Бесшатунные двигатели - 2

[Сосед Николаич]

Вводить податливые опоры или зазор + масляную плёнку очень трудоёмко.

Не знаю тонкости программы, попробуйте синтез двух двигателей - один работает от -45гр до 45гр с ОДНОЙ парой ползунов, другой двигатель - с 45 до 135, но уже с другой парой ползунов. Т.е. уйти от переопределёности механизма.

 

[Jbiplane]

программа, заточенная под моделирование КШМ

механизм не "работает"

Программа работает для ЛЮБЫХ механизмов. В данном случае надо бороться со статической неопределённостью и нужны искусственные приёмы, от правильности которых зависит результат. Иначе всё превращается в гадание. С точки зрения расчёта, если опираться на поршни с обеих сторон всё становится намного определённее.

Обнаружил такую статью ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
БЕСШАТУННОГО СИЛОВОГО МЕХАНИЗМА
ntv.spbstu.ru/fulltext/N3.226.2015_12.PDF

Там все проверялось как программно, так и экспериментально:
" сила, действующая со стороны поршня на стенку цилиндра (при 2000 об/мин), составляет в одном направлении 148 Н, в другом – 112 Н. При этом усилие, действующее на коренную шейку коленчатого вала от поступательно движущихся масс, – 238 Н."

Появились идеи как смоделировать все силы при определённых заданных положениях механизма (не в анимации) и выяснить есть ли польза от направляющих в зоне эксцентрика.

 

[Владимир Александрович]

величивая зазор в центральном ползуне можно улучшить ситуацию в разы, но встаёт вопрос а нужна ли вообще опора в центре... 

Опять наступаем на те же грабли. Ранее уже разъяснялось, что в БСМ ползуны, если они есть (или боковые поверхности противоположных поршней) передают боковую реактивную силу только на концевых участках полного хода по 15% от его величины с каждой стороны. 70% хода поршня (в центральной части) ползуны разгружены. Если компьютерная модель, где нет проблемы с отклонениями от заданных размеров, этого не показывает, значит что-то в модели сверстано не так. Именно отклонения от заданных размеров или упругие деформации могут создавать дополнительные нагрузки на ползуны, в том числе в центральной части хода.

 

[Jbiplane]

Убрал предыдущих 2 поста. Добавил в модель второй ползун. Картинка качественно не изменилась. В выбранный момент времени 30 градусов после ВМТ "верхнего" поршня. Картинки только от давления газов без инерционных нагрузок, чтоб не смешивать мух с котлетами.

С центральными ползунами боковое давление поршней существенно больше, чем у аналогичного шатунного и вообще боковая давит не куда бы нужно для создания крутящего момента, приходится центральному ползуну за поршень отдуваться.

Без центральных "скользунов" давление поршней на стенку меньше в несколько раз меньше (и меньше чем у аналогичного шатунного, за счёт того что поршни связанны друг с другом), что видно по картинкам деформации.

значит что-то в модели сверстано не так

Только зазоры, но если их вводить, то модель с центральными ползунами будет плавно превращаться в модель без ползунов...

 

[Kobold]

Хм, а с чего появляется такая огромная сила на ползунах? Как-то на первый взгляд нелогично получается

 

[Панков Денис Юрьевич]

Вчера на слете выдел реальный бесшатунный двигатель. См здесь

 

[cloud]

Убрал предыдущих 2 поста. Добавил в модель второй ползун. Картинка качественно не изменилась. В выбранный момент времени 30 градусов после ВМТ "верхнего" поршня. Картинки только от давления газов без инерционных нагрузок, чтоб не смешивать мух с котлетами

Если компьютерная модель, где нет проблемы с отклонениями от заданных размеров, этого не показывает, значит что-то в модели сверстано не так. Именно отклонения от заданных размеров или упругие деформации могут создавать дополнительные нагрузки на ползуны, в том числе в центральной части хода.

 

[cloud]

лишний раз показывает, что программа, заточенная под моделирование КШМ, для БШМ не подходит - РАЗНЫЕ это механизмы, несмотря на всю похожесть

С центральными ползунами боковое давление поршней существенно больше, чем у аналогичного шатунного и вообще боковая давит не куда бы нужно для создания крутящего момента, приходится центральному ползуну за поршень отдуваться.

