PRZYCZYNY I POSTAĆ DRGAŃ WAŁÓW NAPĘDOWYCH

Wał korbowy silnika spalinowego tłokowego wraz ze sprzęgniętym z nim odbiornikiem mocy i elementami ukł, korbowo-tłokowego tworzą układ drgający. Występujące w silniku okresowo zmienne siły ciśnienia gazów i bezwładności powodują: a) skrętne b) giętne c)wzdłużne drgania wału korbowego.

Szczególnie niebezpieczne są drgania skrętne. Skręcanie wału powodowane przez drgania skrętne mogą być bardzo znaczne i w szczególnych warunkach tak duże że pochodzące od nich naprężenia przekraczają dopuszczalne i powodują zniszczenie wału

Drgania giętne powodują zginanie wału między łożyskami. Ze względu że podatność poprzeczna wału jest bardzo mała (silniki wielocylindr.), drgania te traktuje się jako niegroźne.

Drgania wzdłużne - w zasadzie nie zakłucają ruchu silnika ze względu na dużą sztywność wzdłużną wału

Energia drgań własnych i wymuszonych w rzeczywistym układzie ulega rozproszeniu, dlatego drgania te nazywamy tłumionymi, nieznacznie wpływają na przebieg drgań własnych wałów korbowych.

POJĘCIA PODSTAWOWE

Drgania własne i wymuszone

WŁASNE występują wówczas gdy wyodrębniony i pozostawiony sam sobie układ został wytrącony z położenia równowagi jednorazowym impulsem zewnętrznym.

WYMUSZONE

pochodzą od obciążeń zewnętrznych, sił okresowo zmiennych (siły bezwładności) lub też okresowo działających impulsów(siły ciśnienia gazów). Powodują drgania skrętne, giętne i wzdłużne które powodują opóźnienia lub przyspieszenia w obrotowym ruchu wału

KRYTYCZNA PRĘDKOŚĆ OBROTOWA

Występują w warunkach rezonansowych (ϖ_k=ϖ_w) przy braku tłumienia amplituda rezonansowych rośnie nieograniczenie. W ukł, rzeczywistych tłumienie występuje zawsze (tarcie, opory stawiane przez mechanizmy napędzane przez silnik) amplituda drgań własnych wzrasta więc ograniczenie lecz osiąga pewną wartość max która przy dłuższej pracy w war, rez, może doprowadzić do pęknięcia wału.

Rezonansowa prędkość kątowa wału korbowego ϖ=ϖ_w/h h-rząd harmonicznej

Do obliczeń używamy w praktyce krytycznej prędkości obrotowej, przy której zachodzi rezonans n=n_w/h n_w-liczba drgań własnych wału

Rezonans drgań Jeżeli działają okresowo powtarzające się siły zdolne wywołać odkształcenia skrętne wału t mogą w nim powstać drgania wymuszone, które stają się niebezpieczne gdy zrównają się częstotliwości siły wzbudzającej z częstotliwością drgań własnych tj, w warunkach rezonansu

Postać drgań2 krążki o masowych momentach bezwładności i łączący je bezmasowy wał o jednostajnej sztywności skrętnej

Jeżeli krążki skręcimy względem siebie dwiema parami sił przeciwnie skierowanymi i puścimy swobodnie, to ukł zacznie drgać. Prędkość kątowa drgań krążków jest określona wzorem

Amplitudy wychyleń skrętnych zawsze przeciwnie skierowane. Odmierzając te amplitudy w miejscach osadzenia krążków i łącząc punkty otrzymujemy linię przebiegu zmian amplitud wzdłuż całej długości wału którą nazywamy postacią drgań

Rząd drgań na dwa obroty wału przypada jeden okres pierwszej harmonicznej, 2 okresy - drugiej, 3 okresy - trzeciej, k okresów - katej harmonicznej, której częstoyliwość w silniku 4-suw jest k razy większa niż 1 harmonicznej.

Prędkość kątowa wału korbow

Stosunek kolejnej harmonicznej siły stycznej do [prędkości kątowej wału korb nazywa się rzędem harmonicznej „h”

W silniku 2-suw czyli rząd harmonicznej siły stycznej jest = połowie kolejnej liczby szeregu : rząd pierwszej wynosi 0,5 drugiej-1 trzeciej-1,5 czwartej-2 itd

Metody wyznaczania częstotliwości drgań własnych

• Baranowa

• Molzer-Tolle

Baranowa (2-masy)

Polega na podziale ukł, wielomasowego na ukł, częściowe o takich samych częstotliwościach drgań własnych. Ukl, dzieli się graficznie za pomocą wieloboku sznurowego.

2 masy o masowych momentach bezwładności θ₁ i θ₂ osadzone na końcach wału o długości lz=l₁+l ₂. momentyθ₁θ₂ traktujemy jako siły równoległe dla przyjętej dowolnej ogniskowej h , rysujemy wielobok sznurowy.

Uwzględniając podziałkę momentów α(N*m*s²/m) i podziałkę zredukowanej długości β (m/m) wynika, że :

θ₁*l=θ₂*l₂=α**z*h*β

Prędkość kątowa drgań własnych:

ϖ_ϖ= I*G/l₁*θ₁= I*G/l₂*θ₂= I*G/α*β*z*h[rad/s]

I-biegunowy moment bezwładności przekroju poprzecznego

G-moduł sprężystości materiału

H,z-z wykresu

ŁOŻYSKA

Ze względu na trudności pomiarowe geometryczne wymiary łożyska pod­czas pracy silnika określa się zwykle w sposób pośredni, wykorzystując niekiedy parametry oleju na dopływie i wypływie z silnika, zwłaszcza ciśnienie oleju obiegowego przed silnikiem.

Związek między luzem w łożysku a ciśnieniem oleju dla określonych warunków pracy:

P=a/l_r^m

gdzie: p - ciśnienie oleju na dopływie, a - wsp6kczynnik empiryczny,

m - wykładnik, którego wartość jest charakterystyczna dla danej rodziny silników i ich prędkości obrotowej,

L_r - luz promieniowy w łożysku.

Zależność ta ma charakter przybliżony, utrudnienie stanowi konieczność doświadczalnego wyznaczenia: wartości a i m.

Pewność ruchową łożyska ślizgowego określa się minimalną grubością. filmu olejowego. Określenie tej grubości umożliwia układ wyznaczający trajektorię środka czo­pa w łożysku, działający na zasadzie po­miaru przemieszczeń czopa w dwu prostopadłych do siebie płaszczyznach X i Y

O wysokości szczeliny olejowej można pośrednio wnioskować także z oporności filmu olejowego , zależnej od właściwości oleju .i od stopnia zbliżenia powierzchni czopa i panwi. Oporność filmu olejowego maleje przy pogorszeniu warunków tarcia (chwilowy styk). Zaletą tej metody jest możliwość wczesnego wykrywania pogarszających się warunków tarcia,.

Drugim typowym objawem stanów przedawaryjnych łożyska jest wzrost temperatury powierzchni w strefie tarcia. Ze względu na trudność pomiaru temperatury powierzchni tarcia, zwykle mierzy się tem­peraturę łożyska tuz pod powierzchnią tarcia

---