Бесшатунные двигатели - 2

[Андрей Миллер]

Я мог бы промоделировать в Ansys 3d модель этого механизма с правильными массами
+ xls файл давление на поршень в зависимости от угла поворота КВ с дискретностью 10 градусов.

Было бы интересно, но Ваш ансис не показывает реальной картины перекосов и трения в механизмах. Видимо недостаточно дорогой и умный.

 

[Андрей Миллер]

Если механизм не смог работать даже в качестве насоса как двигатель он работать не будет.
Вот 2 рабочие и выпускаемые конструкции насосов без бокового давления. Имхо лучше большинства обсуждаемых здесь.
По меньшей мере полностью статически определимы.

Посмотреть вложение 423484

Вперед заре навстречу товарищи в борьбе, штыками и картечью проложим путь себе...
Валерий, устраивайтесь ко мне конструктором. Пройдете хорошую школу. Но я строгий начальник, прошел советскую школу в ЦНИИТС. Поверьте, думать Вы не умеете. Подпишите НАДай, буду и ЗП платить. Подумайте.

 

[Владимир Александрович]

Ну САПр и крутит во всю ивановскую!

Для серьгового БСМ САПР как раз объективен. Мы говорим о синхронизации. Она есть, если в любой момент времени угол поворота на входе в механизм равен углу поворота на выходе из него. При этом зазоры должны быть в небракуемых, т.е. допустимых пределах. Эта позиция очень важна как раз для схемы Рис. 12 и для БСМ с соединительным валом. Потому что в них зазоры, линейно выбираясь (сила на плече) в противоположных направлениях со стороны входа и со стороны выхода планетарного КВ, приводят к перекосу планетарного КВ. В этих схемах крайне важно, чтобы суммы этих зазоров не вышли за допустимый предел.
В серьговом БСМ выборка зазоров на входе и на выходе происходит в круговом направлении, т.к. серьги образуют пары сил. Поэтому в нем влияние зазоров на перекос планетарного вала отсутствует. САПРу можно верить.

Шарнирные муфты применяются для кручения валов, то есть для передачи момента с одно вала на другой. Они не применяются для синхронизации и передачи моменты и радиальной нагрузкой.

Передача момента и синхронизация близнецы братья. Одно без другого не существует. Радиальная нагрузка не меняет сущности передачи момента и синхронизации валов. Она вносит новое качество и существенный признак в устройство механизма.

Рис. 12 Вы так и не поняли и не хотите понять. Там синхронизация идеальна, настолько насколько она может быть. Но Баландин все равно на рис. 12 ставит крест.

Ну вот, Андрей, ты и попался. Какая идеальная синхронизация? В схеме рис. 12 с колебанием оси ПКВ совсем плохо - зазоры на ПКВ в каждый момент времени суммируются в зубчатом зацеплении и 2-х шейках с одной стороны и с противоположныым знаком аналогично с другой стороны. Вот тут ты был бы прав, сказав, что САПР эти вещи не учитвает и потому искажает истиную картину. Если бы автор этой схемы закрепил сателлитные шестерни непосредственно на полувалах, а не на ПКВ, то работоспособность механизма стала бы равной БСМ с соединительным валом, только название другое - "БСМ с соединительным корпусом". И в этом случае, к стати, ПКВ перестал бы передавать крутящий момент двигателя.
Однако на первый план выходит другое ограничение - недостаточный для обеспечения прочности диаметр сателлитных шестерен. Этот недостаток преодолевается только у длинноходовых ДВС.

 

[Андрей Миллер]

