
для двигателя мощностью 1100 л. с. Картер этого двигателя сделан из
полутвердой стали (0,2% С) в виде полусферических чашек, изготовляю-
щихся штамповкой (фиг. 433). Разъемы картера сделаны по плоскостям
Фиг. 433. Стальной картер двухрядной звезды
(двигатель Испано-Суиза 14-МВ).
заклепками на
сделаны из алю-
Так как
несколько
осей цилиндров. Средняя часть
составлена из двух половин,
соединенных
фланцах.
Передние и задние наруж-
ные крышки
миниевого литья,
крышки картера
холоднее центральной нагру-
женной стальной части и до-
статочно жестки, то ненормаль-
ных явлений ввиду разности
температурных коэфициентов
расширения соединяемых час-
тей при такой конструкции не
наблюдалось.
Вес стального картера не-
сколько выше веса алюминие-
вого штампованного картера
при большей жесткости и на-
дежности конструкции, стои-
мость его ниже ввиду про-
стоты изготовления путем
штамповки и небольшой последующей механической обработки. Фирма Райт
также перешла к изготовлению стальных картеров, применяемых на дви-
гателях в виде двойной звезды мощностью 1500 л. с. Стальные картеры
двигателей этого типа требуют, однако, сложной механической обработки.
§ 136. УСТАНОВКА ПОДШИПНИКОВ
В передней и задней перегородках картера устанавливаются опорные
подшипники. . В огромном большинстве случаев для этого применяются
подшипники качения. Применение скользящих подшипников (например у
двигателя Райт типа „F“ и Фиат А-50, А-53) не привилось в практике моторо-
строения, потому что при такой конструкции опор обычно удлиняется
картер двигателя, вводятся затруднения с подводом масла к подшипникам
и увеличивается количество масла в картере.
У двигателей сравнительно малоД мощности применяются шариковые
опорные подшипники (двигатели М-11, Лайкоминг и др.); у двигателей
средних и больших мощностей применяются роликовые подшипники. Иногда
роликовые подшипники оставляются лишь в передней опоре, тогда как
под задний конец вала ставится шариковый подшипник (двигатель М-25
и др.). Это объясняется, с одной стороны, тем, что передняя опора (как
средняя опора трехопорной балки) нагружена больше, чем задняя. С дру-
гой стороны, шариковые подшипники менее роликовых подвержены износу,
который может наблюдаться вследствие деформации конца вала. В част-
ности, из этих соображений на двигателях Райт G-2 на задней опоре уста-
навливаются бочкообразные ролики, диаметр которых у концов на 0,02 —
0,03 мм меньше, чем диаметр средней его части. Дорожки под ролики
при этом имеют цилиндрическую поверхность.
Для установки в перегородках картера опорных подшипников в ра-
сточенные под них отверстия запрессовываются кольца. Необходимость
их установки вызывается посадкой внешних обойм шариковых или роли-
ковых подшипников в своих гнездах с небольшим натягом, в результате
434
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
чего непосредственный монтаж обоймы в картере может легко вызвать
смятие или задиры алюминия и выход картера в брак.
Изготовляются эти кольца из бронзы и стали. В последнем случае
внутренняя поверхность колец иногда заливается тонким слоем баббита
(0,1 мм), наносимого в целях устранения наклепа и облегчения монтажа.
Фиксация колец в картере выполняется стопорами, шурупами или на-
кладками (фиг. 434).
Фиг. 434. Примеры фиксации колец картера под подшипниками
а—стопором, б—шпилькой, в—шурупами в заплечике кольца, г—накладками, д—за-
плечиком и контровой гайкой.
Последняя конструкция (фиг. 434, г) предпочтительнее в том случае, если
в перегородке одновременно закрепляется и обойма подшипника. Для устра-
нения местных напряжений, появляющихся в местах сверлений, в моторах
Армстронг применена фиксация при помощи заплечика и контровой гайки
(фиг. 434, д).
Осевое крепление колец подшипника может осуществляться либо на-
кладками, либо при помощи буртика и пружинного кольца (фиг. 434, б).
Продольная фиксация колец всех подшипников допустима лишь в том слу-
чае, если ролики имеют свободное долевое перемещение. В случае шарико-
вых подшипников или роликовых с буртиками кольца остаются свободными
для возможности температурного расширения; исключение составляет дви-
гатель с редуктором, в котором вал не фиксируется упорным подшипником.
В этом случае должен быть зафиксирован один коренной подшипник.
§ 137. НОСОК И ЗАДОК КАРТЕРА ЗВЕЗДООБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В безредукторном двигателе носок картера состоит из одной крышки
чашеобразной формы. Плоскость разъема проходит так, что бобышки для
толкателей распределения могут находиться в крышке (фиг. 428') или на
передней половине картера (двигатель Бристоль-Пегас) (фиг. 434'). Первое
расположение разъема целесообразно при кованом картере, так как при
нем получается более простая форма поковки. Вторая конструкция луч-
ше с точки зрения жесткости.
В двигателе с редуктором носок почти всегда состоит из двух или
трех частей, в зависимости от выполнения бобышек толкателей, — вместе
с центральной частью или отдельно от нее (фиг. 428, 432, 434'). Выполнение
большего количества разъемов объясняется наличием.промежуточной диа-
фрагмы, в которой устанавливается двойная шестерня передачи к распре-
делению и третий опорный подшипник коленчатого вала, являющийся
также опорой для вала редуктора. Благодаря очень остроумной комби-
нации опор редуктора в двигателе Райт носок выполнен лишь из одной
крышки (фиг. 435).
З.адок картера звездообразного двигателя является наиболее слож-
ной его частью, так как здесь размещаются приводы к аппаратуре, к на-
гнетателю, сам нагнетатель с его приемным патрубком, диффузором и
смесевым коллектором.
435
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
436
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для двигателя без нагнетателя удается все приводы разместить
на одной крышке вместе со смесевым коллектором (фиг. 436).
Для двигателя с нагнетателем приходится выполнять задок из
двух или трех частей (фиг. 428, 429 и др.).
Центрирование крышек обычно выполняется при
Типы таких соединений даны на фиг. 437. Высота,
лается не менее 5 — 7 мм-, она складывается из галтели* радиусом не ме-
нее 2 — 3 мм, цилин-
дрической центрирую-
щей поверхности вы-
сотой не менее 2—Змм ,
и фаски размером
около 2 мм (фиг. 438).
Для точного совпаде-
ния осей применяется
плотная посадка (2-й
класс точности), при
помощи буртиков,
буртика обычно де-
которой зазор лежит фИг. 437 Типовые посадки крышек на картеры.
в пределах 4-0,08-н F F
— 0,02 для диаметров
выше 350 мм. Применение глухой, тугой посадки неудобно в монтаже,
применение меньшего разбега в зазорах равносильно переходу на 1-й класс
точности, что резко удорожает производство.
Фиксация крышки на картере от возможного углового сдвига обычно
достигается при помощи цилиндрической части шпилек, если не требуется
437
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
большой точности (фиг. 439). Однако в случае размещения шестерен или
их подшипников в соединяемых крышках такая фиксация является недо-
статочно точной и приходится применять установочные цилиндрические
штифты (фиг. 440). При наличии кругового буртика достаточно иметь
Галтель 2-3 лии
Фиг. 438. Элементы центри-
рующего буртика картера.
Фиг. 439. Фиксация крышки от
углового сдвига при помощи
цилиндрической части шпильки.
жание подтекания масла.
Неподвижно
Фиг. 440. Нормальный устано-
вочный штифт.
один штифт; если буртика нет, то надо иметь два штифта. Последний
способ фиксации применен, например, для соединения задней крышки к
корпусу нагнетателя двигателя М-25.
Торцевые стыки крышек картера должны быть герметичными во избе-
Недостаточная герметичность в крышках всасы-
вающей системы может, кроме того, повлечь
за собой подсос воздуха и масла на крейсерских
режимах и малом газе. При большом наддуве,
наоборот, смесь и неиспарившиеся части топ-
лива при неплотном соединении будут прони-
кать в картер. Так как притирка стыков по
плите при наличии буртиков невозможна, то
уплотнение стыков достигается при помощи про-
кладок из ватманской бумаги или специальных материалов типа проре-
зиненного картона.
В крышках сложной конфигурации может встретиться соединение по
двум параллельным плоскостям, как, например, внутренний стык в задней
крышке двигателя М-11 (фиг. 436) или в крышке корпуса нагнетателя
Фиг. 441. Примеры постановки прокладок:
а—бумажной, б—свинцовой? в—резиновой.
двигателя М-85. При массовой продукции добиваться точного упора по
обеим плоскостям нерационально, и поэтому в одном из стыков ставится
либо пластичная, например свинцовая *, либо- упругая (резиновая) про-
кладка. Примеры постановки различных прокладок приведены на фиг. 441.
* Свинцовая прокладка на двигателях М-11 была в дальнейшем заменена резиновой
438
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§138. МАСЛОПРОВОДКА В КАРТЕРАХ ЗВЕЗДООБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Фиг. 442. Подвод масла к носку мотора по внутрен-
ним сверлениям в картере (двигатель Лайкоминг).
прилипающего к стенкам картера.
В подавляющем большинстве двигателей масляный насос располагается
на задней крышке. Все свежее масло направляется в хвостовик коленчатого
вала, откуда протекает на смазку шатунного подшипника и деталей носка.
Подвод свежего масла к деталям приводов агрегатов задней крышки
(см. фиг. 133а, стр* 556) осуществляется через сверления в утолщенных
радиально расположенных ребрах крышки, которые одновременно являются
и ребрами жесткости. Отрицательной стороной такого конструктивного
решения является необходимость установки для приема смазки скользя-
щего подшипника на хвостовике вала, что усложняет компоновку задка,
особенно при наличии нагнетателя.
При устранении этого подшипника габариты задка уменьшаются, но
тогда необходимо обеспечить подвод смазки в носок по внутренним свер-
лениям в картере, как это сделано в двигателе Лайкоминг (фиг. 442).
Отвод отработанного масла из
картера к помпе часто де-
лается наружными трубами,
что нельзя признать надежным
и удобным в эксплоатации.
Поэтому в современных луч-
ших двигателях стремятся
обеспечить отвод масла по вну-
тренним каналам, просверлен-
ным или отлитым в стенках
картера и крышках. В этом
отношении интересна кон-
струкция маслопроводов дви-
гателей М-25 и М-87 (фиг. 43Г).
Масло, стекающее со сте-
нок картера и других деталей,
откачивается из маслоотстой-
ника. Для лучшего успокое-
ния пены маслоотстойники де-
лаются сравнительно большой
высоты — до 200—250 мм.
Объем их должен быть доста-
точен для вмещения масла,
Типовые конструкции маслоотстойника даны на фиг. 428', 430, 430", 430'".
В двигателе Райт G-100 масло стекает с передней и задней крышек картера.
В нижней части отстойника имеется полость, в которую поступает отстояв-
шееся масло и по каналу отстойника и каналам в литье крышек подво-
дится к откачивающей ступени масляной помпы.
В корпус отстойника двигателя М-85 (фиг. 443) масло из картера сте-
кает через отверстия 2 и поступает в камеру 3. Здесь на шпильке 4 на-
ходится дуралюминовая втулка, в которую вставлены магниты 5 для
очистки масла от чугунных либо стальных частиц. Масло, пройдя через
сетку фильтра 6 (отложение грязи здесь происходит внутри фильтра),
откачивается помпой по каналу 7. Прочистка сетки фильтра и его магни-
тов в эксплоатации производится без слива всего масла из отстойника
благодаря наличию вертикальных трубок 8 и 9. В двигателе М-87 эти
трубки сняты, что упростило конструкцию и улучшило циркуляцию масла
(фиг. 443'). Установка магнитов также применяется в отстойнике двигателя
Райт G-2,
Следует учитывать, что фильтрация масла в маслоотстойнике не мо-
жет считаться достаточной, и у большинства современных двигателей на
нагнетающей ступени масляной системы устанавливается добавочный фильтр
(например, фильтр Куно у двигателя М-25).
439
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками
г
Фиг. 443. Маслоотстойник двигателя М-85.
Фиг. 443'. Маслоотстойник двигателя М-87.
440
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В некоторых двигателях применяются специальные козырьки или ма-
сляные дефлекторы, которые задерживают и направляют в отстой-
ник масло, увлекаемое противовесами и находящееся в круговом движении
внутри картера. Установка масляного дефлектора улучшает режим работы
двигателя, понижает температуру масла и цилиндра. В двигателе М-25,,
в частности, наблюдалось при этом увеличение мощности.
Фиг. 444. Установка в картере масляного дефлектора (двигатель М-25).
Дефлектор может быть выполнен отдельной деталью, как, например^
в двигателе М-25 (фиг. 444), или в виде небольших приливов на картере
с кромками, направленными против движения завихренного потока воздуха
с маслом (двигатель Хорнет).
§ 139. КРЕПЛЕНИЕ ЗВЕЗДООБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ К ПОДМОТОРНОЙ РАМЕ
Конструктивно крепление двигателя к раме может выполняться по
трем вариантам: 1) непосредствейное крепление центральной части кар-
тера, 2) крепление на промежуточной штампованной раме, привернутой к
центральному картеру только для этой цели, и 3) крепление на бобышках
или фланце, отлитых на задней крышке.
При первом варианте (фиг. 430' и 430") подмоторная рама должна
иметь отверстие по диаметру центрирующего буртика на картере. Неудоб-
ство такой системы — относительно небольшая величина этого отверстия,,
что сильно стесняет конструктора в размещении агрегатов, которые должны
вписаться в габариты отверстия, так как снимать агрегаты при монтаже
двигателя на самолет вообще нежелательно. В частности, в двигателе
М-22 (фиг. 430") по этой причине пришлось пропустить каналы самопуска
сквозь болты. Наконец, в случае повреждения выступающей части болта
при монтаже двигателя на самолет необходимо менять болт, что может-
привести к неравномерной затяжке стыка.
Эти затруднения разрешаются применением второго варианта,,
весьма характерного для английской конструкторской школы, т. е. при-
меняется крепление двигателя к промежуточной раме (фиг. 445). Для про-
пуска смесевых трубопроводов в промежуточной раме сделаны отверстия.
Такое крепление удобно при замене двигателя на самолете, так как в этом
случае двигатель может быть подготовлен к установке на самолет со всеми
агрегатами винтомоторной группы, что значительно сокращает время,
необходимое для замены в эксплоатации одного двигателя другим.
Крепление двигателя к раме по третьему варианту наиболее часто'
осуществляется креплением лапами, отлитыми заодно с задней крышкой
(фиг. 43Г, 446). Для увеличения диаметра кольца подмоторной рамы лапы
обычно разносятся возможно дальше и конструктивно связываются со смесе-
выми патрубками, что определяет их число. Так как лапы подвержены дей-
ствию довольно значительных сил инерции поступательно-движущихся частей
441
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
и массы двигателя (в особенности при эволюциях самолета), они делаются
достаточно массивными и имеют ребра жесткости для связи их с осталь-
ной частью крышки. Соединение этой части крышки с центральной частью
картера делается в таком случае отдельно от остального задка. Таким,
образом при снятии задка с нагнетателем соединение всего двигателя
с установочным кольцом подмоторной рамы не нарушается (фиг 431 ).
Фиг. 445. Промежуточная штампованная
рама для крепления двигателя к самолету.
Фиг. 446. Лапы крепления двигателя, от-
литые заодно с задней крышкой двигателя
(двигатель типа Райт G-100).
Для уменьшения вибраций самолета подвеска двигателя на подмоторную
раму делается упругой. Эта задача для звездообразных двигателей пред-
ставляет некоторые трудности, заключающиеся в необходимости ограни-
чения числа степеней свободы (фиг. 448).
Правильно сконструированная подвеска на упругих элементах (фиг. 447)
должна обеспечить возможность перемещения двигателя в плоскости yz,
а также вращения около оси х, не допуская вместе с тем перемещения
вдоль оси х и вращения около осей у и z. Весьма радикально решается
эта задача в конструкции упругого элемента, представленной на фиг. 448,*
Фиг. 447. Схема под-
вески звездообразного
двигателя
а—упругие элементы
крепления двигателя.
Фиг. 448. Упругий элемент подвески с
ограниченным числом степеней свободы
1—болт, соединенный с картером двигателя,
2—резиновая пластина, 3—шарики, 4—диски.
где эти ограничения обеспечиваются стальными шариками, залитыми
в резиновые пластины. Более простая система подвески фирмы Динафлекс
приведена на фиг. 449. Здесь ограничение перемещений обеспечивается малой
толщиной резиновых пластин и, следовательно, повышенной жесткостью
их при сжатии вдоль оси х, Для надежности установки этих пластин
в щеках 2 сделаны вмятины.
442
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
На фиг. 450 приведена подвеска конструкции Райт, которая отличается
тем, что имеет меньшую жесткость в круговом движении около оси л,
чем каждая из предыдущих схем. Эта жесткость может регулироваться
в
Фиг. 449. Упругая подвеска двигателя системы Динафлекс
а—общая схема установки, б—установка упругого элемента на раме, в—упругий элемент
подвески; 1—болт, соединенный с картером двигателя, 2—детали диска рамы, 3—средний
диск, —резиновые пластины.
Фиг. 450. Упругая подвеска двигателя системы Райт с тангенциально
расположенными элементами
а—втулка для болта крепления к раме, б—резиновая втулка.
изменением конуса резиновых втулок. Такое распределение жесткостей
является рациональным, принимая во внимание, что амплитуда тангенциаль-
ных сил на кольце от неравномерности крутящего момента меньше неурав-
новешенных сил, действующих в плоскости yz.
§ 140. СУФЛИРОВАНИЕ КАРТЕРА
Давление внутри картера может колебаться вследствие возвратно-посту-
пательного движения поршнрй, а также ввиду неполной герметичности
поршневых колец. Небольшое повышение давления в картере обычно
вызывает течь масла через сальники в местах выхода валов и даже из
443
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
стыков картера и крышек. Для устранения этого все отсеки картера дви-
гателя и его крышек должны быть соединены как между собой, так
и с атмосферой.
Эта задача разрешается просто в рядных и,в звездообразных двигате-
лях без нагнетателя, но в звездообразных с'прицепным центробежным:
Фиг. 451. Схема суфлирования двигателя М-87.
нагнетателем она усложняется тем, что нагнетатель с диффузором и кол-
лектором отделяет главный картер от картера агрегатов. Поэтому прихо-
дится устанавливать два отдельных суфлера либо соединять обе полости
трубкой, как это сделано в двигателе М-25, либо, наконец, предусматри-
вать это соединение в системе привода, как это сделано в двигателе
М-87 (фиг. 451).
Фиг. 452. Типы суфлеров.
Различные формы суфлеров показаны на фиг. 452. При выходе в атмо-
сферу газы, содержащиеся в картере, ударяются о перегородки сепара-
тора или сетку и оставляют на них частицы масла, которые затем соби-
раются в большие капли и стекают обратно в картер; одновременно,
сетка предохраняет от попадания в картер грязи и посторонних предметов.
444
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Во избежание выбрасывания масла суфлеры обычно защищаются козырь-
ком или ставятся в такое место, куда не попадают брызги масла, например
в полости редуктора (двигатель М-100), в полости задка (двигатель М-85)
и др.
Так как в мощных форсированных двигателях выбрасывание масла из
суфлера, несмотря на все предосторожности, — довольно частое явление,
появилась конструкция, при которой ориентирующийся патрубок может
«соединяться шлангом с масляным баком (фиг. 452, д).
Фиг. 453. Суфлирование картера двигателя М-25.
Для интенсивной вентиляции картера в двигателе М-25 суфлер (фиг. 453)
находится в носке коленчатого вала, а задняя крышка, отделенная от
картера нагнетателем, соединяется с центральной частью картера при
помощи наружной трубки. В задней крышке имеется фланец, к которому
может быть присоединена наружная трубка, соединяющая картер с масля-
ным баком.
§ 141. ШПИЛЬКИ КАРТЕРА
По назначению и условиям нагрузки шпильки и болты можно разде-
лить на две группы. К первой группе относятся шпильки и болты, затяжка
которых обеспечивает восприятие усилий, как, например, шпильки для
крепления блока цилиндров. Обычно число их конструктивно ограничено
и сила затяжки достаточно велика. Поломка такой шпильки может быть
губительна для двигателя, поэтому часто эти шпильки называют несу-
щими, ответственными.
Ко второй группе относятся крепежные шпильки для соединений,
в которых должна быть обеспечена в основном лишь плотность прилега-
ния соединяемых частей. Число их велико, располагаются они часто,
и обрыв одной из них может повести лишь к нарушению плотности, но
не нарушит надежности соединения, поэтому они часто называются
неответственными. Диаметр их невелик и величина его опреде-
ляется лишь требованием, чтобы не было обрыва их при затяжке со
средним усилием ключом ^длиной около 100—150 мм.
В качестве материала, применяемого для ответственных шпилек и болтов,
употребляется хромоникелевая сталь марок Х2Н, 53-А1 с временным
445
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?
Фиг. 454. Посадка шпилек в картере
а—шпилька с осевым натягом? б—шпилька с радиальным
натягом? в—утопленная шпилька, г—шпилька с направ-
ляющей цилиндрической частью.
сопротивлением 100 4-85 кг1мм? при удлинении 8ч- 10%. Шпильки второй •
группы могут изготовляться из
обычной углеродистой стали типа
У4 и реже из стали СС с вре-
менным сопротивлением 55 ч-
ч- 65 кг)мм2 при удлинении 16%.
Посадка шпилек в картере
должна быть достаточно плотной
и точной (фиг. 454). Плотность
посадки обеспечивается натягом
в резьбе или упором в буртик,
образованный канавкой для вы-
хода резца (фиг. 454, а).
Способ посадки с натягом в
резьбе широко применяется в
американской практике и обес-
печивает весьма надежную по-
садку, но требует наличия не-
скольких групп шпилек с раз-
ницей’ по среднему диаметру
в 0,02-4-0,03 мм\ для ремонта требуются шпильки с увеличенным диамет-
ром на величину до 0,2 — 0,3 мм.
Недостаток этой посадки заключается в том, что при
большом натяге и малом расстоянии от края иногда полу-
чаются трещины во фланце и выпучивание поверхности
стыка у шпильки. Для устранения этого дефекта приме-
няются утопленные шпильки (фиг. 454, в). Суженная часть
выполнена длинной потому, что при шпильке постоянного
диаметра вся деформация при затяжке приходится на сужен-
ное сечение по внутреннему диаметру нарезки, что может
повести к ее быстрому обрыву.
Для предотвращения самоотвертывания глубина нарезки
делается не меньше двух диаметров. Для обеспечения
точности посадки, если она особенно необходима (напри-
мер, в длинных силовых шпильках типа, применяющегося
в двигателе АМ-34), на шпильке выполняется направляю-
щая цилиндрическая часть, утопленная в тело картера
(фиг. 454, г).
Конструкция шпилек, выполненных по типу, показанному
на фиг. 454, а, обеспечивает одинаковую посадку их в кар-
тере по высоте; для шпилек другого типа (фиг. 454, б) тре-
буется дополнительный контроль или применение специального инстру-
Фиг. 455.
Шпилька креп-
ления цилинд-
ров с гайкой,
установленной
на другом
конце.
буется дополнительный контроль
мента.
п б б г
Фиг. 456. Типовые способы контровки гайки шпилек картера при помощи замков.
446
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Иногда применяются шпильки, имеющие различную нарезку на своих
концах: нормальную — для стальной гайки и с более крупным шагом на
другом конце, входящем в картер. Такая резьба обеспечивает более надеж-
ную посадку шпильки, в особенности в картере, изготовленном из мате-
риала с небольшой крепостью (литой картер).
При очень большой нагрузке (например, шпильки крепления цилин-
дров) или при низких механических качествах картера для
нарезки применяются сквозные шпильки с гайками (фиг. 455).
Сверление в бобышке под шпильку желательно делать
сквозным. Если это конструктивно неудобно, глубина на-
резки под шпильку должна быть больше нарезки завер-
тываемой шпильки, что необходимо для выхода метчика.
Когда отверстие под шпильку не сквозное, необходимо
предусмотреть сверление диаметром в 1,5 — 2 мм для вы-
хода масла и воздуха при завертывании шпильки (фиг.
454, а, б).
Гайки большинства шпилек авиационных двигателей конт-
рятся. Наиболее распространенный способ контровки осу-
ществляется отгибающимися замками (фиг. 456). Широкое
разгрузки
Фиг. 457.
Контргайка из
тонкой ' листо-
вой стали.
распространение получили на американских двигателях
контргайки, штампованные из тонкой листовой стали (palnut) (фиг. 457).
Для редко разбираемых соединений применяется шплинтовка корон-
чатых гаек. Этот способ надежен в эксплоатации, однако требует сверлений
в шпильках и значительной за-
Фиг. 458. Типовые способы контровки гайки
шпилек картера
а, б—вязальной проволокой, в—шплинтом, г—шайбой
Гровера, д—нормальной контргайкой.
траты времени при сборке и раз-
борке двигателя (фиг. 458, в).
Видоизменением этого способа
является контровка латунной вя-
зальной проволокой (фиг. 458,
а, б). В случае контровки не-
скольких рядом находящихся
гаек этот способ проще и быстрее
'шплинтовки. При контровке гайки
на стальном фланце могут при-
меняться шайбы Гровера (фиг.
458, г). Однако эти шайбы, уло-
женные на алюминиевое осно-
вание, могут при отвертывании
вызвать задир опорной поверхности и искривление шпильки при вторич-
ной затяжке.
Нормальные контргайки практического применения не находят (фиг. 458, д)
§ 142. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КАРТЕРОВ
В качестве материала для картеров преимущественное применение
находят алюминиевые сплавы, данные по которым приводятся в табл. 29.
Сплав АС-2 благодаря своим хорошим литейным свойствам получил
широкое применение в период 1920— 1930 гг. В настоящее время он
сохранился лишь на маломощных двигателях, так как обладает сравни-
тельно низкими механическими качествами.
Цинкоалюминиевый сплав (АС-1) имеет значительно худшие
литейные свойства. Этот сплав был впервые применен в Германии в период
первой империалистической войны. В целях экономии в нем дефицитная
медь заменена цинком. Сплав этот применялся в двигателях BMW-^ 1
и М-17. Отрицательным качеством его является повышенная склонность
к коррозии, ликвации и высокий удельный вес — 3,2 -т- 3,3.
Из новейших современных сплавов нужно отметить силумин, широко
применяемый на многих современных двигателях (Испано- Суиза 12 Ybrs,
447
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Таблица 29
№ по пор. [ Марка Название материала Химический состав, % Механические качества
Си Mg Ni Si Fe Zn временное, со- противление кг) мм2 удлинение, °/0 Твердость по Бринеллю (не менее) кг1ммъ
1 АС2 Картерный 7—-9 _— 0,8-2,2 0,5—1,5 3 10 —
2 АС1 американ- * ский Картерный 1,8-3,5 11—14 15 2 60
3 АСЛ4 цинко-алю- миниевый Силумин 0,2 0,2-0,3 9-10 0,5 0,1 21 3 65 (тер-
4 6241 Фирмы Райт 0,3 0,45-0,8 0,6-1,2 Cr 0,15-0,35 31 8 мически обрабо- танный)- 95
5 АКЗ RR56) — 1,5-3,0 0,4-1,0 0,5-1,5 ,0,5-1,0 0,8-1,4 0,05-0,12 38 6 100
Примечание. Марки № 1, 2, 3 применяются для литья картеров; № 4 и 5—для
штамповки.
М-100 и др.). Положительным качеством, характерным для силумина,
является его хорошая свариваемость, что позволяет уменьшить брак
сложной и дорогой отливки соответствующим ремонтом.
Литье картеров часто производится с кристаллизацией под давлением.
Для заготовки картеров мощных звездообразных двигателей применяется
штамповка, которая резко повышает механические качества. Так, сплав
АК-3 при оптимальном режиме термической обработки, т. е. при темпе-
ратуре нагрева 510 — 535° в течение 2 — 4 час. с закалкой в воде и от-
пуском при температуре 155—175° С в течение 20 час. с последующим
охлаждением в воде, может дать следующие механические качества:
временное сопротивление разрыву 44 — 50,2 . кг!мм2, предел текучести
38-—42 кг/мм2 и удлинение 10%.
В табл. 29 даны более низкие механические качества этого сплава,
принятые в серийном производстве.
Значительного уменьшения веса двигателей можно достигнуть при
литье картеров из электрона благодаря небольшому удельному весу
его, колеблющемуся в пределах 1,74 —1,85. Так, например, вес картера
двигателя BMW-VI мощностью 500 л. с. равнялся 138 кг при алюминие-
вом литье и 96 кг при выполнении его из электрона. Данные о хим-
составе и механических качествах электронных сплавов, применяемых для
литья в землю, приведены в табл. 30.
Сплав МА6 обладает хорошими литейными и механическими свой-
ствами; коэфициент усадки 1%. Введение в электрон бериллия и титана
увеличивает стойкость его против коррозии.
Коэфициент линейного расширения электрона колеблется в пределах
26 -4- 29 • 10“6, а сопротивление удару 0,32 1,1 кг/см2.
Для литья картеров электрон применялся различными фирмами: Фиат,
Изотта-Фраскини, Лоррен, Де Хевеланд, Лиллюаз, Вальтер и др.
В случае применения электрона для картера требуется несколько изме-
нить конструкцию картера, придав более плавные формы его стенкам и
увеличив радиусы переходов. Кроме того, необходимо увеличить толщину
стенок примерно на 25% по сравнению с картерами из алюминиевых
сплавов.
448
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Магниевые сплавы
Таблица 30
Марка ОСТ и Авиа Химический состав в % (основные компоненты) Механические качества
А1 Zn Мп Mg Be Ti сопротивление разрыву, кг] мм? удлинение, % твердость’по Бринеллю не менее, кг [мм2
МА6 9,5—10,5 — 0,1—0,4 Ост. 0,02-0,05 — 21 1 70
МА5 8-9 до 0,5 0,2—0,3 >> 0,02—0,05 0,1—0,03 17 2,5 60
F1 * 4-6 1,0-3,0 0,2—0,5 i> — — 16 3 50
При механической обработке электрон легко воспламеняется; он силь-
нее, чем алюминиевые сплавы, подвержен коррозии и требует соответ-
ствующей защиты противокоррозийными покрытиями; наконец, электрон
имеет сравнительно низкие механические качества, вследствие чего выи-
грыш в весе не превышает 25—30%.
Следует отметить предубежденность в деле широкого внедрения элек-
трона в серийном производстве, объясняемую перечисленными специфи-
ческими его особенностями.
Схема последовательных переходов при штамповке заготовки картера
однорядного звездообразного двигателя дана на
фиг. 459.
Как видно из этой схемы, исходной заго-
товкой является предварительно прессованная
болванка в виде цилиндра диаметром в 200—
280 мм. Обработка заготовки ведется под мо-
лотом в 2—5 т или под прессом в 300—600 т,
что предпочтительнее.
Возможны два случая штамповки (фиг. 459)—
из заготовки сплошной (слева) или кольцевой
(справа). Применение кольцевой заготовки яв-
ляется более рациональным как со стороны
самой технологии штамповки, так и в отноше-
Фиг. 459. Схема последователь-
ных переходов при штамповке
картера
а—для сплошной заготовки, б—для
кольцевой заготовки.
нии качества заготовки; в этом случае полу-
чается более одинаковая по структуре поковка
с равномерным распределением напряжений в
стенках картера.
Так как в процессе изготовления картера
легко получаются небольшие трещины, то после окончания ковки для
выявления поверхностных дефектов поковка подвергается травлению.
При ковке картера размеры заготовки должны иметь припуск на обра-
ботку около 3 мм, отдельные места ее могут быть оставлены вообще без
обработки, и тогда припуска совершенно не требуется.
Отливка картера требует большого количества литников и выпаров,
что в свою очередь требует большого количества металла и, конечно,
усложняет производство.
Отливка картеров как звездообразных, так и рядных двигателей
ведется в земляную форму. Для получения однообразной продукции
формовка ведется по металлическим моделям.
* Применяется для крышки блока, маслосборочного картера улитки нагнетателя.
в В А—142—29
449
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для устранения трещин и рыхлости в отливке имеет большое значе-
ние правильное расположение выпаров, литников и холодильников.
Отливки картера подвергаются ремонту путем постановки пробок или
ввертышей, заварки, пайки и пропитки.
Пробки применяются для устранения небольших местных дефектов
литья (свищи, раковины), обнаруживаемых при гидропробе отливки (на-
ливом керосина или давлением около 0,5 ат). Однако возможность их
применения ограничена толщиной стенок картера. При небольшой тол-
щине стенки ввиду недостаточного количества витков нарезки (их должно
быть не менее 5—6) пробки не будут иметь надежной посадки и могут
вываливаться при работе двигателя. Пробки ставятся с небольшим натягом
и раскерниваются.
Заварка производится таким образом. Отливка картера подвергается
общему подогреву в электропечи, затем дефектное место, после допол-
нительного местного нагрева, заполняется жидким металлом того же со-
става, что и завариваемая деталь. Не все картерные сплавы в одинаковой
мере допускают заварку; часто после охлаждения появляются трещины
вследствие различия между общим нагревом картера и того места, кото-
рое при заварке заполняется жидким металлом. Части картера, несущие
значительные нагрузки (связи, лапы, носок), заваривать не разрешается.
При исправлении отливки пайкой дефектное место без общего нагрева
картера заполняется другим, более легкоплавким металлом. Этот вид „ле-
чения" технологически проще заварки, однако он менее надежен, так как
требует последующего наблюдения за местом пайки в эксплоатации, так
как в соединении двух различных сплавов получается гальваническая пара>
которая со временем разрушает место спайки.
Для пропитки картера применяется бакелит или вареное масло, за-
полняющие внутреннюю пористость отливки; при правильной технологии
пропитка не ухудшает качества картера. На многих заводах поэтому про-
питке подвергаются все картеры независимо от результатов гидропробы,
т. е. пропитку в этом случае следует рассматривать не как „лечение"
отливки, а как одну из производственных операций, улучшающую герме-
тичность стенок отливки.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
ЛАВА 1
РЕДУКТОРЫ
143. СХЕМЫ РЕДУКТОРОВ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
По конструктивной схеме редукторы авиационных двигателей выпол-
няются: 1) со смещенными осями коленчатого вала и вала винта (фиг. 1,
а и б) и 2) с совпадающими осями — так называемые соосны е редук-
торы (фиг. 1, в и г).
Последние в свою очередь могут выполняться либо с паразитнымц
шестернями (фиг. 1, в), оси которых укреплены неподвижно в картере,
либо— с планетарными (фиг. 1, г). Редукторы с паразитными шестернями’
Фиг. 1. Кинематические схемы редукторов
а—схема редуктора со смещенными осями и с внешним зацеплением, г0—схема
редуктора со смещенными осями и внутренним зацеплением, в—схема планетарного
редуктора с вращением коленчатого вала и винта в разные стороны, г—схема
планетарного редуктора с вращением коленчатого вала и винта в одну сторону.
не нашли применения в авиационном моторостроении, и все соосные редук-?
торы выполняются планетарными с цилиндрическими и коническими
шестернями.
К преимуществам редукторов со смещенными осями шестерен, по
сравнению с планетарными, относятся: простота конструкции, меньший
вес, а также возможность постановки винта увеличенного диаметра без
увеличения шасси самолета. Поэтому для V-образных двигателей, где
смещение оси редуктора не препятствует охлаждению и при капотаже
двигателя на самолете дает некоторые преимущества в смысле получе-
ния лучшей обтекаемости, выполняются обычно редукторы со смещен-
ными осями.
В звездообразных двигателях обычно применяются планетарные редук-
торы, так как в случае редукторов со смещенными осями затрудняется
охлаждение цилиндров и размещение привода к клапанам. Примеры при-
менения редукторов со смещенными осями на некоторых звездообразных
двигателях небольших мощностей показаны на фиг. 2 и 3. Изображенная
на фиг. 3 передача с внутренним зацеплением достаточно компактна, но
не нашла распространения вследствие невозможности шлифовки внутрен-
них зубьев и конструктивных затруднений, связанных с размещением
опор ведущей шестерни коленчатого вала. Консольное же расположение
этой шестерни может быть причиной поломок в зубьях.
451
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 2. Продольный разрез двигателя Побджой.
Фиг. 3. Продольный разрез редуктора двигателя Уолслей.
452
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 144. ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО
При обозначениях, показанных на фиг. 1, имеем для схем а, б, в пе-
редаточное число
(3)
Определить передаточное число планетарного редуктора (фиг. 1, г)
можно, руководствуясь следующими соображениями. Точка А планетар-
ной шестерни имеет две скорости: — во вращении относительно
своей оси, сор/^—во вращении около оси О. Сумма этих скоростей равна
скорости на начальной окружности ведущей шестерни, т. е.
^1шр + Vi = ' (2)
Аналогично для точки В, находящейся в зацеплении с неподвижной
шестерней, имеем:
<Vi = O;
так как
= mzx и = mz2,
где т — модуль шестерни, то из формул (2) и (3) имеем:
(*l + *2)% =*1%,
откуда
1+^-
Z1
§ 145. ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ РЕДУКТОРОВ СО СМЕЩЕННЫМИ ОСЯМИ.
ШЕСТЕРНИ И ИХ КРЕПЛЕНИЕ
Основным вопросом конструкции шестерен является способ их соеди-
нения с валом. Соединение может выполняться жестким и эластичным.
Жесткое соединение осуществляется на шпонке, шлицах и фланце. В
ведущих шестернях, сидящих на носке коленчатого вала, одинаково рас-
пространены все три системы соединения.
Шпоночное со единение является наиболее простым в произ-
водстве. Центровка шестерни при этом осуществляется по цилиндриче-,
ской поверхности (фиг. 4) или по конусу (фиг. 5). Шпоночное соединение
не может обеспечить надежной работы при больших величинах переда-
ваемого момента и в настоящее время применяется только для маломощ-
ных двигателей.
При шлицевом соединении центровка шестерни на валу в боль-
шинстве случаев осуществлялась боковыми поверхностями шлиц, которые
выполнялись для этого с эвольвентным профилем (фиг. 6). При недоста-
точной плотности посадки наблюдалось появление наклепа по шлицам.
Для увеличения плотности соединения в двигателе Кертис-Конкверор после
посадки шестерни внутрь вала ставилась с большим натягом массивная
распорная втулка. Однако при этом явление наклепа не»устранялось. К
другим недостаткам шлицевого соединения относятся увеличенный вес
шестерен и усложнение производства, сборки и разборки. Поэтому в со-
временных мощных двигателях шлицевое соединение применяется редко.
Оно является целесообразным лишь в том случае, когда диаметр ше-
стерни не может быть развит настолько, чтобы могли уместиться болты
453
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 4. Шпоночное соединение ведущей шестерни
редуктора двигателя ASSO-500R.
454
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
для фланцевого крепления. В двигателе АМ-34 применявшееся пер-
воначально шлицевое соединение было заменено [вследствие перечислен-
ных дефектов фланцевым.
При фланцевом соединении
валу осуществляется посредством
шлифованного пояска 1 (фиг. 7)
вала. Развертка отверстий под
болты во фланце вала и в теле
шестерни производится совместно.
Во избежание перекосов при
центровке по пояску, имеющему не-
значительную длину, необходимо,
чтобы посадочная поверхность
фланца вала и боковая поверхность
шестерни были строго перпендику-
лярны к оси коленчатого вала.
Допуск на осевое биение не пре-
вышает 0,03 лш на диаметре 100 мм.
Затяжка болтов при монтаже долж-
на быть равномерной и достаточной
для того, чтобы была обеспечена
жесткость соединения. При недо-
статочной точности производства и
ведущей шестерни центровка ее на
Фиг. 6. Шлицевое соединение ведущей шестерни
редуктора двигателя Кертис-Конкверор.
недостаточной или неравномерной затяжке болтов может получаться наклеп
на боковой поверхности фланца и шестерни, так же как и при шлицевом
соединении.
Фиг. 7. Фланцевое крепление
ведущей шестерни редуктора
двигателя М-100
1—центрирующий поясок.
Фиг. 8. Крепление
ведомой шестерни
на валу редуктора
мотора Испано-
Суиза 12Ybrs.
Фиг. 9. Крепление
ведомой шестерни
на валу редуктора
мотора Нэпир-Х1.
Фланцевое соединение проще шлицевого в производстве и в монтаже и
дает большую надежность в эксплоатации. Жесткое крепление ведомой
шестерни на валу редуктора чаще всего осуществляется на фланце. При-
мером может служить крепление шестерни в двигателе Испано-Суиза
12 Ybrs (фиг. 8). - .
45S
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Центровка шестерни выполнена посредством шлифованного пояска.
Требования к точности производства и к монтажу при этом соединении
те же, что и при болтовом соединении ведущей шестерни.
Более рациональная схема соединения показана на фиг. 9. Венец ше-
стерни с более узким фланцем удобнее в производстве. Кроме того, рас-
положение болтов на большом радиусе выгоднее, так как при этом
могут быть уменьшены их размеры. На двигателе Испано-Суиза 12 Ybrs
расположение болтов на малом радиусе вызвано особенностью в располо-
жении упорных подшипников в картере редуктора.
; § 146. УПРУГОЕ СОЕДИНЕНИЕ ШЕСТЕРЕН
В современных мощных двигателях одна из шестерен редуктора вы-
полняется с упругой муфтой. Упругое соединение увеличивает приведен-
Фиг. 10. Упругое соединение ведущей шестерни
редуктора мотора Ролльс-Ройс
1—упругий валик, 2—упорный шарикоподшипник.
ную длину вала и снижает
период его собственных
колебаний, позволяя тем
самым при правильном под-
боре упругости избежать
резонанса на рабочих ре-
жимах. Наличие упругих
элементов важно также для
уменьшения напряжения во
всех элементах вала и ре-
дуктора в момент запуска
двигателя.
Упругие соединения мо- .
гут выполняться на веду-
щей или ведомой шестерне.
Достоинством первого ре-
шения является возмож-
ность выполнения редуктора
отъемным. Однако при этом
возникают трудности в раз-
мещении упругих элемен-
тов. Наиболее просто упругое соединение ведущей шестерни выполнено
в двигателях Ролльс-Ройс (фиг. 10).
Здесь упругим элементом является
промежуточный валик 7, соединен-
ный с коленчатым валом *и шестер-
ней на шлицах. При таком соеди-
нении возможен монтаж шестерен
на роликовых подшипниках, в то
время как коренные подшипники
коленчатого вала выполнены сколь-
зящими. Кроме того, при таком
соединении исключается влияние
деформаций коленчатого вала на
шестерню редуктора. В осевом
направлении шестерня фиксируется
упорным шарикоподшипником 2.
Аналогично выполнено соединение
ведущей шестерни редуктора дви-
гателя ASSO-750P, с той лишь
разницей, что ведущая шестерня
в этой конструкции монтирована
Фиг. И. Упругая муфта ведущей шестерни
редуктора двигателя Даймлер F-2
1—поводок муфты,2—пружины,3—ведущий диск.
на скользящих подшипниках.
Значительно менее удобно применение спиральных проволочных пружин,,
которые в габарите шестерни не умещаются и требуют поэтому выполнения
456
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
отдельной муфты (фиг. 11). Здесь на шлицах фланца коленчатого вала
монтируется поводок 7, который посредством пружин 2 ведет диск 3,
соединенный с шестерней торцевыми шлицами и болтами. Задний роли-
ковый подшипник фиксирует ведущую шестерню от осевых переме-
щений.
В двигателях Фиат упругая муфта со спиральными пружинами была
совмещена с фрикционным гасителем колебаний*.
Наконец, в двигателе Паккард ведущая шестерня редуктора монтиро-
вана на шлицах валика 1 (фиг. 12), имеющего на заднем конце барабан
с внутренними пазами, в которых монтированы упругие колодки 2. С этими
колодка!^ и вступает в зацепление зубчатый венец, сидящий на фланце
коленчатого вала.
Фиг. 12. Упругая муфта редуктора двигателя
Паккард
1—шлицы, 2—упругие колодки.
Значительно удобнее с конструктивной стороны расположение упругой
муфты в ведомой шестерне. Примером может служить шестерня редук-
тора в двигателе АМ-34 (фиг. 15, стр. 460). Здесь зубчатый венец имеет
внутренние пазы для пружин, разделенные кольцевым пояском. Такие же
пазы выполнены на ведущем барабане. Пружины ставятся с предваритель-
ным натягом и упираются на выступы пазов посредством тарелок с упорами,
предохраняющими пружины от чрезмерного сжатия. Центровка венца на
барабане достигается шлифованными цилиндрическими поверхностями,
центровка барабана — пояском на валу редуктора. Недостатком конструк-
ции является внецентренная нагрузка пружин при смещении по окружности
венца шестерни относительно ведущего барабана во время работы дви-
гателя.
От этого недостатка свободна конструкция редуктора двигателя М-100
вследствие того, что в нем пружины монтированы в пазах 1 (фиг. 13) на
цилиндрических самоустанавливающихся сухарях 2. Сила предварительной
затяжки здесь достигает 60С0 кг, превышая среднее окружное усилие,,
действующее на пружины во время работы двигателя, почти в 2 раза.
* Принципиальная схема конструкции этой муфты приведена в главе „Крутильные
колебания “.
457
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Центровка зубчатого венца на барабане достигается посредством роли-
ков 3. Опорные поверхности под ролики в барабане и в зубчатом венце
Фиг. 13. Упругая муфта редуктора двигателя М-100.
шлифуются и цементируются. Центровка венца на роликах точнее, и в экс-
плоатации не получается наклепа, от которого очень трудно избавиться
при центровке по цилиндрическим поверхностям.
§ 147. ОПОРЫ ШЕСТЕРЕН РЕДУКТОРА. КОНСТРУКЦИЯ ВАЛА РЕДУКТОРА. ОСЕВАЯ
ФИКСАЦИЯ
В случае жесткой посадки ведущей шестерни опорные подшипники
выполняются в большинстве случаев одинакового типа с коренными. Одно-
временное применение роликовых и скользящих подшипников на одном
валу вообще нежелательно вследствие значительной разницы в радиальных
зазорах. Исключением является двигатель Фиат (фиг. 14), где установка
роликового подшипника не была опасна вследствие большой длины носка,
и даже была желательна, так как упрощался вопрос о смазке переднего
458
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
подшипника. Другим исключением являлся двигатель Нэпир, где были
применены роликовые коренные подшипники и передний подшипник был
выполнен скользящим (фиг. 5). Это было необходимо для подвода смазки
к носку вала.
Для ведомых шестерен в равной мере применяются как роликовые,
так и скользящие подшипники. Типичное выполнение роликовых опор
имеет место также в двигателе Нэпир.
