Номер 8.30, страница 47 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 8. Тепловые двигатели - номер 8.30, страница 47.

Условие.

8.30. Какие особенности конструкции двигателя внутреннего сгорания делают вращение вала двигателя практически равномерным?

Решение.

Вращение вала двигателя внутреннего сгорания (ДВС) по своей природе неравномерно, так как полезная работа совершается и крутящий момент создается только во время одного из четырех тактов — рабочего хода. В остальные такты (впуск, сжатие, выпуск) энергия, наоборот, затрачивается на вращение вала. Для сглаживания этих пульсаций и обеспечения практически равномерного вращения используются следующие конструктивные особенности:

1. Использование нескольких цилиндров. В многоцилиндровых двигателях рабочие ходы в разных цилиндрах происходят последовательно, перекрывая друг друга по времени. Например, в четырехцилиндровом четырехтактном двигателе рабочий ход происходит каждые 180 градусов поворота коленчатого вала ($720° / 4 = 180°$). Чем больше цилиндров, тем чаще происходят рабочие ходы, и тем более плавным и равномерным становится суммарный крутящий момент на валу.

2. Применение маховика. Маховик — это массивный металлический диск, закрепленный на конце коленчатого вала. Обладая большим моментом инерции, он противостоит резким изменениям угловой скорости. Во время рабочего хода, когда крутящий момент максимален, маховик накапливает кинетическую энергию, незначительно ускоряясь. В промежутках между рабочими ходами, когда вал стремится замедлиться, маховик отдает накопленную энергию, поддерживая вращение. Таким образом, он эффективно сглаживает рывки и делает вращение вала практически равномерным.

3. Противовесы на коленчатом валу. Противовесы являются частью конструкции коленчатого вала и служат для уравновешивания сил инерции от поступательно движущихся поршней и шатунов. Снижая вибрации и дисбаланс, они способствуют более плавной и стабильной работе двигателя, что косвенно улучшает равномерность вращения.

4. Определенный порядок работы цилиндров. Порядок зажигания топливно-воздушной смеси в цилиндрах (например, 1-3-4-2 для четырехцилиндрового двигателя) выбирается таким образом, чтобы силовые импульсы от рабочих ходов распределялись как можно более равномерно по времени и вдоль коленчатого вала. Это минимизирует крутильные колебания вала и вибрации, способствуя сбалансированной и плавной работе.

Ответ: Практически равномерное вращение вала двигателя внутреннего сгорания обеспечивается, в первую очередь, за счет применения массивного маховика, который сглаживает пульсации крутящего момента благодаря своей инерции, и использования нескольких цилиндров, рабочие ходы в которых чередуются в определенном порядке, создавая более постоянный суммарный крутящий момент.