Потому что в них зазоры, линейно выбираясь (сила на плече) в противоположных направлениях со стороны входа и со стороны выхода планетарного КВ, приводят к перекосу планетарного КВ.
- У серьгового БСМ перекос это его основное свойство. Так как соединительного вала нет. Нет и сихронизации.
Передача момента и синхронизация близнецы братья. Одно без другого не существует.
- Существует сколько угодно. Например в вариаторах и тд.
Радиальная нагрузка не меняет сущности передачи момента и синхронизации валов. Она вносит новое качество и существенный признак в устройство механизма.
- Которое у Вас не меняется. С чего Вы взяли, что серьги будут нормально работать - принимать давление газов от поршня?
Ну вот, Андрей, ты и попался. Какая идеальная синхронизация? В схеме рис. 12 с колебанием оси ПКВ совсем плохо - зазоры на ПКВ в каждый момент времени суммируются в зубчатом зацеплении и 2-х шейках с одной стороны и с противоположныым знаком аналогично с другой стороны.
- Синхронизация в БСМ нужна для обеспечения соосности расточек подшипников кривошипов (см. книгу Баландина). На рис. 12 нет соединительного вала, но его роль исполняет самая жесткая деталь двигателя - блок цилиндров. Шестерни КВ располагаются прямо на нем! Поэтому соосность расточек кривошипов идеальная. Лучше этого просто ничего быть не может. Там другая проблема - так как весь момент идет по КВ, то он становиться либо слишком тяжелым, либо нарушаются зазоры в парах трения.
- Теперь о Ваших зазорах. По ним у серьгового БСМ все еще хуже. Во первых у серьги два отверстия под шейки, в каждой свой зазор. С другой стороны КВ тоже самое. А у зубчатого зацепления 1 боковой зазор с каждой стороны. Что лучше для синхронизации 2 зазора или 4?
Но и это не самое плохое. В серьговом БСМ нагрузка идет сразу на серьгу с двумя маленькими консольными шейками. В нормальном БСМ нагрузка идет на одну нормальную шейку (без серег), а синхронизация обеспечивается зубчатым зацеплением, которое не находиться на пути давления газов.
Поэтому податливость шестерен (как и других деталей нормального БСМ с симметричным КВ) не влияет на зазоры и ресурс механизма.

 

[Сосед Николаич]

Шарнирные муфты применяются для кручения валов, то есть длс передачи момента с одно вала на другой. Они не применяются для синхронизации и передачи моменты и радиальной нагрузкой. Мы это уже обсудили.

Андрей, серьговые муфты ПРИМЕНЯЮТСЯ для синхронизации углового положения параллельных валов. Эти муфты работают ТОЧНЕЕ, чем зубчатые передачи, передают значительно большую мощность при тех же габаритах и проще в изготовлении (спросите у Вуля про шлифовку зубьев). Да, они не применяются при радиальной нагрузке, а только для передачи момента - но это пока не требовалось. Практика применения покажет.

 

[Сосед Николаич]

Рис. 12 Вы так и не поняли и не хотите понять. Там синхронизация идеальна, настолько насколько она может быть. Но Баландин все равно на рис. 12 ставит крест. А у вас даже синхронизации нет. "А еще претендуете на дом высокой культуры и быта..."

Нет тут идеальной синхронизации - ЗП всегда проигрывает жёсткой муфте по точности синхронизации. Именно из-за зазоров ЗП под нагрузкой БШМ начинает "плыть".

 

[Владимир Александрович]

- У серьгового БСМ перекос это его основное свойство.

Андрей, у такого вывода нет никаких технических оснований.

- Так как соединительного вала нет. Нет и сихронизации.

Соединительный вал это не признак синхронизации, а всего лишь один из вариантов ее обеспечения.

- Существует сколько угодно. Например в вариаторах и тд.

Не проходит. Вариатор - это редуктор с непрерывным изменением передаточного числа. Не надо валить все в одну кучу. По строже с отбором примеров.

С чего Вы взяли, что серьги будут нормально работать - принимать давление газов от поршня?

Это даже не подлежит сомнению. Пальцы прямой аналог шейки КВ только меньшего диаметра.

- Синхронизация в БСМ нужна для обеспечения соосности расточек подшипников кривошипов (см. книгу Баландина). На рис. 12 нет соединительного вала, но его роль исполняет самая жесткая деталь двигателя - блок цилиндров. Шестерни КВ располагаются прямо на нем! Поэтому соосность расточек кривошипов идеальная. Лучше этого просто ничего быть не может.

Ты на шестерни ПКВ Рис.12 внимательно посмотри. Где они располагаются? Непосредственно на ПКВ, а расточки кривошипов на полувалах. Это значит, что шестерни ПКВ гуляют в зазорах вместе с ним. И где ты там увидел идеальную синхронизацию? Получается, что ты упускаешь из виду некоторые особенности Рис.12. К жесткости шестерен на корпусе вопросов нет.

Там другая проблема - так как весь момент идет по КВ, то он становиться либо слишком тяжелым, либо нарушаются зазоры в парах трения.