Задний опорный роликоподшипник смонтирован в непосредственной
близости к шестерне, что уменьшает изгибающий момент на валу редук-
тора. В целях усиления опоры заднего подшипника применено стальное
обжимное кольцо 1. Для удобства сборки ролики в наружной обойме
не утоплены и она фиксирована в осевом направлении кольцом 2. Передний
роликоподшипник 3 смон-
тирован в общей коробке
с упорным подшипником
и в осевом направлении
крепится гайкой 4. Во
избежание зажима упор-
ного подшипника постав-
лено распорное кольцо 5.
Подобное же разме-
щение роликовых опор
редукторного вала выпол-
нено на моторах Фиат
Л-ЗОР (фиг. 14), ASSO-
750Р, Ролльс-Ройс и
Даймлер (фиг. 16).
Пример применения
скользящих подшипников
показан на фиг. 15. Пе-
редний скользящий под-
шипник и по длине, и по
диаметру значительно
больше заднего вследст-
вие того, что его на-
грузка от неуравновешен-
ных сил винта больше, чем у заднего. Передний шарикоподшипник (фиг. 15)
работает только как упорный и поэтому установлен в картере с большим
радиальным зазором во избежание перекоса вала в подшипниках. Заливка
вкладышей выполняется или баббитом или свинцовистой бронзой.
Чтобы избежать деформаций вала редуктора, опоры размещаются в
непосредственной близости к шестерне.
Наибольшие трудности в размещении опорных подшипников в редук-
торах со смещенными осями возникают в случае передачи с внутренним
зацеплением. Здесь, чтобы избежать консольного крепления вала редук-
тора, приходится задний опорный подшипник монтировать по наружному
ободу шестерни. При этом он выполняется или роликовым (фиг. 3) или же
скользящим.
Установка переднего опорного подшипника в редукторах со смещен-
ными осями особых трудностей не вызывает. Обычнопередний подшипник
выполняется шариковым и одновременно работает как опорно-упорный,
воспринимающий осевые и радиальные нагрузки. Осевая фиксация выпол-
няется или осевыми или радиальными шарикоподшипниками, которые
чаще работают как упорные.
Пример осевого шарикоподшипника дан на фиг. 5. Здесь он выполнен
двухрядным, чтобы воспринимать силу тяги при тянущем и толкающем
винтах.
В редукторах двигателей ASSO-750P для восприятия силы тяги постав-
459
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 15. Продольный разрез редуктора двигателя АМ-34.
460
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
лены два радиальных шарикоподшипника, из которых передний работает
при тянущем винте, а задний при толкающем. Здесь так же, как и в дви-
гателе АМ-34, шарикоподшипник (воспринимающий силу тяги) радиальных
Фиг. 15'. Опоры вала редуктора двигателя Ролльс-Ройс типа F-11.
нагрузок не воспринимает и монтируется в картере со значительным зазо-
ром. В редукторе двигателя Ролльс-Ройс упорный двухрядный шариковый
подшипник имеет наружную обойму из двух частей (фиг. 15').
Осевая фиксация вала редуктора
одним опорно-упорным шарикопод-
шипником выполнена в редукторе
двигателя Фиат А-ЗОР. Эта мера не-
сколько уменьшает вес редуктора, но
для больших мощностей затрудняет
подбор подшипника, который в этом
случае получается большого диаметра
и увеличивает габариты носка картера.
В двигателе Испано-Суиза 12 Ybrs
в связи с креплением шестерни ре-
дуктора и втулки винта на фланцах
применены осевые шарикоподшипники
большого диаметра, которые свобод-
но продеваются через фланец крепле-
ния шестерни и центрируются в кар-
тере редуктора кольцами (фиг. 15").
Осевой зазор регулируется подбором
толщины этих колец.
Носок для крепления воздушного
винта у редукторных валов обычно
выполняется таким же, как и у безредукторных двигателей. Наиболее
часто применяется центрирование винта на носке вала посредством кону-
сов и передача крутящего момента через шлицы.
Фиг. 15". Продольный разрез редуктора
двигателя Испано-Суиза 12 Ybrs
1—центрирующие кольца подшипников.
461
okb-la.spb.FH---Самолёт своими руками?!
462
Фиг. 16. Опорные под-
шипники вала редуктора
двигателя Даймлер.
Фиг. 16'. Продольный разрез редуктора двигателя ASSO-750 Р.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 148. КАРТЕРЫ РЕДУКТОРОВ
Наиболее простой и жесткой является схема, в которой картер редук-
тора выполнен заодно с верхней половиной картера коленчатого вала,
а передний опорный подшипник и упорные подшипники монтированы
в отъемном носке (фиг. 5).
При больших размерах редуктора (фиг. 15), помимо отъемного носка,
в котором смонтирован упорный шарикоподшипник, выполняется проме-
жуточная отъемная крышка (диафрагма) для переднего скользящего опор-
ного подшипника. Такое выполнение картера редуктора компактно, но
в случае применения шевронного зацепления (в двигателе АМ-34) соз-
дает трудности в монтаже, так как для постановки или снятия вала
редуктора всегда необходимо опускать вниз коленчатый вал вместе с ниж-
ней половиной картера, для того чтобы вывести шевронные зубья из за-
цепления. Для снятия диафрагмы, которая сидит в картере с натягом, в ней
предусмотрены бронзовые втулочки для съемников, а во фланце картера —
стальные пяты.
Равноценной с описанной является такая конструкция, в которой плос-
кость разъема проходит по плоскости симметрии шестерен или параллельно
ей (фиг. 16'). В отличие от первой схемы в этом случае в передней крышке
устанавливается подшипник не только ведомой, но и ведущей шестерни.
Соединение половин делается на фланцах. Центрирование достигается
посредством установочных шпилек или центрирующих буртиков.
В ряде конструкций картер редуктора выполняется отдельно от картера
двигателя и состоит из двух половин, соединяемых между собой болтами.
Крепление его к картеру двигателя производится на фланце (фиг. 15').
Достоинство такой конструкции в том, что весь узел редуктора может
монтироваться и демонтироваться отдельно от двигателя. Однако тре-
буется обязательное применение разъемной муфты сцепления ведущей
шестерни с валом.
Весьма удобна в монтаже и вместе с тем обеспечивает большую жест-
кость и малый вес конструкция картера с разъемом по оси вала редуктора
в двигателе Испано-Суиза 12 Ybrs (фиг. 15"). В этом случае весь картер
редуктора с опорами для обеих шестерен отливается заодно с картером
двигателя; верхняя крышка картера редуктора присоединяется к картеру
двигателя при помощи шпилек и болтов.
§ 149. СМАЗКА ПОДШИПНИКОВ И ЗУБЬЕВ ШЕСТЕРЕН
Несмотря на высокий к. п. д. шестерен редуктора, который достигает
в одной паре колес приблизительно 99%, абсолютное количество выде-
ляемого тепла на зубьях достаточно велико, и поэтому зубья шестерен
редуктора необходимо интенсивно охлаждать. Это охлаждение осущест-
вляется маслом, которое подводится к зубьям под давлением или через
сверления, выполненные в, коленчатом валу и в теле ведущей шестерни;
лучше, когда масло подводится по специальной трубочке с соплами, из
которых оно подается к месту зацепления (обычно всегда со стороны
входа в зацепление).
Такой подвод масла выполнен в редукторах двигателей Ролльс-Ройс;
ASSO-750P, АМ-34Р, М-100 и Нэпир. Установка этой трубочки в редукторе
двигателя АМ-34 показана на фиг. 15. В двигателе Нэпир дополнительно
к подводу масла через сопло ведущая шестерня окружена коробкой,
укрепленной на картере двигателя, которая заполняется стекающим маслом.
В двигателях Паккард и Фиат подвод масла к зубьям выполнен по свер-
лениям в шестернях (фиг. 12). Подвод масла по трубочкам обеспечивает
более эффективное охлаждение.
Смазка шариковых и роликовых подшипников обыкно-
венно совершается путем разбрызгивания. В двигателе Нэпир XI (фиг. 5)
463
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
масло к переднему опорному и упорным подшипникам подается по специ-
альному жолобу самотеком.
Смазка скользящих подшипников осуществляется под давле-
нием маслом из главной магистрали, поступающим по сверлениям или
трубочкам.
§ 150. ОБЩАЯ СХЕМА ПЛАНЕТАРНОГО РЕДУКТОРА. УРАВНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Со стороны силовой схемы достоинство планетарных редукторов в том,
что в них шестерни могут выполняться легкими, так как окружное уси-
лие распределяется по нескольким точкам зацепления. Однако получить
строго равномерное распределение нагрузки между сателлитами не удается,
так как вследствие производственных погрешностей сателлитные шестерни
не вступают в зацепление одновременно.
Поэтому при постановке трех или даже шести сателлитных шестерен
преимуществ уменьшения окружного усилия использовать не удавалось.
Эти трудности значительное время тормозили распространение планетарных
Фиг. 17. Продольный разрез редуктора двигателя М-85
1—передняя и задняя сферические пяты, 2—зубчатое соединение муфты
коленчатого вала с ведущей шестерней редуктора, 3—зубчатое соеди-
нение неподвижной шестерни редуктора с промежуточной зубчаткой,
4—гайки, 5—распорная втулка.
Фиг. 18. Схема урав-
нительного механизма
редуктора Фарман.
редукторов в авиационных двигателях и были впервые удачно разрешены
фирмой Фарман. Принцип устройства редуктора Фарман заключается в том,
что ведущая и неподвижная шестерни редуктора монтируются на сфери-
ческих пятах 1 (фиг. 17) с центрами на осях вращения указанных шесте-
рен. На этих пятах шестерни могут поворачиваться в любом направлении
в пределах зазоров в зубчатом соединении с муфтой коленчатого вала 2
и с промежуточной соединительной зубчаткой неподвижной шестерни 3.
Величина этих зазоров устанавливается в пределах от 0,1 до 0,2 мм. Таким
образом наличие шаровых пят дает возможность ведущей и неподвижной
шестерням редуктора устанавливаться в такое положение, при котором
все три сателлита будут одновременно участвовать в зацеплении, будучи
нагружены одинаковыми окружными усилиями.
В случае перегрузки одного из трех сателлитов ведущая и неподвижная
шестерни, скользя по сферам, отходят от этого сателлитаи приближаются
к двум другим сателлитам. Это положение представлено в виде схемы
на фиг. 18, где круглый диск подвешен в центре и в трех точках натянут
464
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
пружинами. Каждая пружина будет испытывать натяжение Р, а централь-
ная подвеска — натяжение, равное ЗР. Если вследствие какой-нибудь при-
чины нагрузка одной из пружин изменится, то диск переместится вокруг
центральной точки привеса так, что натяжения всех трех пружин станут
Фиг. 19. Схема уравнительного
механизма редуктора двигателя Хорнет.
одинаковыми. Редукторы типа Фарман оказались надежными в эксплоата-
ции и быстро получили очень широкое применение в авиационных дви-
гателях.
В двигателях Пратт и Уитней-Хорнет выполнен планетарный редуктор
с коническими шестернями и
ции (фиг. 19). Здесь в целях
обеспечения равномерной
нагрузки на все сателлиты
фиксация их в осевом на-
правлении производится
специальной цепью шарнир-
ных сережек, составляю-
щих шестизвенник, связы-
вающий все шесть сателлит-
ных шестерен в единую
силовую схему (фиг. 19').
Простым построением
можно убедиться, что сател-
литы могут перемещаться
только вдоль своей оси,
следовательно, в случае
нагрузки одного из них (7)
шестизвенник деформирует-
ся, как указано на фиг. 19',
т. е. три колеса (2, 4, 6)
входят в зацепление, а дру-
гие три (7, 3, 5) выходят
с уравнительным механизмом иной конструк-
ИЗ зацепления. Фиг. 20. Схема уравнительного механизма редуктора
Уравнительный механизм двигателя Пратт и Уитней.
для цилиндрических сател-
литов был применен на двухрядном 14-цилиндровом двигателе фирмы
Пратт и Уитней (фиг. 20).
Пальцы (цапфы) сателлитных шестерен 7, 2, 3 и т. д. монтируются эксцен-
трично в обойме сателлитов, в которой они могут вращаться вокруг точек alt
а3 и т. д. В то же время сами сателлиты вращаются вокруг центров
Ql, Оз и т. д. На пальцах жестко закреплены рычаги ab, которые шар-
ВВА—142—30
465 -
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
нирно соединяются со звеньями равностороннего шестиугольника в вершинах
blf b2 и т. д. При работе, вследствие эксцентричной посадки пальцев, са-
теллитные шестерни будут стремиться выйти из зацепления с подвижной
или неподвижной шестерней — в зависимости от величины зазора, пово-
рачивая при этом рычаги, связанные с вершинами шарнирного шестиуголь-
ника. Если усилия на всех пальцах будут одинаковы (что будет иметь место
при равномерной нагрузке всех сателлитов), то усилия во всех вершинах
многоугольника будут одинаковы, и шестиугольник будет иметь неизме-
няемую форму. Но как только усилие на какой-нибудь сателлит будет
больше, чем на остальные, палец сателлита повернется и выведет из за-
цепления перегруженную шестерню и вместе с ней две шестерни. Одно-
временно три других сателлита будут втягиваться в зацепление и воспри-
нимать на себя нагрузку. Следовательно, во время работы шарнирный
шестиугольник все время будет иметь некоторые перемещения, обеспечи-
вая в каждый данный момент зацепление не меньше трех сателлитов.
Из построения на фиг. 20 видно, что вследствие криволинейности пути
точек b шестиугольник приобретает после деформации несимметричный
вид. ’Для того чтобы при постоянной длине звеньев Ьъ и Ь2, Ь3 и т. д.
деформация была возможна, необходимо, чтобы один из рычагов ab имел
переменную длину. Для этого на его конце отверстие b для соединитель-
ного пальца шарнира выполняется не круглым, как у всех рычагов, а про-
долговатым.
Вследствие сложности конструкция эта распространения не получида,
и современные планетарные редукторы с цилиндрическими шестернями
употребляются без уравнительного механизма, что стало возможным бла-
годаря высокой точности производства.
§ 151. УСТАНОВКА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ САТЕЛЛИТОВ
При установке цилиндрических сателлитов оси планетарных шестерен
могут выполняться на одной и на двух опорах. Наиболее распространен-
ная система установки цилиндрических шестерен показана на фиг. 21.
Здесь пальцы шестерен устанавливаются на двух опорах в коробке (по-
водке), выполненной за одно целое с валом редуктора. Для каждой сател-
литной шестерни выфрезерованы гнезда. Пальцы установлены неподвижно,
шестерни — на роликах, которые работают непосредственно по поверхности
пальцев и по внутренней поверхности сателлитов.
На более ранних конструкциях фирма Лоррен выполняла сателлитную
коробку отдельно от вала редуктора и монтировала ее на валу посред-
ством шлицевого соединения. Центрирование поводка выполнялось в
этом случае в передней части по шлифованному пояску вала редуктора,
а с задней стороны по — конусу.
Редукторы с подобным устройством сателлитов применяются на двига-
телях фирмы Армстронг. В редукторах двигателей Пратт и Уитней (фиг. 21')
аналогично выполненная коробка с сателлитными цилиндрическими шестер-
нями приболчена к фланцу специальной муфты, посаженной при помощи
шлицевого соединения на валу редуктора. В целях уменьшения веса и
размеров сателлиты монтированы на скользящих подшипниках. Выполне-
ние сателлитной коробки из нескольких частей упрощает производство, но
одновременно увеличиваются трудности в создании достаточно надежного
и жесткого соединения. Крепление сателлитных шестерен моторов Армс-
тронг-Тигр показано на фиг. 22.
Передний и задний фланцы 1 коробки стягиваются болтами на распор-
ных втулках 2. На этих же втулках вращаются сателлиты, снабженные
плавающими втулками 3. Выполнение консольных пальцев сателлитов
позволило облегчить водило, но не обеспечило достаточной жесткости.
Эти трудности разрешены в конструкции водила редуктора в двига-
теле Райт G-100 (фиг. 22'}.
466
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 2 Г. Продольный разрез редуктора двигателя
Твин-Васп фирмы Пратт и Уитней.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 22. Крепление коробки сател-
литных шестерен редуктора двигателя
Армстронг и Тигр
/—передний’’ и” задний фланцы коробки,
2—распорная’втулка, 3—плавающая втулка.
Фиг. 22' ,\б.
Фиг. 22', в. Вал редуктора в двигателе Райт G-100.
468
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 22". Продольный разрез редуктора двигателя Райт G-100.
1—сверление в коленчатом валу; 2—сверление во втулке заднего подшипника
вала редуктора, 3—кольцевая проточка по наружной поверхности втулки,
4—радиальные сверления в поводке вала редуктора, 5—отверстие для подвода
масла во внутреннюю полость сателлита, 6—внутренняя полость сателлитной
шестерни, 7 и 8—отверстия для выхода масла на смазку зубьев ведущей
шестерни, 9—отверстия для подвода масла к зубьям неподвижной шестерни,
10—радиальные отверстия, 11—втулки крепления сателлитной шестерни.
469
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Здесь пальцы планетарных шестерен выполнены заодно с их ободом
и помещаются в скользящих подшипниках, установленных в отростках
водила. Благодаря характерной S-образной форме сечения шестерен
величина консоли очень небольшая. Однако S-образная форма шестерен
значительно усложняет их производство, так как для шлифовки пальца
по наружному диаметру требуется специальное оборудование.’ От осевых
перемещений влево шестерни фиксируются заплечиками втулки, ввер-
нутой на резьбе в тело сателлитной шестерни и законтренной прово-
локой. Фиксация от осевых перемещений вправо осуществляется упором
торцевой поверхности венца сателлитной шестерни в боковую поверхность
водила.
§ 152. СИСТЕМЫ ПОСАДКИ КОНИЧЕСКИХ САТЕЛЛИТОВ
В редукторах Фарман сателлиты располагаются на цапфах (пальцах),
которые обычно выполняются за одно целое с валом редуктора (фиг. 23).
Угол наклона осей сателлитов к оси коленчатого вала зависит от числа
зубьев на подвижной и неподвижной шестернях, т. е. от передаточного
числа. При передаточном числе i = оси сателлитов расположены пер-
пендикулярно к оси вала редуктора вследствие равенства числа зубьев
ведущей и неподвижной шестерен.
В редукторах двигателей BMW для возможности монтажа переднего
опорно-упорного подшипника при фланцевом креплении втулки винта
пальцы сателлитов выполнены на отдель-
ном водиле, соединенном с валом редук-
тора посредством шлиц (фиг. 24). Ана-
логичная посадка водила из производ-
ственных соображений применена также
на редукторе двигателя Райт-Циклон
Фарман. Вследствие трудностей в созда-
нии достаточной жесткости посадки на
шлицы такие соединения не получили
широкого распространения.
В планетарном редукторе двигателей
Хорнет водилом является дуралюмино-
вая коробка, состоящая из двух поло-
вин, свертываемых вместе болтами
(фиг. 19). В этой коробке выполнены
гнезда для опорных скользящих под-
шипников сателлитных шестерен и окна,
Фиг. 23. Цапфы редукторного вала
двигателя М-85.
в которые проходят зубья сателлитных
шестерен для соединения с ведущей й неподвижной шестернями. Сое-
динение коробки (водила) с валом редуктора выполнено посредством зуб-
чатой муфты. Эти же зубья служат и для центрирования коробки по валу
редуктора.
- Крепление сателлитных конических шестерен на цапфах водила может
выполняться в деталях различными способами. Типичное крепление пока-
зано на фиг. 17. Здесь сателлитные шестерни вращаются на скользящих
подшипниках, залитых баббитом.
Усилие от осевой составляющей на коническом сателлите и от центро-
бежной силы инерции воспринимается упорным шарикоподшипником и
гайкой, наворачиваемой на цапфу сателлита до упора в заточку цапфы.
Этим обеспечивается осевой зазор, необходимый для работы подшипника.
Для установки этого зазора под гайку ставится калиброванное регулиро-
вочное кольцо.
Подобное крепление сателлитных шестерен применяется в редукторах
двигателей Бристоль-Пегас, где в отличие от двигателя М-85 упорный
подшипник сателлитов — шариковый радиальный (фиг. 25).
470
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками
Фиг. 24. Коробка водила редуктора двигателя BMW.
Фиг. 25, Продольный разрез редуктора двигателя Бристоль-Пегас.
471
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В редукторе двигателей BMW-VII сателлиты в целях уменьшения
износов смонтированы на роликовых подшипниках (фиг. 24). Упорный
подшипник смонтирован в нижней части цапфы, так как установка в верхней
части цапфы была бы связана с увеличением габаритов.
Редуктор с сателлитами на роликоподшипниках применялся также в
двигателях Хорнет „С“. На двигателе Райт-Циклон с редуктором Фарман
в целях уменьшения веса выполнена осевая фиксация сателлитных
шестерен посредством скользящего подпятника с бронзовым плавающим
кольцом. Упорная гайка, выполненная с донышком, одновременно служит
и масляной заглушкой внутренней полости цапфы. Для установки осевых
зазоров с торца цапфы под донышко гайки подкладывается регулировочное
кольцо. Вследствие значительной величины осевых усилий такая замена
шариковых упорных подшипников скользящими оказалась нерациональной,
и поэтому конструкция не получила распространения.
§ 153. ОПОРЫ ВАЛА ПЛАНЕТАРНЫХ? РЕДУКТОРОВ
В большинстве случаев опоры выполняются, как показано на фиг. 17.
Задней опорой является скользящий подшипник в виде втулки в носке
коленчатого вала, внутрь которой входит задний конец вала редуктЪра.
Передней опорой служит радиальный шарикоподшипник, смонтированный
в носке картера. Этот подшипник одновременно является опорно-упорным
и воспринимает силу тяги при тянущем и толкающем винтах. На редук-
торах некоторых двигателей, как, например, BMW-VII, этот опорно-упорный
подшипник выполнялся двухрядным самоустанавливающимся, с бочкообраз-
ными роликами (фиг. 24). Однако сравнительно с действующими силами
он излишне тяжел, и поэтому на современных двигателях такие подшип-
ники не применяются.
Весьма удачно размещены опоры в двигателе Райт G-100 в виде двух
скользящих подшипников на носке коленчатого вала (фиг. 435 на стр. 436).
Благодаря большому расстоянию между подшипниками установка вала редук-
тора достаточно точная. Одновременно опорно-упорный шариковый подшип-
ник служит третьей опорой коленчатого вала. Таким образом при подобной
схеме отпадает необходимость в постановке промежуточной стенки кар-
тера с опорным подшипником.
" В двигателе Лоррен-Петрель опорами вала редуктора являются один
скользящий и два роликовых подшипника (фиг. 21). Осевая фиксация
осуществляется двухрядным осевым шарикоподшипником, монтированным
во внутренней расточке неподвижной шестерни. Сила тяги при тянущем
и при толкающем винтах с вала редуктора передается на среднюю обойму
упорного шарикоподшипника через распорные втулки, поставленные
с обеих сторон средней обоймы.
§ 154. КРЕПЛЕНИЕ ВЕДУЩИХ И НЕПОДВИЖНЫХ ШЕСТЕРЕН
Во всех планетарных редукторах с уравнительным механизмом типа
Фарман венец ведущей конической шестерни соединяется с коленчатым
валом посредством зубчатого соединения с зазором в зубьях от 0,1 до
0,2 мм.
Имеется пример выполнения ведущих зубьев непосредственно на фланце
коленчатого вала (фиг. 26), что связано с производственными неудобствами
и с необходимостью специальной термообработки зубьев на фланце для по-
вышения их твердости. Поэтому большее распространение получило приме-
нение промежуточных муфт, которые соединяются с коленчатым
валом двумя способами — на фланце (фиг. 27) или на конических шлицах
(фиг. 17).
Фиксация ведущего зубчатого венца в осевом направлении обычно вы-
полняется посредством упорного шарикоподшипника, установленного на
специально для этой цели развитом заднем конце вала редуктора. Кон-
472
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 26. Зубчатое соединение коленчатого вала и
ведущей шестерни редуктора в двигателе BMW.
Фиг. 27. Соединение ведущей
шестерни и коленчатого вала
через промежуточную муфту
в редукторе двигателя
Испано-Суиза 12 Nbr.
Фиг. 28. Упорный подшипник ведущего
венца планетарного редуктора двигателя
Райт-Циклон F-3.
Фиг. 29. Крепление неподвижной
шестерни планетарного редуктора
двигателя Райт-Циклон F-3.
473
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
струкция такого крепления ясно представлена на фиг. 17. Шарикопод-
шипник задней обоймой центрируется на пояске вала редуктора. В целях
обеспечения зазора в зацеплении ведущего венца с сателлитными шестер-
нями гайка 4 упирается в распорную втулку 5. Необходимость постановки
упорного шарикоподшипника объясняется тем, что передняя обойма под-
шипника вращается со скоростью коленчатого вала, тогда как задняя
обойма вращается со скоростью вала редуктора.
В редукторе Фарман двигателя Райт-Циклон (фиг. 28) упорный подшип-
ник ведущего венца выполнялся скользящим, состоящим из набора плава-
ющих колец. Однако в результате повышенных износов фирма Райт была
вынуждена перейти на постановку упорного шарикоподшипника.
В планетарных редукторах, выполненных не по патенту Фарман, необ-
ходимости в промежуточной муфте нет, и ведущая шестерня сажается
либо на фланец (фиг. 21), либо на шлицы на носке коленчатого вала.
В последнем случае часто венец шестерни выполняется отдельно от
ступицы, что выгодно в отношении возможности применения различного
материала и различной термической обработки.
Неподвижные шестерни планетарных редукторов типа Фарман фикси-
руются посредством промежуточного стального зубчатого венца, который
соединяется с картером редуктора либо посредством зубчатого соединения
в сочетании с болтовым (фиг. 17) или только посредством болтов (фиг. 29).
При наличии промежуточного зубчатого венца представляется возмож-
ным зубья в картере редуктора разместить на большем радиусе для
уменьшения окружных усилий. Если же по конструктивным соображениям
зубья в картере расположены на малом радиусе (фиг. 24), то в этом
случае они выполняются большей длины, нежели зубья неподвижной
шестерни, и таким образом обеспечивается необходимая надежность
соединения.
Типичная осевая фиксация неподвижной шестерни редуктора показана
на фиг. 17, где сферическая пята упирается в промежуточный зубчатый
венец. Однако в редукторах двигателя BMW-VII (фиг. 24) осевая фиксация
сферической пяты достигается упором в буртик вала редуктора через ша-
рикоподшипник.
В редукторах без уравнительных механизмов (или с уравнительными
механизмами Пратт и Уитней) неподвижные шестерни в большинстве слу-
чаев крепятся непосредственно болтами к картеру редуктора (фиг. 30, 31).
На фиг. 32 показан пример соединения с картером через промежуточ-
ную зубчатку.
Центрирование неподвижной шестерни осуществляется посредством
буртика (фиг. 30) либо посадкой на шариковый подшипник (фиг. 33).
§ 155. СМАЗКА ПЛАНЕТАРНЫХ РЕДУКТОРОВ
Типичное выполнение смазки скользящих подшипников планетарного
редуктора показано на фиг. 17. Масло подается из коленчатого вала в
полость вала редуктора, заполняет полости цапф сателлитов и по радиаль-
ным сверлениям подается на подшипники сателлитных шестерен. Иногда
на наружной поверхности цапфы выполняется лыска для распределения
масла по всей длине подшипника.
Для того чтобы циркуляция масла через подшипники сателлитов не
достигала чрезмерно большой величины, в хвост вала редуктора встав-
ляется лабиринт, уменьшающий давление масла перед сателлитами.
Смазка шарикоподшипников и зубьев шестерен осуществляется раз-
брызгиванием. Для смазки опорных поверхностей сферических пят на по-
следних выполнены сверления для проникания масла. Для лучшего охлаж-
дения зубьев шестерен иногда в картере редуктора выполняется масляная
ванна, которая образуется за счет повышения уровня слива масла.
Так, в редукторе двигателя М-85 (фиг. 17) уровень поддерживается тем,
474
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 30. Крепление неподвижной
шестерни редуктора двигателя
Пратт-Уитней Уосп.
Фиг. 31. Крепление неподвижной
шестерни редуктора двигателя
Райт G-100.
Фиг. 32. Крепление неподвижной
шестерни редуктора двигателя
Армстронг-Тигр.
Фиг. 33. Центрирование на
шарикоподшипнике непод-
вижной шестерни редуктора
двигателя Лоррен.
475
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
что слив масла осуществляется через расточку в валике промежуточной
шестерни привода газораспределения.
В редукторе двигателя Райт G-100 смазка поступает через сверления
в коленчатом валу в сверления во втулке заднего подшипника вала
редуктора, потом в кольцевую проточку по наружной поверхности втулки и
из нее — по радиальным сверлениям—на смазку скользящих подшипников
сателлитных шестерен. Для выхода масла на поверхность подшипника в
нескольких местах одновременно в подшипнике сателлитной шестерни
выполнены два ряда отверстий. Два ряда отверстий также выполнены и во
втулке сателлитной шестерни. По отверстию 5 (фиг. 22') масло поступает
во внутреннюю кольцевую полость 6 сателлитов и по отверстию 7 — из этой
полости через отверстие 8 на зубья ведущей шестерни. Для смазки зубьев
неподвижной шестерни масло поступает из открытых отверстий 9 фланца
вала редуктора, к которым оно подводится по радиальным отверстиям 10.
В редукторе двигателя Лоррен-Петрель (фиг. 21) смазывающее масло
из коленчатого вала поступает во внутреннюю полость вала редуктора,
откуда через специальные отверстия — к подшипникам и зубьям шестерен.
При помощи маслоулавливающего буртика на боковой стороне сателлитной
коробки масло направляется во внутреннюю полость пальцев сателлитов
и по сверлениям в пальце поступает на смазку роликовых подшипни-
ков сателлитных шестерен. Для смазки переднего подшипника имеется
маслоулавливающая выемка в верхней части носка картера, откуда по отвер-
стию масло поступает самотеком к подшипнику. Смазка и охлаждение
зубьев шестерен осуществляются погружением обода в масляную ванну
в картере редуктора.
§ 156. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ РЕДУКТОРОВ
Материалы, употребляемые для деталей авиационного редуктора,
должны обладать высокой прочностью, большим сопротивлением устало-
сти и высоким пределом упругости. В дополнение к этим требованиям
шестерни редуктора должны обладать высокой поверхностной твердостью.
Исходя из этого, материалы, применяемые для изготовления шестерен
редуктора, должны допускать возможность цементации или азотизации.
Для шестерен употребляются цементирующиеся хромоникелевые или
хромомолибденовые стали марок ХН1 и ХМ1.
Процессы цементации и последующей закалки, проводящиеся при вы-
соких температурах (860—900°), вызывают сильное коробление шестерен,
в особенности, когда они имеют сложную конфигурацию, избежать кото-
рого не всегда удается даже при охлаждении в специальных прессах.
Преимущества процесса азотизации по сравнению с цементацией за-
ключаются в том, что сравнительно низкая температура процесса (500—
510°) не вызывает поводки деталей. Вместе с тем азотизацией достигается
более высокая поверхностная твердость слоя, доходящая до 71—73 по
Роквеллу (шкала С) вместо 58—60 по Роквеллу (шкала С) цементирован-
ного слоя. Глубина азотированного слоя в готовом изделии оставляется
в пределах 0,3—0,5 мм.
Для азотируемых деталей употребляется хромомолибденовая сталь с
присадкой около 1% алюминия. Молибден в количестве 0,5% предохра-
няет сталь от хрупкости, получающейся при длительном нагреве стали
при температурах 500—550° С (болезнь Круппа).
Очень часто для получения надежной работы зубьев применяются
цементация ведущей шестерни и азотирование ведомой. Валы редукторов
обычно выполняются из той же стали, что и коленчатые валы.
§ 157. РАСЧЕТ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС РЕДУКТОРА
Наиболее напряженной частью редуктора являются зубья шестерен.
Высокие напряжения являются результатом очень жестких требований
к габариту и весу шестерен, а также следствием большой быстроходности
476
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
их. Для выполненных конструкций скорость на начальной окружности
лежит в пределах 10—20 м!сек.
В основе расчетных формул для определения прочности зубьев лежит
обычный способ определения наибольшего окружного усилия, допусти-
мого из условия изгиба зуба, с учетом неточности изготовления профиля,
окружной скорости, резких переходов в сопря-
жении и пр., и сравнение этого усилия с дей-
ствующим окружным усилием.
Пусть на вершину зуба действует усилие К
(фиг. 34), направленное по линии зацепления.
Раскладывая эту силу на две составляю-
щих Р и Q и пренебрегая напряжением сжа-
для основания зуба напряжение
°изг~ bS* ’
щих Р и Q
тия, имеем
изгиба
(5)
Фиг. 34. Расчетная схема зуба
где b — длина зуба по образующей.- шестерни редуктора.
Отсюда, задаваясь размерами зубьев и допу-
стимым значением аИЗг, можно получить для допускаемого значения PQ
^Д°П ~ ~~6h~
(6)
Так как величины р и h могут быть выражены в долях шага t, то, объ-
единяя все постоянные в общий коэфициент профиля зуба а, имеем:
Рдоп “ ааизг&/. (7)
Значения коэфициента профиля зуба а для различных систем
зацепления и числа зубьев по Льюису даны на диа-
Фиг. 35. Коэфициент
профиля зуба по Льюису
I—эвольвентное зацеп-
ление с нормальной высотой
зуба; II, ///—то же, 20°, 14—
грамме (фиг. 35).
При резких переходах от зуба к ободу дейст-
вительная величина допускаемого окружного усилия
оказывается меньше, что учитывается коэфи-
циентом концентрации напряжений р
^ДОП — (8)
По данным проф. Тимошенко, величина р может
быть найдена по следующему уравнению:
₽ = (9)
р
141/,0, свободное от подрезки алло
v-зацеп ление. Для выполненных конструкций при р ^0,2 ч- 0,3 т
(т — модуль) величина р лежит в пределах 0,8 ч- 0,9.
Наибольшие трудности представляет учет неточностей профиля зубьев
и быстроходности.
Обычно этот учет производится введением скоростного коэфициента 7,
так что расчетное уравнение принимает вид
РДОП аР7аИЗГ^^.
(10)
Для определения значений скоростного к о эф и ци е н т а Франклин
и Смит провели исследование большого количества шестерен (чугунных),
выполненных с различными величинами погрешностей в профиле по на-
чальной окружности. Опыт заключался в том, что шестерни доводились
до разрушения замеряемой нагрузкой при различных окружных скоростях,
причем оказывалось, что чем больше погрешность и окружная скорость,
тем меньшую нагрузку могли выдерживать шестерни по сравнению со
477
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
статической нагрузкой РСт, т. е. с нагрузкой при неподвижных шестернях
P = PCTf. (П)
Результаты опытов Франклина и Смита показаны на диаграмме (фиг. 36).
Значения 7 могут быть достаточно точно уложены в следующие фор-
мулы в зависимости от окружной скорости v м/сек
Ч — для неточностей 0,15 мм; (12)
1 3 -j- v
5 5
т =-----'—г- для неточностей 0,025 мм. (13)
‘ 5,5 + / v 7
Ю
0,9
0,8
Неточность зацепления 0,025мм
0,0-
Коэфициент скорости по Франклину и С.Смигу
10,1
е
2 3 _ _ . _ ..
Скорость по начальной окружности, м/сеК
Фи г. 36. Коэфициент скорости 7 по Франклину
и Смиту.
О 5 S 7 8 9 Ю
необходимо, чтобы Рдоп > Рокр, где Рокр
Падение допускаемой нагрузки при увеличении скорости вращения
объясняется тем, что вследствие неточности зацепления нарушается пра-
вильная форма профиля зубьев,
которая могла бы обеспечить
равномерную скорость вращения
обеих шестерен. При этих усло-
виях скорость становится пере-
менной, что в силу инерции
ведет к увеличению нагрузки
зубьев и снижает прочность
шестерни. При очень больших
неточностях зубья могут даже
расходиться и потом снова всту-
пать в зацепление с ударом, что
ведет к резкому снижению проч-
ности.
Один из методов расчета на
прочность зубьев шестерни за-
ключается в том, что находится
значение Рдоп по формуле (10),
причем для надежной работы
М
= ~-----окружное усилие от
^нач
передаваемого момента на начальной окружности шестерни. При этом
0,3-
0,25-
плавность зацепления не учитывается, т. е. считается, что все окружное
усилие передается только одной парой зубьев. Можно также вести про-
верку шестерен по значению оизг по заданной величине РОкР, т. е.
Для выполненных конструкций величина оизг, найденная таким образом,
лежит в пределах 3500 — 5500 кг/см2.
Однако такой метод может дать лишь сравнительные результаты, до-
статочно достоверные для вновь проектируемой передачи только в том
случае, если она незначительно отличается от испытанного прототипа.
Недостаток метода в том, что добавочная динамическая нагрузка на
зубьях, возникающая благодаря неравномерности вращения шестерен,
на основании формулы (10) оказывается пропорциональной передаваемой
нагрузке, что правильным не является.
Действительно, заменяя в формуле (14) величину Рокр — 0, имеем оизг 0.
Этот вывод противоречит здравому смыслу, так как неравномерность
скорости вращения шестерен, а следовательно, и инерционные нагрузки,
возникающие из-за неточности изготовления зубьев, будут наблюдаться
независимо от передаваемого полезного окружного усилия, что подтвер-
ждается также и опытом.
* Островский, Курс конструкций и расчетов авиационных моторов.
478
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Более правильно принять, что разрушающая фактическая нагрузка зуба
остается неизменной независимо от рода ее, и тогда для разрушающей
нагрузки с учетом скорости можно написать:
~ Рокр -1-ДРдвн, (15)
где Рокр — окружное усилие, при котором наблюдается разрушение шестерни приданной
скорости; ДРдин — добавочное усилие, происходящее от инерционных сил шестерен при
данной скорости и неточности.
Для непосредственного определения величины ДРдин Бакингэм дает сле-
дующую формулу *
ЛРаин =----г’Ю + ^>?> - кг, (16)
v + 0.24j/^+Ce
где v — скорость на начальной окружности в м/сек;
Ро — передаваемое окружное усилие в кг;
b —длина зуба по образующей в см;
е — суммарная ошибка в зацеплении обеих шестерен по начальной окружности в см;
С — коэфициент, характеризующий деформацию зубьев и зависящий от материала
шестерни и профиля зуба, в кг/см.
Для стальных колес величина С имеет следующие значения по Ба-
кингэму :
112000 кг/см2 для эвольвентных зубьев нормальной высоты с углом
образующей М1^0;
116 000 кг!см2 — то же, с углом образующей 20°;
120000 к?!см2 — то же, при укороченном зубе, с углом 20°.
В этом случае расчетным усилием является
Ррасч = Р0 + ДРдин. (17)
В случае применения формулы (16) дальнейший расчет сводится либо
к определению напряжения оизг по формуле (8) при действующем уси-
лии Ррасч, либо к определению коэфициента надежности К
(18)
'расч
где Рдин подсчитывается по формуле (8) для значения аИзг, равного пре-
делу пропорциональности.
Для выполненных редукторов К 1 4- 2,5.
В приведенных выше способах расчета прочности зуба не учитываются
величины масс самих шестерен, деталей, сидящих на валах, и не учиты-
вается упругость валов. Между тем все эти факторы должны влиять на ве-
личину ускорения и инерционной силы **.
Метод Барта не привился в нашей конструкторской практике вследствие
его кропотливости. К недостаткам его нужно отнести также то, что в нем,
как и в первых двух, не учитывается плавность зацепления.
Все три изложенных метода расчета относятся к шестерням с прямыми
зубьями.
Прочность шевронных и конических шестерен исследована зна-
чительно слабее, и поэтому, применяя любой из изложенных методов для
расчетов в этих случаях, надо помнить, что получаются лишь относитель-
ные значения напряжений.
* В. А. Доллежаль, Редукторы, „Т. В. Ф.“ № 4, 1936. Селиванов, К расчету
зубчатых колес.
** Метод расчета шестерен, в котором все эти факторы учитываются, был разработан
в США Бартом и изложен в книге Бакингэма, Цилиндрические зубчатые колеса
а также в книге В. А. Доллежаль, Редукторы авиационных моторов.
479
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для конических шестерен расчет можно вести по среднему шагу,
в случае шевронных — по нормальному шагу, который связан с разметоч-
ным соотношением (фиг. 37)
В этом случае длина зуба
= Zp cos ср.
h — b
Д COS Ф
(19)
(20)
Фиг. 37. Расчетная схема зубьев шев-
ронного зацепления на прочность.
и усилие, изгибающее зуб, от передавае-
мой окружной силы
р Рорзс, (21)
Тогда, принимая, что значения коэфи-
циента профиля зуба для нормального
профиля (а не разметочного) сохраняют
свою величину, уравнение (8) можем пред-
ставить в следующем виде:
£^=ар_1_^н3и,г; (22)
COS ф " COS ср ’ v '
7% расч = аР^/нСизг« (8)
Наряду с проверкой зуба на прочность
большое значение имеет проверка на износ
от Ро расч, которая делается по формуле
Гертца.
Наибольшее напряжение находится из формулы
ления радиусов кривизны
(Pi и р2) поверхности зубьев.
величины наблюдались
Осж 0,418 ь ~~3 см2, (23)
где Е — модуль упругости шестерен (предполагается одинаковый материал);
Pi и Рг— радиусы кривизны поверхности зубьев.
Эти величины вообще переменны, и принято брать при расчетах зна-
чения радиусов кривизны в полюсе зацепления.
Величина их легко определяется как расстояние
от полюса зацепления О до основания перпендику-
ляров А и В, опущенных из центров соответ-
ствующих начальных окружностей на линию за-
цепления (фиг. 38).
Значение ^paCч берется с учетом динамической
нагрузки, т. е. по формуле (17), так что
Р
1У ____ расч
А₽асч “ 7БГР
где В — угол зацепления.
Можно также принимать, что
(24)
Напряжение осж, подсчитанное таким образом,
не должно превышать предела усталости на смя-
тие, который для закаленной легированной стали,
по Бакингэму, лежит в пределах 15500 KzjcM?.
Опыт показал, что в случае превышения этой
частые случаи ненормально быстрого износа зубьев.
Для облегчения вычислений Бакингэм преобразует формулу (23), заме-
няя в ней величины рг и р2 через ^sinB и r2 sin£ (фиг. 38);
480
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
тогда
°-= 0-073^-^^ (25)
ИЛИ
r, ос2ж sin ё i\r.z .
/Срасч = оЖТГ /7+^ Ь‘ (26)
Если в формуле (26) задаться величиной <зсж, равной пределу усталости,
вынести в виде сомножителя величину диаметра начальной окружности
^ = 2^, то это уравнение приобретает следующий вид:
KROn = CADJ. (27)
Здесь
ссж Sin £
полагая ссж — 15500, имеем С = 55,5 для закаленной стали.
Проверка шестерен на нагрев может вестись обычным методом, при-
меняемым в курсах деталей машин, где обычно считается, что количество
выделяемого тепла пропорционально действующей нагрузке на зуб /Срасч
и относительной скорости скольжения, которая пропорциональна, в свою
очередь, величине (пг + п2).
Здесь и п2 — числа оборотов в минуту ведущей и ведомой шестерен:
знак „ + “ берется при внешнем, знак „ —“ при внутреннем зацеплении.
Обычно тепло трения относят к одному зубу ведущей шестерни. Тогда
критерием для нагрева может служить выражение
cos£& zx ' ’
Для авиационных конструкций число IF может доходить до 100000.
Более просто определять тепло трения можно непосредственно по зна-
чению механического к. п. д., который у хорошо выполненных шестерен
доходит до 99% в одной паре зацепления.
Таким образом можно считать, что в тепло переходит около 1% пере-
даваемой мощности.
Количество тепла, выделяющееся на зубьях, не является решающим
для назначения размеров шестерен и определяет лишь количество масла,
которое должно подаваться на охлаждение зубьев.
Задаваясь перепадом температур масла t (обычно от 70 до 100° С, т. е.
t — 30°), зная мощность %, передаваемую через редуктор, теплоемкость
масла См (0,5 кал)кго), можно составить следующее уравнение для часо-
вой подачи масла Q в час
. __ 0£>lNe • 632 кг
кчас “ СМ час' W
м
Для планетарных редукторов эта величина, повидимому, должна быть
удвоена.
Приведенные выше формулы служат для проверки надежности шесте-
рен редуктора; первоначальные же размеры их при проектировании новых
двигателей задаются из конструктивных соображений.
Основаниями для выбора размеров являются: передаточное число, ми-
нимальное число зубьев ведущей шестерни, модуль шестерен, а в некото-
рых случаях и расстояние между центрами (например, в случае установки
орудия, стреляющего сквозь винт).
Ориентировочное значение передаточного числа можно получить, исходя
из числа оборотов винта. Для современных мощных двигателей с числом
В В А—142—31
481
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
оборотов коленчатого вала около 2500 — 3000 об/мин. передаточное число
лежит в пределах 0,47 — 0,65.
Число зубьев ведущей шестерни zlf при отсутствии подреза зубьев,
при нормальной высоте зуба не должно быть меньше 16 (фиг. 39). Прак-
Фиг. 39. Значение коэфициентов профиля
зуба в зависимости от числа зубьев
ведущей и ведомой шестерни.,
сов зубьев числа их по ведомой и
простыми.
тически при распространенных вели-
чинах модуля шестерен и нормальном
диаметре вала величина Zj никогда не
бывает ниже этого значения. Обычно
для двигателей средней мощности
= 20 -т- 30.
Опасность подреза исключается
еще широким применением коррекции
зубьев.
Число зубьев ведомой шестерни
определяется передаточным числом.
Часто для устранения местных изно-
ведущей шестерням выбираются взаимно
Величины модуля во всех странах стандартизованы.
В СССР по ОСТ 1597 предписывается следующий ряд модулей: от 1 до2,5лш через
каждые 0,25 мм (т. е- 1; 1,25; 1,5; 1,75 и т. д.), далее —от 2,5 до 6,5 мм через каждые 0,5 мм
и, наконец, от 7 и выше — через 1 мм до 16 мм. Аналогичный ряд установлен по DIN 780,
где в отличие от ОСТ 1597 допущены модули 2,75; 3,25 и 3,75 мм, которые по нашим нор-
мам могут допускаться лишь в исключительных случаях.
В английских и американских двигателях размеры зубьев определяются питчем,
который представляет собой величину, обратную модулю, с размерностью дм~1.
Имея в виду, что размерность модуля—мм, соотношение между модулем (т) и пит-
чем (р)
25,4
т =----.
Р
В общем машиностроении применяется следующий ряд питчей: от 2 до 3 через
0,25 дм”1; далее 3; 3, 5; 4; 5; 6 и т. д. Однако в авиационных двигателях бывают отступ-
ления от этого ряда. Для двигателя среднего класса мощности (600—1000 л. с.) величина
т = 5 4- 6,5 мм; /7 = 44-5 дм”"1-
Необходимо отметить, что при определении величин т или р у выполненных двига-
телей по расстоянию между осями и числом зубьев иногда получаются не целые значения.