Валерий, Вы забыли про то, что у Баландина С.С. поршни не должны касаться стенок цилиндров. И мне так хочется. Поэтому поршни можно удалить и оставить действующие газовые силы по оси штоков.
Ваши "скользуны" отличаются от моих ползунов, зачем Вы исказили их форму?

 

[Jbiplane]

поршни можно удалить

Удалил контакты на поршнях, стало ещё хуже. Усилие в одном из контактов ползуна выросло до 15447 N при силе давления газов на верхний поршень 3199 N. Однако в реальности этого не произойдёт, ползун деформируется в сторону настолько (0.6мм), что поршень обопрётся о стенку цилиндра задолго до достижения подобного усилия. Чтобы опирания не произошло зазор должен быть более 1мм!

зачем Вы исказили их форму

Сделал по бокам выгрызы высотой 0.5мм чтобы получить явно выраженные контактные площадки и оперировать силами реакции опор, а не давлениями.

ps. Если можете пользоваться в SolidWorks 2016 модулем Simulation, могу переделать расчётную модель из ансиса для него. Может что то измените в геометрии (например увеличите длину опорной части ползуна)...

 

[Kobold]

Вчера на слете выдел реальный бесшатунный двигатель. См здесь 

Это же Алексей Вуль со своим бесшатунником. Всё-таки он у него работает, что не может не радовать!

Мало того, по видео явно заметно отсутствие вибраций даже на малых оборотах. И это прекрасно, я считаю! Но смущает отсутствие какой-либо развёрнутой информации в инете об этом двигателе, только несколько одинаковых статей, явно перепечатанных друг у друга несколько лет назад.

 

[cloud]

реальности этого не произойдёт, ползун деформируется в сторону настолько (0.6мм)

Это заблуждение...Был тут один специалист, который утверждал, что поршень вгрызается в зеркало цилиндра при первых вспышках.

Сделал по бокам выгрызы высотой 0.5мм чтобы получить явно выраженные контактные площадки и оперировать силами реакции опор, а не давлениями

Это тоже нехорошая идея. Вы сознательно уменьшили общую опорную поверхность на две трети примерно, в результате чего из одной появилось две разнесенные опоры по краям ползуна. Условно это балка на двух опорах. Создали условия продемонстрировать возможную, якобы, деформацию.
И еще. В моем случае, без "выгрызов", деформации элементов механизма, конечно же, будут. Но совершенно другого вида и настолько незначительными, что ими можно просто пренебречь.

 

[cloud]

Удалил контакты на поршнях, стало ещё хуже. Усилие в одном из контактов ползуна выросло до 15447 N при силе давления газов на верхний поршень [highlight]3199 N[/highlight].

А это как получилось? Если давление газов принять 40 кг/см[sup]2[/sup], площадь поршня 3.14*7.2[sup]2[/sup]:4=40,69 см[sup]2[/sup]. F[sub]п[/sub]=40*40,69=1627,7кг/см[sup]2[/sup]=16277 N.

 

[Jbiplane]

бредовая идея. Вы сознательно уменьшили

Убрал выгрызы. Деформации в конкретной конструкции практически не изменились. Поршни всё равно будут передавать боковое давление. Прилагаю 2 картинки боковых сил при попытке опирания только по центру и без зазоров по центру. Итак опять без динамики.
Усилие на
- верхний поршень 1255N
- на нижний 2594N

Убираем опоры по центру
- верхний 759N
- нижний 636N

Если давление газов принять 40 кг/см2

Везде использовалось заниженное до 8 атмосфер давление газа (иначе решалось слишком долго). Увеличение давления изменит усилия. Давайте увеличу давление до 40, посмотрим что получится. Скорее всего чтобы поршни не "ширкали" нужно увеличивать жесткость центральной части ползуна.

