Janik Przemysław IV Mb (mgr) Szczecin 01.03.1999

Drgania skrętne wału silnika spalinowego tłokowego.

Wał korbowy silnika spalinowego tłokowego wraz ze sprzęgniętym z nim odbiornikiem mocy (śrubą okrętową lub prądnicą) i elementami układu korbowo-tłokowego tworzą układ drgający. Na taki układ oddziaływają okresowo zmienne momenty pochodzące od nacisku gazów. Momenty te mogą wywołać drgania skrętne, które w szczególnych warunkach rezonansu rzędów głównych mogą spowodować pęknięcie wału. Drgania skrętne takiego układu czyli układu rozpraszającego energię drgań, możliwe są tylko wtedy gdy na układ ten działa okresowo zmienny moment. Momentem wymuszającym drgania skrętne wału korbowego jest moment pochodzący od składowej stycznej siły tłokowej. Zmienność momentu siły stycznej jest taka sama jak siły stycznej Ps gdyż promień korby jest wielkością stałą. Jeśli stworzy się wykres siły stycznej to uzyska się jednocześnie wykres zmienności momentu obrotowego.

Moment obrotowy przedstawiony jako funkcja obrotu korby, zmienia się okresowo. Dla niezmiennego obciążenia i prędkości obrotowej silnika moment obrotowy zmienia się raz na obrót (co 2) w silniku dwusuwowym oraz raz na dwa obroty (co4) w silniku czterosuwowym. Moment obrotowy jest funkcją okresowo zmienną, ciągłą i określoną w każdym punkcie przedziału. Funkcję o podanych własnościach można zastąpić nieskończonym szeregiem trygonometrycznym, zwanym szeregiem Fouriera. Każdy składnik szeregu Fouriera jest prostą funkcją trygonometryczną (sin lub cos). Natomiast rozkład przebiegu funkcji na składowe nazywa się analizą harmoniczną albo harmonicznymi.

Przykład analizy harmonicznej wykresu momentu obrotowego jednocylindrowego silnika czterosuwowego pokazany jest na poniższym rysunku. Taki rozłożony moment obrotowy na z momentów składowych obrazuje działanie tychże okresowo zmiennych momentów tzn mogących wywołać drgania skrętne.

Drgania skrętne układu silnik-śruba mogą być szczególnie niebezpieczne w przypadku równej częstotliwości momentu wzbudzającego drgania i częstotliwość drgań własnych.

W rzeczywistości niektóre z możliwych rezonansów przypadają poza zakresem eksploatacyjnej prędkości obrotowej, dla innych zaś amplituda drgań rezonansowych jest tak mała, że drgania te nie mają żadnego praktycznego znaczenia. Tylko przy braku tłumienia amplituda drgań rezonansowych rośnie nieograniczenie nawet wtedy, gdy przyczyna wywołująca drgania jest nieskończenie mała. Podczas drgań układów rzeczywistych występuje zawsze tłumienie, to zna

0x08 graphic

czy rozpraszanie energii, kosz­tem której układ drga. W przypadku drgań układu silnik--śruba energia ta jest rozpraszana wskutek tarcia w łożyskach, tarcia tłoków i pierścieni cylindrach, oporu śruby napędowej oraz tarcia międzycząstkowego materiału wału korbowego i śrubowego.

Aby układ silnik śruba pobudzić do drgań, moment wymuszający drgania musi nie tylko zmieniać się z częstotliwością rezonansową, a1e praca tego momentu musi być większa od pracy sił tłumienia. Rezonansowe drgania występują tylko dla niektórych rzędów harmonicznych.

Ma to szczególne znaczenie w przypadku rozpędzania silnika oraz w przypadku obciążeń częściowych. Wynika to z faktu iż silnik w tym czasie przechodzi lub może pracować przy prędkości obrotowej równej rezonansowej. Dlatego też unika się takich stanów pracy i podczas rozpędzania silnika przechodzi przez te prędkości możliwie szybko.

Sześciocylindrowy silnik laboratoryjny Sulzer 6A20/24 został poddany badaniu dla różnych prędkości obrotowych, i obciążeń oraz przy zasymulowaniu awarii jaką było wyłączenie z pracy jednego cylindra. Urządzenie pomiarowe w postaci systemu czujek podłączonych do komputera zbierało dane o prędkości obrotowej, aktualnym momencie na wale oraz informację o drganiach skrętnych wału. Program komputerowy umożliwia zapis danych w charakterystycznych punktach wybranych przez użytkownika dla danej prędkości obrotowej i warunków (włączony i wyłączony z pracy jeden układ). Dodatkowo komputer na podstawie zebranych danych jest w stanie wygenerować widmo drgań skrętnych dla danych obrotów.