Это может являться причиной того, что для коррекции зубьев часто применяется спо-
соб профильного смещения (см. Бакингэм, V-зацепление), при котором модульная и на-
чальная окружности у одного и того же колеса не совпадают, вследствие чего рас-
стояние между осями может оказаться не кратным сумме чисел зубьев 4- z^.
По высоте зубья для большей прочности выполняются обычно более
короткими, чем это принято по
нормам общего машиностроения,
как это видно из соотношений,
приведенных в табл. 1.
Профилирование зубьев про-
изводится по эвольвенте, так как
такой профиль может быть вы-
полнен в массовом производстве
почти с математической точ-
ностью. В самом деле, если
выполнять шестерню методом
обкатки червячным фрезером,
то в сечении плоскости, прохо-
дящей через ось фрезера, полу-
чается профиль рейки, который
для эвольвентного зацепления
составляется из прямых линий
(рейку можно рассматривать как
Таблица 1
1 № ПО пор. | Название параметров Высота, м
нормаль- ная укоро- ченная
1 Высота головки зуба в долях модуля 1 0,8
2 Высота ножки зуба в долях модуля 1,16 1
3 Полная высота зуба в долях модуля 2,16 1,8
4 Радиальный зазор в долях модуля 0.16 0,2
5 Разность радиусов круга, выступов и впадин 2,32 2
шестерню с радиусом образующей окружности, равным бесконечности, а сле-
482
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
довательно, и радиусом кривизны эвольвенты = со). Совершенно точный вид
рейки, составленной из прямых линий, должен иметь резец в том случае, если
обработка производится на строгальном станке „гребенкой". В этом случае
резец-гребенка двигается возвратно-поступательно вдоль оси шестерни,
которая после каждого прохода поворачивается на небольшой угол и одно-
временно перемещается вдоль модульной линии гребенки на расстояние,
соответствующее перекатыванию начальной окружности без скольжения.
На зуборезных станках Феллоу в качестве инструмента применяются
режущие колеса. Эти колеса при нарезке имеют поступательное движение
вдоль оси и поворачиваются вместе с обрабатываемым колесом после каж-
дого прохода на небольшой угол, соответствующий перекатыванию началь-
ных окружностей без скольжения. При правильной заточке режущего
колеса обеспечивается правильная профилировка нарезаемых зубьев.
Окончательная отделка зубьев ведется на шлифовальных станках.
§ 158. РАСЧЕТ УПРУГОЙ МУФТЫ РЕДУКТОРА
Упругие элементы редуктора изменяют приведенную длину коленчатого
вала, а тем самым период его собственных колебаний и резонансные
режимы. Однако такое действие имеется на всех режимах работы двигателя
лишь в том случае, если упру-
гий элемент монтирован без пред-
варительной затяжки, как, на-
пример, промежуточный валик
редуктора Ролльс-Ройс.
В случае же монтажа пру-
жин с предварительным натягом
система начинает работать как
упругая лишь после того, как
минимальный крутящий момент
Mnin (фиг. 40) достигнет вели-
чины, большей предварительной
затяжки, и при условии, что при
максимальном крутящем моменте
Мтах не происходит касания вит-
ков или упора ограничителей
(фиг. 40).
При работе задросселирован-
ного двигателя система либо бу-
дет работать как упругая на
Фиг. 40. Пределы работы упругой муфты
редуктора.
Фиг. 41. Схема передачи усилия через пружину упругой
муфты редуктора.
ограниченных участках поворота
вала (фиг. 40, Ь\ участки аа, bb и т. д.), либо остается жесткой, и будет
изменяться лишь давление на торцы упорных тарелочек пружин (фиг. 41).
Если принять, что
от предварительной за-
тяжки на упорах веду-
щей и ведомой частей
редуктора возникают
в покое одинаковые
усилия, то по мере
увеличения крутящего
момента опорные по-
верхности а будут
разгружаться, нагруз-
ка же на поверхно-
стях б будет возрастать до величины Рпр предварительной затяжки.
При этом полное усилие, сжимающее пружину, остается без изменения
равным Рпр до тех пор, пока Рокр<1РпР. При дальнейшем увеличении
окружного усилия нагрузка торцов б будет возрастать.
483
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Расчет размеров пружин и определение напряжений в них, при задан-
ных размерах, по деформациям, наблюдающимся на разных режимах, яв-
ляется весьма кропотливым, так как требует определения формы вынужден-
ных колебаний всей системы на разных режимах работы двигателя. Поэтому
в конструкторской практике до настоящего времени рекомендуется вести
расчет по среднему крутящему моменту на режиме номинальной мощности.
Имея расчетное усилие, соответствующее этому режиму, остальные раз-
меры пружин назначают из конструктивных соотношений с таким расче-
том, чтобы обеспечить картину работы пружины, представленную
выше.
Напряжение скручивания т в спиральных пружинах при Л4ср
берется по данным В. А. Доллежаля в пределах 2300—2400 кг/см2; в ва-
лике редуктора двигателя типа Ролльс-Ройс т = 750 4- 1000 кг[см?.
Такие невысокие напряжения объясняются стремлением иметь запас на
увеличение деформаций при работе вблизи резонансных режимов, при
запуске, резких рывках дросселя, пропуске зажигания в отдельных ци-
линдрах, когда вследствие внезапного приложения нагрузки Q деформации
и напряжение увеличиваются вдвое по сравнению с условиями постепен-
ного возрастания нагрузки от нуля до той же величины Q.
§ 159. РАСЧЕТ ВАЛА РЕДУКТОРА
Схема нагрузок, действующих на вал редуктора, показана на фиг: 42.
Здесь РОкр — окружное усилие, Р7—неуравновешенная сила винта, G — вес
винта, Pt— сила тяги, Мк—'гироскопический момент винта. Силы реакций
не нанесены. Величина Рокр находится
передаваемого момента.
Величина Р} зависит
от допуска на уравно-
вешивание винта.
Обозначая величину
весового допуска &G на
конце лопасти длиной
R, имеем:
р. = -° /?оА (30)
При ДО < 10 г, R^
1,5 м и о) = 240 см~~1
остается неподвижной,
по величине
Фиг. 42. Схема нагрузок, действующих на вал редуктора.
эта величина не превышает 100 кг. Эта сила не
вращаясь вокруг оси вала с его угловой скоростью. Вес винта G с втул-
кой для двигателей с номинальной мощностью Ne от 500 до 1000 л. с. на
высоте 2 — 4 км при числе оборотов винта 1400—1700 об/мин. можно оце-
нивать для грубых подсчетов по следующим формулам:
G^0,05/Vf) для деревянных винтов;
G = 0i\Ne для двухлопастных металлических винтов с фиксированным
шагом;
О = 0,15Л^ для трехлопастных металлических винтов с фиксированным
шагом.
Эти цифры должны быть увеличены приблизительно на 20 кг в случае
винта с изменяемым в полете шагом. Сила тяги Р, действующая на упор-
ный шариковый подшипник, носок вала редуктора и резьбу носка, может
быть найдена по максимальной скорости самолета <и км\час на расчетной
высоте и номинальной мощности Ne л. с.:
N 75 • З.б
(31)
где tj —к. п. д. винтомоторной группы, который можно принять равным 0.8.
484
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При трогании с места во время разбега эта сила увеличивается на
короткое время в 1,5 4-2 раза; при полете на крейсерском режиме падает
приблизительно до 70 -у 80% от величины, определенной по формуле (31).
Гироскопический момент Mk возникает только при эволюциях самолета,
причем его величина и плоскость действия
зависят от характера эволюции, числа лопа-
стей винта и момента его инерции.
Гироскопический момент явля-
ется результатом кориолисовых сил инер-
ции, что поясняется на фиг. 43. При дви-
жении массы т со скоростью w вдоль
стержня, вращающегося около центра О,
будет возникать сила инерции Ркор, направ-
ленная против вращения в случае удале-
ния массы от центра и по вращению в слу-
чае приближения.
Фиг. 44. Схема к определению
гироскопического момента на
валу редуктора.
Фиг. 43. Принципиальная схема
к выяснению происхождения
кориолисовых сил инерции.
Величина этой силы
Ркор ~ /п22^. (32)
Рассматривая теперь движение любой точки винта, вращающегося во-
круг оси вала ОУ (фиг. 44) с угловой скоростью и одновременно вместе
со всем самолетом — около оси .ДА с угловой скоростью 2, можно на ос-
новании уравнения (32) составить следующее выражение для кориолисовой
силы инерции, действующей на точку иг
Ркор = т • 22wr sin а, (33)
где car sin а—относительная скорость частицы вдоль оси ОХ, равная проекции окружной
скорости cor на эту ось. Сила Ркор перпендикулярна плоскости XZ.
Момент этой силы относительно точки О
ДЛ40 = 22<omr2 sin а. (34)
Для всей лопасти
= X ~ 22о)^/тгг2 sin а = 2Q(aJ1 sin а. (35)
Для второй лопасти,, находящейся под углом 180° к первой, момент по
величине и знаку выражается уравнением (35).
Одинаковый знак момента объясняется тем, что, как нетрудно видеть
из фиг. 44, при повороте лопасти на 180° одновременно меняются знаки
Ркор и г.
Таким образом полный момент
Л4кор = 2Qw sin aJB . (36)
Этот момент действует в плоскости, проходящей через оси лопастей
и вала винта, причем в силу указанного выше изменения знаков Ркор и г
за полный оборот изменяется дважды по одному и тому же закону sinaj80’
как показано на фиг. 45.
485
Наибольшего значения эта величина достигает при а = 90° и а — 270°,
т. е. когда винт стоит параллельно оси поворота самолета и когда окружная.
скорость проектируется на перпендикулярную ось в натуральную величину.
В случае трехлопастного винта
суммарная величина гироскопиче-
ского момента (для фиг. 44) имеет
постоянную величину:
Мох — при Afoz = 0. (37)
В этом можно убедиться, взяв
моменты относительно осей OZ и
ОХ для точек т, находящихся на
трех лопастях с углами а, а 4- 120°,
а -Ь 240°. Суммируя далее эти мо-
менты, получаем соотношения (37).
Выгодность трехлопастных винтов по сравнению с двухлопастными за-
ключается в том, что здесь гироскопический момент имеет постоянную
Фиг. 45. Изменение величины гироскопического
момента в зависимости от угла^ поворота вала.
величину.
Величина 2 для современных маневренных самолетов лежит в преде-
лах: 1 при петле, 2 при штопоре и 0,3 1 при вираже.
Lc/v CzCz/V CczfV
Суммирование изгибающих моментов от окружного усилия и от ги-
роскопического действия винта производится
алгебраически, если плоскости их совпадают.
В частности, при схеме редуктора, приведенной
на фиг. 42, алгебраическое суммирование соот-
ветствует расчету вала на нагрузку при петле.
Для виража было бы необходимо делать сумми-
рование геометрическое.
Эпюра суммарного изгибающего момента пока-
зана на фиг. 46.
Сложное напряжение по второй теории проч-
ности :
®сл — <5изг 10,35 4- 0,65
(38)
Фиг. 46. Эпюра суммарного
изгибающего момента на валу
где аюг и подсчитываются по найденным зна- редукт°Рав2а S “°MeHTa
чениям Л4ИЗГ и Мскр.
Для редукторов современных двигателей величины напряжений не
превышают
т — 500 кг[см2\
асл == 1500 кг] см2 с учетом гироскопического эффекта;
cjjyj = 750 кг]см2 без учета гироскопического эффекта.
Наконец, для подшипников величина удельного давления при найден-
ной реакции R
Суд - KzjCM?.
Размеры упорных шарикоподшипников определяются сечением вала
редуктора.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ГЛАВА II
НАГНЕТАТЕЛИ
§ 160. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Одним из важнейших требований, предъявляемых к современному
двигателю, является сохранение его номинальной мощности на высоте.
Это может быть достигнуто двумя способами.
Сущность первого способа заключается в том, что двигатель вы-
полняется с резервом мощности
цилиндров (переразмеренность)
или повышенной степени сжатия
(пересжатие), в то время как
прочность деталей обеспечивает
надежную работу его лишь на
номинальном режиме.
Этот резерв равен разности
между максимальной и номиналь-
ной мощностями у земли. Воз-
растание потребного литража с
высотой можно считать обратно
пропорциональным падению мощ-
ности двигателя, что видно из
табл. 2.
на земле за счет увеличения размеров
Таблица 2
Влияние высотности на литраж двигателя
1 Высота в тысячах м 0 2 4 6 8
2 Эффективная мощность на полном дросселе в % 100 78 60 45 32
3 Необходимый литраж при сохранении мощности на данной высоте в % 100 128 167 220 310
Недостаток переразмеренных
двигателей заключается в увеличении удельного веса вследствие увели-
чения размеров цилиндра.
Применение пересжатия основано на том, что склонность к дето-
нации для любых топлив уменьшается с высотой. По исследованиям аме-
риканского национального комитета авиации была установлена зависимость
допустимой степени сжатия на различных высотах полета при работе дви-
гателя без детонации; на земле в этом случае двигатель дросселировался
(фиг. 47).
Однако при увеличении степени сжатия давление вспышки растет
значительно быстрее, чем выигрыш в мощности (фиг. 48). А так как
прочность, размеры и вес шатунно-кривошипного механизма определяются
давлением вспышки, то пересжатие, так же как и переразмерен-
ность, сопровождается возрастанием веса двигателя.
Так, например, в двигателе BMW-VI со степенью сжатия е = 7,3 путем
комбинации пересжатия и переразмеренности была достигнута высот-
ность 3000 м, что привело к увеличению удельного веса двигателя до
1,1 кг[л.с. Поэтому для значительного увеличения высотности этот способ
не является рациональным.
Второй способ сохранения номинальной мощности, наиболее рас-
пространенный в современном моторостроении, — это применение наддува.
Наддув обеспечивает значительно большую высотность без увеличения
487
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
удельного веса двигателя (до расчетной высоты). Существенным достоин-
ством его является то, что по мере увеличения наддува прирост^мощности
получается большим, чем давление вспышки (фиг. 49). К недостаткам
наддува относится уменьшение эффективной мощности двигателя у земли
вследствие повышения температуры на всасывании и расхода энергии на
вращение нагнетателя. Эти потери тем больше, чем больше расчетная
высота. При заданной эффективной мощности это связано с увеличением
тепловой нагрузки двигателя и удельного рас-
хода топлива.
Во избежание перегрева двигателя прихо-
дится применять обогащенную смесь (а = 0,8 —
0,85), что вызывает добавочное повышение
удельного расхода топлива.
Фиг. 48. Сравнительное вли-
яние увеличения степени
сжатия на рост мощности и
давление вспышки.
Фиг. 47. Влияние высоты полета
на максимальную допустимую
степень сжатия.
Нагнетатели можно подразделить по принципу действия на объемные
и центробежные, по схеме привода — на приводные с механическим при-
водом от коленчатого вала через систему зубчатых передач и турбоком-
прессорные. В последнем случае привод нагнетателя может быть осуще-
ствлен или непосредст-
венно газовой турбиной,
работающей от выхлоп-
ных газов, или паровой
турбиной с использова-
нием тепла выхлопных
газов для парообразова-
ния *.
К объемным отно-
сятся нагнетатели порш-
невые, коловратные и ти-
па Рута. Одно из досто-
инств поршневого ком-
прессора заключается
в больших значениях
эффективного к. п. д. (т/с).
Фиг. 49. Влияние наддува на рост
мощности и давления вспышки.
Фиг. 50. г Изменение
удельного объема
воздуха по высоте.
В поршневых стационар-
ных тихоходных компрессорах tjc == 0,82—0,9, в быстроходных компрессорах
можно было бы ожидать значение т)с порядка 0,75. Второе достоинство порш-
невого компрессора, как и всякого объемного, заключается также в том,
что на земле он поглощает сравнительно небольшую мощность, соответ-
ствующую по величине механическим потерям на трение, так как на земле
* „Техника воздушного флота", 1939, статья проф. Квасникова.
488
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
всасываемый воздух может выпускаться в атмосферу без сжатия через
перепускной кран. Однако, несмотря на эти преимущества, поршневые
компрессоры не нашли применения в авиационной практике.
Как видно из графика (фиг. 50), удельный объем воздуха по мере уве-
личения высоты значительно возрастает, что вызывает необходимость
соответственно большего рабочего объема компрессора и связано с уве-
личением веса и габарита даже в случае применения цилиндров двойного
действия. Конструктивное выполнение компрессора двойного действия
встречает на своем пути большие трудности, связанные с уплотнением
штока поршня, размещением клапанов, смазкой поршня и т. д. Поэтому
этот тип компрессора широкого применения не имеет.
Коловратные нагнетатели в отличие от поршневых имеют пре-
имущество в весе и габаритах и обладают большой производительностью
при избыточном давлении от 0,5 до 0,7 кг/см2.
Фиг. 51. Схема коловрат-
ного нагнетателя Козетта.
Фиг. 52. Схема
коловратного
нагнетателя
Рута.
Для уменьшения трения лопаток в коловратных нагнетателях Козетт
и Ривеля выдвижные лопатки упираются в перфорированный хорошо
смазываемый барабан tz, вращающийся в кожухе нагнетателя б (фиг. 51).
Для той же цели в нагнетателе иПауэр-Плюс“ лопатки вращаются на
шариковых подшипниках вокруг вала. Между лопатками и кожухом уста-
навливается фиксированный зазор. На выходе из ротора делается уплот-
нение в виде цилиндрического сальника. Основным недостатком подоб-
ных нагнетателей является относительно большой вес и габарит, в силу
чего в авиации они не применяются.
Из объемных нагнетателей применение в авиации находил лишь на-
гнетатель типа Рута, схема которого показана на фиг. 52.
Внутри кожуха вращаются навстречу друг другу два ротора, имеющие
в сечении форму восьмерок. Эти роторы, связанные шестернями, имеют
между собой и кожухом небольшой зазор, вследствие чего трение отсут-
ствует.
В положении, изображенном на фиг. 52, в полости А происходит вса-
сывание, в полости В — перенос засосанного объема к стороне нагнетания
и в полости С—нагнетание.
В отличие от поршневого компрессора, у этого нагнетателя вследствие
отсутствия выпускного клапана давление в полости В быстро повышается,
как только она войдет в соединение с напорной трубой.
Таким образом правая восьмерка при вращении будет преодолевать
постоянное рабочее давление воздуха, а не постепенно повышающееся,
как в поршневом насосе. Индикаторная диаграмма этого типа нагнета-
теля будет иметь вид 1—2—5—4 (фиг. 53) в отличие от 7—2—3—4 — пор-
шневого компрессора (фиг. 17). Заштрихованная площадь 2—3—5 пред-
ставляет собой потерю мощности, потребной на вращение нагнетателя
Рута по сравнению с поршневым. Потеря мощности тем относительно
больше, чем выше давление сжатого воздуха. К этой потере добавляются
потери, связанные с трением и утечкой воздуха через зазоры. В резуль-
489
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками
тате с повышением наддува к. п. д. нагнетателя падает до величин, ха-
рактерных для ПЦН (фиг. 54).
Нагнетатель Рута дает пульсирующий поток. В некоторых случаях
эта пульсация бывает настолько чувствительна, что вызывает необходи-
мость постановки рессивера и связана со значительным увеличением веса
Фиг. 53. Индикаторная
диаграмма нагнетателя
Рута.
и габарита установки.
Наконец, в нагнетате-
лях этого типа имеют-
ся производственные
затруднения в связи
с обработкой восьме-
рок при сохранении
минимальных зазоров
между ними. Это ос-
ложняется еще и тем,
что разность темпера-
тур на входе и выходе
(около 70°С) при рабо-
Фиг. 54. Зависимость к. п. д.
нагнетателя Рута от степени
наддува.
чем состоянии компрессора создает нерав-
номерное температурное расширение кожуха, приводящее к неравномер-
ному изменению зазоров.
Данные для характеристики нагнетателей Рута приведены в табл. 3.
Все перечисленные в табл. 3 нагнетатели выполнялись с приводом от
коленчатого вала.
Таблица 3
Основные данные нагнетателей Рута
Страна, год Фирма или марка двигателя Мощность и число оборотов на валу, л. с. и об/мин. Высотность, м Вес нагнета- теля, кг Число оборо- тов роторов в минуту Вес муфты и трубопрово- дов, кг Диаметр длины ротора, мм
Америка, 1926 г. Либерти Райт J-4 400/1700 5000 35 2620 .28 242—280
Германия, 1928 г. Аргус 600/1700 6000 58,5 3570 —
Франция, 1932 г. Деляж 450/3000 5000 17 5000 — —
Схема турбокомпрессора представлена на фиг. 55.
Фиг. 55. Схема установки двигателя с
бокомпрессором Рато.
тающее при окружной скорости
Несмотря на преимущество тур-
бокомпрессорного привода в части
увеличения мощности мотора на
высоте, общий недостаток состоит
в том, что его работа связана с
быстрым ростом противодавления
на выхлопе с высотой. Так, для
высотности 5000 м необходимое
для работы турбины давление вы-
хлопа колеблется в пределах от
1,2 до 1,5 от давления на всасыва-
ние (Pk) в зависимости от к. п. д.
Повышенные давления и тем-
пературы выхлопа ставят в очень
ур_ тяжелые условия работы выхлоп-
ные клапаны, сопловой венец и в
особенности колесо турбины, рабо-
около 250 ч- 300 м{сек и температуре
490
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
650 ч- 700° С, когда величина временного сопротивления наиболее под-
ходящей стали резко падает (фиг. 56).
К недостаткам турбокомпрессора следует отнести также перегрев вы-
хлопных трубопроводов, которые при работе накаляются до красного
цвета. Сведения о выполненных турбокомпрессорах приведены в табл. 4
по данным Дмитриевского.
Таблица 4
Данные выполненных турбокомпрессоров
№ по пор. Двигатель Турбо- компрес- сор Мощ- ность двига- теля л. с. 1 Высот- ность м Рк Рп к. п. Д. Вес тру- ! бопро- вода кг
1 Либерти G-E 420 6000 ! 1:0,46 0,32 75
2 Юпитер Рато 420 — — 63
3 Испано Рато 300 5000 1 1 : 0,5 0.27 71
4 Либерти (Л. Д.) Рато 450 5000 1 :0.5 — 1 77
5 Автомобильный Лоренц 80 0 ; 1,24-1 0.14 I —
Желание устранить перечисленные выше недочеты повело к разработке
особого типа двигателя, специально сконструированного с турбокомпрес-
сором Рато-Потез 12-А.
Двигатель—12-цилиндровый с горизонтальными
противоположно расположенными цилиндрами.
Выхлоп направлен йверх и по трубопроводам,
охлажденным водой, подводится в лопатки тур-
бины, после чего выходит в атмосферу.
Валик турбины пропущен вертикально вниз,
где к нему присоединен компрессор. Для того
чтобы не создавать излишнего противодавления,
выхлопные клапаны открываются порознь; в середи-
не хода расширения через маленький клапан идет
выхлоп в турбину, а в конце открывается второй
большой клапан непосредственно в атмосферу.
В современных двигателях турбокомпрессор
применяется как первая ступень наддува в комби-
Фиг. 56. Зависимость вре-
менного сопротивления
стали от температуры.
нации с центробежным приводным нагнетателем,
играющим роль второй ступени. Это позволяет избежать указанных выше
недостатков турбокомпрессора, несмотря на значительное увеличение
высотности (до 7000 — 8000 м).
Наибольшее распространение в авиационной практике получили цен-
тробежные нагнетатели с механическим приводом от двигателя в силу
простоты, компактности конструкции и малого веса.
§ 161. ПЕРЕДАЧА К ПЦН
Для получения большой окружной скорости при малом диаметре
колесо приводится во вращение зубчатой передачей с большим переда-
точным числом 8-? П. Выполнить такие передаточные числа в одной'
паре шестерен трудно, и поэтому приходится иметь две последователь-
ных пары с передаточным числом 3-Ив каждой; это приводит к появ-
лению промежуточной двойной шестерни.
При возможности выполнения достаточно большого диаметра крыль-
чатки необходимость в большом значении передаточного числа отпадает
и привод передачи может быть выполнен в одной паре, как это осуще-
ствлено в двигателе ЮМО-4 (фиг. 57).
491
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
По общей конструктивной схеме
и тремя двойными шестернями (фиг.
Основным преимуществом схемы,
Фиг. 57. привод передачи к нагнетателю
ЮМ0-4.
передача выполняется с одной, двумя
58, 59).
приведенной на фиг. 58а, являются
компактность и простота в производ-
стве и монтаже; основным недостат-
ком — высокая нагрузка зубьев веду-
щей шестерни и наличие давления на
оси как ведущей шестерни, так й
шестерни валика крыльчатки. В кон-
струкциях, в которых мощность пере-
дается через две или три пары двой-
ных шестерен (фиг. 586, фиг. 59),
шестерни могут быть выполнены мень-
шего по толщине диаметра, с меньшим
модулем и более легкими, так как в
этом случае окружное усилие, дейст-
вующее на зуб шестерни (при одина-
ковом передаваемом крутящем мо-
менте), при двух промежуточных
Фиг. 58а. Схема привода передачи к нагне-
тателю с одной парой промежуточных
шестерен.
шестернях уменьшено вдвое, а при трех — втрое против однопарной пере-
дачи.
г а
i
Фиг. 586. Схема привода передачи к нагнетателю с двумя парами
промежуточных шестерен.
Вместе с тем, как видно из фиг. 586 и фиг. 59, при двух-и трехпар-
ной передаче валик нагнетателя может быть совершенно разгружен от
боковых усилий.
492
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
К недостаткам системы двух- и трехпарной передачи относятся трудности
производственного и монтажного характера, связанные с сохранением па-
раллельности осей валиков нагнетателя и промежуточных шестерен и
установлением одинаковых зазоров в зацеплении между шестерней ва-
лика нагнетателя и промежуточными шестернями; последнее очень важно,
так как при различных величинах зазоров одновременности зацепления
в зубьях не будет, что. вызовет перегрузку зубьев, оставшихся в зацеп-
лении.
При непосредственном соединении привода с коленчатым валом по
схемам, приведенным на фиг. 58 и 59, направление вращения колеса на-
гнетателя совпадает с направлением вращения коленчатого вала.
Фиг. 59. Схема привода передачи к нагнетателю
с тремя парами промежуточных шестерен.
Фиг. 60. Схема привода
передачи к нагнетателю.
Выражение передаточного числа через угловую скорость вращения и
количество зубьев шестерен' передачи будет иметь следующий вид
(фиг. 60):
i == = (39)
Пк.в. WK.B. V
здесь z4, z2, z3, z4— числа зубьев шестерен передачи к нагнетателю.
Величины zlt z2, z3, z4 связаны между собой следующим условием:
+ z2) т1 = (z3 -Yz^m^ (40)
так как zlf z2l г3, z4 могут быть только целыми числами, а и т2 —
стандартные модули, то, если передаточное число задано безотносительно
к конструктивным размерам, уравнения (39) и (40) могут оказаться несо-
вместимыми. В этом случае необходимо соответственно изменить задан-
ную величину требуемая же окружная скорость крыльчатки достигается
изменением ее диаметра.
В табл. 5 приведены конструктивные данные передач некоторых авиа-
ционных двигателей.
Таблица 5
Данные передачи нагнетателей авиационных двигателей
Наименова- ние двига- телей Число зубьев Модули, мм Общее передаточ- ное число i 1 Диаметр крыльчатки । мм Окружная скорость крыльчатки м[сек
Z, 23 *4 zr.z2 23;
М-25 63 18 57 24 2,54’ 2.54 8,31 276 240
М-86. 73 15 56 ! 32 2.25 2.25 8.51 278 258
М-100 50 14 59 | 1 21 2,5 2 10,1 240 300
АМ-34 60 17 58 | ! 19 2,25 2 25 10.8 268 282
493
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 162. ЭЛЕМЕНТЫ ПРИВОДА. УПРУГОЕ СОЕДИНЕНИЕ И ВЕДУЩАЯ ШЕСТЕРНЯ
Привод нагнетателя современных двигателей осуществляется через упру-
гое соединение. Основное назначение упругого соединения уменьшение
напряжений, возникающих в элементах привода в момент запуска при
внезапной остановке и резких рывках дросселя, так как при большом пе-
редаточном числе это приводит к резкому изменению кинетической энергии
крыльчатки, особенно значительному в случае, когда крыльчатка выпол-
нена из стали. Кроме того, правильно монтированное (без излишнего пред-
варительного натяга пружин) упругое соединение сглаживает неравно-
мерность крутящего момента двигателя, передаваемого нагнетателю.
В некоторых авиационных двигателях старого типа — Райт J-6, Арм-
стронг-Пантер, Райт F, Фиат А-53 и др., привод передачи к нагнетателю
осуществлялся посредством жестких шестерен без упругого соединения.
Фиг. 61. Продольный и попереч-
ный разрезы упругой шестерни
двухстороннего действия
(двигатель М-85)
1—ступица, 2—венец, 3—центрирующие
диски, 4—пружины , 5—направляющие
сухари.
Фиг. 62. Продольный и поперечный разрезы
упругой шестерни одностороннего действия.
(двигатель М-85)
7—ступица, 2—венец, 3—центрирующие диски, 4—пру-
жины, 5 —шуруп, 6—направляющие сухари.
Однако такая система передачи в состоянии обеспечить надежную работу
привода при сравнительно малых мощностях и относительно небольших
окружных скоростях нагнетателя (не более 120 — 150 м[сек).
Упругое соединение, по конструктивным признакам, может вы-
полняться трех типов: 1) в виде пружинной шестерни обычно с цилин-
дрическими проволочными пружинами, работающими на кручение, 2) в
виде упругого приводного валика, работающего на кручение, и 3) в виде
упругой муфты, выполненной внутри шейки коленчатого вала, с пружи-
нами, работающими на кручение или изгиб. Последний тип упругого сое-
динения выполняется редко.
Наибольшее распространение в авиационной практике получило соеди-
нение первого типа. В этом случае пружинная шестерня может выпол-
няться либо одностороннего, либо двухстороннего действия.
Различие этих двух типов шестерен состоит в том, что шестерни двух-
стороннего действия (фиг. 61) амортизируют увеличение нагрузки на
зуб как в момент запуска, так и в случае перевода двигателя с рабочего
режима на малый газ или при резкой остановке. Шестерни односторон-
него действия (фиг. 62) допускают деформацию пружин лишь в сторону
вращения коленчатого вала, т. е. при переводе двигателя с малого газа
на рабочие режимы. При обратной вспышке или при переходе с рабочих
режимов на малый газ этот тип шестерен работает как жесткое сцепление,
чем невыгодно отличается от конструкций шестерен двухстороннего дей-
ствия. Поэтому без фрикционного соединения односторонние шестерни
не применяются.
Ступица упругой муфты с отростками выполняется обычно за одно
целое с валиком привода к агрегатам, хотя имеются примеры соединение
494
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ВИЯ
Фиг. 63. Упругое соединение передачи к нагне-
тателю двигателя АМ-34.
ее с валиком на шлицах. Зубчатый венец, имеющий также внутренние
отростки, свободно посажен на ступицу. Центровка венца может быть осу-
ществлена непосредственно по отросткам ступицы (как в шестерне редук-
тора двигателя АМ-34) или чаще посредством вспомогательных дисков.
От осевых перемещений зубчатый венец фиксируется теми же дисками*
жестко связанными с ним. Для [___
равномерного распределения на-
грузки пружины сажаются на
самоустанавливающихся сухарях
с направляющими для пружин.
Второй тип упругого сое- й —
динения является наиболее про-
стым по производственному вы-
полнению. Это соединение имеет
вид валика со шлицами (фиг. 63);
валик соединяет хвостовик вала
с ведущей шестерней и монтиру-
ется без предварительного на-
тяга; он работает на кручение
как двухсторонняя муфта. Фи-
ксация такого валика от осе-
вых перемещений достигается:
справа — упором в
валика крыльчатки, слева —- раз-
жимным кольцом.
ПОДШИПНИК
Аналогичная
конструкция выполнена в двига-
телях Ролльс-Ройс; здесь дополнительно имеется ограничитель угла за-
крутки в виде хвостовика с внутренними шлицами на ведущей шестерне
нагнетателя. Этот хвостовик входит в шлицы хвостовика коленчатого вала,
где имеет свободу перемещения на угол в 6° (по 3° в каждую сторону)..
В двигателе Кертис SGIV-1800 привод осуществлен
от носка коленчатого вала через пару цилиндри-
ческих шестерен с передаточным числом i—1,53 :1.
Упругий валик передачи, дающий закрутку в обе
стороны на 3 — 4°, проходит по дну нижнего кар-
тера на восьми подшипниках. Венец шестерни
жестко крепится на фланце. Этот валик исполь-
зован также под маслопроводящую систему.
В третьем типе упругого соединения пру-
жины из габаритных соображений размещены
внутри шейки вала (фиг. 64) между отростками
муфты и стакана, запрессованного в хвостовик
коленчатого вала. Такая конструкция оказалась
менее выгодной и менее надежной в работе по
сравнению с приведенной выше пружиной шестерни,
так как при очень малом радиусе, на котором раз-
' 'мещались пружины,усилие на них было слишком
Фиг. 64. Продольный разрез
упругой муфты передачи к
нагнетателю двигателя
Испано-Суиза (первый
вариант);
велико.
В более поздней модификации (фиг. 65) спи-
ральные пружины были заменены подковообраз-
ными, работающими на изгиб, подобно поршневым
кольцам.
Втулка корпуса муфты 2, плотно посаженная в хвостовике, от прово-
рачивания удерживается шлицами. Во избежание задира при запрессовке
она по наружной поверхности омедняется. Валик упругой муфты запрес-
совывается своим буртиком во втулку корпуса со средним натягом в 0,010 лог.
Корпус муфты центрируется по втулке и валику посредством игольчатых
подшипников 3. Фиксация корпуса муфты осуществляется упругим кольцом.
495
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Соединение ведущей шестерни с коленчатым валом, расположение и
род ее опор могут быть достаточно разнообразными и в значительной мере
зависят от конструкции упругого элемента.
Так, в первых двигателях Бристоль ступица пружинной шестерни была
посажена на шпонке непосредственно на коренную шейку коленчатого+ала.
Фиг. 65. Продольный и поперечный разрезы упругой муфты передачи
к нагнетателю двигателя Испано-Суиза 12 Ybrs (последний вариант).
В двигателе М-25 ступица выполнена за одно целое с валиком привода
к агрегатам, который соединен на шлицах с промежуточной втулкой,
запрессованной в хвостовике коленчатого вала. Опорами этого валика
служат с одной стороны центрирующий поясок в промежуточной втулке,
в котором предусмотрен зазор от
— 0,033 до+0,012 мм, с другой —
скользящий подшипник в задней
крышке двигателя.
Фиг. 67. Схема соединения ведущей
шестерни с коленчатым валом дви-
гателя М-100.
Фиг. 66. Схема соединения ве-
дущей шестерни с коленчатым
валом двигателя М-87.
В двигателе М-87 (фиг. 66) ступица упругой муфты посредством шлиц
соединяется с коленчатым валом и центрируется с одной стороны в запрес-
сованной в коленчатый вал промежуточной втулке, а с другой — на шари-
Фиг. 68. Схема соединения ведущего
валика с коленчатым валом двигателя
АМ-34.
ковом подшипнике в промежуточной
крышке. Посредством внутренних шлиц
эта ступица приводит во вращение ва-
лик привода к агрегатам.
В двигателе М-100 (фиг. 67) ведущая
шестерня расположена консольно на
хвостовике конической шестерни. Опо-
рами являются скользящий подшип-
ник, с одной стороны, и эвольвентные
шлицы в хвостовике вала, с другой.
В двигателе АМ-34 (фиг. 68) веду-
щая шестерня расположена на двух шариковых подшипниках промежуточ-
ной крышки. Передача вращения осуществляется через внутренние шлицы.
Наконец, в двигателе Кертис SGIV-1800 ведущая шестерня посажена
на фланце.
496
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 163. ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ШЕСТЕРНИ
От ведущей шестерни крутящий момент двигателя передается проме-
жуточной двойной шестерне; у приводов без фрикционного сцепления
двойная шестерня может выполняться из одного куска, хотя это неудобно
в производстве, так как исключает
шлифовку зубьев малой шестерни. У
Фиг. 69. Посадка промежуточ-
ной шестерни на неподвижной
оси двигателя М-25.
Фиг. 70. Посадка промежуточной
шестерни на неподвижной оси
двигателя АМ-34.
приводов с фрикционным сцеплением большая шестерня, естественно, вы-
полняется отдельно от малой промежуточной шестерни. Меньшие проме-
жуточные шестерни одинаково часто выполняются либо за одно целое
с промежуточным валиком (фиг. 72), либо отдельно (фиг. 69, 70, 71).
Фиг. 71. Посадка промежуточ-
ной шестерни на игольчатых
подшипниках двигателя М-85.
Фиг. 72. Посадка промежуточной шестерни на
вращающейся оси двигателя М-100.
В первом случае промежуточная шестерня вращается на двух
скользящих или шариковых опорах, запрессованных в стенке картера.
Во втором случае применяется посадка на неподвижно укреплен-
ную в картере ось на скользящих, шариковых или игольчатых подшип-
никах.
BBA—142—32
497
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ется стопором. На распорную
Фиг. 73. Посадка промежуточной шестер-
ни на вращающейся оси, сидящей на
шариковых подшипниках.
В производстве много забот доставляет соблюдение параллельности и
точного взаимного расположения осей промежуточных шестерен и валика
крыльчатки. Поэтому окончательная развертка отверстий под валик и
оси производится совместно при собранных частях картера по точному
кондуктору.
Типичная конструктивная схема посадки промежуточной шестерни на
неподвижной оси со скользящим ходом показана на фиг. 69.
В конструкции, представленной на фиг. 70, валик также неподвижно
укреплен в двух запрессованных в картер стальных втулках и фиксиру-
втулку валика устанавливается со скользя-
щей посадкой промежуточная малая
шестерня, с которой за одно целое вы-
полнен цементированный хвостовик под
фрикционную шестерню.
Типичная схема посадки промежу-
точной шестерни на игольчатых под-
шипниках представлена на фиг. 71.
Болт с эллиптической, во избежание
проворачивания, головкой неподвижно
закреплен в опорах в промежуточной
крышке и картере. На болт плотно поса-
жена цементированная распорная втулка
с буртиком на одном конце и двумя
кольцевыми проточками под иголки. Эта
распорная втулка с добавочной шайбой
предохраняет крышку от деформации
при затяжке стяжной гайкой.
Посадка двойных шестерен на обыч-
ных шариковых или роликовых подшип-
никах на неподвижной оси в современ-
ных двигателях редко применяется, так как такое решение обычно дает
громоздкую конструкцию и не позволяет уменьшить диаметр малой
шестерни.
Пример промежуточной шестерни, сделанной заодно с валиком, дан на
фиг. 72, где промежуточный валик вращается в запрессованных в картер
бронзовых втулках.
В случае валика, вращающегося вместе с двойной шестерней, применение
обычных шариковых подшипников оказывается более удобным, чем при
неподвижной оси (фиг. 73).
§ 164. ФРИКЦИОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Назначение фрикциона в системе привода к невыключающемуся ПЦН
состоит в том, чтобы предохранить от перегрузки детали привода пере-
дачи при резком переходе с одного режима работы двигателя на другой
и уравнять давление на зубьях при наличии двух или трех промежуточ-
ных шестерен. Поэтому в последнем случае наличие фрикциона обяза-
тельно, при одной же двойной шестерне (двигатель М-25) удается обой-
тись без него. Фрикционное сцепление выполняется колодочным или дис-
ковым.
Наибольшее распространение в авиационной практике у двигателя с
невыключающимся ПЦН получили колодочные фрикционы, включаю-
щиеся под действием центробежной силы. По своему назначению они пра-
вильнее могут называться ограничителями момента. Преимущественное
распространение у двигателей с выключающимся ПЦН, а также у
нагнетателей с переменными скоростями включения получили дисковые
сцепления, включающиеся под действием центробежной силы грузиков
или давления масла.
498
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Типичный пример колодочного сцепления приведен на фиг. 74. Здесь
колодки фрикциона размещены, как это обычно принято, в промежуточной
шестерне.
Фиг. 74. Продольный и поперечный разрезы фрикционной шестерни
с колодочным сцеплением двигателя хМ-85.
При вращении ступицы шестерни колодки под действием центробежной
силы инерции прижмутся к ободу зубчатого венца, и благодаря силам
трения последний начнет вращаться вместе со ступицей.
Фиг. 75. Продольный и поперечный разрезы фрикционной шестерни
с колодочным сцеплением двигателя АМ-34.
При резком уменьшении числа оборотов коленчатого вала центробежная
сила колодок, а следовательно, и сила сцепления соответственно умень-
шается, и обладающая большой кинетической энергией крыльчатка авто-
матически разъединяется. Соединение ступицы фрикциона с валиком малой
шестерни достигается шлицами.
Аналогично работает фрикцион, показанный на фиг. 75. Здесь внешняя
поверхность бронзовых колодок выполнена из двух усеченных конусов с
499
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
той целью, чтобы увеличить поверхность трения и уменьшить удельное
давление, а следовательно, и риск подгорания соприкасающихся поверх-
ностей. Для передачи крутящего момента со ступицы в колодках запрес-
сованы отростки, которые отфрезерованными концами входят в соответ-
ствующие пазы ступицы. Соединение ступицы с малой шестерней дости-
гается на зубьях последней, несколько сточенных в месте соединения.
Сечение АВ
Фиг. 76. Продольный и поперечный разрезы
фрикционной шестерни с кольцевым сцеплением.
В представленной на фиг. 76 шестерне сцепление с зубчатым венцом
происходит посредством промежуточного бронзового кольца, которое при
вращении прижимается колодками к ободу зубчатой шестерни. В паз
Фиг. 77. Продольный и поперечный разрезы фрикционной
шестерни с кольцевым сцеплением.
ступицы и прорез кольца вставляется чека, через которую крутящий мо-
мент передается от ступицы разрезному кольцу, а следовательно, и ободу
шестерни.
В конструкции, показанной на фиг. 77, колодки заменены массивным
кольцом с глубокими вырезами для обеспечения возможности деформации
под действием центробежных сил инерции.
Во всех конструкциях колодочных фрикционов необходимо обеспечить
правильную центровку обода шестерни.
В конструкциях, показанных на фиг. 74 и 75, это обеспечивается
посадкой его на бронзовой втулке на хвостовике ступицы со средним зазором
500
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
в 0,08 мм, которая в свою очередь центрируется по хвостовику малой
шестерни.
В конструкциях, показанных
на фиг. 76 и 77, центровка обода
шестерни производится на колод-
ках и бронзовом ведущем
кольце.
Здесь же необходимо отме-
тить применявшуюся ранее кон-
струкцию привода в двигателях
Пратт-Уитней, в которой не было
упругой шестерни и центробеж-
ного фрикциона. Для предохра-
нения от перегрузки при резких
изменениях режимов' работы
двигателя' при запуске и вне-
запной остановке служило дис-
ковое фрикционное соединение
(фиг. 78). Сжатие фрикционных
дисков 7, размещенных внутри
ведущей шестерни передачи
к агрегатам, производится очень
жесткой пружиной 2, которая
вытачивается из целого куска на
токарном станке.
В двигателе Даймлер-Бенц
ДВ-600 применен фрикцион также
Фиг. 78. Схема привода передачи к нагнетателям
двигателя Пратт-Уитней.
с пружинами, как показано на фиг. 78'.
Фиг. 78'.
В двигателе ЮМО фрикцион установлен внутри валика крыльчатки,
благодаря чему оказывается очень небольшим (фиг. 90 и 91).
§ 165. КОЛЕСО НАГНЕТАТЕЛЯ. ВАЛИК КОЛЕСА. ОПОРЫ ВАЛИКА
Колесо, или крыльчатка, может выполняться открытым, закрытым и
полузакрытым.
Открытое ко л е с о (фиг. 79, а) проще всего в производстве, но невы-
годно в работе вследствие несколько увеличенных гидравлических потерь.
Закрытое колесо (фиг. 79,6) в этом отношении является наиболее
совершенным, но оно сложнее в производстве. Ввиду того что быстро
вращающийся диск должен быть тщательно обработан кругом, необходимо
выполнять его с отдельной крышкой, что усложняет конструкцию и обра-
ботку. Колесо такого типа применено на авиадизеле ЮМО (фиг. 906) и неко-
торых карбюраторных двигателях. Наиболее распространенным в авиацион-
ной практике является колесо полузакрытого типа (фиг. 79, в), даю-
щее несколько меньшие потери, большой к. п. д. и, следовательно, более
высокий напор при той же окружной скорости по сравнению с открытым.
501
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 79. Колеса приводных одно-
ступенчатых центробежных
нагнетателей
а—открытое? б—закрытое?
в—полузакрытое.
Колесо нагнетателя с целью облегчения и уменьшения момента инерции
преимущественно выполняется из дуралюмина и электрона. Из тех же,со-
ображений стальное колесо (двигатель М-85) выполняется исключительно
открытого типа, несмотря на снижение к. п. д.
Во избежание биения посадка колеса на вал делается весьма тщательно.
Она производится обычно на шлицах или на гладком валике. Для посадки
на шлицах в дуралюминовое колесо часто впрессовываются стальные
втулки, хотя в двигателях М-100 посадка производится непосредственно
на шлицы вала. Точность посадки и плотность прилегания достигаются
тем, что обработка шлиц на валике ведется методом обкатки, а в колесе—
протяжкой. В случае посадки крыльчатки на гладком валике (фиг. 84)
(двигатель АМ-34) передача крутящего мо-
мента к колесу обеспечивается шпильками и
упором в шестерню. Что же касается шес-
терни, то во всех случаях она выполняется
заодно с валиком крыльчатки.
Перед постановкой на двигатель колесо
нагнетателя тщательно выверяется на биение
и балансируется на специальном приборе.
Допуск на биение колеса по наружному диа-
метру устанавливается в пределах 0,15-^-0,25
ли/, по торцу — 0,025 0,5 мм.
Величина натяга при посадке колеса на
валик нагнетателя допускается в пределах
0,0 -4- 0,035 мм.
Опоры валика крыльчатки могут вы-
полняться одинаково как на скользящих,
так и на шариковых подшипниках. Расположение их представляет неко-
торые трудности, если желательно избежать консольного крепления
колеса. В этом случае довольно большим распространением пользуется
установка опор на ведущем
валике привода к агрегатам
(двигатель М-25).
В случае консольного
крепления крыльчатки наг-
нетателя опоры размещают-
ся достаточно удобно в
Фиг. 81. Подпятник нагнетателя двигателя М-25.
Фиг. 80. Схема осевого
усилия в полузакрытом
колесе нагнетателя.
корпусе, причем в большинстве случаев применяются роликовые и шарико-
вые опоры, хотя имеются примеры сочетания шариковых подшипников со
скользящими (двигатели М-100, Ролльс-Ройс). В этом случае принимаются
меры к тому, чтобы конец валика был герметически закрыт во избежание
коррозии шлиц.