Я же в своем тексте подсказал тебе: "Если бы автор этой схемы закрепил сателлитные шестерни непосредственно на полувалах, а не на ПКВ, то работоспособность механизма стала бы равной БСМ с соединительным валом, только название другое - "БСМ с соединительным корпусом". И в этом случае, к стати, ПКВ перестал бы передавать крутящий момент двигателя". Очень важное уточнение.

- Теперь о Ваших зазорах. По ним у серьгового БСМ все еще хуже. Во первых у серьги два отверстия под шейки, в каждой свой зазор. С другой стороны КВ тоже самое. А у зубчатого зацепления 1 боковой зазор с каждой стороны. Что лучше для синхронизации 2 зазора или 4?

Опять не вникаешь в написанное мной. Повторяю. Есть понятие линейная выборка зазоров, а есть круговая. При линейной зазор выбирается силой, действующей на плече. Такая выборка, в плоскостях разнесенных по длине вала ведет к его перекосу, если зазоры выше допустимых (так может быть, например, в зубчатых парах соединительного вала). В этом случае конструкция сильно зависит от состояния зазоров. При круговой выборке зазоры выбираются равномерно по окружности. Такая выборка, в плоскостях разнесенных по длине вала, не ведет к перекосу его оси и исключает зависимость работоспособности механизма от зазоров. Поэтому твоя ссылка на зазоры в двух отверстиях серьги некорректна. Они расположены по кругу и выбираются равномерно. Кроме того сами зазоры в серьгах в несколько раз меньше технологического зазора в зубчатой паре. На это уже обращалось твое внимание ранее.

В серьговом БСМ нагрузка идет сразу на серьгу с двумя маленькими консольными шейками. В нормальном БСМ нагрузка идет на одну нормальную шейку (без серег), а синхронизация обеспечивается зубчатым зацеплением, которое не находиться на пути давления газов.
Поэтому податливость шестерен (как и других деталей нормального БСМ с симметричным КВ) не влияет на зазоры и ресурс механизма.

Любой вал при конечной длине имеет консольные шейки. Консоли пальцев, к стати, противоположны и почти соприкасаются, т.е. фактически работают как цельная срединная шейка. Удельная нагрузка по поверхности на них такая же как на полноразмерной шейке. Ничего критичного здесь нет. Нагрузки в зубчатых парах тоже расчитываются по доле силы, приходящей к линии контакта от сил давления газов. И там, и там обеспечена работоспособность.

И еще одно уточнение. Перед этим я писал:

Однако на первый план выходит другое ограничение - недостаточный для обеспечения прочности диаметр сателлитных шестерен. Этот недостаток преодолевается только у длинноходовых ДВС.

Домысливая этот момент, я понял, что если сателлитная шестерня закрепляется на полувале, а не на ПКВ, то ее диаметр можно задавать требуемым по условиям прочности. Тогда сопрягаемая шестерня внутреннего зацепления, встроенная в корпус, просто увеличивается в диаметре в два раза.

 

[Сосед Николаич]

Домысливая этот момент, я понял, что если сателлитная шестерня закрепляется на полувале, а не на ПКВ, то ее диаметр можно задавать требуемым по условиям прочности. Тогда сопрягаемая шестерня внутреннего зацепления, встроенная в корпус, просто увеличивается в диаметре в два раза.

Не получиться - тогда ось шестерни уйдёт от оси ПКВ.

 

[Jbiplane]

Вот вам выпускавшийся серийно Ланчестер:
- сбалансирован в 0
- боковых давлений поршней нет
- не нужно синхронизации валов
- делается из стандартных запчастей
- при оппозитном расположении цилиндров рабочий процесс в цилиндрах попеременке (равномерность крутящего момента)

Посмотреть вложение 423572

 

[Jbiplane]

Теперь приведу свой практический пример. Для меня дискуссия в ветке не совсем бесполезна.

Делаю я 294 кубовый моторчик, разумеется шатунный. Шатуны у бензопил очень короткие.
Я воспользовался простой эксель табличкой, любезно предоставленной мне Wouter Scholten из Голландии
чтобы оценить эффект от удлинения шатуна до 100мм и смещения оси цилиндра на 10мм.
Увеличение длины шатуна сопровождается изменением конструкции коленвала и объём картера сохраняется.

