Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

Основы кинематики и динамики роторно-поршневых двигателей

В роторно-поршневых двигателях ротор треугольного поперечного сечения вращается на эксцентрике внутри цилиндрического объема с эпитрохоидной боковой поверхностью. Рабочие полости образуются внешней эпитрохоидной поверхностью, боковыми плоскостями и поверхностью ротора. Планетарное движение ротора обеспечивается внутренним зацеплением шестерни ротора с неподвижной шестерней, расположенной на корпусе двигателя. Опорные подшипники эксцентрикового вала размещены в корпусе.
Для вывода уравнения эпитрохоиды воспользуемся схемой, показанной на рис. 59. Производящая точка А, лежащая вне движущейся окружности (в данном случае вершина ротора), связанная с окружностью радиуса R, которая обкатывается без скольжения вокруг окружности радиуса г, описывает кривую-эпитрохоиду. В прямоугольной системе координат х-у уравнение теоретического профиля эпитрохоиды имеет вид где в-эксцентриситет; а-расстояние от точки А до центра ротора; 1 и ^-соответственно углы поворота эксцентрикового вала и ротора.
При отсутствии скольжения окружностей при их обкатывании

Угол поворота ротора изменяется в пределах 0 < \|/ Ц 2к.
Вторая половина эпитрохоиды достраивается симметрично.
В общем случае могут использоваться трохоиды, когда радиусы окружностей шестерен относятся как целые числа: г:Я = 1:2;2:3;3:4ит.д. Наибольшее распространение получили конструкции, в которых r:R = 2:3. Так как е = R — г, аг = = 3, то в этом случае уравнение (142) будет иметь вид
Профиль ротора строится по внутренней огибающей семейства трохоид, которые получаются при обкатывании окружностью вместе с эпитрохоидой неподвижную большую окружность без скольжения. Семейство полученных трохоид и профиль огибающих показаны на рис. 60.
Уравнение внутренней огибающей, т. е. профиля ротора в системе координат, связанной с ротором при z = 3, имеет вид
где комплексный угол x изменяется в пределах 0 < х < 30°.
В результате расчетов получаем половину дуги одной грани ротора, а профили двух других граней достраиваются симметрично (рис. 61).
Максимальная и минимальная площади поперечного сечения рабочей камеры, образуемой теоретическим контуром эпитрохоиды и огибающей профиля ротора, определяется из выражений
Действительный контур эпитрохоиды корригируется на несколько миллиметров для лучшего согласования работы уплотнений и контура.
Если теоретический профиль эпитрохоиды корригирован, то при определении действительного объема рабочей камеры это необходимо учитывать, увеличивая площадь поперечного сечения рабочей камеры.
Для получения диаграммы крутящего момента многосекционного РПД необходимо диаграмму одной секции сдвинуть по фазе на некоторый угол в зависимости от порядка работы секций и моменты просуммировать.
Рис. 66. Векторная диаграмма сил, действующих: в-на эксцентрик; б- на подшипник эксцентрика
где Мр-суммарная масса ротора и охлаждающей жидкости, если используется охлаждаемый ротор.
Суммарная сила, действующая на эксцентрик,
Векторную диаграмму сил, действующих на эксцентрик, строят аналогично векторной диаграмме сил двигателя с кри-вошипно-шатунным механизмом. Сначала по формулам (158)-(161) определяют изменение сил Т, Z и Ср по углу поворота эксцентрика, а затем строят векторную диаграмму (рис.
66,          а). Период изменения сил составляет а = 360°.
I Если эксцентрик поворачивается на угол а = 3\|/, ротор поворачивается относительно эксцентрика на угол 2ф, поэтому каждую точку векторной диаграммы сил, действующих на эксцентрик, поворачивают на угол, равный 2ф, против направления вращения эксцентрика. В качестве примера на рис. 66, б приведена векторная диаграмма сил, действующих на подшипник эксцентрикового вала.
Развертка векторной диаграммы, необходимая для определения величины бср и расчета подшипников, приведена на рис.
На коренные шейки эксцентрикового вала будет действовать центробежная сила Свр не только от массы Мр ротора, но и от неуравновешенной массы Мэ эксцентрика:
Центробежную силу Свр уравновешивают при помощи двух противовесов, располагаемых на эксцентриковом валу. Если массы противовесов одинаковы и расположены симметрично относительно ротора, то масса одного из них где гпр-расстояние от центра масс противовеса до оси вращения.
Уравновешенность РПД с охлаждаемым ротором хуже, чем с неохлаждаемым, из-за переменного количества охлаждаемой жидкости в роторе, а также из-за изменения ее плотности от температуры.
Уравновешивание многосекционных РПД производится аналогично уравновешиванию двигателей с коленчатым валом.
Роторно - поршневой двигатель легко уравновешивается с помощью противовесов на эксцентриковом валу.
Силовые нагрузки на неустановившихся режимах
В условиях неустановившихся режимов работы двигателя силовые нагрузки отличаются от силовых нагрузок при работе двигателя на установившихся режимах. В отдельных рабочих циклах переходного режима величины действующих сил превышают значения сил, выбранных для расчета на прочность деталей при работе двигателя на установившемся режиме, что приводит к перегрузке двигателя.
Если неустановившийся режим работы двигателя является основным, то такие возможные перегрузки должны учитываться при проверке фактических запасов прочности и удельных давлений в сочленениях деталей.
Действующие силы в циклах переходного режима определяют по экспериментальным данным, полученным при доводке двигателя; силы от давления газов для различных углов поворота коленчатого вала-по данным обработки одноцикловых индикаторных диаграмм неустановившегося режима; силы инерции поступательно движущихся масс-по среднему за цикл значению угловой скорости коленчатого вала. Равнодействующую этих сил для различных углов поворота коленчатого вала находят, как и для установившихся режимов: р\п = щ + pj и записывают результаты в таблицу по форме 1.
Максимальное давление сгорания в рабочем цикле переходного режима зависит от его осуществления и может быть больше или меньше, чем в цикле расчетного установившегося режима.
В отдельных рабочих циклах режимов пуска, разгона, приема нагрузки, реверса двигателя сила рт может до 1,5 раза превышать расчетное значение. Кроме того, момент достижения максимального давления сгорания по углу поворота коленчатого вала агп также может отличаться от принятого расчетного значения.
Если значение силы рт больше расчетного значения силы рг, то необходимо по принятой в расчетах на прочность методике уточнить напряжения в деталях, при расчете которых использовалось значение силы рг.
Сила инерции поступательно движущихся масс в переходном режиме для аксиального кривошипно-шатунного механизма с достаточной для практических расчетов точностью определяется по формуле
где а>п | 0,5 (а>п1 -I- соп2); e = (шп1 - а>п2)/(т2 | It)-соответственно средние угловые скорости и ускорения коленчатого вала на рассматриваемом участке времени (т2 — ii) переходного режима, определяемые экспериментально.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.