Существенной особенностью полузакрытого колеса является
наличие осевого усилия. Оно возникает вследствие разности давления по
502
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
обеим сторонам крыльчатки (фиг. 80). Для уменьшения этого усилия в
колесе между лопатками просверливаются отверстия. Во избежание осевого
сдвига крыльчатка должна быть зафиксирована вместе с валиком в осевом
направлении; для этого при установке валика на скользящих подшипниках
выполняются подпятники преимущественно скользящего типа.
Так, например, подпятник двигателя М-25 закрепляется на заднем кор-
пусе нагнетателя посредством шурупов; между корпусом и подпятником
предусматривается прокладка,
набранная из тонких латунных
листов (шим), посредством ко-
торой устанавливают зазоры
между колесом нагнетателя и
диффузором. Распорная втул-
ка обеспечивает надлежащую
затяжку всей системы и необ-
ходимый осевой зазор в пяте,
равный 0,1 4-0,26 мм.
Недостаток такой конст-
рукции заключается в том, что
незначительные перекосы при-
водили к одностороннему из-
носу и пригоранию подпятни-
ка. Поэтому в последующей
модификации двигателя М-25
поставлена сферическая пята
с уравнительным кольцом, ко-
торое в месте соприкосновения
с распорной втулкой покры-
валось СВИНЦОВИСТОЙ бронзой Фиг- 82- Подпятник нагнетателя двигателя АМ-34.
(фиг. 81). Смазка этого кольца
осуществляется через сверление в валике нагнетателя и распорной втулке.
Иначе сделан подпятник двигателя АМ-34 (фиг. 82). Стальной наконеч-
ник с упорным буртиком 1 ввернут на резьбе в конец валика нагнетателя
и от проворачивания зафиксирован шпильками. Между буртиком и сколь-
зящим подшипником помещена установочная шайба 2 для регулировки
зазоров между корпусом нагнетателя и колесом. На хвостовике стального
наконечника прокладывают, со свободной посадкой, ряд стальных и брон-
зовых шайб, через которые осевое усилие передается на неподвижный
упорный диск.
Смазка шайб осуществляется через радиальные отверстия в наконеч-
нике. Вследствие относительных перемещений этих шайб износ упорного
диска незначителен.
Задача осевой фиксации разрешается значительно проще при установке
валика крыльчатки на шариковых подшипниках, так как один из них может
быть использован как опорно-упорный. В случае двух шариковых подшип-
ников один из них должен быть зафиксирован в картере, а другой должен
иметь свободу осевого перемещения.
§ 166. МАСЛОУПЛОТНИТЕЛИ
При ненадежном уплотнении валика нагнетателя масло, находящееся в
картере, вследствие разрежения на входе в колесо во время работы с
прикрытым дросселем будет проникать во всасывающие трубопроводы, что
приведет к увеличенным расходам масла и замасливанию свечей. Одним
из мероприятий для устранения этого является применение маслоотража-
тельных колец. В некоторых случаях (двигатели М-100 и АМ-34) на боко-
вой поверхности таких колец выполняются радиальные ребрышки для
лучшего сбрасывания масла. Однако эта мера недостаточна и приходится
применять дополнительно уплотнение. Существующие уплотнения явля-
503
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ются разновидностями либо лабиринтного, либо воздушно-кольцевого,
уплотнения.
Уплотняющее действие лабиринта объясняется следующим. При
одной перегородке утечка в зазор# будет зависеть от разности давлений
Др = рг — р2; при наличии двух промежуточных камер давление в первой
камере будет ниже, чем plt но выше, чем р2- Таким образом утечка через
зазор будет меньше, чем в первом случае (фиг. 83). Система лабиринтного
уплотнения успешно применяется в турбиностроении при давлении порядка
нескольких десятков атмосфер.
Фиг. 83. Схема уплотняющего
действия лабиринта.
Фиг. 84. Воздушно-лабиринтное
уплотнение нагнетателя АМ-34.
Воздушно-кольцевое уплотнение имеет весьма широкое рас-
пространение. Сущность этого типа уплотнения заключается в том, что
вокруг валика, на пути следования масла, создается воздушная подушка
в кольцевом пространстве, сообщенном с внешней атмосферой. Это устра-
няет перепад давления между полостью картера и вхо-
дом в нагнетатель и тем самым уничтожает подсос масла.
Обычно по обе стороны этого пространства выполняется
лабиринт либо обычного типа, либо образованный пру-
жинящими кольцами (фиг. 84', слева и справа).
Наиболее совершенно разрешен вопрос создания воз-
душно-лабиринтного уплотнения в двигателях Ролльс-Ройс,
Фарман и М-34 (фиг. 84). Здесь с наружной атмосферой
соединяется камера весьма большого объема; дополни-
тельным средством уплотне-
ния является лабиринт.
Аналогичное уплотнение
имеется в двигателе М-100.
Уплотнение достигается воз-
духом, который подводится
из напорной стороны диффу-
зора нагнетателя через на-
конечник и сверления к коль-
цевой камере, образуемой
лабиринтным уплотнением.
Воздух выдувает обратно
в картер все масло, про-
шедшее через зазор между распорной втулкой и щитком, прикрывающим
подшипник. Эту схему нельзя применить для двигателя, у которого карбю-
ратор стоит перед нагнетателем, так как в уплотнение будет поступать
рабочая смесь, что может- привести к разжижению смазки.
504.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 167. ВЫКЛЮЧАЮЩИЕСЯ ПРИВОДЫ К НАГНЕТАТЕЛЮ
При постоянном давлении наддува и большой высотности мощность
двигателя у земли с невыключающимся ПЦН сильно уменьшается по
сравнению с высотной вследствие повышения в нагнетателе температуры
воздуха, поступающего в двигатель, и расхода энергии на вращение нагне-
тателя. Для устранения этого неудобства требуется: полное выключение
нагнетателя, переключение его на меньшее число оборотов или выключе-
ние одной ступени в случае двухступенчатого нагнетателя.
Так как приспособление для выключения нагнетателя увеличивает вес
привода, а также сильно усложняет его конструкцию, оно применяется
лишь при высотности не ниже 4000 м. В этом случае во всех современных
приводах применяется выключающаяся муфта фрикционного типа, которая
может выполняться с конусом или с дисками.
В конусном сцеплении автомобильного типа конус, покрытый кожей
или ферродо, при помощи пружин прижимается к внутренней конической
поверхности маховика, чем и достигается включение передачи. Выключение
достигается нажимом на педаль. Недостатком этого соединения являются
жесткость включения, большие
Фиг. 85. Колодочный механизм включения двухскоростного нагнетателя
двигателя Фарман.
того, чтобы развить достаточную поверхность сцепления, не превышая
допустимого удельного давления.
На фиг. 85 представлена муфта включения с колодочным меха-
низмом.
В двух дисках 1 посажены два рычага 2 с массами 6, сцепленные
с геликоидальной шестерней 5, которая может поступательно двигаться
вдоль своей оси, но от вращения зафиксирована чекой 7. Кулачок рычага
опирается на штифт тормозной колодки 3, которая отжимается пружиной
от барабана 4.
Если под действием пружины этот валик перемещается вправо, то бла-
годаря геликоидальным зубьям колодки прижимаются к внутренней по-
верхности барабана, вся система приходит во вращение, и в дальнейшем
нажатие обеспечивается центробежной силой грузиков 6. Для выключения
валик отодвигается рычагом 8 влево и колодки выводятся шестерней 5 из
зацепления.
Наиболее часто в выключающихся муфтах применяется дисковое сцепление.
Для увеличения поверхности трения можно вместо одного диска
поставить несколько пар дисков, что позволяет уменьшить габарит по диа-
метру. Включение осуществляется обычно при помощи центробежной силы
505
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
вращающихся грузиков, либо масла, притекающего из магистрали под дав-
лением.
Включение при помощи центробежной силы грузиков впервые было при-
менено |в нагнетателях двигателей Фарман (фиг. 86). На валике 9 привода
передачи к нагнетателю
состоит из двух частей
1 — 2
Фиг. 86. Выключающийся нагнетатель двигателя Фарман.
кожуха гру-
разойдутся,
свободно вращается установочный кожух. Кожух
1 — 2 с тремя сателлитами, которые сцепляются
с неподвижным зуб-
чатым венцом 3 и
с шестерней 4, сидя-
щей на хвостовике
колеса нагнетателя.
В передней части
установочного ко-
жуха на осях поса-
жены грузики 8, ко-
торые поджимаются
пружиной. При вра-
щении
зики
сжимая диски 5 и
6, чем достигается
сцепление валика 9
с кожухом 1—2, и
крыльчатка придет
во вращение. Для
выключения нужно
переместить вправо
шариковую муфту 7.
Муфта нажмет на
хвостовики грузиков, переведя их в положение, показанное пунктиром;
диски разойдутся, и колесо нагнетателя перестанет вращаться.
Аналогичная система выключения двухступенчатого нагнетателя, но
без планетарного привода, была принята в двигателях Фарман.
Фиг. 87а. Схема привода к нагнетателю двигателя Райт G-100.
ведущая шестерня, 2—ведомая двойная шестерня, 4—райбестовые диски фрикциона
2-й скорости, 5—стальные диски фрикциона 2-й скорости, 6—ведущая шестерня, 7—ведомая
шестерня крыльчатки, 8—поршень фрикциона 2-й скорости, 9—уплотнительное кольцо,
jfO—водило, 11—планетарные шестерни, 12—корпус фрикциона 1-й скорости, 13—стальной
диск фрикциона 1-й скорости, 14—райбестовые диски фрикциона 1-й скорости, 15—тормозя-
щаяся солнечная шестерня 1-й скорости, 16—поршень фрикциона 1-й скорости, 17—уплот-
нительное кольцо, 18—шлицы, 19—канал для подвода масла в узел 2-й скорости.
Классический пример масляного включения показан на схеме привода
к нагнетателю Райт G-100 [фиг. 87а и б (см. вклейку)].
Если масло поступает под поршень 8, то передача вращения от колен-
чатого вала осуществляется с шестерни 1 на шестерню 2, а с нее непо-
средственно на шестерни 6 и 7 с передаточным числом 10.
506
тетепл okb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 876. Схема провода к нагнетателю двигателя Райт G-100.
(Обозначения—смотри подпись к фиг. 68а)
ВВА (к стр. 506)
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками
Графически это может быть пояснено планом скоростей на правой стороне
фиг. 87а. Если Фо — окружная скорость на начальной окружности шестерни 7,
то такую же скорость имеют зубья шестерни 2 в точке б, а так как она
сцеплена с шестерней 6 фрикционными дисками 4,—то и шестерня 6 на
том же радиусе. Окружная скорость пропорциональна радиусу, т. е. изме-
няется по закону прямой, и, следовательно, в точке а зацепления с шестер-
ней крыльчатки имеется скорость т2.
Если прекратить доступ масла под поршень 8 и открыть под поршень 16,
то включится 1-я скорость с переда-
‘точным числом / = 7,14. Механизм
будет работать следующим образом.
Скорость г’() точки б остается без
изменения, так как число оборотов
вала не изменилось. Тогда закон из-
менения окружной скорости пред-
ставляется прямой ОЪ, а скорость
в точке b внутреннего зацепления
двойной шестерни изобразится отрез-
ком ЪЬ'. Такую же скорость будут
иметь планетарные шестерни 11 в этой
точке. В то же время в точке г ско-
рость равна нулю, так как в этом
месте планетарная шестерня сцеплена
с шестерней 75, которая остановлена
фрикционом 14—13.
Тогда закон изменения скорости по
планетарной шестерне изображается
отрезком в'г, а скорость оси ее — от-
резком дд. А так как эти оси жестко
связанц с ободом шестерни 6, то ско-
Фиг. 88. Двухскоростной нагнетатель с
планетарными шестернями Армстронг-
Сидлей.
рость различных точек ее изобража-
ется прямой Оа', проходящей через
точку д, а окружная скорость точки
а—отрезком аа'. Простым наложе-
нием нетрудно убедиться, что < v2.
Довольно удачно решается вопрос включения в случае применения
планетарной передачи, которая в настоящее время находит все большее
и большее применение.
На фиг. 88 представлена схема двухскоростного нагнетателя Армстронг-
Сидлей с планетарными шестернями.
Шестерня 7, сцепленная с хвостовиком коленчатого вала, посажена
свободно на водило с сателлитами 2, 3. Шестерни 2 входят в зацепление
с одной стороны с ведущей, а с другой — с коронной шестерней а, кото-
рая развитым фланцем входит в промежуток между двумя гайками 4 и 5.
Шестерни 3 входят в зацепление с шестерней крыльчатки. Корпус сателли-
тов по своей окружности имеет зубья, с которыми сцепляется диск б.
Гайки 4 и 5 по своей окружности имеют обратную друг другу нарезку
и связаны между собой шпонками.
Если привести гайки во вращение так, что они зажмут неподвижно
фланец коронной шестерни, то привод будет работать как планетарный
с передаточным числом 5. Диск б будет вращаться вместе с корпусом
сателлитов. Если разжать коронную шестерню а и переместить гайку 4
вправо, то диском ферродо зажмется диск б; в этом случае передача
будет работать как нормальный перебор с передаточным числом 8.
План скоростей нагнетателя Сидлей показан на фиг. 89.
В некоторых конструкциях были попытки вместо переменного включе-
ния двух дисков применять роликовые муфты одностороннего хода.
Принципиальная схема подобного включения может быть получена из
507
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
схемы, показанной на фиг. 88, простой заменой зажима диска а на роликовую
муфту свободного хода (фиг. 89), которая обеспечивает свободное вра-
щение этого диска лишь в одну сторону — при зажатом диске а (фиг. 89, Ь) —
против часовой стрелки.
Если диск отпустить (фиг. 89, в), то скорость немедленно упадет
до какой-то величины г’о вследствие сопротивления колеса нагнетателя.
Фиг. 89. План скоростей двухскоростного нагнетателя Сидлей.
При неизменной скорости это поведет к обратному вращению диска
(фиг. 89, а). Это вращение будет быстро остановлено роликовой муфтой.
Пример применения роликовой муфты свободного хода показан на
фиг. 90 (двигатель ЮМО-211).
Первая скорость получается при выключенном фрикционе 4, когда
ведомая шестерня 2-й скорости свободно вращается на валике 5. Наклон
прорезей в ступице 3 подобран так,
что ролики 7 ведут обод 7.
При
жатием
включении фрикциона на-
рычага 6 вал крыльчатки
Фиг. 90а и б. Схема привода к нагнетателю двигателя ЮМО-211.
1—ведущая шестерня 1-й скорости, 2—-ведущая шестерня 2-й скорости, 3—втулка роликовой
муфты, 4—фрикцион 2-й скорости, 5—ведущий валик, 6—диск включения фрикциона 2-й
скорости, 7—ролик, 8—центробежный фрикцион, 9—самоустанавливающиеся подшипники.
начинает вращаться в том же направлении с большей скоростью и таким
образом обод 1 обгоняет ступицу 3, не задерживаясь роликами.
Интересно отметить, что в данном нагнетателе фрикцион 8 центробеж-
ный, помещен на валике крыльчатки, вращается со скоростью около
20000 об/мин. и поэтому получается очень компактным.
Конструктивное оформление такого фрикциона по двигателю ЮМО-205
показано на фиг. 91. Здесь крыльчатка с двухсторонним входом сидит
на валу на игольчатых подшипниках.
На фиг. 92 показана гидравлическая муфта сцепления. Здесь на оси
конической шестерни 1, получающей вращение от привода, на шлицах
установлен барабан 2 с двумя кольцевыми полостями. В этих полостях
укреплены длинными заклепками радиальные лопатки 3. Такие же лопатки
имеются на кожухе 4, который вращается свободно на валу конической
шестерни 1 и соединен, жестко на (шлицах) с крыльчаткой нагнетателя.
Во время работы двигателя через отверстия 5 и 6 подается масло от
508
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
поА-А
Фиг. 91. Валик нагнетателя мотора ЮМО-205.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
отдельного масляного насоса. Между лопатками устанавливается органи-
зованное движение части масла, показанное стрелками.
Каждая частица масла, проходя через барабан 2, получает некоторый
момент количества движения, а проходя между лопатками кожуха 4,
отдает его, благодаря чему и устанавливается вращение крыльчатки.
Кожух 4 вращается всегда несколько медленнее барабана 2 приблизительно
на 5% на расчетном режиме. При уменьшении подачи масла количество
Фиг. 92. Гидравлическая муфта сцепления в приводе к нагнетателю двигателя
Даймлер-Бенц ДВ-601.
7—коническая шестерня, 2—барабан [на шлицах, 3—лопатки, 4—кожух, соединенный
с крыльчаткой, 5, 6—вход масла, '7— сток масла.
его, циркулирующее между лопатками, уменьшается, так как часть его
непрерывно вытекает через жиклер 7 обратно в картер. Одновременно уве-
личивается проскальзывание и, следовательно, при неизменном числе обо-
ротов вала двигателя передаточное число к крыльчатке уменьшается.
Недостатком такого привода, по сравнению с обычной шестеренчатой
передачей, является невысокий к. п. д., который достигает 0,95 на расчет-
ном режиме и снижается при уменьшении подачи масла.
Очень большое преимущество привода заключается в возможности
плавного увеличения числа оборотов крыльчатки, т. е. высотности нагне-
тателя по мере поднятия на высоту. Кроме того, так как регулировка
подачи масла может быть осуществлена перепускным клапаном, соединен-
ным с анероидом, то переключение нагнетателя на более высокие скорости
по мере поднятия на высоту делается автоматически.
§ 168. РЕГУЛЯТОРЫ ДАВЛЕНИЯ
Регулятор или ограничитель давления автоматически поддерживает
давление на всасывании постоянным до расчетной высоты за счет откры-
тия дросселя карбюратора. Он действует помимо летчика, если даже
последний поставит рукоятку газа в положение полного открытия дрос-
510 '
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
селя. Ограничитель упрощает управление двигателем с ПЦН, так как:
избавляет летчика от постоянного наблюдения за указателем давления на
всасывании.
Регуляторы давления
обычно выполняются в виде
комбинации анероидной ко-
робки с масляным серво-
мотором, т. е. поршнем,
который, перемещаясь под
давлением масла, изменяет
положение дроссельной за-
слонки.
На фиг. 93 представлена
конструктивная схема регу-
лятора давления двигателя
М-85.
Камера анероида через
два штуцера 1 сообщается
с всасывающей системой на
выходе из нагнетателя.
Внутри этой камеры уста-
навливается анероид 2, из-
готовленный из цельнотяну-
той трубы. Анероид имеет
с одного конца регулиро-
вочный винт 3 для уста-
новки давления наддува,
а с другого — распредели-
тельный золотник 4.
Фиг. 93. Регулятор наддува двигателя М-85.
При нормальном давлении наддува, т. е. при давлении, на которое уста-
новлен регулятор, золотник находится в подвижном равновесии около ней-
трального положения. Когда давление наддува вследствие какой-либо при--
а б
Фиг. 93'. Схема действия регулятора наддува двигателя.
чины упадет ниже расчетного, анероид расширится и золотник, переме-
стившийся в направлении стрелки F, сообщит входное масляное отверстие
с верхней полостью цилиндра, вследствие чего поршень переместится вниз,
при помощи тяг откроет дроссельную заслонку, и, следовательно, давление
наддува увеличится (фиг. 93', а).
5115
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Если давление наддува окажется больше расчетного, анероид сожмется,
золотник начнет перепускать масло под поршень, который поднимется
вверх и прикроет дроссельную заслонку, что приведет к уменьшению
давления наддува (фиг. 93', б).
При работе двигателя на малом газе поршень находится в нижнем
крайнем положении на упоре корпуса, что дает возможность летчику
изменять положение дроссельной заслонки посредством шарнирного соеди-
нения рычага управления независимо от
регулятора давления.
При регулировке давления наддува
необходимо весь анероид передвинуть
по фиг. 93' влево для увеличения давле-
ния и вправо для уменьшения.
Фиг. 94'. Схема действия регу-
лятора наддува двигателя М-100:
б—наддув ниже нормального» в—наддув
выше нормального.
Фиг. 94. Регулятор наддува
двигателя М-100.
В регуляторе двигателя Ролльс-Ройс-Мерлин вместо масляного приме-
няется пневматический сервомотор, действующий вследствие разницы давле-
ний на выходе и входе в нагнетатель.
У регулятора двигателя М-100 (фиг. 94) поршень также простого дейст-
вия с отжимной пружиной по одну сторону его. Изменение положения
дроссельной заслонки производится посредством рейки. Для того чтобы
на малых оборотах (до 1400 об/мин.) заслонка не открывалась автоматом,
на ее оси предусмотрен кулачок малого газа, посредством которого
регулятор выключается.
При уменьшении давления наддува поршень перемещается под дейст-
вием масла вправо (фиг. 94', б), открывая заслонку, при увеличении давления
анероид сжимается, выпускает масло из-под поршня, который под действием
силы упругости пружины прикрывает дроссельную заслонку (фиг. 94'/?).
Нафиг. 94" представлен регулятор РПД-1. Он состоит из анероида 1 и
гармошки 2, золотника и поршня двойного действия.
Во внутренней полости гармошки 2 устанавливается давление наддува,
кроме того, в ней устанавливается регулировочная пружина, натяжением
которой определяется величина желательного наддува. Между гармошками
посредством стального диска закреплен рычаг перепускного золотника 3,
который помещается в направляющей, имеющей перепускные отверстия.
512
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Для получения взлетной мощности служит рычаг 4. Если при рабо-
тающем двигателе переместить рычаг 4 в положение, показанное
Фиг. 94". Регулятор наддува РПД-1.
пунктиром, то муфта
вправо и при помощи
пружины 5 переместит
распределительный зо-
лотник, что приведет
к увеличению наддува
и мощности двигателя.
Для предупреждения
чрезмерного напряже-
ния двигателя рычаг
взлетной мощности
имеет ограничитель,
посредством которого
устанавливается вели-
чина взлетной мощ-
ности.
Схёма действия ре-
гулятора совместно с
рычагом управления с
места пилота показана
на фиг. 95.
а б
Фиг. 95. Схема действия регулятора наддува РПД-1
совместно с рычагами управления
а—управление дросселями из кабины летчика на малом газе»
б—действие ограничителя при отходе сектора газа до упора
«открыто».
!ВВА—Т 42—33
513
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 169. РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ ПРИВОДА К НАГНЕТАТЕЛЮ
Расчет на прочность зубчатых колес выполняется, как указано в гл. I
„Редукторы".
Для выполненных конструкций величина напряжения, подсчитанного по
формулам (11) и (14), с учетом скоростного коэфициента изменяется в
пределах 1500 — 4000кг/сл2 в первой паре колес и 500—1500 кг1см2
во второй паре. Это резкое снижение напряжения получается в резуль-
тате того, что окружное усилие во второй паре значительно меньше,
в то время как модули зубьев в обеих парах принимаются одинаковыми
или мало отличающимися друг от
друга.
Пересчет по формулам (16),
(17) и (18) дает для величины
Д' = значения 1 — 1,5 как в пер-
*расч
вой, так и во второй паре.
Расчет колодок автоматически
действующего фрикциона ведется,
исходя из условий работы на но-
минальном режиме, так, чтобы
момент от сил трения Жтр на ободе
был больше момента, передавае-
мого нагнетателю Л4С ; обычно
Мр =1,5 А1с„0„. Под Л4сном подразу-
мевается момент на одной шестерне,
колодки фрикциона, р — расстояние
Фиг. 96. К определению расчета колодок
фрикционной шестерни.
Если принять, что G — вес одной
центра тяжести колодки от оси вращения, р.—коэфициент трения (кото-
рый принимается для смазанных бронзовых колодок по стали равным
0,03—-0,04), i—число колодок, то можно написать:
— о>2рр iR—\ ,5МС.
(41)
Задаваясь по конструктивным соображениям величинами i, со, R, г, а,
определяем величину р, затем по формуле (41) — величину G, а отсюда—
толщину колодки в (фиг. 96).
При работе двигателя по внешней характеристике, когда
момент нагнетателя
Мс = Дп2,
коэфициент запаса 1,5 остается постоянным, так как центробежная сила,
а следовательно, и момент от силы трения также пропорциональны п2.
При работе по дроссельной характеристике, когда момент нагне-
тателя
Мс
запас этот по мере повышения числа оборотов уменьшается. Поэтому,
если бы колодки были рассчитаны точно на номинальный режим, то на
режиме при взлете они оказались бы недостаточными и появилось бы
пробуксовывание.
Величина удельного давления на поверхности бронзовых колодок най-
дется по формуле:
Эта величина для бронзовых колодок лежит в пределах 30—60 кг‘[см\
В случае управляемого дискового фрикциона для выключающегося
нагнетателя необходимо вначале определить величину расчетного мо-
мента УИрасч по конструктивной форме привода.
514
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Величина потребного для нажатия усилия Р найдется из следующих
соображений (фиг. 97).
Если обозначить поверхность соприкосновения одной пары дисков
через F, то удельное давление
^уд ~р == • (43)
Усилие, действующее на элементарное кольцо радиусом р и радиальной
шириной dp,
dP = 2тгр^р&уд.
Суммарный момент от сил трения на одной паре дисков
Л4тр == / 2itpdpppp = 2тгрр,
(44)
При i парах поверхностей трения и запасе момента 50% расчетное
уравнение приобретает сле-
дующий вид [на основании
формул (43) и (44)]:
V-Pi =!.5^pac- (4Ь)
D 2 К3—-г3
Величину называют
иногда средним радиусом тре-
ния Рср,тр.
По своему значению она
сравнительно немного отли-
чается от среднего арифме-
тического R и г. Следовательно, более простое расчетное уравнение будет:
, рР/Рср == 1,57Ирасч- (46)
Задаваясь из конструктивных соображений величинами Р, г, i, можно
по уравнениям (45) или (46) найти необходимое значение силы Р.
Величина р- в случае стальных и бронзовых дисков колеблется в пре-
делах 0,03—0,04, в случае же применения дисков из ферродо (асбесто-
вая ткань с медной арматурой) коэфициент трения повышается до 0,1 и
даже до 0,15 при плохой смазке.
Величина kyK в случае дисков из ферродо лежит в пределах 2—5 кг^м*
в автомобильной практике; но в случае применения материала типа рай-
беста может доходить до 15—20 Кг/см*.
Расчет привода для включения дисковой муфты при механическом или
центробежном включении ведется по этой силе.
В случае включения масляным сервомотором поверхность поршня оп-
ределяется по этой же суммарной силе. Однако в этом случае необхо-
димо учитывать, что под влиянием центробежной силы давление масла
возрастает к периферии, что увеличивает силу включения.
Для определения добавочного давления масла рассмотрим элемент,
мысленно выделенный из масляного слоя под поршнем (фиг. 98) и задан-
ный радиусом pt бесконечно-малым, центральным углом d<p, радиальной
шириной dp и толщиной b по образующей.
Обозначая давление масла с внутренней стороны элемента через Р, а
с наружной P-j-dP, можно определить усилия Рх, Р2 и Р3, действующие
на наружные поверхности выделенного элемента:
P^p&pdtp;
Р2= pbd?-, (47)
рз = (Р + dp) (р 4- df) d<fb.
515
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Кроме этих сил. на элемент действует центробежная сила
dP ~ — р dq> dpbpm2. (47')
£•>
Так как под действием всех этих сил элемент находится в равнове-
сии, то, заменяя ввиду малости угла dy величину sin его дугой,
можно написать следующее соотношение:
или подставить соответствующие значения из формул (47) и (47')
р&Р d<f + 2pbdp^- + ~-'tbay dp d<f— (p + dp)(p + dp) b dp = 0. (49)
При сокращении этого уравнения на bdy раскрываем скобки, отбра-
сываем бесконечно-малую величину второго порядка с множителем dp dp
и после приведения подобных членов получаем:
= <°2р^р; (50)
о
если р0 и г0 — давление масла и радиус на входе, то для любого другого
радиуса г давление р найдется интегрированием
«о г*
т. е.
Р = (52)
или, пренебрегая величиной г0,
Р = + (53)
Для нахождения полного усилия, действующего на поршень, опреде-
лим вначале усилие, действующее на кольцевой участок поршня радиуса г
и радиальной толщины dr\
dP = 2tir dr + -L , (54)
откуда, пренебрегая величиной г0, имеем:
p^^p. + dLdL (55)
о
здесь R — радиус расточки, в которой движется, поршень (фиг. 98).
Значения Р (в кг) для различных ш и R приведены на диаграмме (фиг. 99).
516
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
поршень выключающегося
нагнетателя.
Элементы упругости соединения рассчитываются по величине среднего
крутящего момента, передаваемого на нагнетатель, при номинальном ре-
жиме работы двигателя. При этом напряжения скручивания не превыша-
ют 3000 кг!см? в спиральных проволочных
пружинах и 2000 кг) см? в упругих валиках
типа Ролльс-Ройс. Для устранения перена-
пряжения этих элементов в момент пуска
или на резонансном режиме в системе пре-
дусматриваются ограничительные упоры.
В случае спиральных пружин лри максималь-
ной деформации напряжение скручивания не
выше 4500 кг]см?.
Шлицы хвостовика в выполненных кон-
струкциях имеют напряжения смятия до
300 кг) см? и изгиба до 1000 кг)см? при рас-
чете на окружное усилие по среднему ра-
диусу шлиц и при коэфициенте одновремен-
ности работы шлиц 0,6.
Действительные величины напряжений
в элементах упругого привода во время
работы двигателя не поддаются определению
элементарными приемами, так как для этого
требуется весьма кропотливое исследование
всей системы вала, находящегося в состоя-,
нии вынужденных колебаний кручения.
В качестве одной из попыток упрощен-
ного определения можно упомянуть прием, примененный в расчете пру-
жинного привода к нагнетателю двигателя Юпитер VII *.
Сущность этого способа заключается в том, что избыток крутящего
момента двигателя по сравнению со средним крутящим моментом рас-
Фиг. 99'. Диаграмма
крутящего момента
двигателя.
пределяется между винтом, эквивалентным коленчатым
валом и нагнетателехм пропорционально их моментам
инерции, приведенным к валу. Такое положение вытекает
из предпосылки, что угловые ускорения, возникающие
вследствие неравномерности крутящего момента, будут
одинаковыми для всех этих частей.
Таким образом, если:
4 , Дкв, /с — моменты инерции винта, эквивалентного
коленчатого вала и приведенный к оси коленчатого вала
момент инерции колеса нагнетателя и шестерен передачи;
А1Ср.м./ИСср —средние крутящие моменты двигателя и
нагнетателя;
Д7И и Д/Ис (фиг. 99') — избыточные моменты двигателя
и привода к нагнетателю, то
д/ис = ш
____2с_____
IВ Скв 4
Тогда для расчета пружин может служить момент, передаваемый при-
водом:
•Мрас — -Мс. ср Ф Д7ИС •
Соответственно меняется и окружное усилие, приходящееся на каждую
пружину упругой шестерни.
В частности, для кривой а момента двигателя (фиг. 99') при значениях
/в’== 65 кгсм сек?, /9КВ = 6,5 кгсм сек?, Ц—1 кгсм сек* кривая момента,
действующего на нагнетатель, имеет вид, показанный на фиг. 99', внизу;
* Фельдман, Привод нагнетателя от мотора, Т. В. Ф-, № 8, 1934.
517
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
при пяти пружинах жесткостью каждая 20 кг[мм, расположенных на
радиусе 61 мм, получаются следующие усилия и деформации в условиях
статической нагрузки:
Рmax 66 Л"2, Утах 3,3 ММ,
Рmin — 24 KZ, fmizi — 1,2 ММ.
Действительные деформации могут значительно отличаться от найденных
статических прогибов.
В том случае, когда в системе привода нет фрикциона, наличие упругого
соединения значительно снижает напряжения, возникающие в элементах
привода и в коленчатом валу в момент запуска. В первые мгновения пуска
будет иметь место деформация пружин, и раскрутка нагнетателя до ско-
рости <о произойдет за счет потенциальной энегрии пружины, которая
вся превратится в живую силу маховой массы. Таким образом можно
написать следующее соотношение (пренебрегая сопротивлениями на
крыльчатке):
Здесь z, k и f—число пружин, коэфициент упругости и прогиб каждой
из них. Если ввести усилие пружины Р ~ kf, то уравнение (56') может
быть представлено так:
Отсюда видно, что чем мягче пружина (меньше k), тем меньшее окруж-
ное усилие будет действовать, при прочих равных условиях, на промежу-
точный вал.
Необходимо отметить, что пружинная муфта, рассчитанная, как ука-
зано выше, на средний крутящий момент, может оказаться излишне
мягкой для запуска. Оценка деформации пружины в момент запуска может
производиться по уравнению (5о), как показано на следующем примере для
одного из современных двигателей.
Пусть /с — 10 кг см се к2—приведенный к коленчатому валу момент инерции при-
вода и колеса нагнетателя;
= 50 сек “1 — скорость при запуске;
k = 65 кг) мм — коэфициент упругости одной пружины;
z = 5.
Тогда •
/ = <о1/-4-= 50 I/ см.
J/ zk у 5 • 650
Если такая деформация пружины по конструктивным соображениям невозможна,
раскрутка колеса произойдет за счет энергии деформации других элементов привода и
самого коленчатого вала.
§ 170. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ КОЛЕСА НАГНЕТАТЕЛЯ
В нагнетателе с открытым колесом проводится расчет отдельной
лопатки на разрыв от центробежной силы инерции.
В случае призматической формы лопатки с постоянным сечением f
напряжение разрыва в каком-либо сечении найдется по формуле:
f fdrr^
где f—const-сечение лопатки;
г—расстояние до слоя высотой dr\
R — внешний радиус лопатки;
х — расстояние от центра до исследуемого сечения.
518
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Если лопатка имеет сечения, увеличивающиеся к оси вращения, причем
закон изменения f в зависимости от г задан произвольным, то расчет мо-
жет выполняться последовательным вычислением центробежных сил в ко-
нечных разностях.
Для этого лопатка (фиг. 100) разбивается на ряд сечений: flf f2 и т. д.
параллельными плоскостями, отстоя-
Фиг. 100.
Фиг. 101. Эпюра напряжений в лопатке.
-yAp1^i'-cp1“t
А
/Ср.п и гСр.л среднее сечение каждого отсека и расстояние до него от оси
вращения, имеем разрывающее напряжение в первом сечении
то же для второго сечения
4 “2 <Ар. Дг1гер, + Ар. Дг^<:р.)
а2= -S--------
и для Z-ro сечения
2 n=i
S/'P- n ДгЛР. „ • • (59)
Напряжение в лопатке всегда
возрастает к основанию. Выполне-
ние равнопрочной конструкции ло-
патки по всей длине ее практически
невозможно, так как при этом
лопатка имела бы очень малую
толщину по большей части своей
длины.
Если же принять эпюру напря-
жений, как показано на фиг. 101,
и считать равнопрочной лишь часть
лопатки, лежащую внутри радиуса
г0, для которого задана величина
сечения/ои напряжения о0, то, обра-
щаясь к построению на фиг. 102, можно вывести следующие соотношения.
Если т — масса, р — расстояние от оси вращения до центра тяжести
элемента лопатки, лежащей выше сечения /, то для сечения f имеем:
/Лрсо2 = Од/; (60)
519
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
для сечения / 4- df
mp®2 + 7- f dx (R — x) <o2 = o0 (f + df).
О
Вычитая из уравнения (61) уравнение (60), имеем:
— — х) dx = с0 df,
О
т. е.
После интегрирования имеем:
При л = 0 f = f0, т. е. С0=1п/0.
Следовательно,
или
(61)
(62)
(63)
(64)
(65)
На фиг. 103 показаны очертания в двух проекциях равнопрочного уча-
стка лопатки, подсчитанного на основании формулы (65) при следующих
данных:
7 = 7,8; со = 2000 сек.-1; о0 = 1500 лга/гж2.
Полузакрытое колесо нагнетателя, снабженное лопатками, при расчете
приводится к гладкому колесу. Это приведение заключается в том, что
отдельно стоящие ло-
патки заменяют слоем
металла постоянной
толщины, равномерно
распределенным по по-
верхности диска; при
этом толщина этого
слоя должна быть та-
кова, чтобы масса его
равнялась массе лопа-
ток. Такое приведение
с
Фиг. 103. Очертание
равнопрочной
лопатки.
Фиг. 104.
необходимо для учета
напряжений в участке без лопаток (АВ на фиг. 104).
Этот приведенный диск далее может рассчитываться
следующим образом.
Вырежем мысленно из диска элемент, образован-
ный двумя радиальными плоскостями и двумя цилин-
дрическими поверхностями с радиусами г и г-г dr. Пусть при вращении
на поверхностях его возникли напряжения:
на внутренней поверхности, равной brdy,
ar4~ dcr—на внешней, равной (bdb) (r\-dr)dy,
at — на боковых, равных bdr каждая.
Тогда при обозначениях, принятых на фиг. 105, на элемент действуют
следующие силы:
Р± = arbr dy; Р%= (Ь 4- db) (г dr) dy;
Т = <згЬ dr.
(66)
520
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Кроме этих сил, действует центробежная сила элемента, которая может
быть вычислена по его объему, равному удельному весу:
Рц =drrdy b гоА
о
(67)
Под действием всех этих сил элемент находится в равновесии, т. е.
сумма проекции этих сил на какую-либо ось равна нулю. Проектируя силы
на направление радиуса, деля- ।
щего угол пополам, имеем:
4- Р2—27 sin -4^- 4- = 0. (68)
Заменяя sin величиной
2~ ввиду малости этого угла
и подставляя найденные выше
значения Plf Р2, Т и Р, по-
лучим:
— br d’t 4- (ог 4- cZeQ (Z?4- db) х
X (г 4- dr) db — 2аtb dr 4-
4- dr • r dy b -4L r<»2 = 0. (69)
&
Фиг. 105.
Сокращаем на dy и раскрываем скобки, отбрасывая бесконечно-малые
высших порядков:
— ar br 4- о/г4- °rb dr 4- arrdb 4- br dar — ♦
— atb dr^r — afibr2 dr= 0. (70)
s
Делаем приведение подобных членов, делим все члены уравнения на
br и решаем его относительно dar:
j dr ' db , dr 1 о j , \ dr
da — — a--------о -r- 4~3/-------- dr = (af — a)------
r r Г r и 1 * Г g * 1 r' г
(71}
Изменение напряжения по касательной dat можно найти, исходя из
уравнений деформаций. Если при вращении радиус г увеличился на вели-
чину р, то полное удлинение окружности будет 2яр, а относительное
удлинение
= = (72)
* 2кг г ’ v *
откуда
Р = ret.
При удлинении радиуса на р удлинение собственно элемента будет
составлять d?.
Относительное удлинение его:
э do d(reA dre^-rde-
r dr dr ~ dr ’
521
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
С другой стороны, для этих значений et и ег можно написать:
= (74)
er=o.(ar—mat), (75)
где а — коэфициент удлинения, равный т — коэфициент Пуассона, равный 0,29 для
«стали, 0,26 для алюминия и 0,25 для магния.
Таким образом на основании этих уравнений можно написать, что
dret+rdef , ч
-------L = a (я(76)
Подставляя же значение eti имеем:
я (at- mar) -jr a(dar~тДзг) =a(ar — mat). (77)
dr
Сокращаем а, множим обе части уравнения на — и решаем его отно-
сительно dct-.
~ mat ^ ~ (78)
Или, после приведения подобных членов,
dat = (о, — 0/) (1 + т)~ + т dar. (79)
Напишем уравнения (70) и (79) в конечных разностях:
Н= (ь — ш^г;
’ ^t=-(at~ar)(m + l)-^+m\or. (80)
Эти уравнения дают возможность найти напряжения в любом месте
диска, исчисляя их от какого-нибудь начального значения, уже известного
или оцененного приближенно.
Например, у ступицы колеса
величина аГ1 = 0, если прене-
бречь натягом при посадке.
Что касается аг, то оно может
быть оценено в первом при-
ближении по среднему напря-
жению аср/1 на диаметральном
сечении колеса от разрыва
одной половины его центро-
бежной силой (фиг. 106).
Действительное напряже-
ние^ у ступицы колеса^ 1,5 оСр.
Тогда, разбив колесо на не-
сколько слоев через расстояния Дг и задаваясь оГ1 = 0, otl = 1,5оср, можно
вычислить приросты Дог и а следовательно, и сами значения и
для каждого сечения.
Если начальные условия оценены правильно, то на конце колеса зкон = 0,
так как далее слоев металла нет. Если же оказалось окон=£0, то необхо-
димо изменить исходное значение % или оГо и провести весь расчет сначала.
Вычисления удобно располагать так, как указано в последующей
задаче, которая решена без учета лопаток.
522
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками
Задача
Рассчитать на прочность колесо, представленное в сечении на
фиг. 107. Материал —электрон; у = 1,8. Число оборотов п = 24 000 об/мин.; ш =
= 2500 сек-1.
Предварительное определение нормального напряжения по касательной к окружности
ступицы колеса:
Ри V1 2
• %p=2F = 2Ff“^
Объем по теореме Гульдена:
V == 2npF;
2npF?
2&F-2
“2P = g: pV-
к . 1,8 • ,3,52.25002 __ кг
2-1000 - 981 cjw2’
кг
см2'
= 330 ^
rcp L.„
Расчетные формулы:
= (oz — Gr) ~ — Gr -^—Cr Ы,
— — (at — ar) — (1 + m) 4- tn Agz,
7
g
<o2 =
9,8 • 25002
1000 - 981
= 11,5; m=0,3.
Вычисления сводим в таблицу (см. табл, б); на основании данных таблицы строим
график (фиг. 107).
Таблица 6
№ сечения г см Дг см b см Д& см Дг г Д6 ~ь кг]см2
1 2 3 4 5 6 7 8
1 1,5 0,5 5,3 —0.3 0 33 -0,056 330
2 2 0,5 5 — 1,2 0,25 -0,24 217
3 2.5 0,5 3,8 -0,8 02 —0,21 192
4 3 1 3 -1.1 0,33 - 0,367 187
5 4 1 1,9 -0,7 0,25 -0,368 189
6 5 1 1,2 - 0,5 0,2. -0,416 201
7 6 1 0,7 —0,2 0,167 -0,286 217
8 7 1 0,5 -0.1 0,143 -02 226
9 8 2 0,4 —0,2 0,25 -0,5 221
10 10 2 0,2 -0,1 0,2 -0,5 200
11 12 0 0,1 0 0 0 143
523
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
су кг/см2 / \Дг ДЬ ~°r ь —Сг Дг Дсу кг/см2 Дг (С/_аг)_— (1 -J- /л) т Даг Дсу кг]см2
9 10 11 12 13 14 15
0 ПО 0 - 9 101 —143 30.3 -113
101 29 25 —11,5 41,5 -38 12,5 -25
143 9,8 30 — 14.4 25,4 — 12,7 7,6 -5
168 6,3 62 —35 33.3 — 8.2 10 2
202 -3.3 74 —46 25 4,3 7.5 12
227 ^-5,2 94 —57.5 31 6,8 9 16
258 — 6.9 74 -69 —2 9 -0,6 9
256 -4,3 51 -80 -34 5,6 -10 -5
222 -0,3 111 — 184 —73 0,4 —22 —21
149 10 75 —230 — 145 - 13 —44 -57
4 0 0 0 0 0 0 0
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ГЛАВА III
ВТУЛКИ ВОЗДУШНЫХ винтов
§ 171. ВТУЛКИ ДЕРЕВЯННЫХ ВИНТОВ С ФИКСИРОВАННЫМ ШАГОМ
Втулка для деревянного винта состоит из тела и двух плоских флан-
цев, один из которых выполняется отъемным и соединяется с телом
втулки на шлицах.
Фиг. 108. Втулка двигателя АМ-34.
Затяжка винта на втулке осуществляется болтами, проходящими сквозь
тело ступицы винта. Для предотвращения проскальзывания ступицы
между фланцами при вибрациях на одном или на обоих фланцах зуб-
чатая выполняется радиальная насечка (фиг. 108, б). Собранный со втулкой
винт подвергается балансировке, после чего менять его положение на
525
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
втулке не рекомендуется. Правильность посадки обеспечивается либо
метками, либо установочной шпилькой на одном из фланцев (фиг. 108, я)*.
Для снятия втулки с носка служит специальный съемник или для этой
цели используют упор затяжной гайки в контргайку. Поэтому в передней
части втулки всегда выполняется внутренняя нарезка, а затяжная гайка
в большинстве случаев имеет упорные буртики.
Стандартным способом посадки втулки на носок вала на двигателях
большой мощности является посадка на двух съемных конусах и цилин-
дрических шлицах (фиг. 108). Стальной передний конус, шлифованный
Фиг. 109. Втулка двигателя М-85.
внутри и снаружи, со-
стоит из двух половин.
С внутренней стороны
конус имеет выточку,
куда входит выступ
зажимной гайки, ис-
пользуемый в качестве
съемника. С внешней
стороны переднего
фланца крепится до-
полнительный диск,
который служит для
контровки нажимной
гайки.
Для обеспечения
большей точности вы-
полнения шлиц в сред-
ней части втулки сде-
лана цилиндрическая
выточка (фиг. 108,в).
На втулке двигателя
М-85 (фиг. 109) ^для
этой же цели шлицы
выполнены только, при-
мерно, до середины, в связи с чем передний центрирующий конус поставлен
глубоко внутри втулки. Для возможности выполнения шлиц протяжкой
на внутренней передней части втулки вместо конуса имеется шлифованный
цилиндрический участок, в который вставляется конус, выполненный
отдельно.
Подобная конструкция втулки и способ ее крепления на носке вала
осуществлены также и на двигателе МВ-6 (фиг. 110). Затяжная гайка в этом
случае завертывается торцевым ключом, а контровка ее осуществляется
муфтой с отверстиями для облегчения. Гайки стяжных болтов выполнены
с цилиндрическим выступом, обеспечивающим центровку болтов во фланце.
К переднему фланцу втулки крепится обтекатель.
Трудности, связанные с производством и подгонкой конусов и шлиц,
обойдены в конструкции втулки двигателя Испано-Суиза посадкой на
фланец с центрирующей заточкой (фиг. 111). Основным преимуществом
этой втулки является простота конструкции и посадки; недостатком —
конструктивные трудности в постановке упорных подшипников, что делает
эту втулку неприемлемой для безредукторных двигателей**.
§ 172. ВТУЛКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВИНТОВ С ФИКСИРОВАННЫМ В ПОЛЕТЕ ШАГОМ
Прототипом конструкции металлических винтов с фиксированным
в полете шагом являются винты Стандарт-Стил-Пропеллер с отъемными
лопастями (фиг. 112).
* Различные системы посадок втулки наносок разобраны в главе. Коленчатые валы*.
* * В СССР на втулки установлен ОСТ.
526
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 111. Втулка двигателя Испано-Суиза.
Фиг. НО. Втулка двигателя МВ-6.