Боковое усилие на стенку цилиндра от сил инерции в относительно оборотистом 8600 об./мин. двигателе
существенно выше чем от газовых сил (синий график).

За счёт простой модификации боковое давление можно уменьшить с 224кг до 80кг.
Было красный график, стало зелёный. Соответственно уменьшится пульсация крутящего момента.

Как видно простая модификация даёт ощутимый эффект и нужды изобретать сложные механизмы нет.
Масса поршня с пальцем и кольцами + присоединённая масса шатуна 190 грамм.
Более сложные механизмы увеличат массу подвижных деталей и выигрыша не будет.

 

[Владимир Александрович]

Не получиться - тогда ось шестерни уйдёт от оси ПКВ.

А в этом варианте не нужно их совпадение. Главное, чтобы в зубчатой паре сохранялось отношение диаметров, равное 2. В свою очередь расстояние между осью ПКВ и осью полувала остается равным S/4.

 

[Владимир Александрович]

Вот вам выпускавшийся серийно Ланчестер:

Цели достигаются, но плюсов у этой конструкции мало. Рост высоты картера почти в 2 раза. Количества опор в 2 раза. Массы КВ и шатунов в два раза+ выходная объединяющая зубчатая пара. Не оптимальная конструкция. Таких с двумя КВ много было. На прижились.

 

[Jbiplane]

Массы КВ и шатунов в два раза+ выходная объединяющая зубчатая пара

Шатуны в 2 раза легче, коленвалы один силовой, второй синхронизирующий. Работает без синхро шестерен. ИМХО лучше любого бесшатунника.
Может быть почти полностью уравновешенным уже при всего 2 цилиндрах.

 

[Владимир Александрович]

Шатуны в 2 раза легче, коленвалы один силовой, второй синхронизирующий. Работает без синхро шестерен.

Если силовым является только один КВ, то как шатуны могут быть легче в 2 раза? А чтобы полностью уравновесить механизм преобразования движения надо и синхронизирущие шатуны делать той же массы и вращящиеся массы синхронизирующего КВ тоже. Единственное, на нем можно сделать меньше опор, т.к. он меньше нагружен.

 

[Bulagen]

Шатуны в 2 раза легче, коленвалы один силовой, второй синхронизирующий. Работает без синхро шестерен. ИМХО лучше любого бесшатунника.
Может быть почти полностью уравновешенным уже при всего 2 цилиндрах.

Если построить графики положения поршня в зависимости от угла поворота КВ и потом наложить их друг на друга, они будут разные, поскольку у одного поршня рабочий ход идет по нутрянке (между коленвалами) а у другого по наружке (по внешним сторонам коленвалов)

 

[georgy31]

Шатуны в 2 раза легче, коленвалы один силовой, второй синхронизирующий. Работает без синхро шестерен. ИМХО лучше любого бесшатунника.
Может быть почти полностью уравновешенным уже при всего 2 цилиндрах.

Ты выгода в другом. В ВМТ нет запирания шатуна в самом не удачном месте. Поэтому меньше энергии будет расходоваться на тупое сжатие самого шатуна.

 

[Сосед Николаич]

Вот вам выпускавшийся серийно Ланчестер:

да... На что только не пойдут, чтобы уйти от боковой силы... Но главное в Вашем посте -"выпускавшийся".

 

[Сосед Николаич]

Может быть почти полностью уравновешенным уже при всего 2 цилиндрах.

Избавиться от врождённого недостатка шатуна - несинусоидальности движения поршня - можно только вместе с шатуном.

 

[Сосед Николаич]

В ВМТ нет запирания шатуна в самом не удачном месте. Поэтому меньше энергии будет расходоваться на тупое сжатие самого шатуна.

С чего бы такое? Никакой разницы в ВМТ по сравнению с обычным КШМ. И "энергия" как тупо сжала, так и упруго вернула - потерь нет.

 

[Jbiplane]

несинусоидальности движения поршня

Если цилиндры оппозитные на "несиносуидальность" вообще начхать. А для 2-тактных эта синусоидальность вообще вредна,
вначале хода поршня очень плохо "засасывается" топливная смесь.

"выпускавшийся"

Ну так БСМ то вообще никем не выпускался. А пробовали делать во множестве стран (США, Германия, Япония, Испания...).
Самая упорная была американская теледайна. Испытали более 10 конструкций в металле и сказали никогда больше.