Теперь рассмотрим эквивалентный шатунный механизм (с теми же радиальными габаритами) и при давлении 8 атм. При смещении оси пальца вниз от поверхности поршня на 29,5 мм получается шатун длиной 134 мм.
При угле поворота коленвала 30 градусов его отклонение от вертикали составит 6,75 градуса.
При давлении газов на поршень 8 атмосфер получим
- боковое давление поршня на стенку в этом положении без учёта инерциальных сил = 376 Н

 

[Jbiplane]

Добавление маленьких рёбрышек жёсткости в конструкцию ползуна [highlight]радикально[/highlight] меняет ситуацию. Решение начинает сходится, теперь даже при давлении 40 атмосфер боковое усилие на верхний поршень 1478N и резко уменьшилась деформация.

По боковому усилию это уже лучше чем у аналогичного поршневого. При давлении 40 атмосфер там получается 1880N. Вероятно нужна дальнейшая оптимизация формы ползуна чтоб не увеличить массу, а только жесткость.

 

[cloud]

Поршни всё равно будут передавать боковое давление.

:-?

Валерий, Вы забыли про то, что у Баландина С.С. поршни не должны касаться стенок цилиндров. И мне так хочется. Поэтому поршни можно удалить и оставить действующие газовые силы по оси штоков.

 

[Jbiplane]

поршни не должны касаться стенок цилиндров

Что думаете о таком варианте
Дезаксиальный механизм + поршни, может даже стандартные на коротких шатунчиках.

 

[cloud]

Что думаете о таком варианте

У меня прекрасно работает классический БСМ со спаренными эксцентриками. У А. Вуля - тоже. Поэтому о таком варианте не думаю.  🙂

 

[Jbiplane]

прекрасно работает

Прекрасно штука эмоциональная. Как только прекращаем опираться на поршни, усилие в зоне опоры скольжения увеличивается кратно в разы.
Соответственно и потери на трение. Если не предпринимать никаких контрмер двигатель не будет иметь существенных преимуществ перед классикой.

Бороться можно
- меньшим коэффициентом трения чем в паре поршень-гильза
- трением качения вместо скольжения в области направляющих
- увеличивая высоту части скольжения
- дезаксиальностью механизма

Пока главное преимущество это оба поршня соединены и газовые силы частично компенсируются, но на этом всё. ИМХО этого недостаточно.

 

[cloud]

Бороться можно
- меньшим коэффициентом трения чем в паре поршень-гильза
- трением качения вместо скольжения в области направляющих
- увеличивая высоту части скольжения
- дезаксиальностью механизма

Трение поршня о цилиндр в бесшатунном моторе отсутствует, поэтому не с чем бороться. Остается только трение колец о стенки цилиндра.
Ползуны на роликовых направляющих большой геморрой вместе с высокой их ценой. В итоге обычная пара скольжения проще, надежнее, дешевле и т.д.
Размеры ползунов и направляющих определяются габаритами механизма.
А зачем козе баян - это по крайнему пункту "борьбы".
Валерий, мне показалось, что выполнить кинематический и динамический анализ бесшатунного механизма с достоверными результатами не получилось. Нужно, наверное, обратиться к "студентам".

 

[Jbiplane]

динамический анализ бесшатунного механизма с достоверными результатами

1. Уже приводил статью с анализом БСМ Ответ #14839
В Питерском двигателе экспериментально подтверждено давление поршней на стенку цилиндра у "БСМ Миллера".
2. Wiseman потратил несколько лет и убедился в больших потерях своего двигателя по сравнению с шатунным. Как экспериментально, так и теоретически.
3. Есть отчёт испанской Bocanegra Motor о зря потраченных 6 годах.

При вашей геометрии "как есть" будет то же самое. Нормальное усилие в "ползуне" гарантированно больше чем боковое давление поршня. Рычаг... Перемещение равно ходу поршня. Следовательно потери на трение будут больше чем у шатунного.

По потерям получается даже хуже статически определимого кривошипно-ползунного. Такой механизм используется в японских и итальянских холодильниках, нашей Бирюсе. Ползун там цилиндрической формы. Работает узел десятки лет. Фото прилагаю.

Возможно из конструкции можно чтото выжать. Но вы не хотите  ничего изменять. Если проигрывается в статике, гарантированно проиграется и в динамике. Какой смысл тогда напрягаться и считать?

В итоге БСМ в существующих вариантах не вдохновил. Сделаю скорее всего в этом году классическую 2-тактную звезду типа 3W-102 STR 3 FI