527
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 112. Втулка двухлопастного металлического винта Гамильтон-Стандарт
'а—продольный разрез втулки, б—половина манжеты, в—шурупы, стягивающие манжеты г—хомут.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Крепление лопасти здесь осуществляется при помощи двух заплечиков
(буртов) на комле, которые входят в соответствующие выточки в ман-
жетах втулки. В этом случае втулка делается разъемной в плоскости
вращения винта и стягивается по центру зажимной гайкой, крепящей
втулку на носке вала двигателя и
по концам манжет специальными
хомутами (фиг. 112,г). Перед поста-
новкой втулки на вал двигателя
она предварительно стягивается
двумя шурупами (фиг. 112,в и д).
Крепление втулки на валу двига-
теля аналогично креплению втулок
для деревянных винтов (фиг. 112,а).
Аналогичные втулки выполня-
ются и для трехлопастных винтов
(фиг. 113). Корпус этих втулок и
стяжные хомуты штампуются из
высокосортных сталей с большим
удлинением. Обычно применяют
хромованадиевую или хромомолиб-
деновую сталь с временным сопро-
тивлением до 90 — 100 кг/мм2. При-
веденные на фиг. 112 и ИЗ конст-
Фиг. 113. Втулка трехлопастного металли-
ческого винта Гамильтон-Стандарт.
рукции втулок стандартизованы.
В более ранних конструкциях крепление лопасти во втулке выполнялось
нарезкой на комле. Эта конструкция оставлена в связи с большими
местными напряжениями в нарезке, производственными трудностями при
ее точном выполнении и в связи с эксплоатационными дефектами: неболь-
шое загрязнение вызывает заедание в резьбе, а небольшая слабина —наклеп.
§ 173. ВТУЛКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВИНТОВ С ИЗМЕНЯЕМЫМ В ПОЛЕТЕ
ШАГОМ (ВИШ)
Наличие винта изменяемого шага в современных высотных двигателях
является необходимостью в связи с падением у земли числа оборотов
у двигателя с винтом фиксированного шага. Это падение может быть
оценено приближенно, если предположить, что
крутящий момент двигателя до расчетной вы-
соты не меняется.
Тогда
7Икр = Дц2р0 = Ди2р, (81)
и, следовательно,
где п0 и р0 — число оборотов и плотность воздуха на земле;
п и р — то же на расчетной высоте.
Отношение — для стандартной атмосферы дано на диаграмме (фиг. 114)
По
В момент взлета, когда горизонтальная скорость равна нулю, наблю-
дается еще добавочное падение числа оборотов приблизительно на 10%.
Таким образом, например, при высотности 4000 м суммарное падение числа
оборотов, а следовательно, суммарная потеря мощности доходит почти до
30% от мощности на расчетной высоте. Так, на двигателе Испано-Суиза
12 Ybrs при ^max на высоте 4500 м с двигателя снимается 810—830 л. с.,
на подъеме же при винте с фиксированным шагом— 670—680 л. с.
Двигатель Райт-Циклон развивал на высоте 3000 м 2060 об/мин., а на
высоте 7С00 м всего лишь 1765 об/мин. Если бы 2060 об/мин. было сохра-
ВВА—142—34
529 .
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
нено, то мощность двигателя увеличивалась бы приблизительно на 17%
и скорость полета на 6%*.
Винты изменяемого шага могут быть двух типов — либо с непрерывным
изменением шага в полете, что требует применения регулятора, либо
с ограниченным положением лопастей, в частности, с двумя: одно для
Фиг. 115. Схема действия сил на
элемент лопасти
О—К и О—К’ —кривая центров тяжести;
OQ и OQ'—ось лопасти.
взлета, второе — для горизонтального полета
на расчетной высоте.
Главная трудность в осуществлении ВИШ
объясняется значительной величиной уси-
лий, приложенных к лопасти. При работе
винта на лопасть действуют следующие на-
грузки (фиг. 115, а, б, в и г):
1. Центробежная сила Рц, равная
сумме центробежных сил Рц Рц и т. д. от
Элементарных масс лопасти т', тп и т. д.
2. Крутящий момент от составляю-
щих Р2, Р2 и т. д. этих центробежных сил.
Из фиг. 115, г следует, что
МкРц = 2Р2«. (83)
Фиг. 116. Схема действия противовеса.
3. Изгибающий момент от состав-
ляющих Р, Р' и т. д. Из фиг. 115, в сле-
дует, что
(84)
здесь h— расстояние суммарной силы Рэ
(элемента лопасти массой М) от средней
плоскости вращения винта.
4. Скручивающий момент от аэро-
динамических сил Р.
Из фиг. 115, а следует, что
MKpa = ^Rl, • (85)
здесь I — расстояние центра жесткости от
центра парусности профиля в данном сечении.
5. Изгибающий момент от аэродинамических сил (фиг. 115, а):
7ИИзгг/ — 'У\Рг.
6. Усилия временного и случайного х а ра ктер а — от виб-
раций, гироскопического эффекта, прохождения лопасти перед препят-
ствием и т. д.
По своей величине момент
- Ю7ИкРа;
-* При испытании одного истребителя с ВИШ потолок самолета увеличился на 18%»
время подъема на высоту 5000 м уменьшилось на 23% и максимальная скорость полета
увеличилась на 7%.
530
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
таким образом практически только этот момент определяет усилие при
повороте лопасти на большой угол атаки. Для уравновешивания этого
момента иногда на ло-
пастях в ВИШ уста-
навливается противо-
вес. Из схемы (фиг. 116)
видно, что его масса
должна удовлетворять
уравнению
Pn»l — P%d.
Чтобы составить
представление о по-
рядке величины этих
нагрузок, в табл. 7 дан
перечень этих сил и
приведены значения их
величин для некоторых
конструкций винтов.
Вес винта изменяе-
мого шага для двига-
телей 700—1000 л. с.
меняется в пределах
120-<-170 кг.
Для примера в таб-
лице Т приводятся
данные относительного
общего веса некоторых
винтов и их элементов
Таблица 7
1 Мощность двигателя, л. с. 420 500 610 650
2 Диаметр винта, м 2,8 3,2 3,3 4
3 Число лопастей 2 2 3 3
4 Число оборотов винта, об/мин. 2000 2000 1733 1000
5 Центробежная сила инерции у основания- лопасти, кг 27000 30 000 40000 21 000
6 Изгибающий момент от аэро- динамических сил на одну лопасть, кгм 430 1 2301 260 350
7 Скручивающий момент от центробежных сил на одну лопасть, кгм Крутящий момент от аэроди- намических сил, кгм 50 43 30
8 6 .— — —»
Таблица Т
1 । 1 1 Мощность двигателя, л. с. 860 800 900
2 Диаметр винта, м 3,25 3,25 4,3
3 Число лопастей 3 3 3
4 Число оборотов винта,
об/мин. 1600 . 1600 1120
5 Вес одной лопасти
винта, кг 23,4 22 —
6 Вес втулки винта, кг 70 71 —
7 Общий вес винта, кг 136 137 । 166
по каталожным сведениям различных фирм.
§ 174. ПОСАДКА ВТУЛОК ВИНТОВ ИЗМЕНЯЕМОГО ШАГА НА ВАЛ ДВИГАТЕЛЯ
И КРЕПЛЕНИЕ В НИХ ЛОПАСТЕЙ ВИНТОВ
носок коленчатого вала осуществляется обычным
Посадка втулки на
Фиг. 117. Крепление лопасти во
втулке винта Гамильтон-Стандарт
1—роликовый подшипник, 2—лопасть
(комель лопасти), 3—штырь, 4—брон-
зовая втулка, 5—штифты, крепящие
методом при помощи шлиц и двух центри-
рующих конусов. Корпус втулки, в котором
крепятся лопасти, выполняется как неразъем-
ным, так и разъемным.
При неразъемном корпусе ман-
жеты, куда вставляются комлевые части ло-
пастей, воспринимают нагрузки от центро-
бежных сил и от изгиба.
В разъемной конструкции (фиг.
117) комлевые части лопастей, полые, наде-
ваются для центровки на штыри, выполнен-
ные на крестовине, которая насаживается
на носок коленчатого вала. Лопасти охваты-
ваются половинами разъемного корпуса; эти
половины стягиваются между собой болтами,
образуя целый корпус втулки.
Корпус втулки штампуется из хромована-
диевой стали с очень малыми припусками;
бронзовую втулку, 6—дуралюминовая
заглушка, 1—свинцовые пластинки для
балансировки лопасти, 8 и 9—проклад-
ки, регулирующие посадку лопасти на
штыре, 11—корпус втулки, 12—болты,
крестовина выполняется из хромоникельмо-
либденовой стальной поковки. Наибольшие
трудности представляет вопрос подвижного
с5адкГиТеИик^рР™, HLTpecTOB^S0' крепления лопастей на втулке при очень
большой нагрузке от центробежной силы.
В настоящее время применяются три системы крепления лопасти: с роли-
ковыми, с шариковыми или со скользящими упорными подшипниками.
531
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
подшипника опирается
Фиг. 117'. Схема крепления
лопастей во втулке Гном-
Рон
1—лопасть с впрессованными
бронзовыми втулками, 2—роли-
ковый подшипник, 3—штырь, 4—
гайка, 5—сальник, 6—шестерня
механизма поворота лопасти.
Наиболее простое и надежное крепление лопасти осуществляется в
винтах Гамильтон-Стандарт (фиг. 117). Обоймы роликового подшипника
здесь надевают на комель лопасти до его расковки в горячем состоянии.
При нагреве и механической обработке комля обоймы сдвигают к концу
лопасти. Сепаратор подшипника выполняется разъемным; Нижняя обойма
на заплечик комля, выполняемого с очень большой
галтелью. Центровка лопастей производится шты-
рями и бронзовой втулкой.
Аналогичное крепление лопасти при неразъ-
емном корпусе было применено на ВИШ фирмы
Гном-Рон (фиг. И?')- В этой втулке лопасть
в радиальном направлении удерживается гайкой,
ввернутой в корпус втулки. Центробежные
силы лопасти воспринимаются однорядным ро-
ликовым подшипником. В верхней горловине
гайки находится уплотняющий сальник с набив-
кой. Лопасти центрируются при помощи двух
скользящих втулок, запрессованных в полую часть
комля лопасти. На основании комля лопасти
насажена шестерня, которая является деталью
механизма поворота лопасти.
Во втулке винта Левассер применялась сколь-
зящая опора лопасти, выполненная в виде тре-
угольной винтовой нарезки пилообразного профиля
(фиг. 118). Направление и шаг нарезки выпол-
няются такими, чтобы лопасть под влиянием центробежной силы могла
скользить по резьбе, поворачиваясь в сторону увеличения шага лопасти,
и этим самым компенсировала бы скручивающий момент от центробежных
сил, действующих в сторону
уменьшения шага лопасти. Внизу
с наружной части комель лопасти
Фиг. 118'. Крепление лопасти во втулке
Ратье
1—лопасть , 2—манжета, 3—стакан, 4 штифты
для контровки стакана, 5—роликовый подшип-
ник, е—конусообразная втулка, 7—зажимная
гайка, 8—шестерня поворота лопасти.
Фиг. 118. Схема
крепления лопасти
во втулке винта
Левассер;
1 — лопасть (комель
лопасти), 2 — штырь,
3 и 4 — центрирующие
втулки, 5—кольцо для
поворота лопасти.
обнимается кольцом, которое является деталью механизма поворота лопасти.
Характерной особенностью этой втулки является отсутствие внешнею
корпуса.
По аналогичному принципу было выполнено крепление лопастей в винтах
Ратье, с той разницей, что трение скольжения в резьбе заменено трением
качения.
5с 2
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками
Фиг. 119. Схема сил,
действующих на один ша-
рик, в винтах Ратье.
На дуралюминовый комель лопасти навертывается из азотируемой стали
стакан с винтообразными дорожками, в которые вводятся стальные шарики
диаметром 4 мм в количестве (в зависимости от передаваемой лопастью
мощности) от 400 до 1200 шт. (118')*.
Для определения шага дорожки и ее направле-
ния обратимся к схеме на фиг. 119. На один шарик
действует центробежная сила
= (86)
и сила от действия момента
(87)
и г—средний радиус на-
где т — число шариков
резки винтовой дорожки.
Возьмем проекции сил &Рц и &Рт на касательную к винтовой дорожке
в точке S. Обозначим эти проекции через Рг и Р%. Если направление вин-
товой дорожки будет выбрано, как указано
выше, то эти компоненты будут направлены в
противоположные стороны.
Для равновесия необходимо, чтобы
Так как
Рг — ДРЦ sin ф и Р2 = &Рт cos ср,
тельно,
то,
sin = \Рт cos
COS <р и tg &
откуда
рц .
— sin<f =
тг ‘ “ ~& * Рц г
Шаг нарезки определяется по величине угла
Р1=Р1-
следова-
4
Фиг.
лопасти
120'. Крепление дуралюминовой
во втулке винта Кертис-
Смитта
-лопасть, 2—манжета, 3—корпус втулки,
4—зажимной хомут, 5—гайка.
Фиг. 120. Крепление лопасти
во втулке винта Лайкоминг-
Смитта
1—лопасть (комель лопасти), 2—
гайка верхняя, 3—гайка ниж-
няя с винтовой нарезкой сна-
ружи , 4—уплотнительное коль-
цо, 5—кольцо для контровки
нижней гайки, б—шурупы, 7—
штифты для точной установки
кольца, 8—стальной стакан, 9—
пробка, поддерживающая шари-
ковый подшипник.
(88)
(89)
Т-
Благодаря такому креплению лопасти усилия
на рукоятку управления лопастью по данным
фирмы не превышают 2 кг. Однако такое креп-
ление сложно и дорого стоит.
В винтах Лайкоминг-Смитта (фиг. 120) крепление лопасти во втулке
осуществлено без учета уравновешивания момента /Иц, и последний пре-
одолевается механизмом, поворачивающим лопасть. Лопасть 1 укреплена
во втулке посредством ряда опорно-упорных шариковых подшипников,
* См. Т. В. Ф. № 2, 1936.
533
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
которые воспринимают как центробежную силу лопасти, так и изгибаю-
щие лопасть моменты. Эти подшипники на комле зажимаются гайками 2
и 3 с трапецевидной нарезкой и контровыми кольцами 5. Нижняя гайка 3
имеет винтовую нарезку снаружи для соединения с механизмом поворота
лопасти. В торец комля запрессован стальной стакан 8, служащий для
центровки лопасти и воспринимающий усилия от изгибающих лопасть
моментов. Лопасти и корпус винта Лайкоминг-Смитта изготовляются из
хромованадиевой стали.
Такое же крепление лопасти применяется и в ВИШ Кертис-Смитта,
с той лишь разницей, что стальной стакан выполнен совместно с нижней
гайкой и завертывается внутрь комля. Внутренние обоймы подшипников
поджимаются заплечиками этого стакана. Комлевая часть лопасти в этом
случае сокращается, но в связи с этим подшипники работают в более
тяжелых условиях. В случае применения дуралюминовых лопастей в винтах
Кертис-Смитта комель последних выполняется стандартного типа с двумя
заплечиками, как и у винтов фиксированного шага (фиг. 120').
§ 175. МЕХАНИЗМ УПРАВЛЕНИЯ ЛОПАСТЯМИ ВИНТА ИЗМЕНЯЕМОГО ШАГА
Применявшаяся первоначально система управления лопастями мускуль-
ной силой пилота в настоящее время почти целиком вытеснена примене-
нием сервомоторов. В зависимости от этого винты можно разделить на
винты с ручным и автоматическим управлением. По принципу
действия привода лопастей винты изменяемого шага делятся на: 1) винты
с механическим приводом, 2) винты с электрическим приводом и 3) винты
с гидравлическим приводом. Наибольшее распространение получили винты
с гидравлическим приводом.
Из конструкций с механическим приводом удачно осуществлена кон-
струкция на винтах Лайкоминг-Смитта. Способ крепления его лопастей
показан на фиг. 1216. Подвижные части механизма управления лопастями
показаны на фиг. 121е.
Скользящая муфта 1 имеет правую и левую нарезки 2 и три винтовых
прореза 3, расположенных под углом 120°. Между этими прорезами име-
ются тоже расположенные под углом 120° два круглых сверления 4 и
одно продолговатое. Муфта 1 своим концом, на котором расположены
прорезы и сверления, входит в неподвижную муфту 5, фланец которой
является одновременно и передним фланцем носка картера (фиг. 1216).
На внешней части неподвижной муфты имеется выточка, в которую
вставляется разъемный хомут 6 (фиг. 121 в), стягивающийся болтами.
В более развитую часть хомута вставляется трос управления 7. Хомут
удерживается в своем гнезде штифтом 8. Штифты 8, 9 и 10 проходят сквозь
тело неподвижной муфты, винтовые прорезы муфты 1 и секториальные
вырезы 11 кольца управления 12. Муфта 1 монтируется таким образом,
что она может свободно перемещаться взад и вперед между кольцом управ-
ления и неподвижной муфтой. Таким образом, если пилот потянет за трос
управления, то штифт-рычаг 13 будет перемещаться по секториальной вы-
точке неподвижной муфты и повернет кольцо управления и муфту 1. Своими
винтовыми прорезами муфта 1 будет скользить по штифтам и подвинется
до сцепления нарезки 2 с червячной шестерней 14 (фиг. 121д, е).
Когда шестерня войдет в зацепление с червячной нарезкой муфты, то
последняя, оставаясь неподвижной по отношению к втулке винта и валу
двигателя, поворачивает шестерню 14 вокруг своей оси и через червячные
шестерни 75, 16ъ17 (фиг. 121а, е) поворачивает лопасть. Направление враще-
ния лопасти зависит от того, какая из двух нарезок муфты пришла в зацеп-
ление с шестерней 14. Если шестерня 14 занимает нейтральное положение,
то она, не вращаясь вокруг своей оси, обегает муфту.
Общее передаточное число в системе равно 1:18000. Таким образом
скорость поворота лопастей зависит от скорости вращения винта (лопасть
поворачивается на 1° в 2 сек. при вращении винта со скоростью 1700 об/мин.).
534
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ft
Сечение т-т
6
kt
Фиг. 1216.
ЕЯ
Сечыие а.р
Фиг. 121в.
Фиг. 121а.
Фиг. 121 а — е. Винт с механическим
приводом Лайкоминг-Смитта
А—подвижные части механизма:
/—скользящая муфта, 2—правая и левая червяч-
ные передачи муфты, 3—винтовые прорези сколь-
зящей муфты, 4—два крупных сверления, 5—не-
подвижная муфта, 6—разъемный хомут, 7—трос
управления, 8,?, 10—штифты, 11—секториальные
вырезы кольца управления, 12—кольцо управле-
ния отверстия муфты 7, 74—шестерня сцепления
с муфтой 7; 75, 76 и 17—шестерни, передающие
вращение лопасти, 78—валик-ось шестерни 74.
Фиг. 121г.
Фиг. 121 е. Подвижные части
механизма поворота лопа-
стей винта Лайкоминг-
Смитта.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Этот механизм требует энергичного включения аналогично передаточ-
ному механизму в автомобиле; шестерни должны находиться в полном
зацеплении или должны быть полностью расцеплены. Частичное зацепление
может вызвать повреждение механизма.
’ Винт Лайкоминг-Смитта снабжен ограничителями угла установки лопасти,
которые регулируются на земле. Пилот приводит в зацепление шестерню 14,
ПруЖина мрргпй!
Фиг. 122. Схема механизма, ограничивающего
угол поворота лопастей винта Лайкоминг-Смитта.
которая автоматически выклю-
чается, когда достигнут желаемый
угол установки лопасти, после
чего пилот отводит ручки в ней-
тральное положение.
Благодяря ограничителям угла
все лопасти винта, а в случае
многомоторного самолета — ло-
пасти всех винтов, могут быть
установлены очень точно. Меха-
низм, ограничивающий угол по-
ворота лопасти, смонтирован на
валике /3(фиг. 122). Схема этого
механизма дана на фиг. 122. Ше-
стерня 14 с торцов имеет цилин-
дрические выступы,которые окан-
чиваются храповиками 1. Этими
храповиками шестерня через
втулки 2 внутренней трубки 3
соединена с правым и левым
червяками. Валик 18 неподвижен и помещен внутри трубки 3. На этом валу
навинчены две установочные гайки 4 с выступами на внешних их поверх-
ностях, которыми они входят во внутреннюю выточку трубки 3. При
вращении трубки 3 гайки 4 вращаются и перемещаются вдоль неподвиж-
ного вала до тех пор, пока одна из них не выведет втулку 2 за ее заплечик
из зацепления с шестерней 14. После этого шестерня 14 продолжает вра-
щаться, но втулка 2, трубка 3 и червячная шестерня вращение прекращают.
При обратном движении муф-
ты шестерня 14 изменяет направ-
ление вращения и вращает трубку
при помощи храповика, располо-
женного на втором конце цилин-
дрического выступа шестерни.
Вторая гайка на неподвижном
валу перемещается в направле-
нии ко второй втулке, выводит
ее из зацепления с шестерней и
прекращает вращение трубки и
шестерни 17(фиг. 121г). Чем боль-
ше будет расстояние между гай-
ками 4, тем меньше диапазон из-
менения угла лопасти. Обычный
Фиг. 123. Схема механического привода винта
Гном-Рон.
диапазон изменений угла установ-
ки, за пределами которого происходит включение механизма, равняется 12°.
Винты Лайкоминг-Смитта работают не вполне удовлетворительно вслед-
ствие большого износа механизма перестановки лопастей. Вес трехло-
пастного винта диаметром 3,5 м в первом варианте составляет 168 кг\
при постановке противовесов он достигает 210 кг.
Аналогичный принцип действия механизма включения применен на
винтах Гном-Рон (фиг. 123).
На комле лопасти 1 укреплена червячная шестерня 2, которая нахо-
дится в зацеплении с червячными шестернями 3, 5 и 6. Шестерня, ось которой
536
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
тесно связана с валом, может входить в зацепления с двумя неподвижными
кольцами 7 и 8, на торцах которых выполнена в разных направлениях по
спирали нарезка. Управление винтом осуществляется путем вращения
летчиком шестерни 9. При вращении этой шестерни кольца перемещаются
взаимно противоположно вдоль оси. Вводя в зацепление то или другое
кольцо с шестерней 6 можно увеличить или уменьшить угол атаки лопа-
стей. При выводе колец из зацепления с шестерней 6 лопасть остается
зафиксированной благодаря самотормозящейся системе передач.
На фиг. 124 приведена схема электрического управления винтом Ратье.
Поворот лопастей осуществляется установленным на передней части втулки
винта электромотором постоянного тока 24 V через червячные шестерни
2, 3, 4, 5 и рейку 8 с винтовой нарезкой 7. Для автоматической остановки
механизма в предельных положениях на переднем конце винта имеется
алюминиевый диск, размыкающий контакты электромотора в предельных
положениях. Система полностью самотормозящаяся.
Фиг. 124. Схема электрического управления лопастями винта Ратье
1—электромотор» 2, 3, 4, 5—червячные шестерни передачи, 8—рейка, 9—алюминиевый
диск, 10—установочные гайки диска, 11,12—контакты, ограничивающие поворот
лопасти, 13—лопасть (комлевая часть).
У новых стандартных винтов Ратье степень редукции достигает отно-
шения 1:38000.
Управление винтами изменяемого шага Кертис также производится при
помощи электромотора через планетарный двухступенчатый редуктор
(фиг. 125). Для самолетов с высокой маневренностью применяется редуктор
с передаточным числом 1 :14 706. Для бомбардировщиков и транспортных
самолетов редуктор имеет передаточное отношение 1 :22 446.
Электрический мотор постоянного тока в 12 V смонтирован на перед-
ней части втулки винта. При повороте лопастей мотор потребляет ток
в 18 А. Спереди электромотора установлен автоматический тормоз, состоя-
щий из двух дисков ферродо. В то время когда ток включен и мотор
работает, диски разъединяются при помощи электромагнита. При вклю-
чении тока диски прижимаются друг к другу пружинами и затормажи-
вают ротор. Угол поворота лопастей этого винта может быть изменен в
пределах 85°, что вполне достаточно для выполнения всех требований,
предъявляемых к работе винта на земле и в воздухе. К недостаткам этого
привода следует отнести сложность всего механизма управления и его
недостаточную надежность при наличии вибраций, которые всегда имеют
место при работе винта.
На фиг. 126 приведена схема механизма поворота лопастей винта V. D. М.,
применяющегося в германской авиации. При вращении гибким валиком от
отдельного электромотора шестерня 1 вращает свободно сидящую на валу
винта шестерню 2, в теле которой закреплены оси сателлитов 3. Шестерня 4
жестко соединена с валом винта и через сателлиты входит в зацепление
537
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
с плавающей на валу шестерней 5. Число зубьев этой шестерни на четыре
меньше, чем у шестерни 4, благодаря чему получается их относительное
Фиг. 125а, б. Редуктор механизма поворота лопастей винта Кертис
1—планетарная шестерня большой скорости, 2—неподвижная шестерня малой скорости,
3—планетарная шестерня малой скорости, 4—подвижная шестерня большой скорости,
5—крестовина крепления планетарных шестерен, 6—корпус крепления планетарных шестерен
малой скорости, 7—подвижная шестерня малой скорости, 8— неподвижная шестерня,
9—корпус электромотора, 10—корпус тормозного управления, 11—тормозной диск,
12—щеткодержатель, 13—арматура, 14—обмотка концов полюса, 16—выключатель,
17—кулачок выключателя, 18—ручка выключателя.
вращение. От шестерни 5 (через шестерни перебора 6, вращающиеся на
осях, закрепленных на картере 7) вращение передается двойной ше-
Лопасть стерне 8—9 и через шестерню 10
Фиг. 126. Схема механизма поворота лопастей
винта V. D.M.
к лопасти винта.
Если шестерня 2 остается не-
подвижной, сателлиты 3 и ведомые
шестерни 4 свободно вращаются на
своих осях; шестерни 4 и 9
вращаются с одинаковой скоростью
и передачи вращения лопастям вин-
та не происходит.
Широкое применение получили
винты с гидравлическими приво-
дами.
На фиг. 127 приведена схема
гидравлического привода англий-
ского винта Ротол. Крепление
втулки здесь аналогично крепле-
нию втулок в винтах Лайкоминг-
Смитта. Сквозь втулку винта про-
ходит ведущий вал /, скреплен-
Своими внутренними шлицами этот
ный со втулкой фланцем на болтах.
вал садится на шлицы вала двигателя. На переднем конце вала укреплен
неподвижно поршень 2 с муфтой 3. Поршень 2 помещен внутри закрытого
цилиндра 4. На внешней стороне цилиндра выполнены выступы 5 с отвер-
538
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
стиями, в которые вставляются эксцентрично расположенные на торцах
комли лопастей пальцы 6 (фиг. 127, в). При подводе масла в правую или
левую лопасти цилиндра (сзади или спереди поршня) цилиндр будет
перемещаться и за пальцы 6 поворачивать лопасть в ту или другую сторону.
Масло поступает в цилиндр 4 по каналам 7 и 8, просверленным в ведущем
валу сзади и спереди поршня соответственно. Третий канал 9 открыт
с заднего торца ведущего вала и, таким образом, соединен с картером
двигателя.
Этот канал имеет окна 10 и V7, которые при среднем положении
цилиндра по отношению к поршню закрываются его концевыми выступами;
при перемещении цилиндра,
например, назад, откроется
окно 10 (фиг. 127), масло нач-
нет поступать в канал 9, и дав-
ление в цилиндре уменьшится.
При обратном движении ци-
линдра окно 10 закроется,
а оставшееся в цилиндре масло
будет из него выходить по
каналу 7.
Каналы 7 и 8 соединяются
с подводом или стоком масла
при помощи маслораспредели-
тельной коробки 12, сидящей
на задней части ведущего
вала. Корпус этой коробки
крепится к носку картера.
Между корпусом и ведущим
валом находится плавающая
втулка, через окно которой
масло проходит из кольцевых
проточек неподвижного кор-
пуса к каналам 6 и 7.
Винт имеет регулятор по-
стоянного числа оборотов, по-
добно винтам Гамильтон-Стан-
Фиг. 127. Механизм управления лопастями винта
Ротол.
1—ведущий вал винта, 2—неподвижный поршень, 3—
муфта поршня, 4—закрытый цилиндр, 5—выступ цилиндра,
6—пальцы, закрепленные на торце котла лопасти, 7—ка-
нал к задней стороне поршня, 8—канал к передней
стороне поршня, 9—канал, соединяющийся картером дви-
гателя, ТО и 11—перепускные окна, 12—маслораспреде-
лительная коробка, 13—маслопровод к передней части
рабочего цилиндра, 14—маслопровод к задней части
рабочего цилиндра.
дарт.
Наиболее широкое примене-
ние получили винты изменяе-
мого шага Гамильтон-Стандарт
с гидравлическим управлением
(фиг. 128). Гидравлическое
устройство служит здесь лишь
для уменьшения шага винта.
Для увеличения шага исполь-
зуется центробежная сила контргрузов, Так как эта сила действует по-
стоянно во время работы винта, то давление масла должно быть доста-
точным для ее преодоления и должно поддерживаться непрерывно для
удержания лопастей в положении малого шага. Масло для управления
винтом поступает из системы смазки двигателя. Принцип действия меха-
низма может быть уяснен при рассмотрении фиг. 128.
Если поворотом крана 1 (фиг. 128) соединить масляные каналы и
полость А втулки винта с каналами смазочной системы двигателя, то под
давлением масла цилиндр 2 начнет продвигаться вперед, скользя по
поршню 3. Пальцы 4 (фиг. 128, Б), закрепленные в боковых утолщениях ци-
линдра, своими свободными концами входят в специальный подшипник,
находящийся в вырезе кронштейна лопасти 6 с контргрузами 7. При
движении цилиндра вперед. пальцы будут скользить в подшипнике крон-
539
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг- 128. Винт Гамильтон-Стандарт с гидравлическими управлением.
1—кран управления, 2—цилиндр, 3—поршень, 4—палец цилиндра, 5—подшипник головки пальца цилиндра,
6—рычаг поворота лопасти (кронштейн), 7—контргруз, 8—винты с полупотайной головкой, крепящие контр-
груз к кронштейну, 9—регулировочный винт, 10—гайки для установки диапазона поворота лопасти,
17—полуотверстия для точной установки угла атаки лопасти и для соединения кронштейна с комлем
лопасти, 72—штифты, 13—масло и кран из масляной магистрали двигателя, 14—масло от крана к цилиндру
, винта, 75—слив масла из втулки в картер двигателя.
540
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
штейна 5 и поворачивать лопасть в сторону уменьшения угла атаки лопасти
до упора или до тех пор, пока давление масла не будет уравновешено
действием центробежных сил контргрузов 7. Если соединить масляные
каналы втулки со сточными каналами, то масло под действием центробеж-
ных сил контргрузов вытечет от цилиндра в картер двигателя; при этом
лопасти будут поворачиваться в сторону большого шага.
Собственно контргруз (фиг. 128, А и В) выполняется стальным и кре-
пится к кронштейну со стороны подшипника винтами 8 с полупотайной
головкой. В контргрузе имеется паз, куда помещен регулировочный
винт 9 с навинченными на него двумя гайками 10.
Гайки 10 можно перемещать, на винте 9, независимо одну от другой,
в любое желаемое положение. Когда палец 4 перемещается относительно
контргруза, его выступающий конец соприкасается с этими гайками и
таким образом ограничивает поворот лопастей винта (фиг. 128, Гр
Фиг. 128'. Передняя часть втулки винта Гамильтон-Стандарт новой модефикации.
На фланце лопасти и основании кронштейна выполнены полуотверстия 11
в количестве соответственно 36 и 40 шт. для точной установки угла атаки
лопасти.
Этот угол можно увеличить или уменьшить на один градус при переме-
щении штифта 12 вправо или влево на следующую пару полукруглых отвер-
стий.
До появления регулятора постоянного числа оборотов диапазон изме-
нения угла установки лопасти у винтов Гамильтон-Стандарт равнялся
10 — 15°. С развитием конструкции регулятора для некоторых типов само-
летов стали изготовлять винты с диапазоном изменения в 20°. В основу
конструкции этого винта положен гидравлический принцип; при этом одно-
временно используется сила упругости пружины; последняя вставляется
внутрь поршня втулки (фиг. 128')-
При повороте лопасти в сторону малого шага пружина сжимается,
благодаря чему для поворота лопастей в сторону большого шага к дей-
ствию контргруза присоединяется еще и действие пружины. Примерно
на двух третях поворота лопасти от минимального к максимальному шагу
пружина прекращает свое действие и центробежная сила. контргрузов
является единственной силой, использованной для дальнейшего поворота
лопасти.
Необходимость в пружинном механизме обусловлена увеличением угла
поворота контргрузов, а следовательно, и наклона дорожки (выточки) в
541
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
кронштейне. Для обеспечения этого диапазона изменения шага винта
необходимо было увеличить вес контргруза- или создать добавочную
силу для поворота лопастей. В связи с постановкой пружины обычного
давления масла в системе двигателя оказалось недостаточно для пово-
рота лопастей на минимальный шаг. С постановкой добавочного насоса,
смонтированного в корпусе регулятора постоянного числа оборотов, этот
недостаток был устранен.
Для поддержания регулировки
Фиг- 129. Масляный регулятор постоян-
ного числа оборотов винта Гамильтон-
Стандарт
7—масляная помпа, приводимая в движение
от двигателя, 2—поршень, 3—пружина, 4—диа-
фрагма, 5—золотник, б—масляный бак, 7—шит
кабины пилота, 8—подача масла от двигателя,
9—спуск масла, 10—масляный коллектор.
отверстие может быть установлено
ния любого числа оборотов.
шага винта на постоянное число обо-
ротов применяются автоматические ре-
гуляторы. Один из первых типов мас-
ляных регуляторов Г амильтон-
Стандарт показан на фиг. 129*.
Действие регулятора основано на
изменении величины напора помпы при
изменении числа оборотов винта.
Отверстие маслопровода регулиру-
ется диафрагмой 4 так, чтобы при данном
числе оборотов давление масла на пор-
шень 2 было уравновешено силой пру-
жины и поршень занимал бы нейтраль-
ное положение. Если число оборотов
будет отклоняться от установленной ве-
личины, давление масла на поршень 2
изменится и он начнет перемещаться
или вверх, если давление масла умень-
шится, или вниз, если давление масла
увеличится, и преодолеет сопротивле-
нре пружины.
В первом случае стержень пор-
шенька будет перепускать масло от мас-
ляной помпы двигателя во втулку винта
и во втором — из втулки в масляный
отстойник двигателя. Регулируемое
летчиком во время полета для поддержи-
Фиг. 130. Диференциальный регулятор постоянного числа оборотов
Гамильтон-Стандарт
А—электромотор, 1, 2, 3, 4—кулачковые муфты, а—гибкий вал от двигателя,
6—золотник, 7—пружины, 8—подача масла под давлением от двигателя, 9—слив масла.
Диференциальный регулятор (фиг. 130) состоит из четырех
кулачковых муфточек 7, 2, 3 и 4, которые воздействуют на золотник при
разности в скоростях вращения. Муфта 7 приводится в движение гибким
валом от двигателя, муфта 2 вращается в том же направлении небольшим
электромотором, число оборотов которого летчик может регулировать
при помощи реостата. Между муфтами 7 и 2 находится перепускной
* См. Т В. Ф. № 11, 1936 г.
542
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками
фиг. 131.
золотник, по концам которого также имеются муфты 3 и 4 с наклонными
плоскостями, по своей форме соответствующими кулачкам муфт 1 и 2.
При одинаковом числе оборотов муфт / и 2 золотник 6 удерживается
в нейтральном положении двумя пружинами. При увеличении числа обо-
ротов одного из валиков под влиянием входящих в зацепление наклонных
поверхностей кулачков золотник будет отходить в ту или в другую сто-
рону и перепускать масло из масляной системы двигателя в винт или из
него.
Центробежный регулятор Гамильтон-Стандарт новой конструк-
ции типа А схематически представлен i
При возрастании числа оборотов гру-
зы регулятора 7, сжимая коническую
пружину 2, отойдут от своей оси враще-
ния под действием центробежной силы.
Золотник 3 поднимается и открывает
окно 4 канала 5, идущего к винту.
Как только масло через канал 5 начнет
уходить из цилиндра, контргрузы повер-
нут лопасть на большой шаг; враще-
ние винта замедлится и золотник под
действием той же пружины снова пере-
кроет окно 4. Когда обороты уменьшатся,
грузы 1 приблизятся к оси вращения,
золотник 3 опустится и соединит канал
подачи масла с каналами, идущими к
винту.
Нужное число оборотов регулятора
устанавливается натяжением пружины 2;
это натяжение пружины регулируется
из кабины летчика при помощи троса
путем поворота червяка 77, входя-
щего в зацепление с рейкой 72. Меха-
низм поворота показан на фиг. 132'.
В корпус регулятора включена и при-
водится во вращение его валиком шес-
теренчатая дополнительная помпа, по-
вышающая давление масла для увели-
чения скорости перестановки шага и
расширения диапазона углов поворота
лопасти.
При вращении регулятора с заданной скоростью центробежные силы
грузов и сила пружины находятся в равновесии, и золотник занимает сред-
нее положение, закрывая выход масла в канал 5. В это время редукцион-
ный клапан масляной помпы перепускает масло обратно во входной канал 9.
Регулятор имеет цилиндрическую форму; диаметр его 100 мм, высота
150 мм\ вес без нижнего переходного фланца 1,6 кг. Автомат работает
в пределах 1600 — 2700 об/мин., что допускает приведение его во враще-
ние от большинства приводов для агрегатов, имеющихся на двигателе,
если специальный привод для регулятора не предусмотрен. Чувствитель-
ность механизма такова, что изменение числа оборотов винта на 0,1% уже
вызывает передвижение регулирующего механизма. Для применения на
двигателях любого вращения у помпы имеется две пары входных и
выходных окон, из которых одна пара должна быть заглушена в зави-
симости от направления вращения (фиг. 132).
Грузы регулятора заключены в конический кожух для защиты от
попадания на них масла, от центробежной силы которого меняется регу-
лировка.
Фиг. 131. Регулятор постоянного числа
оборотов винта Га^мильтон-Стандарттипа
А, установленный на носке картера
7—грузы регулятора, 2—пружина, 3—золот-
ник, 4—отверстие, 5—масло в винт, б—редук-
ционный клапан, 7—выход масла из редук-
ционного клапана, 8—картер двигателя, !)—
масло из двигателя, 10—спуск масла из винта,.
11 и 12—червяки и рейка для натяжения пру-
жины.
543
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Давление масла, создаваемое помпой, смонтированной в регуляторе,
поддерживается редукционным клапаном от 12,5 до 14 kzJcm2. Для исправ-
ного действия механизма давление должно быть не меньше 4,2 лг/гл2.
По данным фирмы, помпа вместе с регулятором поглощает лишь 0,5 л. с.
при 2100 об/мин. При этом числе оборотов чувствительность регулятора,
по данным фирмы, достигает двух оборотов.
Сообразно с местом установки регулятора на двигателе регулятор
типа А выполняется в четырех модификациях: А-1, А-2, А-3 и А-4.
Фиг. 132. Масляная помпа регуля-
тора типа А с дополнительными от-
верстиями для изменения направле-
ния вращения регулятора.
Фиг. 132'. Схема ручного управления регулято-
ром, расположенным на носке картера
1—крепление к двигателю, 2—ограничитель поворота
шкива, 3—рычаг в кабине летчика, 4—приспособление
для предотвращения скольжения троса по шкиву, 5—
стальной эластичный трос, 6'—шкив регулятора.
Регулятор типа А-1 устанавливается на носке картера двигателя. Регу-
ляторы типа А-2 и А-4 предназначаются к установке на приводе синхрони-
заторов пулеметов (двигатели Пратт и Уитнёй). Регулятор типа А-3
устанавливается на заднем приводе двигателей Райт-Циклон.
Для установки регулятора на данное число оборотов применяется
ручной привод из кабины летчика. Схема одной из систем ручного управ-
ления регулятором показана на фиг. 132х.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ГЛАВА IV
ПРИВОДЫ к ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМ АГРЕГАТАМ
§ 176. ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ. ПРИВОДЫ К МАГНЕТО
Современные авиационные двигатели, в особенности высотные и боль-
шой мощности, приходится оснащать значительным количеством дополни-
тельных приводных агрегатов, необходимых для обслуживания непосред-
ственно самого двигателя и вспомогательной аппаратуры самолета.
Примерный перечень этих агрегатов, а также передаточные числа к
ним даются в табл. 8.
В табл. 8 не упомянуты мае- Таблица 8
I № по пор. | Наименование агрегатов Передаточное число от колен- чатого вала или число оборотов в минуту
1 Магнето (2 шт.)
2 Водяной насос 1-1V2
3 Бензиновый насос (2 шт.) 1-172
4 Распределитель самопуска 72
5 Компрессор сжатого воздуха 1000 4- 1200
6 Стартер —
7 Счетчик оборотов 1 -72
8 Генератор на 500 4- 1200 W 5000 -4- 6000
9 Вакуум-насос для автопилота 1-W2
10 Масляный насос для
автопилота 1-1V2
11 Регулятор чисел оборотов 1600 4- 2700
12 Синхронизатор пулемета
(2 шт.) 1— г/2 (отвала
винта)
13 Центробежный масло очисти-
те ль 3000 -4- 6000
ляные насосы двигателя, кото-
рые часто органически входят
в его конструкцию и, следова-
тельно, не требуют специальных
выводов для своей установки.
Оборудование двигателя все-
ми этими агрегатами крайне
осложняет компоновку задка кар-
тера, на котором обычно со-
средоточивается большинство из.
перечисленных агрегатов. Слож-
ность компоновки усугубляется
еще и тем, что некоторые агре-
гаты имеют стандартные формы.
Чтобы избежать сосредото-
чения большого числа приводов
на задке картера, некоторые из
агрегатов размещаются и на дру-
гих частях двигателя. Так, на-
пример, на двигателях рядных
приводы к тахометру, распреде-
лителю сжатого воздуха, синхро-
низаторам пулеметов и другим мало нагруженным агрегатам часто ста-
вятся на передаточном механизме газораспределения. Приводы к вакуум- и
маслонасосам автопилота, генератору и другим агрегатам, не требующим
строгой синхронизации с вращением коленчатого вала, компонуются иногда
в отдельной коробке передач, соединяемой с валом двигателя посредством
лишь одного валика; такое решение вопроса имело место на звездообразных
двигателях фирмы Бристоль.
Передаточное число привода к магнето Zp зависит от числа
цилиндров двигателя i и числа искр £7, получающихся за один оборот
ротора магнето. Для четырехтактного двигателя Zp определяется из условия
ВВА—142—35
545
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
равенства числа вспышек за один оборот вала и числа искр, даваемых
магнето за то же время при данном передаточном числе
₽ пм 2V
Искропроизводительность магнето U и численное значение величины
ip подбирают, исходя из условия, чтобы скорость вращения роторов не
превосходила 4000 — 4500 об/мин. у магнето с неподвижными обмотками
и 2000 — 2500 об/мин. — у магнето с обмотками вращающимися.
Фиг. 132а. Передача к магнето двигателя Фиат.
В случаях, когда по условиям многоцилиндровости и высокого числа
оборотов двигателя скорость вращения роторов получается выше указан-
ных норм, применяется метод дублирования магнето. Такое решение имело
место на двигателях Рено выпуска 1920 г. и Нэпир-Деггер. На первом для
обслуживания двенадцати цилиндров устанавливалось четыре двухискро-
вых магнето SEW типа С-6, а двадцать четыре цилиндра второго двигателя
обслуживалось двумя сдвоенными четырехискровыми магнето Сцинтилла
типа С-1.
Размещение магнето зависит от общей компоновки двигателя и .от
количества других агрегатов.
На рядных двигателях магнето устанавливается в большинстве случаев
на задке картера и сравнительно редко на его носке (BMW-VIIaU, Нэпир-
Деггер). На рядных перевернутых двигателях местом установки магнето
часто служит верхняя крышка картера (двигатель Вальтер-Микрон,
фиг. 133).
У двигателей звездообразных установка магнето одинаково часто де-
лается и на задке, и на носке картера (двигатель Вальтер-Кастор, фиг. 133').
546
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
По видам элементов крепления к картеру различают магнето: 1) с пло-
ским основанием, параллельным оси вращения ротора, 2) магнето с флан-
цевым креплением, 3) магнето с цилиндрическим корпусом, крепящееся
ленточным хомутом или траверсой.
Крепление магнето первого вида делается на кронштейнах, выпол-
няемых отдельно или в отливке за одно целое с картером. Крепление к
кронштейну может быть осуществлено ленточным хомутом или винтами;
центрирование оси ротора
осуществляется при по-
мощи двух установочных
штифтов. Некоторую раз-
новидность описанного
типа представляют маг-
нето с цилиндрическим
основанием. В этом слу-
чае ставится один уста-
новочный штифт.
Ко второму виду
относят магнето с флан-
цевым креплением. Обес-
печение соосности валика
привода и ротора дости-
гается посредством цен-
трирующего буртика.
У некоторых магнето это-
го типа отверстия под
шпильки делаются в виде
дуговых прорезов, обес-
печивающих поворот кор-
пуса магнето вокруг оси
на угол 16—20°. Такое
устройство, в сочетании
со шлицевой муфточкой
хвостовика ротора, поз-
воляет производить точ-
ную установку магнето
на любой угол опереже-
ния зажигания.
К третьему виду
относятся магнето, имею-
щие цилиндрический кор-
пус; крепление их на
картере двигателя произ-
водится или ленточным
хомутом или траверсой,
захватывающей одновре-
менно оба магнето. Уста-
Фиг. 1326. Передача к магнето двигателя Испано-Суиза
12-Nbr.
новка угла зажигания
достигается путем пово-
рота корпуса магнето во-
круг оси его ротора.
Иногда применяются магнето, не имеющие ни автомата, ни сектора для
регулировки опережения зажигания. В этом случае возможность изме-
нения угла опережения должна обеспечиваться конструкцией самого
привода.
При передаче коническими шестернями от промежуточного валика
(фиг. 132а) угловое смещение роторов магнето может быть достигнуто
поворотом относительно него ведущей шестеренки.
547
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В представленных конструкциях этот поворот осуществляется осевым
смещением соединительной втулки, сцепленной одновременно с валиком
долевыми шлицами и со ступицей шестеренки — трехходовой винтовой
нарезкой.
В винтовой передаче (фиг. 1326) изменение угла опережения зажигания
весьма просто осуществляется лишь осевым перемещением ведущей ше-
стеренки по шлицам хвостовика.
Привод, выполненный в виде коробки передач (фиг. 132в), дает возмож-
ность изменять угол опережения путем поворота корпуса барабана, несу-
щего на себе четыре паразитные шестеренки. Поворот барабана в сторону
вращения роторов магнето сопровождается увеличением угла опережения.
Для магнето, у которых распределитель тока высокого напряжения
выполнен отдельно, необходим дополнительный привод к распреде-
лителю.
Фиг. 132в. Передача к магнето двигателя Изотта-Фраскини ASSO-750.
