namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»nami-104Research ArticleДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕENGINE DEVELOPMENTЧисленный анализ уравновешенности и обусловленной ею низкочастотной вибрации двигателейNumerical analysis of poise resulting in the low-frequency vibration of the enginesЯманинА. И.YamaninA. I.

д-р техн. наук, профессор

г. Ярославль 150023

D.Sc. (Eng), professor

Yaroslavl 150023

a_yam@mail.ruФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ярославский государственный технический университет»РоссияYaroslavl State Technical UniversityRussian Federation201913072020027178Copyright © Яманин А.И., 20202020Яманин А.И.Yamanin A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/104Введение

Введение. При проектировании двигателей возникает необходимость проведения оценки их низкочастотной вибрации, обусловленной неуравновешенностью, а также определения степени эффективности мероприятий, направленных на её (вибрацию) снижение. Здесь могут быть использованы критерии уравновешенности двигателей. Выполнен обзор известных критериев уравновешенности, сформулированы требования к рациональному критерию (наличие физического смысла, представление в безразмерном виде, универсальность, возможность учёта всех возможных источников неуравновешенности пр.).

Цель исследования – обоснование критерия уравновешенности, учитывающего возмущающие силы инерции и их моменты всех порядков, в том числе, обусловленные работой навесного оборудования.

Методология и методы

Методология и методы. Расчёт предложенного критерия выполнен с использованием CAD/CAEтехнологии – трёхмерного моделирования и последующей симуляции движения модели двигателя в среде программных продуктов для исследования динамики механических и мехатронных систем.

Результаты и научная новизна. Предложено применять в качестве критерия уравновешенности среднеквадратичное значение виброперемещения опор двигателя, отнесённого к радиусу кривошипа (или среднеквадратичное значение виброскорости опоры, отнесённое к средней скорости поршня). При этом учитываются гармонические составляющие возмущающих сил всех порядков, в том числе, обусловленные работой навесных агрегатов, наличие уравновешивающих механизмов и т.д.

Практическая значимость заключается в возможности сравнительной оценки низкочастотной вибрации, вызванной как неуравновешенностью, так и газовыми силами, а также эффективности мероприятий, направленных на её уменьшение.

Introduction. When designing engines, there comes the neccessity to evaluate their low-frequency vibrations caused by the imbalance, as well as the effectiveness of measures aimed at their (vibrations) reduction. In this case the criteria of engine equilibrium can be applied. The review of all known equilibrium criteria was made, the requirements for a rational criterion were formulated (physical meaning, dimensionless representation, universality, possibility to take into account all possible sources of imbalance, etc.).

The purpose of the study was to substantiate the criterion of equilibrium, which took into account the disturbing forces of inertia and the moments of all the orders, including those caused by the operation of attachments.

Methodology and research methods. The calculation of the proposed criterion to study the dynamics of mechanical and mechatronic systems was carried out using CAD / CAE technology including three-dimensional modeling and subsequent simulation of the motion of the engine model in the environment of software products.

Scientific novelty and results. The rms value of the vibration displacement of the engine mounts, referred to the radius of the crank (or the rms value of the vibration velocity of the support, referred to the average piston velocity) has been proposed to use as a criterion for balance. The harmonic components of the disturbing forces of all orders, including those due to the operation of mounted units, the presence of balancing mechanisms, etc. were taken into account at that.

The practical significance lies in the possibility to compare and assess of the low-frequency vibration caused by both imbalance and gas forces, as well as in the effective measures aimed at its reduction.

критерий неуравновешенности3D-модельсреднее квадратическое значение виброперемещенийэффективность балансирных механизмовсилы инерции навесных агрегатовimbalance criterion3D-modelmean square value of vibratory displacementsefficiency of balancing mechanismsinertia forces of mounted unitsReferencesГоробцов A.С., Солоденков С.В. Расчётные задачи динамики систем твёрдых и упругих тел в программном комплексе ФРУНД // Машиностроение и инженерное образование. – 2008. – № 4. – С. 31–38.Gorobtsov A.S., Solodenkov S.V. [Calculated problems of the dynamics of systems of rigid and elastic bodies in the ФРУНД software package]. Mashinostroenie i inzhenernoe obrazovanie, 2008, no. 4, pp. 31–38. (In Russian)Найденко О.К. Динамика корабельных энергетических установок с двигателями внутреннего сгорания. – Л.: Изд-во Воен.-морск. акад., 1974. – 518 с.Naydenko O.K. [Dynamics of ship power plants with internal combustion engines]. Leningrad, Voennomorskaya akademiya Publ., 1974. 518 p. (In Russian)Нечаев В.К. О критериях неуравновешенности поршневых ДВС // Известия Томского политехнического института. – 1961. – Т. 96. – С. 3–10.Nechaev V.K. [On the criteria for unbalanced piston internal combustion engines]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo instituta, 1961, vol. 96, pp. 3–10. (In Russian)Новиков Д.С., Яманин А.И. Вибрация автомобильного силового агрегата // Труды НАМИ. – 2012. Вып. № 250. – С. 50–61.Novikov D.S., Yamanin A.I. [Vibration of automotive power unit]. Trudy NAMI, 2012, iss. no. 250, pp. 50–61. (In Russian)Жуков В.А., Яманин А.И. Анализ алгоритмов расчёта кинематики кривошипно-шатунных механизмов с прицепными шатунами // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. – 2016. – № 2. – С. 109–118.Zhukov V.A., Yamanin A.I. [The analysis of algorithms for calculation of kinematics of crankshaft-rod mechanism with the coupled соnnecting-rods]. Vestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S.O. Makarova, 2016, no. 2, pp. 109–118. (In Russian)Тарануха Н.А., Худяков С.А. Рекомендуемые критерии оценки неуравновешенности судовых малооборотных дизелей // Учёные записки КнАГТУ. – 2012. Т. 1. – № 12. – С. 94–99.Taranukha N.A., Khudyakov S.A. [Advisable criteria for the estimation of unbalance in low-speed marine diesel engines]. Uchenye zapiski KnAGTU, 2012, vol. 1, no. 12, pp. 94–99. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.