Tabela pomiarowa:

Pracują wszystkie cylindry

Jeden cylinder wyłączony

Obroty

obr/min

Amplituda

[o]

Moment

[Nm]

Naprężenie [MPa]

Obroty

obr/min

Amplituda

[o]

Moment

[Nm]

Naprężenie [MPa]

456

0,453

1112

26,400

449

0,706

1093

26,400

502

0,461

1342

26,632

502

0,622

1342

30,935

553

0,381

1557

24,211

552

0,528

1557

28,502

605

0,397

1810

24,714

596

0,458

1810

26,545

654

0,419

1995

25,390

604

0,467

1995

26,805

717

0,361

3137

23,567

678

0,467

2137

26,805

0x08 graphic
Na podstawie danych zebranych przez komputer o drganiach skrętnych wału na wyjściu z silnika można stosując poniższy wzór, obliczyć naprężenia w wale.

Gdzie:

G- moduł sprężystości poprzecznej (dla stali 769,3Mpa)

- naprężenie styczne

- kąt skręcenia w stopniach

Podstawione do tego wzoru dane dały wyniki zamieszczone w powyższej tabeli.

Mając dane naprężenie, moment skręcający oraz amplitudę skręcenia można stworzyć szereg charakterystyk dla silnika z pracującymi wszystkimi cylindrami oraz dla stanu awaryjnego w którym nie pracuje jeden układ.

0x08 graphic
Znając moment skręcający oraz średnicę wału można wyznaczyć amplitudę rzeczywistą kąta skręcenia posługując się poniższym wzorem:

Gdzie:

Ms- moment skręcający

Ws- wskaźnik przekroju na skręcanie w miejscu mocowania tensometrów

W zamieszczonej poniżej tabeli znajduje się porównanie amplitud wyznaczonej z obliczeniową.

Pracują wszystkie cylindry

Jeden cylinder wyłączony

Obroty

obr/min

Amplituda

[o]

Amplituda

Rzecz. [rad]

Amplituda

Rzecz. [o]

Obroty

obr/min

Amplituda

o]

Amplituda

Rzecz. [rad]

Amplituda

Rzecz. [o]

456

0,453

0,795

0,014

449

0,706

0,768

0,014

502

0,461

1,158

0,020

502

0,622

1,158

0,020

553

0,381

1,559

0,027

552

0,528

1,559

0,027

605

0,397

2,107

0,037

596

0,458

2,107

0,037

654

0,419

2,559

0,045

604

0,467

2,559

0,045

717

0,361

6,328

0,110

678

0,467

2,936

0,110

Charakterystyki:

1. Naprężenie i amplituda w funkcji prędkości obrotowej:

  1. pracują wszystkie cylindry

0x08 graphic

  1. jeden cylinder nie pracuje

maximum record size = 45 record size = 19726336 0x08 graphic

0x08 graphic
2. Wykresy porównawcze naprężeń.

0x08 graphic
3. Wykres porównawczy amplitud.

4. Wykres momentu i naprężenia.

  1. pracują wszystkie cylindry

0x08 graphic

  1. 0x08 graphic
    jeden cyllinder nie pracuje

Na podstawie widma drgań skrętnych wygenerowanego przez komputer można określić częstotliwość i prędkość rezonansową która wynosi dla tego wydruku

f=5211 Hz i n=654obr/min.

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Silniki- drgania skretne walu, Akademia Morska -materiały mechaniczne, szkoła, Mega Szkoła, AM2, AKT
Drgania skrętne wału spalinowego silnika tłokowego
Silniki- drgania skretne walu1, Akademia Morska -materiały mechaniczne, Marcin, Silniki
Drgania Skretne Ukladu o Wielu Nieznany
Zależność między prędkością jazdy a prędkością obrotową wału silnika, MiBM Politechnika Poznańska, S
Drgania Skrętne Układu o Wielu Stopniach Swobody
Drgania Skrętne Układu o Wielu Stopniach Swobody
drgania wału, LabView
Ściągi, Wyposażenie 3, ROZRUSZNIKI Zasada dizłania rozrusznika zadaniem rozrusznika jest wprowadzeni
silniki prądu stałego
PODSTAWY STEROWANIA SILNIKIEM INDUKCYJNYM
04 Zabezpieczenia silnikówid 5252 ppt
SILNIKI GRAFICZNE W GRACH KOMPUTEROWYCH
SILNIKI
Prezentacja OP silniki
silnik pradu stalego
Hałas i drgania mechaniczne

więcej podobnych podstron