Передача движения к магнето у рядных двигателей обычно осущест-
вляется от коленчатого вала или от передачи к распределительному валу
винтовыми, цилиндрическими или коническими шестернями. Недостатком
привода с винтовыми шестернями (фиг. 133") является необходимость,
применения магнето разных вращений, что неудобно в эксплоатации и снаб-
жении. Достоинством является возможность изменения опережения зажи-
гания простым смещением одной из шестерен вдоль оси.
Привод с коническими шестернями от промежуточного валика
имеет то преимущество, что направление вращения магнето здесь всегда
одинаковое.
Конструктивное оформление привода от наклонных валиков газораспре-
деления может быть выполнено в двух вариантах. В первом (двигатель
М-17, фиг. 133а) магнето всегда одинакового вращения; во втором (дви-
гатель АМ-34, фиг. 1336) это зависит от направления вращения валиков,
т. е. от системы передачи к распределению.
Передача движения магнето, расположенного на верхней крышке кар-
тера перевернутых двигателей, легко осуществима посредством лишь
одних цилиндрических шестерен (двигатели МВ-6 и Вальтер-Микрон).
При наличии в системе привода конических шестерен пред-
ставляется возможность придавать магнето наклонное положение; благо-
даря этому на двигателе М-100, например, достигается более удобный
подвод воздушных коллекторов к карбюраторам (двигатель М-100,
фиг. 134).
548
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 133. Привод к магнето двигателя Вальтер-Микрон.
Фиг. 133'. Привод к магнето двигателя Вальтер-Кастор.
549
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
У звездообразных двигателей передача к магнето при размещении их
на задке картера наиболее просто осуществляется цилиндрическими
шестернями (двигатель М-11). При такой схеме магнето располагаются
параллельно оси коленчатого вала и близко к ней, вписываясь в габарит
задней крышки, что исключает необходимость демонтажа их при съемке
двигателя с подмоторной рамы самолета.
Фиг. 134. Привод к магнето двигателя М-100.
Аналогичный привод к магнето двигателя с нагнетателем имеется
на двигателе М-25. Сцепление ротора магнето с валиком привода выпол-
нено на шлицах без эластичного элемента, располагаемого обычно в сое-
динительных муфтах (фиС 134а). Здесь это допустимо вследствие того,
что магнето включено в систему эластичного привода к нагнетателю.
Фиг. 134'. Эластичная муфта сцепления магнето двигателя М-85.
При размещении магнето в плоскости, перпендикулярной оси коленча-
того вала, привод можно осуществлять в равной мере как от винтовых
(двигатель М-85), так и от конических колес (двигатель Вальтер-Кастор,
фиг. 133').
551
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Маслоуплотнительные устройства приводов магнето дела-
ются: в виде сальников (двигатель М-17), манжет (двигатель М-25), отра-
жательных .дисков (двигатель М-100) и маслогонных нарезок (двигатель
МВ-4); в последнем случае должен быть предусмотрен сток масла.
Муфты сцепления магнето с приводом в большинстве случаев дела-
ются так, чтобы ими обеспечивалась точная установка момента зажигания,
эластичность сцепления и возможность установки магнето при наличии
некоторого смещения и перекоса осей.
Точность установки зажигания обеспечивается или торцевыми шлицами
(двигатель М-85) в сочетании с зубьями ведомой шестерни привода или же
дуговыми прорезями (двигатель М-100) на фланцах муфты. Эластичность
сцепления и возможность работы достигаются посредством пакета плоских
пружин (двигатель М-100) или применением промежуточного кольца из
вулканизированной резины или пластмассы. Другая разновидность пружин-
ного амортизатора муфты имеется на двигателе М-85 (фиг. 134').
§ 177. ПРИВОДЫ К ВОДЯНЫМ И БЕНЗИНОВЫМ НАСОСАМ
Водяной насос устанавливается на современных двигателях в нижней
части задка картера. Исключение из этого правила составляли лишь
несколько двигателей выпуска 1918—1920 гг.
Так, в 12-цилиндровом V-образном двигателе Фиат 650 л. с, водяной
насос для упрощения задка был помещен на нижней крышке картера под
средним подшипником коленчатого вала, а в двигателях Майбах и Бенц—
на задке, но сверху картера.
Фиг. 134". Привод к водяному насосу двигателя ASSO.
Водяные насосы применяются исключительно центробежного типа, в
большинстве случаев с вертикальным расположением валика (двигатели
BMW, М-100). Однако это расположение не является правилом и опреде-
ляется расположением других агрегатов, в частности, масляного насоса
(двигатели Либерти и ASSO). Пример насоса с горизонтальным расположе-
нием валика показан на фиг. 134".
Часто водяной насос устанавливается на общей коробке приводов к ма-
сляным насосам, принимая вид отъемного водо-масляного агрегата (двигатели
Паккард, АМ-34).
552
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 134а. Размещение агрегатов на задней крышке двигателя Райт-Циклон.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Такое оформление привода выгодно своей компактностью, но связано
с некоторыми трудностями по уплотнению валика масляного насоса.
Корпус водяного насоса выполняется из алюминиевых сплавов типа
АСЗ или АС 15. Число труб для выходящей воды делается по числу рядов
цилиндров.
Уплотнение в стыках с трубопроводами, ведущими к цилиндрам,
достигается обычно при помощи дюритовых трубок и хомутиков; для эти-
лен-гликоля целесообразнее применять нипельное соединение.
Крыльчатка водяного насоса в современных двигателях выполняется
обычно отливкой. Конструктивный тип ее — чаще всего полузакрытое или
закрытое колесо. В некоторых старых конструкциях были случаи приме-
нения клепаной крыльчатки.
Посадка крыльчатки на валик может осуществляться с равным успехом
как на коническом или на цилиндрическом хвостовике со шпон-
кой или шлицами, так и на фланце. Осевая фиксация валика в случае кон-
сольной установки крыльчатки достигается при помощи радиального шари-
кового подшипника (двигатели Либерти, АМ-34) или с помощью осевого
подшипника с пружиной, которая прижимает валик его буртиком к втулке
корпуса (двигатель BMW-6). При установке крыльчатки на двух опорах
осевая фиксация достигается буртиком на валике и подпятником скользя-
щего типа (двигатель М-100).
Для того чтобы масло из картера не проникало в охлаждающую систему,
втулки, в которых вращается валик, разъединяются полостью промежуточ-
ной части, выполненной в виде открытого фонаря.
Уплотнение при выходе валика из втулок в большинстве случаев до-
стигается при помощи сальников, которые затягиваются нажимными гайками
либо пружиной (двигатели Паккард, АМ-34).
Сальниковая набивка прессуется в виде колец по размеру валика из
жгутов асбестовых и хлопчатобумажных ниток (2 :1), пропитанных в растоп-
ленной смеси сала с графитом (3 : 1).
В некоторых двигателях в качестве набивки применяется тонкая
(0,2—0,5 мм) стружка из сплава типа свинцового баббита.
В качестве дополнительных мер от вытекания масла из картера приме-
няется или маслосгонная обратная нарезка (двигатель М-100) или масло-
сбрасывающее кольцо (двигатель АМ-34).
Мерами против подтекания воды служат отверстия, выполняемые в диске
крыльчатки, невысокие ребрышки, выполненные на тыльной стороне диска
колеса, или просто высокий буртик, прижимающийся к втулке корпуса
(двигатель М-100).
Смазка втулки, примыкающей к картеру, обеспечивается маслом, про-
сачивающимся в зазор; смазка втулки в корпусе насоса производится таво-
том из штауфера. Смазка пяты и хвоста валика, находящихся на приемной
стороне, достигается водой, для чего на хвосте вала делается винтовая
канавка, а в гнезде подпятника — сверление.
Соединение валика насоса с приводом достигается при помощи шлиц
(двигатель М-100), кулачковой муфты (двигатель BMW) и зубчатой муфты
(двигатель ASSO). Имеется пример соединения при помощи муфты Ольд-
гэма — в двигателях Паккард и АМ-34.
Производительность водяного насоса q должна обеспечить отвод коли-
чества тепла, приблизительно эквивалентного 0,7 номинальной мощности
двигателя. При температурном перепаде 10° это дает на 1 л. с. в минуту:
632.yg.Q,7_n7 кг
Ч 60-10М ~~ * л. с. мин'
Напор, даваемый насосом на полном числе оборотов, должен быть в
пределах 10—12 м вод. ст.
Выбор размеров насоса может быть сделан по окружной скорости,
гидравлическому к. п. д. и допускаемой скорости воды.
554
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Внешний диаметр крыльчатки
частному виду уравнения Эйлера:
D2 (фиг. 135) может быть найден по
Г.2/?2 ^2 1
тт _ 172
** rlh g- goo 4 g ’
(90)
где r.h — гидравлический к. п. д (0,6 4-0,5 в случае закрытого и полузакрытого колеса);
Н— напор в м вод. ст.
Высота лопатки на выходе Ь2 и диаметр входа Dx могут быть опреде-
лены на основании уравнения:
— ^£>2^2------д7
где
ж
v = 2—3 л]сек
мин с .
сек “ “60.1000 м /сек'
Более точные результаты можно
получить, подбирая насос по подобию,
на основании уже известной характе-
ристики прототипа.
Приводы к бензиновым насосам располагаются обычно в ниж-
ней части задка картера или на его задней крышке. Движение передается
либо непосредственно через хвостовик коленчатого вала или через узел
передач к масляному и водяному насосам двигателя. В большинстве слу-
чаев привод выполняется двухсторонним, для того чтобы можно было
установить два насоса, причем передача вращения их роторам осущест-
вляется посредством винтовых (двигатель М-85), конических (дви-
гатели МВ-6, М-100, АМ-34) и цилиндрических шестерен. При уста-
новке поршневого насоса применяется эксцентриковый механизм. Ввиду
сравнительно малой нагрузки опоры валиков привода делаются обычно
скользящими. Смазка их осуществляется разбрызгиванием, причем масло,
протекающее в незначительном количестве через зазор во втулке, отво-
дится за пределы фюзеляжа через дренажные трубки бензинового сальника
насоса.
Сцепление хвостовика ротора насоса с валиком привода делается или
на квадрате (двигатели М-100, АМ-34) или на шипах (двигатель МВ-6).
§ 178. РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ САМОПУСКА. ИНЕРЦИОННЫЕ И РУЧНЫЕ ПУСКОВЫЕ
УСТРОЙСТВА
Распределители самопуска бывают двух типов—дисковые и цилин-
дрические. Наиболее распространенным является первый тип (фиг. 136),
так как он обеспечивает плотное прилегание золотника в момент запуска
и свободное его вращение, когда внутри золотниковой камеры сжатый
воздух отсутствует. Это позволяет обойтись без системы выключения
золотника.
Во всех случаях отверстия, по которым отводится воздух к цилиндрам,
просверлены на зеркале распределителя и соединены с последними соот-
ветственно порядку последовательности их работы. В диске золотника
имеется дуговой прорез, который охватывает одновременно два-три
отверстия.
Для точной установки золотника обычно предусматривается верньер,
представляющий собой втулочку с двумя шлицевыми поясами, одним из
которых она сцепляется с золотником, а другим — с валиком привода.
Установка золотника делается так, чтобы начало впуска сжатого воздуха
было на 15—10° после ВМТ в такте расширения.
Большие затруднения в конструкции корпуса распределителя сжатого
воздуха возникают в размещении штуцеров и сверлений на зеркале при
555
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
большом числе цилиндров. Для уменьшения габарита в распределителе
двигателя М-85 введено два золотника и два зеркала. От верхнего зер-
кала приводятся в действие цилиндры передней звезды. Нижний золотник
соединяется с приводным валом на шлицах верньера, а верхний—с нижним
на гребенчатом выступе последнего. Пластинчатой пружиной, вложенной
между золотниками, последние прижимаются к зеркалам распределителя.
Место установки распределителя сжатого воздуха достаточно разно-
образно. В рядных двигателях, как отмечалось выше, часто используется
хвостовик распределительного вала (двигатель BMW). В распределителях
Фиг. 136. Распределитель сжатого воздуха двигателя М-100:
1—ведущий валик, 2 • шлицевая муфточка, 3—золотник.
двигателей М-100 и М-85 привод самостоятельный. Цилиндрический золот-
ник распределителя в двигателе АМ-34 приводится во вращение от на-
клонного валика передачи газораспределения. Смазка валика и золотника
осуществляется обычно самотеком. Для большей надежности смазки зо-
лотника на рабочей поверхности втулки его валика иногда делается спи-
ральная канавка.
Подача сжатого воздуха из распределителя осуществляется обычно
стальными трубопроводами диаметром 4x6 мм.
Пусковые клапаны стандартизованы (фиг. 137).
Компрессор, необходимый для наполнения бортового пускового бал-
лона сжатым воздухом, делается обыкновенно невыключающимся. Для
простоты и компактности клапаны его выполняются автоматическими
(фиг. 136'). Производительность компрессора примерно 0,8 л[мин при
сжатии воздуха до 30 ат.
Компрессор целесообразно ставить на носке двигателя для охлаждения
цилиндра компрессора. В частности, на двигателе М-100 он приводится во
вращение от шестерни внутреннего зацепления. Малая шестеренка этого
зацепления установлена в носке коленчатого вала. Имеются, однако,
примеры установки компрессоров и на задке (двигатели Испано-Суиза
14-НА, М-85). Нередко компрессор соединяется в одну конструкцию с распре-
556
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
делителем сжатого воздуха. Ввиду того что компрессор не выключается во
время работы двигателя, при его установке должен быть обеспечен подвод
смазки.
Фиг. 136'.
При установке распределителя сжатого воздуха предусматривают, однако,
возможность установки инерционного или ручного самопуска, для чего
устраивают соответствующий вывод
с торцевой кулачковой муфтой. Тыльные
скосы кулачков этой муфты выводят из
зацепления привод пускового устройства,
после того как двигатель запустится.
Часто эта муфта включается непосред-
ственно в хвостовик коленчатого вала
на шлицах или шпонках (двигатель
BMW) или насаживается на конец при-
водного валика нагнетателя (двигатель
М-85). Однако при некоторых конструк-
циях нагнетателей, как, например, в дви-
гателях М-100, М-34, установка такого
устройства на коленчатом валу невоз-
можна. В подобных случаях кулачковая
муфта может быть поставлена на боко-
вом приводе.
Что же касается самого пусков о
щее время наиболее распространенным
(фиг. 138).
Фиг. 137. Клапан воздушного самопуска.
го устройства, то в настоя-
является инерционный самопуск
557
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 138. Электроинерционный стартер Эклипс.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Сущность действия его заключается в том, что быстро вращающийся
маховик 1 включается через понижающую передачу в хвостовик колен-
чатого вала и за счет своей живой силы поворачивает его на один-два
оборота. Если двигатель был предварительно подготовлен к запуску (про-
грет и залит), то этого поворота вполне достаточно для того, чтобы дви-
гатель запустился.
Первоначальная раскрутка маховика может быть произведена либо
вручную рукояткой 2, либо электромотором 3.
Если обозначить через J момент инерции маховика, и <d2 — началь-
ную и конечную угловые скорости его во время запуска, Мп — пусковой
момент мотора и а — угол поворота коленчатого вала, то по уравнению
живых сил можно связать эти вели-
чины следующей зависимостью:
л
По данным различных эксперимен-
таторов,
(7СТ — напряжение,
JCT — сила тока в цепи (мгновенное
значение),
п — об/мин. маховика,
t — время в сек. после включения тока.
Жп = k4)h.
Величина k, по данным Марелли,
для 6- и 12-цилиндровых двигателей
изменяется от 3,5 до 4,2 кгм) л при
степени сжатия е = 7. Этот момент
зависит от температуры. Кац дает для
одного и того же двигателя значение
k=2 кгм/л при Z=30°C и к=^,Ъкгм1л
при t = — 30° С.
Электроинерционные стартеры обе-
спечивают достаточно надежный за-
пуск вследствие относительно высо-
кой скорости вращения коленчатого
вала, которое в первые мгновения
запуска доходит до 120—160 об/мин. При этих условиях рабочие магнето
уже достаточно надежно дают искру. Раскрутка маховика до 12—16 тыс.
об/мин. при помощи электромотора требует 10—15 сек. а при ручном при-
воде 30—60 сек.
Пределом снижения числа оборотов маховика является 70—80 об/мин.
на валу, когда магнето не дают искры. В этом случае запуск без пуско-
вого магнето невозможен.
Основным недостатком такого самопуска является его высокий вес
(от 17 до 24 яг), а также необходимость в пусковой батарее аккумуля-
торов емкостью не менее 50 Ah. Характеристика работы такого само-
пуска показана на графике (фиг. 138').
Одним из весьма трудных вопросов в конструкции механических пус-
ковых устройств являются: 1) способ выключения муфты после пуска
двигателя и 2) предохранение от удара рукоятки в случае обратной
вспышки.
В электроинерционном стартере Эклипс (фиг. 138) для первой цели
служит хвостовик 4, выполненный по системе Бендикс, для второй —
фрикционная дисковая муфта 5.
Сущность соединения Бендикс поясняется схемой на фиг. 139. Если,
удерживая от вращения винт, вращать гайку по направлению стрелки, то
винт будет двигаться влево. Наоборот, если задержать гайку, вращая
винт в ту же сторону, то он будет двигаться вправо. Роль гайки играет
центральная втулка 6 (фиг. 138), роль винта — хвостовик 4 с трехходо-
вой нарезкой. При включении самопуска стержень 7 передвигается
вправо, тогда пружина 8 сцепляет муфту 9 с коленчатым валом.
559
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Так как втулка 6 вращается от маховика 1 через перебор, барабан и
фрикцион, то хвостовик 4 пойдет вправо до. упора в муфту 9, которая
самопуск мало-
мощного
также придет во вра-
Фйг. 138". Ручной г
звездообразного "'двигателя
Побджой.
после этого
щение.
После запуска двигателя вслед-
ствие резкого увеличения скорости
вращения муфты 9 и хвостовика
4 по сравнению с втулкой 6 хво-
стовик 4 отойдет влево. Натяже-
Напрайление
вращения
винта
ние фрикциона регулируется пружинами, затяжка которых должна быть
отрегулирована на полуторный пуско-
вой момент.
Ручные пусковые устройства имеют
место в современных преимущественно
маломощных двигателях (фиг. 138*).
Ввиду того что в этих случаях скорость
вращения коленчатого вала настолько
мала, что не может обеспечить зажига-
ния от рабочего магнето, часто подоб-
ные устройства соединяются с пуско-
Фиг. 139. Схема муфты Бендикс. вым магнето.
560
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 179. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРИВОДЫ
Применяемые на авиационных двигателях генераторы постоянного тока
мощностью в 600—1200 W имеют сравнительно большие габариты и,
следовательно, вызывают известные трудности при их размещении на
двигателе.
На звездообразных двигателях генераторы ставятся на задке картера,
причем ось может быть расположена или наклонно (двигатель М-85,
Хорнет-С) или параллельно оси коленчатого вала (М-25).
На двигателях рядных возможно размещение генератора верти-
кально— на задке (двигатель Либерти), горизонтально —на ниж-
ней половине картера (двигатель АМ-34) и горизонта л ьн о—на картере
редуктора (двигатель М-100). Выбор того или другого расположения
определяется возможностью размещения и удобством привода.
Крепление генератора так же, как и магнето, может быть фланце-
вое и на хомутах.
Сцепление привода с хвостовиком якоря может быть сделано на
шлицах (двигатели АМ-34, Либерти). Однако во избежание повреждения
хвостовика и шестерен силами инерции якоря в момент запуска привод
выполняется либо эластичным, например с длинным тонким валиком, либо
фрикционным (двигатели М-85, М-100, Райт G-100).
Приводы к тахометру, передающие очень небольшую мощность,
выполняются весьма легкими, чаще всего на скользящих подшипниках.
Схема конструкции привода по АСТ-58мт
дана на фиг. 140.
В рядных двигателях нередко привод
к счетчику оборотов выполняется от рас-
пределительных валиков (двигатели Ис-
пано-Суиза, Кертис-Конкверор).
Для уменьшения изгиба гибкого ва-
лика, служащего для привода к тахо-
метру, в двигателе М-25 приводы выпол-
нены наклонными книзу.
Приводы к синхронизаторам
на рядных двигателях часто делаются от
кулачковых валиков (двигатель BMW-6) и от хвостовика коленчатого вала
(двигатель Либерти). На звездообразных двигателях (М-85, М-25, М-87)
синхронизаторы устанавливаются на задке двигателя.
В некоторых конструкциях двигателей Нэпир-Лайон для привода пуле-
метов применялись кулачки, выполненные на фланце втулки винта.
Для регулировки синхронизаторов в их приводах или в самих синхрони-
заторах должны быть предусмотрены регулировочные элементы. При на-
личии на двигателе редуктора приводы к синхронизаторам должны
выполняться с учетом его передаточного числа.
Вакуум-насос имасляный насос автопилота устанавливаются
в большинстве случаев на задке двигателя. Привод к вакуум-насосу двига-
теля М-100 выполняется как ответвление от привода к магнето. На дви-
гателе М-87 вакуум-насос приводится от передаточной колонки, установ-
ленной на задней крышке двигателя; этой колонкой обслуживаются одно-
временно тахометр и синхронизатор.
В двигателе АМ-34 вакуум-насос, насос масляный и регулятор чисел
оборотов скомпонованы в общей коробке приводов и установлены на носке
картера. Вращение им сообщается от носка коленчатого вала.
Привод регулятора чисел оборотов в звездообразных двига-
телях может быть осуществлен: от кулачковой шайбы (двигатель Райт G-100),
от шестерни редуктора и от шестерни передачи к газораспределению.
Фиг. 140. Привод к тахометру
по АСТ-58мт.
В В А—142—36
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ГЛАВА V
СМАЗКА АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
§ 180. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ МАСЛА
Одним из важнейших факторов, определяющих развитие конструкции
авиационных двигателей, является правильное выполнение системы смазки
двигателя. Уменьшая силу трения, возникающую на трущихся поверхностях
деталей, смазка одновременно отводит тепло, в которое преобразуется
работа трения. Правильно подобранная система смазки способствует по-
вышению допустимых удельных нагрузок и увеличивает долговечность и
надежность работы подшипников.
В технике различают два вида трения: 1) трение скольжения,
когда одно тело скользит по поверхности другого, соприкасаясь с ним не-
которыми точками, линией или поверхностью, и 2) трение качения,
возникающее за счет упругих и остаточных деформаций, образующихся
в точке соприкосновения катящегося и неподвижного тела.
Трение скольжения, в свою очередь, принято разделять на:
сухое трение, полусухое или полужидкостное и жидкостное трение.
Сухое трение, законы которого были сформулированы Кулоном,
имеет место при соприкосновении чистых несмазанных поверхностей
двух тел. Микроскопические выступы одной поверхности свободно входят
во впадины другой поверхности, и для того, чтобы сдвинуть одну поверх-
ность по отношению другой, необходимо произвести деформацию этих
выступов. Сухое трение имеет место на щетках генератора и магнето.
Сила трения в этом случае изменяется прямо пропорционально нагрузке
и не зависит от величины поверхностей, что выражается формулой
T=fP, (91)
где
Т —сила трения;
f—коэфициент трения;
Р—сила, действующая нормально к трущимся поверхностям.
Полусухое или полужидкостное трение возникает при на-
личии непосредственного соприкосновения двух тел, имеющих смазанные
поверхности. Смазка, заполняющая впадины одного тела, мешает внедрению в
них выступов другого. Деформация выступов, а следовательно, и трение
будут меньше, чем в первом случае. Полусухое трение встречается на
деталях, имеющих небольшие скорости скольжения, как, например, палец
поршня, зубья шестерен и др.
Жидкостное трение характеризуется полным отсутствием не-
посредственного прикосновения трущихся тел; вся нагрузка передается
исключительно через масляный слой. Закон жидкостного трения выведен
Ньютоном из наблюдений за ламинарным течением жидкостей
1 ~ dy '
562
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
т. е. сила трения Т, возникающая на поверхностях слоя жидкости толщи-
ной dy, прямо пропорциональна величине поверхности слоя F, вязкости
жидкости т}, относительной скорости скольжения dv и обратно пропор-
циональна толщине слоя. Отсюда можно заключить, что при наличии жид-
костного трения сила трения не зависит от нагрузки трущихся поверхностей.
Из уравнения (92) величину абсолютной вязкости можно представить
как силу в килограммах, которая потребуется для передвижения слоя
жидкости поверхностью в 1 м? со скоростью 1 м)сек по отношению к
другому слою, находящемуся от первого на расстоянии 1 м.
Откуда размерность абсолютной вязкости
кг • м • сек_кг • сек
м • м2 м2
В физической системе мер вязкость имеет следующую размерность:
дин ♦ сек
см2
Эта единица вязкости называется пуазом. Величина, равная 0,01
пуаза, называется сантипуазом. Соотношение между указанными едини-
цами вязкости будет:
1 = 98,1 пуаза = 9810 сантипуазов
или
1 сантипуаз = 0,01 пуаза = 0,000102 .
Не надо смешивать абсолютной вязкости с кинематической вязкостью
т}к, которая представляет собой отношение абсолютной вязкости к плот-
ности жидкости
= (93)
При размерности см2)сек единица измерения кинематической вязкости
называется стоксом; 0,01 стокса называется сантистоксом. На прак-
тике величину вязкости масел оценивают в единицах относительной вяз-
кости, которая определяется при помощи приборов, называемых вискози-
метрами.
В СССР принято оценивать вязкость по Энглеру. Вязкостью по Эн-
глеру называется число, которое показывает, во сколько раз потребуется
больше времени для истечения некоторого объема жидкости по отноше-
нию к такому же объему воды. Определение вязкости производится при
помощи вискозиметра Энглера, в котором истечение происходит через
трубочку длиной 20 мм, диаметром в свету 2,8 мм.
Жидкость в сосуде наливают до. высоты 52 мм, что составляет объем
200 см3. Время истечения дестиллированной воды при температуре 20° С
принимается за единицу и используется как масштаб для измерения вяз-
кости. Так как истечение происходит под действием веса столба жидкости,
то вязкость по Энглеру будет зависеть от плотности испытуемой жидкости.
По опытам Уббелоде зависимость между единицей абсолютной вязкости
и градусами Энглера выражается следующим уравнением:
т] = 1 (о,00074Е° — 0;°926i')^yS ; (94)
здесь Е°—градусы Энглера.
Если принять для масла удельный вес 7 = 0,9, то уравнение (94) полу-
чит следующий вид:
•>) = 0,00067 Е°— , (95)
или, проще,
0,00065 Е °. (96)
563
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 141. Зависимость вязкости авиационных масел
от температуры.
Фиг. 142. Зависимость вязкости масел от давления по опытам
Герси и Шора.
(давление на диаграмме в ка/см2).
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Обратный пересчет данной абсолютной вязкости в относительную по
Энглеру может быть сделан по следующей формуле:
Е° = 764<+ /557 OOOi)2 + 0,87.
(97)
Фиг. 143. Движение ползуна
с острой кромкой.
Вязкость авиационных масел меняется в сильной степени от темпера-
туры, что видно из графика, представленного на фиг. 141. В пределах
60—150° изменение вязкости может быть выражено с достаточной степенью
точности по следующим формулам:
= (0,1/°C)3 ’
здесь i—характеристическое число, значение
которого для авиационных масел колеблется
в пределах от 1,4 до 2,8;
или
= (0,1 /°С)2.о ’
где I'— 0,8 4-1,5.
Изменение вязкости от давления по опытам Герси и Шора показано
на диаграмме (фиг. 142).
Как показывает практика, внутреннее трение жидкости значительно
меньше трения твердых тел. Кроме того, при отсутствии непосредствен-
ного соприкосновения не происходит износа трущихся поверхностей. От-
сюда ясны преимущества жидкостного трения. Осуществление чисто
жидкостного трения обусловливается наличием в масляном слое такого
давления, которое могло бы противостоять нагрузке, передаваемой поверх-
ностью соприкосновения.
Необходимое давление в масляном слое при установившейся работе
можно получить при помощи подвода смазки под давлением, соответству-
Фиг. 144. Распределение дав-
ления в масляном слое пол-
зуна.
ющим удельному давлению на трущихся по-
верхностях (как, например, в плоских подпят-
никах), или же применением конструктивных
форм ползунов и подшипников, обеспечивающих
возникновение давления в масляном слое при
движении. Предположим, что мы имеем ползун,
двигающийся по плоской направляющей (фиг.
143). Если кромка А будет острой, то масля-
ный слой, имеющийся на поверхности направ-
ляющей, будет при движении ползуна сни-
маться. Другая картина получится, если при-
дать кромке форму, указанную на фиг. 144.
В этом случае ползун при движении всплы-
вет на поверхности масляного слоя подобно
глиссеру. Давление в масляном слое распре-
делится по длине ползуна, как показано на той
же фигуре. Результирующая масляного давления может достигнуть такой
величины, что она будет уравновешивать нормальную нагрузку на ползун,
металлическое соприкосновение поверхностей исчезнет и налицо будет
жидкостное трение.
Подобное же явление наблюдается при цилиндрической опоре, если
цапфа выполнена несколько меньшего диаметра по сравнению с диаметром
подшипника. По обе стороны от точки касания цапфы (фиг. 145) образу-
ются клинообразные пространства А и В. Если придать валу вращение
по направлению стрелки, то в масляном клине В возникнет давление, ко-
торое будет возрастать с увеличением скорости вращения вала. Если на-
грузка на вал действует, как показано на фигуре, по вертикали, то, в за-
висимости от вязкости масла и числа оборотов, вал начнет перемещаться,
565
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
занимая последовательно положения, указанные на фиг, 145. При этом
центр сечения вала описывает кривую, близкую к полуокружности; диа-
метром этой полуокружности является отрезок, соединяющий центр сече-
ния подшипника О с центром сечения вала в нижнем положении О'.
Фиг. 145. Положения вала в различные моменты движения
а—вначале движения, б—среднее положение и г—при бесконечно-боль-
шой скорости вращения.
Фиг. 146. Кривая измене-
ния давления в масляном
слое подшипника.
Из фиг. 146 видно, что давление в масляном слое непрерывно возрастает
по мере приближения к месту минимальной толщины масляного слоя и
после этой точки резко падает. По Фальцу, давление может упасть даже
ниже атмосферного, однако на практике этого не наблюдается.
§ 181. РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ ЖИДКОСТНОГО ТРЕНИЯ
Математическую зависимость между давлением в масляном слое, вяз
костью, скоростью скольжения и геометрическими размерами скользящих
поверхностей дает гидродинамическая теория смазки. Основанная в конце
прошлого столетия проф. Петровым
и Рейнольдсом и проверенная на опы-
тах многочисленными учеными гидро-
динамическая теория смазки рассма-
тривает на основе уравнений гидро-
динамики явления, возникающие
в масляном слое. Здесь приводятся
лишь формулы, необходимые для рас-
чета подшипников*.
Рассмотрим движение жидкости
Л между двумя плоскими параллель-
у ------ными стенками, из которых одна ВВ
Фиг. 147. Течение жидкости между двумя (фиг. 147) неподвижна, другая АА
параллельными стенками. двигается со скоростью в направ-
лении, указанном стрелкой.
При этом предположим, что: 1) рейнольдсово число для этого случая
значительно меньше критического, что обеспечивает ламинарное движение
жидкости, 2) члены уравнения движения жидкости, зависящие от сжимае-
мости жидкости, столь малы, что их можно отбросить, и 3) жидкость
полностью смачивает поверхность, так что частицы жидкости, находящиеся
на стенках, неподвижны относительно последних.
Расположим ось Y перпендикулярно потоку и стенкам, ось X—вдоль
потока, ось Z будет направлена перпендикулярно плоскости чертежа.
Предположим далее, что скорость движения жидкости и и давление и
не зависят от Z.
* Подробный вывод этих формул изложен, в частности, в книге П. И. Орлова,
Смазка легких двигателей, ОНТИ, 1937.
566
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Выделив из жидкости элементарный параллелепипед высотой dy, дли-
ной dx и шириной z равный единице, напишем выражения для сил, дей-
ствующих на гранях параллелепипеда в направлении оси X:
а) сила гидродинамического давления на грани 1 равна pdy и на грани
2 равна (р + dx dy^, т. е. результирующая будет:
б) сила трения, принимая во внимание уравнение (92), на грани 3 равна
du j . / du , d2u i
vj ~^~dx и на грани 4 равна tq dx,т.е- проекция на ось х равна.
Ч^-dxdy.
Сумма рассмотренных сил по условию равновесия для установившегося
течения должна равняться нулю, откуда получим:
dzu 1 др
dy2 т] дх '
(100)
Сумма проекций сил на ось Y также должна равняться нулю, но так
как проекции сил трения на ось У равны нулю, то, пренебрегая силами
тяжести, можно написать:
откуда видно, что давление не зависит от У; и, вместо частной производ-
•„ др dp
ной можно писать полную производную
Проинтегрировав дважды уравнение (100), получим:
а=4^>*+ау + ь- doo
Постоянные интегрирования а и b можно определить из пограничных
условий:
при у = 0 и =
при у — h и = 0,
, I dp r V
откуда b = v, а = — —т-, и изменение скорости и по у будет:
ы »1 LL IL
Фиг. 148. Случай, когда одна стенка
наклонена по отношению к другой.
<102>
Пусть стенка ВВ имеет некоторый наклон по отношению стенки АА (фиг.
148). В этом случае скорость движения
жидкости будет меняться в простран-
стве, при этом появятся силы инерции.
Однако при небольшом угле наклона
стенки ВВ и достаточной вязкости
жидкости силы инерции будут столь
незначительны по отношению сил тре-
ния, что ими можно пренебречь. При
этом условии для рассматриваемого
случая можно применять уравнение
(Ю2).
Объем жидкости, протекающей в
единицу времени через поперечное се-
чение, ширина которого равна единице, может быть подсчитан по уравнению:
h
Q = fudy=^—^. (ЮЗ)
О
567
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
В силу неразрывности течения объем жидкости, протекающей через
любое поперечное сечение, постоянен, т. е.
dQ __ р
dx ’
откуда можно написать:
dh ___ d /dp h3\
dx dx \ dx 6t( /
(Ю4)
Проинтегрировав это выражение в пределах от Ао до Л, где Ло соответ-
р ствует/точке, в которой = 0, получим:
Фиг. 149. Схема цапфы, вращаю-
щейся в подшипнике.
или
37 = <105)
Это и есть уравнение Рейнольдса, ко-
торое служит основой для рассмотрения
явлений, возникающих в масляном слое.
Силу трения, приходящуюся на еди-
ницу поверхности, можно вычислить по
уравнению
__ du ___ dp h __
dy h dx 2
= (106)
1 k 2rt dx 1 h ) v 7
Предположим, что цапфа радиуса г
(фиг. 149) вращается в подшипнике радиуса
R = г + 8, причем центр цапфы О' занимает
некоторое положение, определяемое углом наклона <?а прямой, проходящей
через центры цапфы О' и подшипника О, и величиной смещения этих центров
00' = е. Если отношение у обозначить через / и величину относительного
зазора у черезф, то ввиду небольшой величины угла 7 изменение зазора
h по окружности подшипника может быть выражено
h = о + е cos ф = 8
(1 + -I-COS <f
= Гф (1 + Г COS ф),
(107)
где ф—угол, отсчитываемый от прямой ОО'.
Подставляя найденное значение 1г в уравнение (105), можно получить
выражение для давления масла р^ в точке, расположенной на некотором
угле ф
г 'Р
*-91
(i + ^os^-^1 + X COSfo)J 71
где
е0 — координата дтах, близкая к ср=л;
<Р
dy
+ х cos ср)3
<pi
(107')
ср! — координата начала давления, определяемая опытным путем;
•/] — .абсолютная вязкость;
— угловая скорость вала,
откуда среднее удельное давление на поперечное сечение подшипника
будет:
<р2 <р
k=£,=Зт‘ i ff—i-cos (-?+(1O7’>
Ф1 Ф1
568
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
где
Р — нагрузка на цапфу;
I — длина подшипника;
ср2— координата конца давления;
Ча — угол между прямой 00' и направлением нагрузки.
Выражение для силы сдвига Тможно получить из уравнения (107х), преобра-
зовав его в полярные координаты
г Фг фа _
т__ г (1 4-х cos ср) — (1 cos е0) , 1г dtp , п .
1 “ Ф Ц (14-xcoscp)2 3 J 14-x'cosc? •
Сф1 J
Для технических расчетов приведенные выражения упрощают следую-
щим образом.
Уравнение (107") может быть написано в следующем виде:
Ь-^Ь'
К ~ ^2 К >
(109)
где k' является функцией х и может быть
чений х, если из-
Фиг. 150. Расчетная схе-
ма давления в масляном
слое.
вестны пределы ин-
тегрирования, т. е.
углы, в пределах
которых действует
давление (фиг. 150).
Эти углы могут быть
определены на ос-
нове эксперимента.
На фиг. 151 изобра-
жена зависимость k'
от х, подсчитанная
Гюмбелем для раз-
личных предположе-
ний. Значения, полу-
ченные Нюккером
из эксперимента для
случаев ди е, весьма
близко совпадают с
этими кривыми на диаграмме. Эти кри-
вые с достаточной для практики точ-
ностью могут быть выражены следующим
уравнением:
подсчитана для различных зна-
Фиг. 151. Зависимость к' от у, под-
считанная Гюмбелем.
,, _ 1,04 __ 1,04гф
“ 1-Z “ bmin ;
(ПО)
как видно из графика, кривая, нанесенная по этому уравнению в виде
кривой с крестиками, совпадает с кривой Гюмбеля в пределах х = 0,95 — 0,45,.
а потому уравнение (109) для этих пределов может быть написано:
,, 1,04
~ i>h
r'hmn
При конечной длине подшипника необходимо ввести поправку, величина,
которой, по Гюмбелю, будет:
тогда получим:
c=i + 4’>
__ 7-<ог1,04
(ill)
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
й=0,52^~-, (П2)
° 'гги1п
где Л =28 — абсолютный диаметральный зазор.
Величину коэфициента трения можно подсчитать по формуле
подставляя в нее найденные значения Р и Т. Близкие к этим цифрам зна-
чения дает экспериментальная формула
/=1,7ф/Т^х (113)
или, принимая во внимание уравнение (100),
‘ (114)
•С учетом конечной ширины подшипника, по Гюмбелю, получим:
/=1.7|/^-+1/^- (115)
На фиг. 152 изображена диаграмма Герси, выражающая зависимость
коэфициента трения f от величины Х = -‘~, называемой характеристи-
к ой режима. Минимальное значение коэфициента трения / соответствует
критическому режиму ра-
боты подшипника, при котором
начинается полусухое тре-
ние. Из этой диаграммы легко
проследить, что работа подшип-
ника в области жидкостного тре-
ния является устойчивой. Напри-
мер, если произойдет увеличе-
ние со, а следовательно, и уве-
личение X, то коэфициент трения
тоже возрастет. Увеличение коэ-
фициента трения вызовет повы-
шение температуры и падение
вязкости масла, что приближает
величины К и f к их первона-
чальным значениям. Этим изме-
нениям соответствует следующая физическая картина работы подшипника.
При увеличении числа оборотов вал в первый момент всплывает в под-
шипнике, затем при падении вязкости, которое происходит вследствие
повышения температуры, стремится притти в прежнее положение. Такой
же процесс происходит при уменьшении удельного давления k. Работа
в области полусухого трения, наоборот, является неустойчивой, так как
при изменении о или k происходит изменение вязкости, удаляющее вели-
чину к от первоначального значения. Например, при увеличении w к воз-
растает, коэфициент трения падает; вязкость масла увеличивается, вслед-
ствие чего величина X еще больше возрастает, отходя дальше от своего
первоначального значения.
При конструировании авиационных двигателей наиболее часто прихо-
дится при заданных размерах и нагрузке определять зазор, дающий макси-
мальную величину Amin, т. е. максимальную надежность подшипника.
Из выражения йт1п = гф(1 — X) видно, что при заданном радиусе цапфы
максимальное значение величины /гШ1п совпадает с максимумом произведе-
ния ф(1 —/). Для определения этого максимума построим кривую ф(1 — X;
по k' (фиг. 153). При этом величины (1—X), соответствующие различным
>570
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
значениям k', можно взять с графика Гюмбеля, величины же ф для тех
же значений k' могут быть подсчитаны по формуле:
(116)
или для какого-либо заданного случая
62 = const k'. (117)
Так как положение максимума кривой 6(1 — /) не зависит от величины
то можно подсчитать значения ф и построить кривую для = 1 (фиг. 154).
гС /V
Из анализа кривой видно, что максимум значения 6(1— У), а следовательно,
И Лщш будет при #'=1,2, что соответствует значению Х = 0,3.
Задача. Дано:
D вала = 70 мм, # = 100/сг/сж2, 1000000 кг!м*, п = об/мин.,
W =250 —,->1 = 0,0025-^5-—-.
сек. » < »
Определить величину зазора Д, при котором #min будет иметь макси-
мальное значение.
Решение.
Подсчитаем ф для значения #' = 1,2:
= j/5^ = = 0,00087,
откуда
Д = 28 = ф£> = 0,00087 • 70 = 0,062 мм.
Величина #min определится
#min = 6г(1 — X) = 0,00087 • 35 • 0,7 = 0,0216 мм,
что допустимо при шлифованном вале.
Необходимо отметить, что при выводах расчетных формул предполага-
лось, что трущиеся поверхности имеют правильные геометрические формы,
идеально гладкие поверхности и правильное относительное расположение.
571
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
На практике при самой тщательной обработке поверхность металла
обладает неровностями, которые можно наблюдать под микроскопом.
Величина hm-m представляет собой расстояние между низшими точками
впадин поверхности (фиг. 155). Если сумма выступов и 3 будет больше
Атт, то выступы начнут соприкасаться и мы не получим жидкостного
трения. Чем тщательнее будет обработка деталей, тем тоньше можно
допустить масляный слой, т. е. можно допустить или большую удельную
нагрузку или применять
масло меньшей вязкости.
Величины о для поверх-
ностей, обработанных раз-
личным способом, будут, по
Фальцу:
а) для обточенной —
0,03 — 0,04 мм;'
б) для обточенной и сгла-
женной личным напильни-
ком — 0,01 — 0,02 мм]
в) для шлифованной—
Фиг. 155. Вид обработан- Фиг. 156. Овализация 0,004 0,005 ММ; *
ных поверхностей под ми- вала. г) для закаленной и сгла-
кроскопом. женной чугунными прити-
рами — около 0,0001 мм.
Для надежности можно принять величину выступов на шлифованных и
шабренных поверхностях 8 — 0,01 мм и Amin для рабочих режимов не менее
0,02 мм.
Кроме того, подшипники и валы всегда имеют отклонения от точных
геометрических форм в виде отдельных выступов от шабровки; цилиндри-
ческие формы имеют овальность и конусность (фиг. 156, 157). Оси цапф
имеют отклонения от параллельности осям подшипников (фиг. 158).
Все эти дефекты могут получиться как в результате неправильного
изготовления деталей и их монтажа, так и в результате деформаций, мо-
гущих возникнуть или под действием рабочих нагрузок, или под влия-
нием изменения температуры. Минимальная толщина масляного слоя
Фиг. 157. Конусность вала.
Фиг. 158. Перекос вала.
Апйп =0,02 мм должна быть выдержана для наиболее узких мест, обозна-
ченных на фиг. 156, 157, 158; для всех других точек величина Amin будет
больше, а следовательно, допустимая нагрузка будет меньше. Отсюда
очевидна необходимость тщательной обработки трущихся поверхностей,
правильный монтаж узлов двигателя, а также придание конструкции
деталей максимальной жесткости с точки зрения деформаций как силовых,
так и температурных.
§ 182. СМАЗОЧНЫЕ КАНАВКИ И ПОДВОД СМАЗКИ
Если в какой-либо точке подшипника, расположенной в области высо-
кого давления смазки, сделать канавку, то смазка будет свободно вытекать
через канавку и давление в этой точке упадет, а следовательно, и
572
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 159. Полярная диа-
грамма сил, действую-
щих на шатунной шейке.
Фиг. 160. Построение диаграммы
износа шатунной шейки.
уменьшится подъемная сила масляного слоя, т. е. увеличится возможность
металлического соприкосновения.
Максимальное значение давления масла, как видно из диаграммы дав-
ления на подшипник (фиг. 159), превосходит в несколько раз значение
среднего удельного давления на подшипник и достигает иногда величины
больше 100 кг!см2, т. е. значительно больше давления в подающем масля-
ном трубопроводе. Поэтому, если мы подведем смазку в область высокого
давления, то она не только не сможет поступать на поверхность вкладыша,
а напротив, имеющаяся в зазоре смазка будет выдавлена в подающий масло-
провод. Отсюда можно сделать вывод, что в том случае, когда мы хотим по-
лучить жидкостное трение, на нагруженной части никаких канавок делать не
следует, смазку же нужно подводить в ненагруженную половину вкладыша.
Если вал стоит неподвижно, а вращение совершает вкладыш, нагрузка
на поверхности вкла-
дыша будет переме-
щаться вместе с
поворотом вклады-
ша, и тогда выгоднее
подводить смазку
через вал. Выход
смазки делать, как и
в предыдущем слу-
чае, в ненагружен-
ной области.
Особый случай
представляет собой
подвод смазки к под-
шипнику шатунной
шейки. В то время
как вал совершает
вращательное дви-
жение, подшипник
вместе с шатуном
совершает колебательное движение. Кроме того, направление действия сил
постоянно меняется. Чтобы определить место сверления для подводки
смазки, строят диаграмму износа шейки, которая показывает сравнительный
износ для различных точек поверхности шейки и вместе с тем область
преобладающего действия сил на шейку.
Для построения диаграммы износа пользуются полярной диаграммой
результирующих сил, действующих на шатунную шейку. Построение этой
диаграммы ведется следующим образом.
Отложим в некотором масштабе от точки т (фиг. 159) результирующую
силу Т, действующую на шатунную шейку при некотором угле поворота
коленчатого вала, например 60°. От конца отрезка, изображающего эту
силу, отложим в том же масштабе силу Z. Отрезок прямой т — 60° дает
нам полную результирующую силу, действующую на шатунную
шейку при повороте на 60°. Построив подобные векторы для различных
углов поворота коленчатого вала и соединив их кривой, получим полярную
диаграмму результирующих сил, действующих на шатунную шейку.
Построение диаграммы износа (фиг. 160) для какой-либо точки, напри-
мер 60°, производится следующим образом. Соединим эту точку с цент-
ром т и проведем диаметр ab, перпендикулярный отрезку т — 60°. На
этом диаметре построим полукольцо aob толщиной о, равной 0,1 отрезка
т — 60’. Построим подобные полукольца для всех углов поворота вала,
обозначенных на фиг. 159.
Просуммировав радиальные толщины этих полуколец, получим площадь,
отмеченную штриховкой (фиг. 161), которая носит название диаграммы
износа шейки.
573
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Сверление нужно делать в том месте, где площадь имеет минимальную
радиальную ширину. Для данного случая можно выбрать точку А. Иногда
по конструктивным соображениям место сверления несколько смещают
от наивыгоднейшего положения. Например, при подводке масла трубкой.,
проходящей через щеку коленчатого вала, конец трубки выводят в сред-
ней плоскости. В табл. 9 приведены данные относительно выполнения
Таблица 9
Название мотора Угол оси сверления Направле- ние смеще- ния Число сверле- ний
М-22 ’ 90° Против хода 2
М-25 18° По ходу 1
М-85 60° » » 2
АМ-34 60° >> » 1
М-100 0° — 4
обычно направлено постоянно вниз.
подводки смазки на некоторых
из существующих двигателей.
Если подшипник совершает
качательное движение (как, на-
пример, в поршневой' головке
шатуна), то относительная ско-
рость является недостаточной
для осуществления жидкостного
трения, и будет иметь место
полусухое трение.
У двухтактных авиационных
двигателей давление на поршень
Поэтому смазка, подводящаяся в
поршневую головку из маслопровода, установленного на шатуне, попадает
в нагруженную часть подшипника, на поверхности которого делается одна
или несколько продольных канавок. Смазка в эти канавки подводится под
давлением. Для того чтобы смазка не вытекала с торцов подшипника,
зазор делают минимальным и канавки не доводят до краев подшипника.
У четырехтактных авиационных двигателей во время сжатия и вспышки
давление газов на поршень обычно больше сил инерции поршня; в начале
же всасывания около ВМТ поршень под дей-
ствием сил инерции стремится оторваться от
шатуна. Таким образом нагрузка на поршневой
палец меняется по направлению. Каждый раз
при перемене направления нагрузки палец бу-
дет ударяться о втулку. Для того чтобы смяг-
чить эти удары, необходимо заполнить обра-
зующиеся зазоры маслом, которое будет выдав-
ливаться во время удара подобно тому, как
масло выдавливается через отверстия в масляном
амортизаторе. Так как зазоры образуются по-
переменно в нижней и верхней точках втулки,
то смазку нужно подвести как в нижнюю, так
и в верхнюю точки.
Для лучшего заполнения зазора смазкой
иногда у места подвода делают по одной про-
Фиг. 161. Диаграмма износа
шатунной шейки.
дольной канавке, как и в первом случае, не
доходящей до краев подшипника. Для того чтобы затруднить вытекание
смазки и уменьшить силу удара, зазоры делаются минимальными. Для
создания масляного клина профили у масляных канавок выполняются с
плавно закругленными краями.
Однако, как показала практика, на двигателе М-17 при малой длине
поршневой головки выполнение каких-либо канавок или отверстий на тру-
щихся поверхностях может привести к отрицательным результатам.
При осевых опорных подшипниках, как, например, у конических шес-
терен, у крыльчаток нагнетателя и др., на плоской опорной поверхности
следует прорезать радиальные канавки, от которых сделать плавный
скос.
Если канавки прорезаны на неподвижной детали, то скос делается в
направлении движения, если же на вращающейся детали, то в сторону,
противоположную вращению. При известной скорости вращения и удель-'
ной нагрузке можно получить в этом случае чисто жидкостное трение.
574
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 183. РАСЧЕТ ЦИРКУЛЯЦИИ МАСЛА
Количество масла, которое нужно прокачать через двигатель для от-
вода тепла трения, возникающего на коренных и кривошипных шейках,
можно определить следующим образом.
Из диаграммы давления на коренную или кривошипную шейку опреде-
ляем среднее значение давления &ср. Относя это значение к диаметраль-.
ному сечению подшипника dl, получим среднее удельное давление в кг)см\
Если это значение перемножить на коэфициент трения и скорость сколь-
жения, то получим мощность, затрачиваемую на трение на единицу поверх-
ности диаметрального сечения подшипника. Если полученную таким обра-
зом удельную мощность умножить на площадь подшипника и термический-
эквивалент работы, то получим количество тепла, выделяющееся в еди-
ницу времени с одного подшипника. Просуммировав по всем подшипникам
двигателя, получим:
Q'ZFkvp. .
= - -42у- кал [сек, (118)
где
Q — тепло, выделяемое на всех подшипниках, в калориях в секунду;
F — площадь диаметрального сечения подшипника в см;
р- — коэфициент трения подшипника, который можно вычислить по формуле (115):.
k — среднее удельное давление в кг}см2;
fad .
v = ---окружная скорость вала в MjceK.
Л
При более грубых подсчетах можно принять, что мощность, затрачи-
ваемая на трение N2, равна 0,03^. Эта мощность будет эквивалентна.
0,03/Ve 632 кал^ас, т. е. это есть то количество тепла, которое выде-
ляется в час на трущихся деталях и которое нужно отвести при помощи,
смазки.
Если обозначить количество смазки, прокачиваемой через двигатель,
через G кг/час, перепад температур входящего и выходящего масла через-
Д£°С и удельную теплоемкость масла через См Кал!кг °C, то можно соста-
вить равенство
0,037V, 632 = О Д£СМ,
откуда можно определить количество прокачиваемого масла
q 6,03Ne 632 .. . „ ч
Gtiac----’ (П9>
Если в качестве средних значений для См взять 0,45 Кал!кг сС и для.
Д£ — 30°, то средняя подача на 1 э. л. с. ч. будет:
G 0,03 - 632 0,03 - 632 1 Л / л™
Ne ~~ 30-0,45 Л. С. Ч., (120>
если взять двойной запас, то получим значение для величины g 2,8 кг/э. л. с. ч„
В табл. 10 приведены данные количества подаваемого масла масляными,
помпами различных двигателей при номинальной мощности.
Таблица 10
Название мотора Количество прокачиваемого масла, л{чос Температура входящего масла, °C Температура выходящего масла, °C Давление масла в маги- страли, ати Расход масла г]э. л. с. ч.-
1 2 3 4 5 6
АМ-34 1300 60 105 7—10 15
АМ-25 660 65 100 3,5—5,6 3—5 15
М-100 1350 50 95 8
М-85 i 600 55 90 4-6 19
575’
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Не надо смешивать приведенные цифры подачи масляного насоса с рас-
ходом смазки, указанным в шестой графе (табл. 10), т. е. с действитель-
ным расходом смазки, происходящим вследствие сгорания масла и выбра-
сывания его с отходящими газами.
§ 184. ШАРИКОВЫЕ И РОЛИКОВЫЕ ПОДШИПНИКИ
•Фиг. 162. Схема качения
ролика.
(121)
При движении ролика в направлении, указанном стрелкой на фиг. 162,
результирующая давления со стороны опоры будет смещена вправо на
некоторую величину Z, и в результате возникает момент, препятствующий
движению ролика, равный QZ. Смещение Z определяет собой коэфициент
трения качения.
Подшипники качения разделяются на шариковые и роликовые.
Как на шариках, так и на роликах трение качения возникает в двух точ-
ках соприкосновения их с внутренней и с внешней обоймами подшипника.
Подшипники качения имеют значительно меньший
коэфициент трения по сравнению с подшипниками
скольжения, в среднем равный 0,002 — 0,004. Кроме
того, они требуют незначительного количества смазки.
Недостатками подшипников качения являются: боль-
шой радиальный габарит, большой вес и в некото-
рых случаях невозможность разъема. Применение
подшипников качения на коренных шейках коленча-
тых валов звездообразных двигателей сокращает
длину коренных шеек, освобождая габарит для силь-
но нагруженной кривошипной шейки, а также для
приводов агрегатов и нагнетателя.
На звездообразных двигателях в качестве корен-
ных подшипников употребляются почти исключительно подшипники качения.
У рядных двигателей благодаря неразъемности подшипников качения по-
следние в качестве коренных подшипников употребляются очень редко.
Выбор подшипников из числа стандартизированных обусловливается ха-
рактером нагрузки, долговечностью и конструкцией крепления. Долго-
вечностью подшипника называется время в часах, которое может про-
работать подшипник при данной нагрузке без признаков усталости мате-
риала. В каталогах подшипников обычно указывается коэфициент работо-
способности для каждого подшипника.
Коэфициент работоспособности для радиальных и радиально-
упорных подшипников может быть определен по формуле
С =^= (Д -f- mA) k8kK (nh)°’\
хде
С — коэфициент работоспособности;
В — радиальная нагрузка;
т — коэфициент, учитывающий влияние на долговечность аксиальной нагрузки;
А —• аксиальная нагрузка;
— коэфициент, учитывающий влияние характера нагрузки;
kK—зависит от того, какое кольцо вращается, — наружное или внутреннее;
п — число оборотов в минуту;
h—желаемая долговечность в часах.
Для упорных подшипников коэфициент работоспособности опре-
деляется по формуле
С = An0,S5 h^k?.
(122)
В случае применения нестандартных подшипников качения
их расчет производится, исходя из удельной нагрузки на шарик или ролик.
В случае радиального подшипника нагрузка распределяется нерав-
номерно на каждый шарик. Обозначая силы, сжимающие шарик при на-
грузке Q (фиг. 163), через Ро, Р1} Р2 и т. д., получим:
Q = Ро -ф 2Рг cos 7 ф- 2Р2 cos 2у ф- ... 2Рп cos (123)
.576
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
где
Q — нагрузка, действующая на подшипник;
Р — нагрузка, действующая на л-й шарик;
v — угол между двумя соседними шариками.
Так как шарики под действием нагрузки будут деформироваться, то
внутреннее кольцо сместится по отношению к внешнему. Принимая, по
Штрибеку, что кольца при перемещении сохраняют свою круглую форму
(фиг. 164), можем написать:
B^GqCOsy, 82 = 8ocos2'r...3n = 80cos/rr. (124)
В то же время между силой, сжимающей шарик, и деформацией суще-
ствует зависимость
Pi
или
решая эти уравнения совместно с формулой (124), получим:
Фиг. 163. Схема распределе-
ния нагрузок в подшипнике
качения.
3_
? 2
= P0cos т;
(125)
Фиг. 164. Смещение внутрен-
ней обоймы под влиянием
нагрузки.
подставляя в формулу (113), получим:
5
__ 5 5
Q — Ро + 2Р0 cos 2 7 + 2Р0 cos 2 2^ -F • • • 2Р0 cos 2 пу;
для числа шариков
Z— 10 15 20
Q = 2,28P 3,44Р0 4,58Р0
или
Так как в действительности нагрузка Ро несколько больше, то при
расчетах принимают
Р.= 5-§^ (126)
Среднее напряжение смятия при сжатии шаров определяется, по Герцу
о = 0,388 Г (127)
где
с — среднее напряжение смятия в кг/см',
Р — нагрузка на шарик в кг',
Е — модуль упругости в кг[см', ,
t\ и г2 — радиусы соприкасающихся шаров в см.
ВВА—142—37
577
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Принимая 7*2 = р*Tj, решим уравнение (117) относительно Р:
DP2 /Г1 + ГЛ2 __ с3 .
\ Г1Г2 / 0,3883 ’
р _ с3 ( гхг2 \ = °3 / ^ri V = с3 Z НГ1 у
~~ 0,3883£2 Vi + rj 0,3882£2 \/i+Ki/ 0,3882£2 \ 1 + Р-/
т. е. для определенного отношения — имеем:
Г 2
Р = const <33/-2,
или: при сохранении определенного напряжения смятия нагрузка меняется
прямо пропорционально г* или d\\
Таблица И
mJ сек 2 4 б 8
ъ 120 90 70 50
160 140 120 ПО
для шарика P = kd?, z о .
для ролика Р = kdl.
Принимая во внимание формулу (116), можем написать:
для шарикоподшипника kmd*~ = Q,
(129)
для роликоподшипника k dl = Q.
Величины km и kp выбираются в зависимости от условий работы под-
шипников. Для постоянной нагрузки, в зависимости от окружной скорости
движения шариков <и м]сек, принимают
величины, указанные в табл. 11. В зави-
симости от нагрузки стандартные подшип-
ники разделяются на легкую, тяже-
лую и среднюю серии, отличающиеся
между собой габаритами. По размерам
валов и требуемой долговечности почти
для всех узлов авиационных двигателей
являются достаточными подшипники лег- ••
ких серий.
В некоторых случаях по условиям конструкции даже легкая серия яв-
ляется слишком тяжелой; в таком случае с целью облегчения конструкции
Таблица 12
применяются нестандартизиро-
ванные специальные подшип-
ники.
Можно достичь значительного
сокращения габаритов, применяя
подшипники с малым диаметром
роликов, так называемые иголь-
чатые подшипники. Одна-
ко, как видно из табл. 12, при
увеличении скорости вращения
нагружаемость игольчатых под-
шипников быстро падает.
Допустимые удельные давления на игольчатых
подшипниках в зависимости от окружной
скорости
Особенно благоприятные результаты дает применение игольчатых под-
шипников в случаях, когда при небольшой скорости вращения передаются
большие нагрузки, а также при затруднениях подводки к подшипнику
смазки под давлением.
§ 185. СИСТЕМЫ СМАЗКИ ДВИГАТЕЛЕЙ
Все современные авиационные двигатели обладают смазочной системой,
работающей по принципу сухого картера. При такой системе смазка под
давлением подводится к трущимся поверхностям деталей, после чего
W8
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 165. Схема смазки рядного двигателя водяного охлаждения.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
стекает в картер двигателя, откуда непрерывно откачивается в масляный
бак. В качестве примера такой системы можно привести схему смазки ряд-
ного двигателя водяного охлаждения, изображенную на фиг. 165.
Во избежание переполнения картера двигателя при долевых наклонах
рядные двигатели обычно снабжаются двумя отстойниками и самостоятельно
действующими двумя масляными помпами, из которых одна откачивает
масло из переднего отстойника, другая из заднего.
Фиг. 166. Схема смазки звездообразного двигателя.
Звездообразные двигатели благодаря небольшой длине имеют обычно
один маслоотстойник и одну откачивающую помпу (фиг. 166). Клапанный
механизм таких двигателей часто смазывается консистентной смазкой через
специальные масленки, так как подвод и отвод смазки к головке каждого
цилиндра трудно осуществить.
§ 186. МАСЛЯНЫЕ ПОМПЫ
Подача масла в двигатель и откачка его в бак производятся при по-
мощи откачивающих и нагнетающих помп. На некоторых маломощных
двигателях отсасывающих помп не ставят, и масло из картера двигателя
стекает самотеком по трубкам в бак, расположенный ниже,картера(фиг. 167).
По конструкции качающих органов масляные помпы можно разделить
на шестеренчатые, коловратные и плунжерные.
Шестеренчатые масляные помпы. В корпусе А (фиг. 168) за-
ключены две входящие в зацепление шестерни. Масло, заполняя впадины
580
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
между зубьями в полости G, переносится в полость Н, где, выдавливаясь,
создает давление.
Во время работы помпы во впадинах зубьев, входящих в зацепление,
образуется замкнутое пространство, в котором давление смазки может
достигнуть чрезмерной величины, что может привести к перегрузке вали-
ков шестерен. Во избежание этого на дне помпы делаются канавки, кото-
рые сообщают полости выемок, проходящих через среднюю плоскость АВ,
(фиг. 168а) с полостью Н. Для смазки валиков шестерен масло подводится
по канавкам или же по сверлениям в шестернях.
Нагнетающие и отсасывающие помпы обычно выполняются^ в одном
агрегате, который присоединяется при помоши фланца у рядных двигате-
лей в нижней половине картера и у звездообразных двигателей на задней
крышке. Иногда масляные помпы вставляются внутрь картера.
Фиг. 167. Схема смазки двигателя Вальтер.
Шестерни обычно выполняются одинаковых размеров — как ведущая,
так и ведомая. Число зубьев шестерен колеблется от 7 до 12 при модулях
от 2 до 4 мм. Если шестерни имеют разное число зубьев, то производи-
тельность определяется размером ведущей шестерни. Для большей ком-
пактности конструкции шестерни отдельных секций часто набираются
на общей оси.
Фиг. 168. Схема шестерен-
чатой помпы.
Фиг. 168а.
Ведущие шестерни иногда выполняются за одно целое с валиком,
иногда же сажаются на шпонках или на шлицах. При наборе нескольких
шестерен на шпонках на один валик нормальная посадка затрудняет мон-
таж всей помпы, что заставляет применять более свободную посадку ше-
стерен на валик. Для предупреждения наклепа на валике необходимо
подвести на посадочную поверхность смазку.
581
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Ведомые шестерни сажаются свободно на валике, зафиксированном
в корпусе помпы, или же выполня-
ются за одно целое с ним.
Во избежание просачивания масла
гнезда осей и валиков шестерен
с наружной стороны не имеют сквоз-
ных расточек. В случае же привода
каких-либо агрегатов выходящий
конец валика снабжается уплот-
нением.
Шестеренчатые помпы рядного
двигателя состоят из трех секций:
Фиг. 169. Шестеренчатая помпа звездообразного двигателя.
две секции откачивают масло из двигателя в бак и третья секция качает
Фиг. 169а.
масло из бака в питающую маги-
страль мотора.
Примером шестеренчатой помпы
звездообразного двигателя может
служить помпа, изображенная на
фиг. 169. Здесь одна пара шестерен
откачивает масло из двигателя,
другая пара шестерен подает масло
в двигатель.
На фиг. 169а изображена ком-
поновка шестеренчатой помпы для
рядного двигателя жидкостного
охлаждения Даймлер-Бенц. Здесь
в одном отъемном агрегате выпол-
нены: масляная помпа, водяная
помпа и фильтр Куно.
К преимуществам шестеренча-
тых масляных помп можно отнести
простоту изготовления, легкость и
компактность. Недостатками их
являются плохое отсасывающее
действие, в особенности при попа-
дании воздуха, снижение коэфи-
циента подачи при износе, закли-
582
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
нивание при попадании посторонних частиц, а также пульсация потока,
вызывающая крутильные колебания валиков шестерен.
Теоретическая производительность шестеренчатой помпы
может быть выражена следующей формулой:
Vt = flZ 2п 10-6 л/ мин, (130)
где
f —площадь сечения впадины между зубьями в мм2,
I —длина впадины (длина зуба по образующей) в мм\
Z— число впадин (зубьев) на ведущей шестерне; •
п—скорость вращения шестерен в об/мин.
Множитель 2 введен для учета работы двух шестерен; множитель 10~6 введен для
перевода результата из кубических миллиметров в литры.
Для приблизительных расчетов можно принять, что объем впадин ше-
стерен занимает половину пространства с внутренним диаметром dB, наруж-
ным диаметром dK и длиной Z, равной ширине шестерни. В этом случае
формула производительности помпы примет следующий вид:
л! мин.
(131)
Фиг. 169'. Кривая подачи ше-
стеренчатой помпы по числу
оборотов.
Фиг. 169". Изменение коэфи-
циента подачи шестеренчатой
помпы по числу оборотов при
различных давлениях.
Вводя коэфициент подачи для шестеренчатых помп и обозначив плот-
ность масла через 7, получим для весового количества масла
Q —---------------кг) мин. (132)
Производительность откачивающей помпы делается в 1,5—2 раза больше
нагнетающей, так как из двигателя откачивается сильно вспененное масло,
имеющее значительно больший объем.
Величина коэфициента подачи для шестеренчатых помп меняется в за-
висимости от числа оборотов помпы, а также от давления масла в полости
нагнетания (фиг. 169', 169"). Кроме того, на коэфициент подачи также
сильно влияет зазор между зубьями шестерен и стенками корпуса. В ка-
честве средней величины для можно принять 0,7.
Коловратные масляные помпы. В корпусе А (фиг. 170) с ци-
линдрической расточкой В эксцентрично помещен барабан С, имеющий
сквозную прорезь, в которую вставлены лопатки К, разжимающиеся пру-
жинами Е. При вращении барабана лопатки касаются внешними кромками
стенок расточки и перекачивают масло из сверления F к G.
583
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Л
в
Фиг. 170. Схема работы коло-
вратной помпы.
Наиболее ответственным местом в коловратной помпе является рас-
точка корпуса и лопатки. Коэфициент подачи помпы зависит от плотности
прилегания кромок лопаток к стенкам корпуса и барабана, а также ба-
рабана к стенке корпуса. Необходимое прилегание лопаток достигается
при помощи пружин Е. Для уменьшения
износа корпус изготовляется из чугуна. Во
избежание перегрузки лопаток выходное
сверление выполняется против масляного
клина В. Входное сверление размещают так,
чтобы оно сообщало рабочую полость с по-
дающей трубой до тех пор, пока объем
полости не получит максимального значения.
Коловратные помпы могут создавать большое
разрежение на всасывании даже при попа-
дании воздуха, что является преимущест-
вом по сравнению с шестеренчатыми пом-
пами.
На фиг. 170а изображена коловратная помпа рядного двигателя водя-
ного охлаждения. Две крайние секции откачивают отработанное масло из
картера, а средняя подает свежее масло в двигатель.
С достаточной для практики точностью производительность коловратной
помпы может быть подсчитана по следующей формуле:
V = 2 i (О2—d2) /п^Ю-6 л/мин, (133)
где
D — диаметр расточки в мм;
d —диаметр барабана в мм;
I —длина барабана в мм;
п —число оборотов барабана в минуту;
%—коэфициент подачи.
584
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 171. Диаграмма изменения коэфи-
циента подачи коловратной помпы по
оборотам при различных давлениях.
Величина коэфициента подачи меняется в зависимости от числа обо-
ротов помпы и давления в полости нагнетания, что видно из диаграммы
(фиг. 171).
Плунжерные помпы. По конструкции плунжерные помпы можно
разделить на два вида — с распределительными золотниками и качающиеся.
Примером качающихся помп
может служить качающаяся помпа дви-
гателя Рон (фиг. 172). В алюминиевом
корпусе размещается цилиндр, в кото-
ром двигается поршень, приводимый
в движение эксцентриком. Цилиндр
совершает качательное движение отно-
сительно точки А. Масло засасывается
в цилиндр через отверстие, которое во
время хода всасывания совпадает с от-
верстием в корпусе помпы. Во время
хода выталкивания цилиндр перемеща-
ется и его отверстие совпадает с вы-
пускным отверстием помпы. Для умень-
шения пульсации масла в питающей
магистрали иногда ставят два нагнетаю-
щих плунжера, работающих поочередно.
Дополнительное уменьшение пульсации масла дает воздушный колпак,
поставленный на входе в магистраль.
Плунжерные насосы имеют повышенный коэфициент подачи, хорошо
подсасывают масло, могут давать большое давление и не заклини-
ваются.
Фиг. 172. Качающаяся плунжерная помпа двигателя Рон.
Фиг. 173. Пульса-
ционный стаканчик.
К недостаткам их относится громоздкость, сложность конструкции
и резкая пульсация масла в магистрали. Пульсация подачи масла исполь-
зуется на двигателе Рон для определения числа оборотов двигателя при
помощи пульсационного стаканчика (фиг. 173).
В случае качающегося цилиндра плунжер не имеет шарнира и выпол-
няется за одно целое с шатуном. При золотниковом распределении плун-
жер выполняется отдельно от шатуна и соединяется с ним при помощи
пальца. Для увеличения плотности на поверхности плунжера выполняются
канавки.
Подача плунжерной помпы определяется по следующей формуле:
= — S/ztjIO-6 л]мин, (134)
585*
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
где
d — диаметр цилиндра в мм\
S — ход плунжера в мм;
п — число оборотов эксцентрика в минуту;
т] — коэфициент подачи.
Изменение коэфициента подачи плунжерной помпы в зависимости от
числа оборотов показано на диаграмме (фиг. 174). В качестве средней
величины для плунжерной помпы
Фиг. 174. Изменение коэфициента по-
дачи плунжерной помпы по оборотам.
Фиг. 175. Схема зазоров в масляном слое.
вого сплава картерного типа или из магниевого сплава типа электрон.
Шестерни и валики помп обычно изготовляются из стали и подвергаются
цементации.
Средние величины зазоров между деталями помп указаны на фиг. 175.
§ 187. РЕДУКЦИОННЫЕ КЛАПАНЫ
Изменение подачи помпы при различных режимах работы двигателя не
соответствует пропускной способности подшипников двигателя. Поэтому
для обеспечения подачи смазки на всех режимах размеры помп выбира-
ются с запасом, для поддержания же постоянного давления в магистрали
в масляную систему включается редукционный клапан (фиг. 176). Через
< редукционный клапан обычно подается около
f -у >| половины всей смазки, прокачиваемой нагнетаю-
щей помпой. Редукционный клапан чаще всего
Фиг. 177. Редукционный клапан
в форме шарика.
Фиг. 176. Схема редукци-
онного клапана.
размещается в корпусе нагнетающей помпы. Постоянное давление в маги-
страли поддерживается при помощи клапана 3, прижимаемого к седлу
пружиной 2. Повертывая гайку 1, можно изменять натяжение пружины,
меняя одновременно давление масла в магистрали. Чаще всего клапаны
выполняются в форме диска; иногда клапаном служит стальной шарик
(фиг. 177).
586
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
На некоторых двигателях, кроме обычного редукционного клапана, вво-
дится дополнительный перепуск масла, управляемый анероидной коробкой.
При наличии такого устройства в случае понижения давления масла в
подающей магистрали масло перепускается через золотник, и таким
образом предупреждается образование пузырьков, которые снижают
эффективность работы помпы. Для удобства регулировки редукцион-
ный клапан должен быть легко доступен не только во время стоянки,
но также и на ходу двигателя.
§ 188. СМАЗКА УЗЛОВ ДВИГАТЕЛЯ
Коленчатый вал. Результирующая сил давления на коренные вкла-
дыши переменна по величине и направлению. Поэтому для лучшего попа-
дания смазки на трущиеся по-
верхности у современных дви-
гателей под вкладышем делается
кольцевая проточка, из которой
по нескольким сверлениям смазка
проходит к коренной шейке.
В коленчатые валы звездо-
образных двигателей, а также
рядных двигателей, при укладке
вала в подшипниках качения
смазка подводится к одному
концу вала и далее проходит по
сверлениям по всему валу.
В рядных двигателях обычно
масло подводится от главной
Фиг. 178.
магистрали по вертикальным тру-
бочкам отдельно к каждой коренной шейке. От коренных шеек смазка
поступает в шатунные шейки (фиг. 178). Уплотнение от утечки масла
Фиг. 179.
достигается коническими притертыми
фасками на заглушках.
Ввиду того что заглушки и болты
увеличивают вес вала, часто коренные
шейки заполняются маслом через одну,
и масло подводится из одной полости
одновременно в две шатунных шейки.
Для этой же цели в двигателях Фиат
AS-5, Кертис, Паккард, Испано-Суиза
12Ybrs шатунная шейка не заполнялась
маслом, и подача масла на шатунный
подшипник осуществлялась трубочкой,
запрессованной в шейку (фиг. 179). В
двигателе Кертис-Конкверор конец тру-
бочки выпущен внутрь коренной шейки
для центрофугирования масла (фиг. 180).
Для предохранения от выпадения тру-
бочка изогнута и развальцована с обоих
концов.
Большое количество масла в ко-
ренных шейках нежелательно вслед-
ствие невозможности полного слива и опасностей, связанных с этим в
зимней эксплоатации. Для уменьшения количества масла, циркулирующего
внутри вала, а также для лучшего отвода тепла, возникающего от трения,
в двигателях Испано-Суиза 12у маслом заполняется только кольцевое
пространство между втулочкой и стенками коренной шейки вала. У плот-
587
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
нение от утечки достигается постановкой на резьбе гаек с коническими
фасками для упора в торцы втулочки (фиг. 181).
В последних сериях' двигателей М-100 вместо применявшихся ранее
трубочек внутрь шатунных шеек поставлены легкие втулки для центро-
бежной очистки масла и тонкие стальные штампованные заглушки (фиг. 181).
Уплотнение этих втулок и заглушек достигается посредством развальцовки.
Как показала практика, подобная конструкция работает надежно.
Фир. 180.
Фиг. 181.
Центробежная очистка масла особенно необходима при заливке подшип-
ников свинцовистой бронзой, так как металлические частицы, попадающие
в масло в результате износа деталей, не вдавливаются в слой антифрик-
ционной заливки и, оставаясь на поверхности в зазорах, увеличивают вз-
носы шеек вала.
Поршни и шатуны. Почти у всех авиационных двигателей поршни
смазываются маслом, разбрызгиваемым из коренных и кривошипных под-
шипников. Трудность смазки поршней заключается в том, что наряду с
необходимостью обеспечить достаточную подачу смазки нужно одно-
временно удержать масло от попадания в камеру сгорания. Для удержа-
ния смазки поршни снабжаются специальными маслосбрасывающими
кольцами.
588
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 183. Масляный отражатель картера двигателя
Райт-Циклон.
Рпзрез D-H
Для уменьшения смазки, попадающей в цилиндры, в картерах звездо-
образных двигателей иногда устанавливают специальные отражатели
(фиг. 183), наличие которых сокращает удельный расход смазки и умень-
шает сопротивление движению кривошипного механизма.
Особые условия возникают при смазке поршневого пальца, где кача-
тельное движение шатуна ввиду небольшой скорости скольжения не дает
возможности получить жидкостное трение. Благоприятным моментом у
четырехтактных двигателей является наличие переменной по направлению
нагрузки, состоящей
из сил газовых и сил
инерции поступа-
тельно -движущихся
частей.
При перемеще-
нии пальца под дей-
ствием этой нагруз-
ки вверх или вниз
между ним и втул-
кой шатуна обра-
зуется масляная по-
душка, которая слу-
жит демпфером при
обратном движении
пальца. При правильном подборе зазора и рациональной подводке ;смазки
можно в значительной мере уменьшить полусухое трение.
Чаще всего поршневые пальцы смазываются масляными брызгами,
которые попадают на палец через зазор а и сверления бив (фиг. 184). Для
смазывания поршневых бобышек смазка также подводится по сверлениям
из маслосборочной канавки. Для лучшего распределения масла по бобышке
в ней иногда фрезеруются канавки (фиг.
Фиг. 184.
182, в). В поршнях двигателя
М-100 (фиг. 182, г) масло, счи-
щаемое кольцом со стенок
цилиндра, поступает в канавки,
начинающиеся в расточенной
части бобышек со стороны
стенки цилиндра.
Целесообразнее, однако, во
избежание выдавливания мас-
ла размещать канавки с боков.
Иногда к верхней головке
шатуна смазка подводится под
давлением по специальной
трубке (фиг. 185) или же че-
рез сверление в стержне ша-
туна.
У двухтактных двигателей
нагрузка на поршневой палец
имеет обычно постоянное на-
правление, и условия для об-
разования масляного слоя весьма неблагоприятны. Более правильным
решением задачи будет применение игольчатых подшипников, которые
выдерживают более высокие нагрузки при малых скоростях скольжения.
Ко втулкам нижних пальцев прицепных шатунов смазка подводится из
вкладыша шатуна по сверлениям в проушинах (фиг. 186) или в специаль-
ных опорах, служащих для разгрузки пальцев.
Смазка подшипников качения, шестерен и кулачков
распределительных валиков осуществляется обычно при помощи
’ разбрызгивания; иногда этого бывает недостаточно и возникает необходи-
589
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
мость специальной подводки смазки. Трудность подводки смазки в этих
случаях заключается в том, что при отводе смазки из магистрали в сво-
бодную полость может упасть давление. При подаче же смазки через ма-
лые отверстия последние засоряются и смазка становится ненадежной.
Для обеспечения необходимой смазки по пути из магистрали масло
дросселируется при помощи перекрытия подводящих каналов; тогда раз-
меры выходных отверстий перестают влиять на расход смазки из маги-
страли.
Для смазки кулачковых валиков рядных двигателей масло под-
водится по специальным трубкам и через подшипники поступает внутрь
Фиг. 185.
Подводка
смазки к
поршневому
пальцу под
давлением
по трубке;
вала, откуда по сверлениям смазываются остальные подшип-
в холодную
ники; кулачки и направляющие втулки
брызгами масла, стекающего из под-
шипников.
Клапанные коромысла и
штоки клапанов звездообразных
двигателей смазываются обычно кон-
систентной смазкой, которая при по-
мощи особого шприца вводится в
герметически закрытую клапанную
коробку через каждые 4—5 час. ра-
боты двигателя. Для улучшения смаз-
ки в некоторых двигателях к крыш-
кам клапанных коробок прикрепля-
ются войлочные подушки, которые
обильно пропитываются маслом.
В некоторых двигателях (Райт-
Циклон) применяется принудительная
смазка клапанного механизма. При-
менение такой системы увеличивает
надежность работы клапанного меха-
низма.
При запуске двигателя, особенно
погоду, когда вследствие повышенной
клапанов смазываются
Фиг. 186. Подводка смазки
к прицепным пальцам через
проушину.
вязкости масла подача
смазки к кривошипному механизму замедляется, цилиндры двигателя
некоторое время остаются сухими, что ведет к усиленному их износу.
Чтобы избежать этого, применяют приспособления для подачи смазки на
кривошипный механизм во время запуска двигателя.
Эти приспособления сокращают время прогрева двигателя и умень-
шают износ цилиндров, колец и поршней.
§ 189» СИСТЕМА МАСЛОПРОВОДА В КАРТЕРАХ РЯДНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Масло подается к коренным подшипникам от общей магистрали, ко-
торая выполняется из стальной, иногда латунной трубы. Подвода по свер-
лениям в теле картера обычно избегают, и он допускается лишь на кон-
цах системы. Эта предосторожность объясняется тем, что при запуске
двигателя в условиях недостаточного подогрева масла и двигателя давле-
ние в магистрали может подниматься выше 15 ат, что могло бы при
наличии пористости в литье привести к течи масла, либо потребовало бы
значительного утяжеления.
Основная магистраль помещается обычно внутри картера, так как при
расположении снаружи (например, в двигателе Сиддли-Пума) она может
быть легко повреждена и, кроме того, требует большого внимания
к уплотнениям в местах присоединения.
В картерах с обеими несущими половинами магистраль выполняется
в нижней части, что наиболее удобно для подвода к ней масла от помпы.
Эта магистраль в старых конструкциях выполнена в теле картера при
590
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 187.
его отливке. Так как такое выполнение неудобно для разметки и после-
дующей обработки картера, то в современных конструкциях |магистраль
вставляется отдельно после механической обработки. Для лучшей герме-
тичности она может у опор затягиваться хомутами (фиг. 403, //*) и на
концах развальцовываться. Ввиду разницы в коэфициентах расширения
иногда магистраль делается с изгибами, которые играют роль температур-
ных компенсаторов (фиг. 409, //).
Соединения с магистралью трубок, раз-
водящих масло по подшипникам, в случае
заливки ее достигается чаще всего свар-
кой, причем заливается сразу вся масло-
проводящая система.
При вставных трубках соединение осу-
ществляется либо на резьбе, либо разваль-
цовкой (фиг. 187).
В некоторых конструкциях двигателей
применяется подвод масла к подшипникам
из коленчатого вала. Такая схема упро-
щает систему маслопроводов в картере,
так как надобность в трубках в нижних
половинах картера отпадает.
Несколько более затруднителен подвод
смазки к подшипникам подвесного вала,
так как подвески должны сниматься по-
рознь.
В этом случае весьма простое решение
применено в двигателях Паккард и Лор-
рен, где магистраль помещена в несущей
части картера (фиг. 412, II). Однако в этом
подвод смазки от помпы к магистрали.
случае несколько усложняется
В современных конструкциях чаще всего масло подводится от общего
трубопровода, присоединяющегося на фланцах к каждой отдельной под-
веске (фиг. 401 и 409, II).
Конструкция с внутренними каналами в подвеске показана на
фиг. 188.
В целом конструкция проводки масла в картере рядного двигателя
должна позволять легко производить ее продувку; трубки не должны
иметь острых углов, причем все масло
должно иметь возможность легко
стекать, что имеет особенное значе-
ние при эксплоатации двигателей в
зимних условиях.
Отсасывающие магистрали делают
большего диаметра, чем нагнетатель-
ные, и для изготовления их часто
применяется дуралюмин, так как плот-
ность в соединении в этом случае не
имеет такого значения, как для на-
гнетательных магистралей, и, следо-
вательно, можно обойтись без пайки
Фиг. 188. и сварки. Забор отсасываемого масла
производится из отстойников, кото-
рых обычно выполняется два — в передней и задней частях картера. Для
быстрейшего отстаивания масла и его фильтрации на дне картера неко-
торых двигателей устанавливаются сетки. Так, в картере двигателя М-100
имеются две сетки (фиг.Г 404, II ); верхняя —для отстаивания масляной
* См. фигуру во втором разделе книги.
591'
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
пены, а нижняя с более частыми и мелкими отверстиями, — для филь-
трации масла. Необходимость установки сетки зависит от режима смазки.
Типовое присоединение штуцеров к картеру показано на фиг. 189.
Для герметичности оно осуществляется всегда на прокладках, причем
штуцер крепится к картеру либо на нарезке (фиг. 189, г), либо на фланце
(фиг. 189, а) шпильками. Чтобы избежать выдавливания прокладки внутрь
и увеличить герметичность, штуцер нагнетательной системы может вы-
полняться с заплечиком, входящим в картер (фиг. 189, б), или с коль-
цевой втулкой (фиг. 189, в).
Фиг. 189.
В целях герметичности и надежности применяются соединения ниппель-
ного типа (фиг. 189, д). Использование дюритовых шлангов нежелательно
вообще; во всяком случае, они могут применяться лишь на наружных
соединениях, где нет большого давления. Недостаток ниппельного соеди-
нения, выполненного по типу, показанному на фиг. 189, е, в том, что при
большом диаметре и значительной толщине стенок трубопровод оказы-
вается весьма жестким, что затрудняет его монтаж на самолете. В этом
отношении ориентирующийся ниппель, приведенный на фиг. 189, д, имеет
несомненное преимущество.
В некоторых случаях для устранения наружных трубопроводов пере-
пуск масла осуществляется через отверстия в литье, совпадающие на
фланцах картера (фиг. 189, ж). Такие соединения, безотказно действую-
щие на отсасывающей магистрали, требуют внимания на магистрали на-
гнетающей и при большом давлении масла и узких фланцах не могут
быть рекомендованы из-за опасности прорыва прокладки.
Некоторой гарантией против этого прорыва может быть установка
кольца по типу, указанному на фиг. 189, в.
§ 190. УПЛОТНЕНИЯ
Для предупреждения просачивания смазки по выходящим наружу ва-
лам и приводам, а также на стыках фланцев ставятся различные масля-
ные уплотнения.
Уплотнения валов. На фиг. 190 изображено характерное уплот-
нение носка коленчатого вала или вала редуктора. Резьба А имеет
направление витков, одноименное с вращением вала, если смотреть со
стороны уплотняемой камеры. Благодаря центробежным силам отража-
тель .Б отбрасывает масло, которое по проточке стекает в картер дви-
гателя.
Иногда отражателю придают форму, показанную на фиг. 191, или же
выполняют его за одно целое с валом. В последнее время стали употреб-
лять для уплотнения разрезные кольца (фиг. 192), которые дают хорошее
уплотнение. Употреблявшиеся раньше сальники с фетровой набивкой
дают ненадежное уплотнение и ставятся лишь на маломощных двигателях.
592
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 190. Уплотнение носка
вала редуктора.
Фиг. 191. Двойной
отражатель.
Фиг. 192. Схема уста-
новки уплотнитель-
ных разрезных колец.
Фиг. 192'. Примеры уплотнения валиков водяной помпы.
Фиг. 193. Схема укладки
шелковой нитки на фла-
нец со шпильками.
ВВА—142—38
593
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
На валиках приводов агрегатов часто ставят манжетные кожаные
уплотнения, которые также хорошо держат смазку, однако при боль-
ших скоростях скольжения они перегреваются и становятся хрупкими.
На валиках бензиновых и водяных помп для предупреждения попада-
ния бензина и воды в смазку ставятся сальники с хлопчатобумажной и
свинцовографитной набивкой (фиг. 192'). Для более надежного’ преду-
преждения просачивания смазки в этих случаях предусматриваются так
называемые фонари, через которые просачивающаяся жидкость удаляется
наружу.
Уплотнение нагнетателей. Более сложной задачей является
уплотнение вала крыльчатки нагнетателя. Воздух вследствие разности
давления просачивается через подшипники и увлекает за собой смазку,
которая загрязняет рабочую смесь. В этом случае чаще всего употреб-
ляются лабиринтные уплотнения. Иногда употребляются уплотнения с раз-
резными упругими кольцами.
Уплотнения стыков. Для уплотнения фланцевых соединений чаще
всего употребляются бумажные прокладки. Иногда на фланцах проклады-
ваются шелковые нитки. При наличии на фланцах шпилек нужно нитку
укладывать, как указано на фиг. 193, чтобы предупредить просачивание
смазки по шпилькам. Хорошо обработанные фланцы при наличии доста-
точного натяга могут быть собраны без прокладок на пасте „герметик".
В местах, где не требуется точной посадки детали и сила натяга не-
велика, употребляются толстые пробковые, клингеритовые или другие
прокладки. Для уплотнения фланцев цилиндров воздушного охлаждения
иногда прокладывают резиновый шнур в фаску, имеющуюся на картере
двигателя. Уплотнение масла в шейках коленчатого вала достигается при
помощи заглушек, установленных на резьбе или притертых на конус.
Если эти заглушки стягиваются болтами, то под гайки болтов проклады-
ваются медно-асбестовые прокладки.
§ 191. ФИЛЬТРЫ И ПЕНОГАСИТЕЛИ
Во время работы двигателя циркулирующая смазка загрязняется части-
цами сработанного металла подшипников, чугунной пылью от поршневых
колец, а также нагаром.
Для предупреждения засорения маслопроводов, а также попадания
посторонних частиц на поверхность трения в смазочной системе уста-
навливаются фильтры.
Фильтры бывают сетчатые, пла-
стинчатые, матерчатые и маг-
нитные. Наиболее употребительными
в авиационных двигателях являются
сетчатые фильтры (фиг. 194), кото-
рые обычно устанавливаются в звездо-
образных двигателях. В отстойниках
рядных двигателей фильтрующая сетка
покрывает передний и задний отстой-
ники или же все маслосборочное корыто.
Фиг. 194. Сетчатый фильтр звездообраз- Иногда сетчатые фильтры устанавлива-
кого двигателя. ются на питающей магистрали до на-
гнетающей помпы (фиг. 195). Сетчатые
фильтры изготовляются из латунной сетки с частотой клеток 100—300
на 1 сж2. При такой частоте сетки фильтр может быть выполнен неболь-
ших размеров при достаточной пропускной способности, но масло им не
очищается от мелких частиц, получающихся в результате срабатывания
трущихся поверхностей.
Для более тщательной очистки смазки можно применить или сетчатый
фильтр с большей частотой сетки — до 10 000 на 1 сж2, или матерча-
тый фильтр (фиг. 196). В этих случаях при постановке фильтра до
594
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
помпы, как указано в приведенных примерах, ввиду наличия небольшого пере-
пада давления размеры
фильтра получились
бы слишком громозд-
кими. Если же поста-
вить фильтр после пом-
пы, то при достаточно
компактных размерах
фильтра получится
слишком большой пе-
репад давления, кото-
рый при наличии хо-
лодного масла может
привести к прорыву
сетки или материи. Для
повышения прочности
фильтра сетку встав-
ляют в специальную
обойму, которая вос-
принимает на себя
давление смазки.
Применяемые в по-
следнее время пла-
стинчатые фильт-
ры (фиг. 197) выдер-
живают значительный
перепад давления, на-
пример, фильтр Куно,
устанавливаемый на
двигателе Райт-Цик-
лон, имеет перепад
давления при нормаль-
ной работе двигателя
0,2 — 0,4 кг1см2\ при
холодной смазке или
при засорении фильтра
сопротивление его может воз-
расти.
Рассмотрим действие пластин-
чатого фильтра (фиг. 197). На
стержне а попеременно с пла-
стинками б набраны пластинки в,
образующие цилиндр г. В щели
между пластинками в масло про-
ходит во внутреннюю полость
цилиндра, образованного проре-
зями пластинок, откуда по свер-
лению д поступает для смазки
двигателя. На стержне е набраны
пластинки ж, которые входят
в промежутки между пластин-
ками в. При проворачивании
фильтра за рукоятку и пластин-
ки ж счищают накопившуюся на
поверхности цилиндра грязь.
Чтобы не оставлять двигатель
Фиг. 195. Сетчатый фильтр, расположенный до
нагнетающей помпы.
Фиг. 196. Матерчатый фильтр;
без смазки при засорении, пластинчатые фильтры снабжаются дополни-
тельным проходом смазки, перекрытым редукционным клапаном к.
595
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
При сильном загрязнении фильтрующих зазоров, когда разность дав-
лений до и после фильтра достигает 2,5—3 ат, предохранительный кла-
пан к открывается и нефильтрованное масло проходит во внутреннюю
полость цилиндра г. Для надежной работы фильтра необходимо рукоятку
и поворачивать на несколько оборотов через каждые 5 час. работы. Для
устранения этого недостатка пластинчатые фильтры снабжаются специ-
альным механизмом, который автоматически поворачивает стержень а.
На фиг. 198 изображен фильтр с вращающим механизмом, приводи-
мым в движение маслом. Действие этого механизма можно проследить на
схеме. В цилиндре 13 (фиг. 198), правый конец которого имеет глухое
дно и левый конец открыт и свободно сообщается с полостью корпуса
Фиг. 197. Пластинчатый фильтр системы Куно.
механизма, помещается поршень 18, совершающий возвратно-поступатель-
ное движение. При помощи пальца 7 поршень приводит в движение ша-
тун 8, который вилкой поворачивает хомут 9, соединенный механизмом сво-
бодного хода с муфтой 12, вращающей стержень с пластинками (фиг. 197, я).
При вращении хомута по часовой стрелке совершается рабочий
ход, при обратном движении — холостой ход.
При рабочем ходе масло из фильтра поступает по трубке 1 и направ-
ляется золотником 4 в правую полость цилиндра, приводя в движение
поршень 18. Последний, при помощи пальца 16, укрепленного в уголь-
нике 17, поворачивает шатун распределения 6, который, в свою очередь,
нажимая на палец 3, переводит золотник в положение холостого хода.
Одновременно масло из полости корпуса выжимается поршнем 18 через
трубку 2 в картер. Поршень перемещает шатун 6 лишь до мертвого ‘по-
ложения пружинного механизма 15, после чего пружина мгновенно пере-
водит распределительный механизм в крайнее положение. Движение масла
при холостом ходе ясно из схемы.
Магнитные фильтры (фиг. 199) собирают чугунную пыль, обра-
зующуюся при срабатываний поршневых колец.
Кроме фильтров, смазка очищается в маслосборниках, а также специ-
альных отстойниках, где ввиду малой скорости движения масла тяжелые
частицы опускаются на дно.
Наилучшую очистку смазки дает центрофугирование, которое
может быть осуществлено или при помощи приспособлений, вводимых
в узлы двигателя, или же специальными центрофугами.
На фиг. 200 дана схема центрофуги двигателя Рено. Масло из мотора
поступает в нижнюю часть валика и направляется по нижним радиальным
отверстиям к сверлениям во вращающейся крыльчатке. Все тяжелые примеси
596
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
7
Фиг. 198. Пластинчатый фильтр с автоматическим вращающим механизмом.
Фиг. 199. Магнитный фильтр двигателя Гном-Рон.
597
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 200. Масляная центрофуга двигателя Рёно.
Фиг. 201. Пеногасящая перегородка в отстойнике
звездообразного двигателя.
598
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
благодаря центробежным силам отбрасываются к стенкам барабана, чистое
же масло по сверлениям вверху поступает обратно в двигатель.
Пеногасители. Отработанная смазка, стекая, попадает на движу-
щиеся детали, как то: шестерни, шатуны, коленчатый вал и пр., сильно
вспенивается и увеличивается в объеме, что затрудняет работу помп, от-
качивающих масло в бак, и, кроме того, требует увеличения объема баков.
Для уменьшения пены в масле применяются пеногасители. В рядных дви-
гателях пеногасители устраиваются в виде сеток на дне картера.
В звездообразных двигателях пеногасители выполняются в виде пере-
городок в отстойниках (фиг. 201); сетчатые фильтры, помещаемые в отстой-
никах, также уменьшают количество пены в масле.
§ 192. СУФЛЕРЫ
Во избежание повышения давления, которое привело бы к выдавлива-
нию смазки через уплотнения, внутренняя полость картера сообщается с
наружным воздухом при помощи суфлера. Вследствие движения поршней и
прорыва газов через поршневые кольца в суфлерах^возникает пульсирующий
Фиг. 202. Суфлер с патрубком.
поток, выбрасывающий масло из картера двигателя. Для уменьшения вы-
брасывания смазки суфлеры снабжаются перегородками или лабиринтами.
Для предохранения от попадания посторонних частиц в картер суфлеры
часто снабжаются сетками. Для сообщения полости картера с масляным
баком суфлер иногда имеет патрубок (фиг. 202) или же фланец.
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Азотирование, 323, 476
Алюминиевые сплавы для блоков и головок
цилиндров 321
----------шатунов 220
Амортизаторы колебаний 104
Амплитуда 79
— вынужденных колебаний 102
--------, определение 135
Баббиты для вкладышей шатунов 220, 424,
425, 426
Бакингэма формула расчета зубьев 479
Балансировка коленчатых валов 185, 186
Бендикса муфта 559, 560
Бензиновые насосы 555
Бифилярный подвес 86, НО
Блоки цилиндров 259
-----двигателей воздушного охлаждения
309
--------жидкостного охлаждения 260,
262, 263
-----, детали конструкции 310
-----, материал для них 320
-----, наружная арматура 312
-----с несущей открытой гильзой 295, 296
-----с несущей рубашкой 298, 300
-----с несущей стальной закрытой гиль-
зой 294, 295
-----со сжатой рубашкой 300
-----, фиксация на картере 311
Бобышки поршня, расчет на прочность 236
Болты, надежность работы 192
— силовые картера 414
— стяжные шатуна 191, 218
-----коленчатого вала, расчет на проч-
ность 160, 161
Бронза свинцовистая 426
-----для вкладышей шатунов 220
— для свечных втулок 323
Валик крыльчатки нагнетателя 502, 503
Валики вертикальной передачи 226, 227,
228, 229
- — помп, уплотнения их 593, 594
Валы коленчатые, см. Коленчатые валы
Векторная диаграмма неуравновешенных
сил инерции 45, 46, 50, 54, 56, 58, 65
Верньер для установки газораспределения
340, 341, 353
Видлера метод 135
Вискозиметр Энглера 563
Вкладыши баббитовые, дефекты их 427
—, заливка их 424, 425, 426, 427
— из медных сплавов 423
—, конструкция их 422, 423
—, установка их в картере 422, 423
Водяные насосы 552
Время-сечение клапана 3'78, 379
Вспомогательные агрегаты, приводы к ним
Вспомогательные агрегаты размещение на
задней крышке двигателя 553
Втулки ВИШ 529, 531
-----, регулировка шага 541
-----с автоматическим управлением 534;
-----с гидравлическим приводом 536,
538, 539, 540, 541
-----с механическим приводом 534, 535,
536
— — с ручным управлением 534
Втулки ВФШ 526
-----деревянных 525
-----металлических 526
— — с электрическим приводом 534, 537,
538
Втулки клапанов, типовые конструкции 314,
315
— поршневой головки шатуна, способы
крепления 187
— свечные 268, 315
Высота полета, влияние на степень сжатия
488
Высотность, влияние на литраж двигателя
487
Вязкость, единицы измерения 563, 564, 565
Газораспределение 326
— звездообразных двигателей 355, 356,
357
-------, привод к клапанам их 343, 344
-------, привод к шайбе 348
-------, установка и регулировка его
355, 356
—, материалы для изготовления деталей
привода 403
—, перекрытие клапанов 376
—, поршни, как органы его 250
—, порядок работы цилиндров 346, 347,
— рядных двигателей 326, 337
—------, взаимное расположение кулач-
ков 338
— — _, привод к клапанам 332
-------, регулировка и предельная точ-
ность ее 340, 341
—, скорость допустимая, в клапанах 373,
374
—, схемы привода кулачковых валиков
330
—, фазы его 376
Гайгера формула приведения 85
Галтели 163, 192, 193
Гармоники, графики для нахождения коэ-
фициентов 121, 122
— порядок их 118
— суммирование 123, 124
Гармонический анализ 115
Гармоническое движение 79
Генераторы тока, крепление 561
Герси диаграмма 570
600
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Герца формула 401, 480
Гильзы блоков и цилиндров 273, 290, 307
----------воздушного охлаждения 273,
290
----------, завертывание их в головку
278, 279
-------износ и его причины 324
— --------, наружное оребрение 307, 308
---------уплотнения 308, 309, 310
Гироскопический момент винта 485
Головки блоков 301, 303, 304
----, перепуск воды 307
Головки цилиндров 273, 286
----звездообразных двигателей, детали
их 279
----, материал для них 320
----навертные 274, 275
----накладные 273, 274, 275
— —, проверка нарезки 317
— — рядных двигателей воздушного
охлаждения 286
----, схемы различного расположения
клапанов в них 267
---, уплотнение с гильзой 275, 276, 277,
278
----формы камер сгорания 267, 284,
Грибок клапана, форма его 365, 366
Давление максимальное вспышки 6
— сжатия 7
Демпферы динамические 106
Дефлекторы масляные 441
— охлаждения цилиндров 294
Диаграмма газораспределения 338, 376
— Герси 570
— для определения жесткости при круче-
нии цилиндрического вала 82
— — — индикаторной мощности двига-
теля с П. Ц. Н. 10
-^ад и 9
-------поправки мощности на атмосфер-
ные условия 10
— -----поправки мощности на противо-
давление 9
— — — суммарного механического к.п.д.
И
— износа шатунной шейки 573, 574
— крутящего момента двигателя 517
— подъема и ускорения для кулачка
с плоским толкателем 390
----скорости и ускорения кулачка по-
стоянного ускорения 377, 379, 382
Динамический расчет 5
Дисковое фрикционное сцепление 498
Днища поршней 225, 226, 227, 228
----, расчет на прочность 236
«Жаровое кольцо» 251
Заглушающий момент 136
Заглушения работа 136
Заглушки блока 311
— поршневых пальцев 236
Зазоры в клапанном механизме 401
—---------, регулировка 362, 363
-------—t схема компенсации 402
— монтажные в сочленениях деталей
газораспределения 403
Заливка вкладышей 424, 425, 426, 427
Затяжка цилиндра 317, 318, 319, 320
Зубья шестерен редуктора, расчет на проч-
ность 476
Игольчатые подшипники 578
Износ цилиндров 324, 325
Индикаторная диаграмма двигателя без
нагнетателя 5,7
-----двигателя с П. Ц. Н. 8
— — нагнетателя Рута 490
Инерционный самопуск 557, 558, 559
Камера сгорания Дженуэйя 265
— —, зависимость между формой ее
и степенью сжатия 264
----- плоская 267, 284
-----Рикардо 264, 265
-----сферическая 267, 284
-------с подвесными клапанами 264
-----Уатмоу 265
— — шатровая 267, 284, 285
Канавки смазочные 572
Картера формула 84
Картеры коленчатого вала 405
— — — звездообразных двигателей 428.
-----— звездообразных двигателей двух-
рядных 431
-----— звездообразных двигателей, мас-
лопроводка 439
-----— звездообразных двигателей од-
норядных 428
— — —, лапы их 418, 420
-------, материалы для них 447
-------, отливка 448, 449, 450
-------, присоединение штуцеров, типы
-------рядных двигателей, классифи-
кация 406
— — — рядных двигателей, маслопро-
водка 590
—------стальные 434
—------суфлирование 443
— — —, укрепление стенок 415
-------, фиксация взаимная половин 414
— — —, штамповка 448
Картеры редукторов 422, 463
Кельша метод исследования уравновешен-
ности 43, 44, 50, 51, 52, 53
Клапанные приводы, определение нагрузок
-----, расчет деталей их на прочность
399
Клапанные пружины 370
-----, расчет на прочность 392
Клапанный механизм, зазоры в нем 401
— —, основные параметры его 372
Клапаны 365
— в головке цилиндра, схемы расположе-
— ния 267
— впускные 286
—, диаграмма подъема скорости и уско-
рения 377
— коромысла их 361
—, наконечники их 369, 370
—, направляющие их 286, 315, 316
—, охлаждение 366, 367, 368
—, подъем 374
— пустотелые, изготовление 368
—, развал 279
— редукционные 586
— рядных двигателей, привод к ним 332
—, ударники их 364, 365
Ключ тарированный для затяжки шпилек 415-
Кожухи клапанные 283
Кокильная заливка вкладышей 425, 426
Колебания вынужденные без затухания 102
601
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Колебания вынужденные кручения колен-
чатого вала рядного двигателя 129
------- с затуханием 111
Колебания свободные крутильные (колен-
чатых валов) 79
-------•' вала с двумя массами 89
----— вала с многими массами 94
-------вала с тремя массами 91
— — — заменяющих систем, формы 100
-------приведение вала без редуктора
83, 84, 85
-------, приведенная схема с редукто-
ром и нагнетателем 78, 88, 89
--------с одной степенью свободы 80
--------, упрощенные методы определе-
ния 99
'Колена коленчатых валов, взаимное распо-
ложение 143
--------, расчетная схема 178
-----—, элементы конструкции 154, 161
Коленчатые валы 143
•----, балансировка их 185, 186
-----, конструкция хвостовиков их 174
-----, коренные й шатунные шейки их 161
-----, крепление противовесов 163, 167,
-----, крутильные колебания 79
-----, монтаж их 185, 186
-----, носок их 168
-----, осевая фиксация их 173, 174
-----, подшипники для них 153, 154, 171,
172
-----, производство 184
-----, расположение колен 143, 144, 145,
146, 148, 151, 152, 153
— —, расчет на прочность по методу
многоопорной балки 181
-----, расчет на прочность по методу раз-
резной балки 177
-----, смазка 587
-----, стали, применяемые для их изго-
товления 184
----- уплотнения 592
-----, число опор их 152, 153
-----, щеки их 158, 159, 165, 166, 167
Коловратные масляные помпы 583
Колодочные фрикционы 498
-----, расчет их 514
Кольца поршневые 240, 241
-----, графическое построение формы 246
-----зазоры в них 258
— —, замки их 243
-----, материал для изготовления 254, 255
-----, напряжение при надевании 248,
249
•----, насосное действие 258
-----, определение формы 245, 246
-----, отливка их, способы. 254, 255, 256
-----, проверка упругости 257, 258
-----, расположение 240
-----, расчет на прочность 243
-----, установка стопоров их 243
Кольца маслосборные 172, 173, 240, 242, 243,
503
— уплотнительные 240, 241
Кольцевое сцепление фрикционной шестерни
Кольцо эластичное, уплотнение гильзы бло-
ка 308, 309, 310
Контровка гаек шпилек картера 446, 447
Конусность вала 572
Коренные шейки, см. Шейки
— шпильки 414, 415
Кориолисовы силы инерции 485
Коромысла клапанов 284, 361, 362
Коррозия цилиндров 322, 324
Коэфициент заглушения 111, 140, 142
— нарастания колебаний 103
--------, зависимость от частоты 104
—-------с заглушением ИЗ
— неравномерности крутящего момента,
величина его 35
----- хода 37
— профиля зуба 477, 482
— работоспособности для подшипников
476
•— скорости по Франклину и Смиту 478
— трения качения 476
— Фурье 116
Крепление генераторов тока 561
— двигателя к раме, варианты 441
— магнето 547
— противовесов коленчатых валов 167,
168
— цилиндра к картеру 269, 271
— шестерен редуктора 453
Кривошипные головки шатунов 191
----—, заливка их антифрикционным
сплавом 193
-----— звездообразных двигателей 202
--------неразъемные 191, 206
-----— разъемные 191, 203
------- — рядных двигателей 191, 193
Крутящий момент на валу нагнетателя 517
----, зависимость равномерности от угла
между цилиндрами 143
-----, коэфициент. неравномерности 35
— — суммарный на коленчатом валу 29
Крыльчатка нагнетателя 501, 502, 518
-----, расчет на прочность 518
Кулачки постоянного ускорения (параболи-
ческие) 379, 382
—, построение профиля 379, 382
—, профили 379, см. также Профили ку-
лачков
— с плоским толкателем 389
—, смазка 589
Кулачковые валики, конструкция их 338
— —, привод 330, 331, 332
-----, смазка 590
Кулачковые шайбы, выполнение их 354, 355
-----звездообразных двигателей, пере-
даточные числа к ним 344
— —, кинематические схемы приводов их
348
—конструктивные элементы приво-
дов их 352
•----, расположение их 343
--------толкателей 354, 355
Лабиринтное уплотнение 503, 504
Ланчестера демпфер, схема 115 .
—, способ уравновешивания 47, 63, 65, 73
Лопасти ВИШ, механизм управления 534
Лопасть винта, действующие на нее на-
грузки 530
-----, крепление во втулке 531
Лопатка колеса нагнетателя, расчет на
прочность 518
Лямэ формула 217, 219
Магнето, крепление 547
Масла авиационные, вязкость 564, 565
Масло смазочное, расчет циркуляции 575 ,
-------, центробежная очистка 588
Маслоотстойник 439, 440
- -602
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Маслопроводка в картерах звездообразных
• двигателей 439
— в картерах рядных двигателей 590
Маслосборные кольца 172, 173, 240, 242,
• 243, 503
Масляное уплотнение в носке коленчатого
вала 172, 173
-----валиков нагнетателя и агрегатов
503, 552
Масляные дефлекторы 441, 589, 594
Масляные помпы 580, подр. см. Помпы мас-
ляные
Масляный насос автопилота 561
Материалы для изготовления головок и бло-
ков цилиндров 320, 321, 323, 324
-------деталей привода газораспреде-
ления 403
-------деталей редукторов 476
------- картеров 447
—------поршневых пальцев 253, 254
255 256
—------поршней 251, 252, 253
—------шатунов 220
-------— шпилек и болтов картера 445,
446
Маятниковый демпфер 108
Модуль шестерен 481, 482
Муфты Бендикс 559, 560
— промежуточные 472
— упругие, см. Упругая муфта
Нагнетатели 487
— Козет 489
—, колесо их 501
— коловратные 489
— объемные 488, 489
— поршневые 488
—, расчет лопатки колеса 518
— Рута 489, 490
- — схемы приводов.передачи 491, 492, 493
—, уплотнение 594
— центробежные 488, 491
Наддув 487
—, влияние на рост мощности 488
—, регуляторы его 510
Напайка баббита 426
Направляющие клапанов 286, 315, 316
— толкателей 360
Насосное действие поршневых колец 258
Насосы бензиновые 555
— водяные 552
— масляные 580
Натрий металлический, применение для
охлаждения клапанов 367, 368
Неравномерность крутящего момента, зна-
чения коэфициента 35
— хода 35
Неуравновешенные силы ряда с прицепными
шатунами 57
Ниппельный тип соединений 592
Носок картера звездообразных двигателей
435
-----рядного двигателя 418
— коленчатого вала 168
-------посадка втулки винта 169
Обрыв болтов 192
Ограничители прогибов пружин 371
Опорно-упорные подшипники, см. Подшип-
ники
Опрокидывающий момент 39
Оребрение картера 415
— наружное гильз жидкостного охла-
ждения 307, 308
Оребрение цилиндров воздушного охлаж.
дения 290, 291, 292, 294
Осевая фиксация коленчатого вала 173, 174
— — вала редуктора 458
Отражатели масляные 589, 594
Пальцы поршневые 234
-----, замки для фиксации 235, 236
----, материал для изготовления их 253,
254, 255, 256
------, расчет на прочность 237
-----, смазка 589
-----, типы их 235
Пальцы прицепных шатунов 196, 197, 201
— ------, фиксация 201
Параболический кулачок 382
Пеногасители 599
Передаточное число планетарного редуктора
453
Передаточные числа к вспомогательным
агрегатам 545
— — к кулачковым шайбам звездообраз-
ных двигателей 344
Передача к П. Ц. Н. 491
Переразмеренность 487
Переразмеренный двигатель, индикаторная
диаграмма 5
Пересжатие 487
Период колебания 79
Питч шестерен 482
Планетарный редуктор, см. Редуктор пла-
нетарный
Пластичные прокладки 308
Плунжерные масляные помпы, см. Помпы
масляные
Подъем клапана 374
Подшипники 576
— для коленчатых валов 153, 154
—, долговечность 576
— жидкостного трения, расчет 566
— игольчатые 578
— качения 576
-----, смазка 589
----, схема распределения нагрузок в
них 577
—, коэфициент работоспособности 576
—, критический режим работы 570
— нестандартные 576
— опорно-упорные коленчатого вала 170,
171, 172, 576
— опорные редуктора 458
—, смазка 463
— стандартные 576, 578
— —, габариты 578
—, установка 434
— характеристика режима 570
Помпы масляныэ 580
-----коловратные 583, 584
— — плунжерные 585
— — шестеренчатые 580, 583
Пористость отливок 321
Поршневые бобышки 228
— головки шатунов 187
--------крепление втулок в них 187
--------сплавающими втулками 188
--------смазка 188, 190
Поршневые кольца, см. Кольца поршневые
— пальцы, см. Пальцы поршневые
— сплавы 251, 252
Поршни 222
— алюминиевые 223, 224
-----, явление «роста» 252, 254
— биметаллические Рикардо 234
—, боковая поверхность их 230, 231
603
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Поршни верхний пояс их 233
—, влияние величины боковой поверх-
ности их на мощность трения 230, 231
—, выбор материала для них 223, 224
— данные для определения проходимых
ими путей 17
—, данные для определения скоростей
их 18
—, данные для определения ускорения
их 19
— двухтактных двигателей 250, 251
—, детали его, расчет на прочность 236
—, днища их 225
—, изготовление их 228, 251, 252, 253, 255
— как органы газораспределения 250
—, конструктивные элементы их 225
—, материалы для изготовления их 251
—, монтажные зазоры 258
—, нормальные соотношения основных
размеров их 230, 231
—, распределение температур в них 222
—, расчет на прочность 236
— Рикардо 232
—, смазка 588
—, трение боковой поверхности их 223
240
— четырехтактных ротативных двигате-
лей 250, 251
— чугунные 223, 224
—, штамповка их 253, 255
Поршня юбка 230
-----двухтактного двигателя 250, 251
Порядок работы цилиндров 346, 347, 348
Потери механические в отдельных деталях
двигателя 222, 223
Приведенная длина вала 83
— 896Ма Вала с планетаРным редуктором
— схема двигателя с редуктором и нагне-
тателем 87
Приведенные массы шатунно-кривошипного
механизма, определение 13
Привод валиков вертикальной передачи,
схемы 326
— газораспределения 326
----в звездообразных двигателях 343,
348
----в рядных двигателях 326; 330, 331,
332, 337
— четырехтактных ротативных двигате-
лей 250, 251
—- чугунные 223, 224
— штамповка их 253, 255
Поршня юбка 230
-----двухтактного двигателя 250, 251
Порядок работы цилиндров 346, 347, 348
Потери механические в отдельных деталях
двигателя 222, 223
Приведенная длина вала 83
— схема вала с планетарным редуктором
— схема двигателя с редуктором и нагне-
• тателем 87
Приведенные массы шатунно-кривошипного
механизма, определение 13
Привод валиков вертикальной передачи,
схемы 326
— газораспределения 326
----в звездообразных двигателях 343,
348
----в рядных двигателях 326, 330, 331
332, 337
Привод валиков верхний 326
----, материалы для изготовления
деталей его 403
----нижний 326, 337
— к вспомогательным агрегатам 545, 552,
555, 561
— к клапанам рядных двигателей 332
— к нагнетателю выключающийся 491,
494, 504
-------, расчет деталей 514
— клапанный звездообразных двигателей
357
----, определение нагрузок 390
----, расчет деталей 399
Приводные центробежные нагнетатели 491
Прицепные шатуны 193, 196
----, кинематика, ее особенности 20
Прокладки картера, постановка 438
— цилиндра пластичные, типы 308
Противовесы коленчатых валов 163, 166
----—, крепление 167, 168
Профили кулачковые, очерченные дугами
круга 384
— — с вогнутой боковиной 386
----с выпуклой боковиной 384
---- с плоской боковиной 387
Пружины клапанные 370
----, расчет на прочность 392
— навивка их 399
— напряжение скручивания в редукторах
386
— определение предварительной затяжки
396
— проволочные, конструктивные типы их
397, 398
----, номограмма для расчета их 393
Пуаз 563
П. Ц. Н. 491
Радиально-упорные подшипники, см. Под-
шипники
Радиальные подшипники, см. Подшипники
Разложение сил по элементам шатунного
механизма с центральными шатунами 23
Разноска масс шатунов 15
Распределение, см. Газораспределение
Распределители самопуска 555
Расчет на прочность бобышки поршня 236
------- вала редуктора 484
-------деталей привода к нагнетателю
514
— — — деталей приводов кклапанам399
----— деталей цилиндра 316
----— днища поршня 236
----— зубчатых колес редуктора 476
------— клапанных пружин 392
-------колена коленчатого вала 178
-------коленчатого вала 177, 181, 183
-------колодок фрикциона 514
—------конических шестерен 479, 480
— — — коренной шейки коленчатого
вала 180, 183
-------крыльчатки нагнетателя 518
— — — крышки шатуна 219
----— лопатки колеса нагнетателя 518
----— поршневых пальцев 237
— — — поршня и его деталей 236
— — — пружин 517, 518
— — — стяжного болта .коленчатого
вала 160, 161
----— упругого соединения 518
— — — шатунных болтов 218
-------шатунных шеек 180, 183
604
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Расчет на прочность шевронных шестерен
479, 480
— — — шестерен с прямыми зубьями 476
—-------шпилек цилиндра 317
-----— щек коленчатых валов 179
Расчет подшипников жидкостного трения
566 .
— размеров пружин 484
— упругой муфты редуктора 483
— циркуляции масла 575
Ребра цилиндров 290, см. также Оребрение
цилиндров
— —, размеры их 291, 292
Регуляторы наддува 510
— числа оборотов ВИШ 541,542 , 543,561
Редукторы 87, 89, 451
—, картеры их 422 , 463
— кинематические схемы 4Э1
—, конструкция вала 458
—/материалы для деталей их 476
ч — опоры шестерен 458, 472
— планетарные 451, 464
-----, передаточное число 453
— —, расчет вала на прочность 484
----, расчет зубьев шестерен 476, 479,
480
-----, смазка 474
-----, уравнительные механизмы 464
— со смещенными осями шестерен 451
— со смещенными осями, элементы
-‘Конструкции 453
— соосные 451
Редукционные клапаны J586
Резонанс 103
Резонансный режим 126
-----главный 129
— — критический 28
Рейнольдса число 568
Ролик, схема качения 576
Роликовые подшипники, см. Подшипники
«Рост» поршня 252, 254
Рубашки цилиндров 272, 301
-----алюминиевые 294
— — стальные, типы сварных швов 272
-----элементы конструкции 303
Сальники 594
Самопуск инерционный 557, 558, 559
— распределители 555
— ручной 560
Сантипуаз 563
Сантистокс 563
Сателлиты редуктора 464, 466, 470
Свечные втулки 268, 315
Седла клапанов 312, 314, 315
Сжатия степень, влияние ее на рост
]мощности 488
-----, влияние на нее высоты полета 488
Силовые .болты картера 414
— шпильки цилиндра и картера 311,
312, 414
Силумин 447, 448
Силы инерции поступательно-движущихся
частей кривошипно-шатунного механизма
— — поступательно-движущихся частей
механизма с прицепным шатуном 20
-----, разноска масс шатунов 15
Синхронизаторы 561
Смазка двигателей 562
-----схемы 578
— коленчатого вала 587
Смазка (кулачков распределительных ва-
ликов 589
— кулачковых валиков 590
— планетарных редукторов 474
— подшипников 463, 464
— —, влияние неточности 572
------ качения 589
— поршневых головок шатунов 186, 188,
589, 590
— поршней 588
— узлов двигателя 463, 587, 588, 589, 590
Смазочные „канавки 572
Сплавы алюминиевые 220, 321
— титановые 320
Стали для изготовления пальцев прицепных
шатунов 220
------поршневых пальцев 253, 254,255
—-----цилиндров и клапанных седел
324
—-----— шатунов 220
Сталь, зависимость временного сопротивле-
ния от температуры 491
Станок токарный копировальный, схема его
383
— фрезерный копировальный, схема его
383
— шлифовальный, схема его 383
Стартер электроинерционный 558, 559
Стеллит, состав его 368
Степень неравномерности крутящего мо-
мента 35
Стокс 563
Стопоры поршневых колец, установка их 243
Стыки, уплотнения 594
Суммарный крутящий момент 29
Суммирование гармоник от газовых и инер-
ционных сил 123
------от нескольких цилиндров на одном
колене 124
— крутящих моментов от всех колен 5
—-----многоколенного вала и нахо-
ждение реакций коренных под-
шипников 29
— сил газа и сил инерции поступательно-
движущихся масс 5, 23
------от нескольких цилиндров, действу-
ющих на одну шейку кривошипа
5, 26
Суфлеры 443, 444, 599
Таблицы для определения сил по N, Т, и Z 25
Тарелочка для упора пружин 399
Тарированный ключ для затяжки шпилек 415
— удар 201
Тахометр 561
Тейлора метод исследования уравновешен-
ности 43, 44
Титановые сплавы 320
Толкатели 359
—, направляющие их 360
— плоские 389
—, расположение их 354, 355 •
Толле метод 95
Торзиограмма 142
Торзиограф 128, 140
— Гайгера 141
— Фрама 141
Торзиографирование 140
Трение боковой поверхности поршня 223
— в подшипниках 223
—, виды его 562, 565, 566, 570
— поршней 222, 223
Турбокомпрессор 490, 491
605
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Удельный объем воздуха, изменение с вы-
сотой 488, 489
Узел колебаний 90
Уплотнение 592
— без прокладок 310
— в носке коленчатого вала 172, 173, 592
— валиков агрегатов 592, 594
— гильзы, водяное 310
— головки, газовое 276, 277, 278, 308,
309, 310
— нагнетателя, воздушно-кольцевое 503,
504, 594
— — лабиринтное 503, 504
Упорные подшипники коленчатого вала 170,
171
Упругая муфта передачи к нагнетателю
494 , 495
----редуктора 456, 457, 458
— подвеска двигателя 442, 443
Упругое соединение нагнетателя, расчет на
прочность 518
Уравнительные механизмы редуктора 464
Уравновешивание авиационных двигателей
40
— восьмицилиндрового V-образного дви-
гателя 64
— вращательно-движущихся масс 41
— графические методы исследования 43
— двойных звезд 76
— двухцилиндрового двигателя с противо-
лежащими цилиндрами 63
----V-образного двигателя 62
— динамическое 41
— звездообразных двигателей с централь-
ными шатунами 76
— многорядных двигателей, исследова-
ние 62
— многоцилиндровых однорядных дви-
гателей 48
—, приемы исследования 43
— простых звездообразных двигателей с
прицепными шатунами 67
— рядных двигателей 58
—, способ Ланчестера47,63,65, 73
— статическое 41
— 1-цилиндрового двигателя 45
— 2-цилиндрового рядного двигателя 48
— 4-цилиндрового однорядного двига-
теля с кривошипами под углом 90° 52
— 4-цилиндрового однорядного двига-
теля с кривошипами под углом 180° 51
— 6-цилиндрового рядного двигателя 55
— 12-цилиндрового V-образного двига-
теля с углом развала 60° 66
— 12-цилиндрового W-об разного двига-
теля с углом развала 60° 65
Установочный штифт 438
Фаза 79
— начальная 79
Фазы распределения 376
Фиксация выступом 192
— крышки на картере 437, 438
----шатуна 191, 192
Фильтры для смазки 594 , 595, 596
Формула Бакингэма 479
— Герца 401, 480
— Картера 84
— Лямэ 217, 219
— приведения Гайгера 85
Фосфатирование 323
Фрикционные сцепления 498
Хвостовики коленчатых валов 174
— — — в двигателях без нагнетателей
157, 177
--------в двигателях с нагнетателями
158, 177, 495, 496
Цементация 476
Центробежная заливка вкладышей 425
— очистка масла 588
Цилиндры 259
—, блоки их 301, см. также Головки
блоков, Гильзы
—, затяжка блока 317, 318, 319, 320
—, износ 325
— камеры сгорания 264, см. также
Камеры сгорания
—, классификация 259
—, коррозия 324
—крепление к картеру 269, 270, 271, 290
—, литье под давлением 322
—, материалы для изготовления их 320,
321, 323, 324
оребрение их 290
— отдельно стоящие, двигателей водя-
ного охлаждения 267
— отдельно стоящие, двигателей воздуш-
ного охлаждения 273
— расчет на прочность 316
— с боковыми клапанами 261, 264
— с подвесными клапанами 263, 264
— стальные 268
— температуры 305
—- чугунные 267,. 268
Циперера метод 120
Частота круговая гармонического движения
79
Числа передаточные, см. Передаточные
числа
Чугун для изготовления поршневых колец.
255, 256
Шайбы кулачковые, см. Кулачковые шайбы
Шариковые подшипники, см. Подшипники
Шатунно-кривошипный механизм, опреде-
ление приведенных масс 13
----, определение силы инерции посту-
пательно-движущихся частей его 16
Шатунные болты, расчет 218
Шатунный механизм, определение основ-
ных размеров 210
Шатуны 187
—-, материалы для изготовления их 219
— прицепные 193, 196, 201
—, производство 219
—, радиусы проушин в звездообразном
двигателе 214
—, расчет на прочность 215, 219
— силы инерции 20
—, смазка 588
— центральные4193, 194, 195, 196
Швы сварные рубашек стальных цилиндров
272
Шейки (коренные и шатунные) 161
—, диаграмма износа 573, 574
—, обработка 185
—, подвод смазки 573
—, размеры 161, 162
—, расчет на прочность 180, 183
—, реакции на них 29
’Шестеренчатые масляные помпы, см. Помпы
масляные
606
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Шестерни привода к нагнетателю 494, 496,
497
— редуктора конические, расчет 479, 480
— — крепление 453, 472
— — опоры 458
— —„ смазка 463, 589
— —, типы соединений 453, 455, 456
— — с прямыми зубьями, расчет 476
— — шевронные, расчет 479, 480 .
Шпильки картера 414, 415, 445, 446, 447
— цилиндра 311, 312, 317
Шплинтовка 447
Штуцеры присоединения к картеру, типы
592
Щеки коленчатых валов 158, 159, 165, 166,
167
-------, расчет на прочность 179
Эквивалентная масса 85
Эквивалентный вал 83
Эластичное кольцо 308, 309, 310
Электроинерционный стартер Эклипс 558,.
559
Электрон 448, 449
Энглера градусы 563
Эррозия цилиндров 324
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
ОГЛАВЛЕНИЕ
Раздел первый
Глава I
Стр.
Динамический расчет авиационного двигателя
§ 1. Введение .............................................................. 5
§ 2. Конструктивная индикаторная диаграмма нормального невысотного и переразме-
ренного двигателя............................................................ 5
$ 3. Конструктивная индикаторная диаграмма высотного двигателя с приводным
центробежным нагнетателем (П.Ц.Н.)...................................... 8
§ 4. Определение приведенных масс шатунно-кривошипного механизма. Точные выра-
жения скорости и ускорения поршня.......................................... 13
§ 5. Приближенное выражение для сил инерции поступательно-движущихся частей
простого шатуннокривошипного механизма.................................. . 16
•§ 6. Силы инерции поступательно-движущихся частей механизма с прицепным
шатуном................................................................ 20
§ 7. Суммирование сил газа и сил инерции поступательно-движущихся масс..... 23
§ 8. Суммирование сил от нескольких цилиндров, действующих на одну шейку криво-
шипа ....................................................................... 26
§ 9. Суммирование моментов многоколенного вала и нахождение реакций коренных
подшипников................................................................. 29
Примеры динамического расчета......................................... 30
§ 10. Неравномерность хода . . . ......................................... 35
Глава П
Уравновешивание авиационных двигателей
§ 11. Общие соображения об уравновешенности ..............................; 40
§ 12. Уравновешивание вращательно-движущихся масс ........................... 41 1
13. Неуравновешенные силы инерции поступательно-движущихся масс. Приемы иссле-
дования уравновешенности двигателя....................................... 43
§ 14. Уравновешивание одноцилиндрового двигателя............................ 45
§ 15. Уравновешивание многоцилиндровых однорядных двигателей ............... 48
§ 16. Уравновешивание двухцилиндрового рядного двигателя с углом между коленами .
вала 180°.................................................................. 48
§ 17. Уравновешивание четырехцилиндрового однорядного двигателя............. 51
о) кривошипы расположены под углом 180°.............................. 51
б) кривошипы расположены под углом 90°............................... 52
§ 18. Уравновешивание шестицилиндрового рядного двигателя............... . 55
§19. Неуравновешенные силы ряда с прицепными шатунами...................... 57
§ 20. Общие признаки уравновешенности рядных двигателей..................... 58
§ 21. Общие приемы исследования уравновешенности многорядных двигателей.... 62
§ 22. Уравновешивание двухцилиндрового V-образного двигателя ............... 62
§ 23. Уравновешивание двухцилиндрового двигателя с противолежащими цилиндрами 63
§ 24. Уравновешивание восьмицилиндрового V-образного двигателя с расположением
колен под углом 180°....................................................... 64
608
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 25. Уравновешивание W-образного 12-цилиндрового двигателя с углом развала между
рядами цилиндров в 60°...................................................... 65
§ 26. Уравновешивание 12-цилиндрового V-образного двигателя с углом развала между
рядами цилиндров в 60° .................................................... 66
§ 27. Общий случай уравновешивания простых звездообразных двигателей с прицеп-
ными шатунами .............................................................. 67
§ 28. Уравновешивание звездообразных двигателей с центральными шатунами .... 76
§ 29. Уравновешивание двойных звезд......................................... 76
Г л а в а III
Крутильные колебания коленчатых валов
§ 30. Гармоническое движение ............................................... 79
’ § 31. Свободные колебания с одной степенью свободы........................ 80
§ 32. Приведенная длина вала ............................................... 83
§ 33. Эквивалентная масса .................................................. 85
§ 34. Приведенная схема двигателя с редуктором и нагнетателем................. 87
§ 35. Свободные колебания вала с двумя массами................................ 89
§ 36. Свободные колебания вала с тремя массами ............................... 91
§ 37. Свободные колебания вала с многими массами ............................. 94
§ 38. Упрощенные методы определения периода собственных колебаний........... 99
§ 39. Вынужденные колебания без затухания................................... 102
§ 40. Динамические демпферы................................................. 106
§ 41. Вынужденные колебания с затуханием ................................... 111
§ 42. Гармонический.^ анализ ............................................... 115
§ 43. Гармоники момента от сил инерции поступательно-движущихся частей. Суммиро-
вание гармоник от газовых и инерционных сил ................................ 123
§ 44. Суммирование гармонических моментов от нескольких цилиндров на одном колене 124
§ 45. Резонансные режимы работы двигателя................................... 126
§ 46. Вынужденные колебания кручения коленчатого вала рядного двигателя..... 129
§ 47. Определение амплитуды вынужденных колебаний при резонансе по методу Видлера 135
§ 48. Торзиографирование ................................................... 140
Раздел второй
Глава I
Коленчатые валы авиационных двигателей
§ 49. Взаимное расположение колен........................................... 143
§ 50. Число опор коленчатого вала .......................................... 152
§ 51. Подшипники для коленчатых валов....................................... 153
§ 52. Разъемные конструкции коленчатых валов................................ 154
§ 53. Расчет стяжного болта ................................................ 160
§ 54. Элементы конструкции колена........................................... 161
§ 55. Противовесы........................................................... 166
§ 56. Носок коленчатого вала ............................................... 168
§ 57. Упорные подшипники.................................................... 170
§ 58. Уплотнение в носке.................................................... 172
§ 59. Осевая фиксация вала редукторных двигателей .......................... 173
§ 60. Конструкция хвостовиков валов......................................... 174
§ 61. Расчет на прочность коленчатого вала ................................. 177
§ 62. Материал, производство и монтаж коленчатых валов . ................... 184
Глава II
Шатуны авиационных двигателей
§ 63. Поршневая головка и стержень шатуна..................................... 187
§ 64. Кривошипные головки шатунов однорядных двигателей...................... 191
§ 65. Кривошипные головки шатунов многорядных двигателей.................... 193
§ 66. Кривошипные головки шатунов звездообразных двигателей ................ 202
ВВА—142—39
609
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 67. Определение основных размеров шатунного механизма................... . 210
§ 68. Расчет деталей шатуна ............................................. . 215
§ 69. Материал и производство шатунов ....................................... 219
Глава III
Поршни
§ 70. Общие сведения .........................................................222
. § 71. Конструктивные элементы поршня........................................ 225
§ 72. Поршневые бобышки ..................................................... 228
§ 73. Юбка поршня ........................................................... 230
§ 74. Палец поршня .......................................................... 234
§ 75. Расчет на прочность поршня и его деталей .............................. 236
§ 76. Поршневые кольца ..................................................... 240
§ 77. Расчет поршневого кольца ............................................ 243
§ 78. Поршни как органы газораспределения................................... 250
§ 79. Материал, изготовление и монтаж поршней и их деталей.................. 251
Глава IV
Цилиндры и блоки
§ 80. Общие сведения ....................................................... 259
§ 81. Конструкция камеры сгорания........................................... 264
§ 82. Отдельно стоящие цилиндры двигателей водяного охлаждения ..............267
§ 83. Отдельно стоящие цилиндры двигателей воздушного охлаждения..............273
§ 84. Головки цилиндров звездообразных двигателей .......................... 279
§ 85. Головки цилиндров рядных двигателей воздушного охлаждения............. 286
§ 86. Гильзы цилиндров двигателей воздушного охлаждения.................. . 290
§ 87. Оребрение цилиндров.................................................... 290
§ 88. Силовые схемы блоков .................................................. 294
§ 89. Элементы конструкции головок и рубашек блока ......................... 301
90. Гильзы блока ........................................................ 307
§ 91. Мелкие детали конструкции блока ...................................... 310
§ 92. Блоки двигателей воздушного охлаждения................................. 312
§ 93. Седло клапана, направляющие клапанов, свечные втулки ...................312
§ 94. Расчет на прочность деталей цилиндра................................... 316
§ 95. Материалы для головок и блоков цилиндров .............................. 320
Г л а в а V
Газораспределение авиадвигателей
§ 96. Привод к распределению рядных двигателей............................... 326
§ 97. Привод к клапанам рядных двигателей.................................. 332
§ 98. Нижнее газораспределение в рядных двигателях .......................... 337
§ 99. Конструкция кулачковых валиков ........................................ 338
§ 100. Регулировка газораспределения ........................................ 340
§ 101. Расположение привода и передаточные числа к кулачковым шайбам звездообразных
двигателей ................................................................. 343
§ 102. Кинематические схемы приводов кулачковых шайб....................... 348
§ 103. Конструктивные элементы приводов к кулачковым шайбам....................352
§ 104. Кулачковые шайбы .................................................... 354
§ 105. Установка распределения звездообразных двигателей.......................355
§ 106. Привод клапанов в звездообразных двигателях от обычных кулачков.......357
§ 107. Толкатели и направляющие .............................................359
§ 108. Коромысла клапанов и ударники ............... . . . ;...............361
§ 109. Клапаны ...........•................................................. 365
§ 110. Производство пустотелых клапанов .....................................368
§ 111. Замки и наконечники клапанов . . . ................................. 369
610
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 112. Клапанные пружины ......................................................370
$ 113ч Основные параметры клапанного механизма ................................372
1 114. Подъем клапана....................................................... 374
§ 115. Фазы распределения..................................................... 376
§ 116. Диаграмма подъема, скорости и ускорения клапана. Время-сечение..........377
§ 117. Форма кулачка. Кулачок постоянного ускорения........................... 379
§ 118. Профили кулачков, очерченные дугами круга ............................. 384
§ 119. Кулачок с плоским толкателем .......................................... 389
§ 120. Определение нагрузок клапанного привода................................ 390
§ 121. Расчет клапанных пружин................................................ 392
§ 122. Расчет деталей приводов к клапанам .................................... 399
§ 123. Зазоры в клапанном механизме .......................................... 401
§ 124. Материалы, применяемые для изготовления деталей привода газораспределения.
Монтажные зазоры.............................................................. 403
Г л а в а VI
Картеры
§ 125. Общие сведения ........................................................ 405
§ 126. Классификация картеров рядных двигателей .............................. 406
§ 127. Системы разъемов и силовая связь частей картера........................ 406
§ 128. Соединение половин картера и взаимная их фиксация ..................... 414
§ 129. Стенки картера и меры, применяемые к увеличению их жесткости........... 415
§ 130. Лапы картера ...........................................................418
§ 131. Носок и задок картера рядного двигателя................................ 418
§ 132. Установка вкладышей.................................................... 422
§ 133. Материал, производство, дефекты вкладышей ............................. 423
§ 134. Картеры звездообразных двигателей. Центральная часть картера однорядного
звездообразного двигателя .................................................... 428
§ 135. Центральная часть картера двухрядного звездообразного двигателя.........431
§ 136. Установка подшипников ................................................. 434
§ 137. Носок и задок картера звездообразных двигателей........................ 435
§ 138. Маслопроводка в картерах звездообразных двигателей .....................439
§ 139. Крепление звездообразных двигателей к подмоторной раме .................441
§ 140. Суфлирование картера ...................................................443
§ 141. Шпильки картера ...................................................... 445
§ 142. Материалы для картеров................................................. 447
Раздел третий
Глава I
Редукторы
§ 143. Схемы редукторов авиационных двигателей ............................ . 451
§ 144. Передаточное число.............;....................................... 453
§ 145. Элементы конструкции редукторов со смещенными осями. Шестерни и их крепление 453
§ 146. Упругое соединение шестерен ........................................... 456
§ 147. Опоры шестерен редуктора. Конструкция вала редуктора. Осевая фиксация . . 458
§ 148. Картеры редукторов.................................................. 463
§ 149. Смазка подшипников и зубьев шестерен ...................................463
§ 150. Общая схема планетарного редуктора. Уравнительные механизмы.............464
§ 151. Установка цилиндрических сателлитов...............-.....................466
§ 152. Системы посадки конических сателлитов.................................. 470
§153. Опоры вала планетарных редукторов.......................................472
§ 154. Крепление ведущих и неподвижных шестерен .............................. 472
§ 155. Смазка планетарных редукторов.......................................... 474
§ 156. Материалы, применяемые для деталей редукторов . ........................476
611
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
§ 157. Расчет зубчатых колес редуктора ............................................................. 476
§ 158. Расчет упругой муфты редуктора ............................................................. 483
§ 159. Расчет вала редуктора ........................................................................484
Глава II
Нагнетатели
§ 160. Общие сведения .............................................................................. 487
§ 161. Передача к П. Ц. Н............................................................................491
§ 162. Элементы привода. Упругое соединение и ведущая шестерня.......................................494
§ 163. Промежуточные шестерни ...................................................................... 497
§ 164. Фрикционные соединения.............................................. . 498
§ 165. Колесо нагнетателя. Валик колеса. Опоры валика. 501
§ 166. Маслоу плотните л и . 503
§ 167. Выключающиеся приводы к нагнетателю..................................... 505
§ 168. Регуляторы давления . . .......................................... 510
§ 169. Расчет деталей привода к нагнетателю ................................ 514
§ 170. Расчет на прочность колеса нагнетателя ......................... . • • 518-
Г л а в a III PV j
Втулки воздушных винтов
§171. Втулки деревянных винтов с фиксированным шагом............................................. 525-
§ 172. Втулки металлических винтов с фиксированным в полете шагом....................................526
§ 173. Втулки металлических винтов с изменяемым в полете шагом]..................................... 529
§ 174. Посадка втулок винтов изменяемого шага на вал двигателя и крепление в них ло-
пастей винтов .............................................................. 531
§ 175. Механизм управления лопастями винта изменяемого шага......................................... 534
Глава IV
Приводы к вспомогательным агрегатам
§ 176. Общие соображения. Приводы к магнето........................................................ 545'
§ 177. Приводы к водяным и бензиновым насосам....................................................... 552
§ 178. Распределители самопуска. Инерционные и ручные пусковые устройства.. 555
§ 179. Дополнительные приводы..................................................................... 561.
Глава V
Смазка авиационных двигателей
§ 180. Определение вязкости масла ......................................'. . . 562
§ 181. Расчет подшипников жидкостного трения........................................................ 565
§ 182. Смазочные канавки и подвод смазки ........................................................... 572
§ 183. Расчет циркуляции масла ..................................................................... 575
§ 184. Шариковые и роликовые подшипники............................................................. 576
§ 185. Системы смазки двигателей.................................................................... 578
§ 186. Масляные помпы ............................................................................ 580
§ 187. Редукционные клапаны......................................................................... 586
§ 188. Смазка узлов двигателя........................................................................587
§ 189. Система маслопровода в картерах рядных двигателей........................................... 590'
§ 196. Уплотнения ............................................................................. 592
§ 191. Фильтры и пеногасители .......................................................................594
§ 192. Суфлеры ................................................................................... 599
Предметный указатель.....................,....;......................................................600
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 409а. Картер двигателя Даймлер-Бенц-600
а—канал для размещения пулемета, ось его совпадает с осью редуктора.
\ ft
ВВА (к стр. 410)
Фиг. 432. Картер двухрядного звездообразного двигателя с колейчатым вйлом йа Промежуточной опоре (американский двигатель Твин-Раит).
ЁНА, (к стр. 432)
www.vokb-la.spb.ru - Самолёт своими руками?!
Фиг. 876. Схема провода к нагнетателю двигателя Райт G-100.
(Обозначения—смотри подпись к фиг. 6 8а)
ВВА (к стр. 506)