1. Кінематика і динаміка кривошипно-шатунного механізму
На рис. 1 представлені схеми кривошипно-шатунних механізмів (КШМ): центрального (Нормального, а = 0) і дезаксіального (а> 0); прийняті позначення: x, v, j - переміщення, швидкість руху і прискорення поршня; t - час; j, w - кут повороту і кутова швидкість обертання кривошипа;
l = r/в„“ ш - ставлення радіуса кривошипа до довжини шатуна;
ка = а/r - відносний зсув осей циліндра і колінчастого валу.
Дезаксіальние КШМ мають деякі переваги в порівнянні з центральними, зокрема, більш рівномірний знос гільзи циліндрів. Однак ці переваги для швидкохідних автомобільних ДВС зазвичай незначні. Найбільш поширені двигуни з центральним КШМ.
Величина l впливає на деякі конструктивні та експлуатаційні параметри двигуна. При збільшенні l за рахунок зменшення в„“ ш можуть бути знижені висота і маса двигуна.
Графіки на рис. 2 показують характери зміни величин x, v, j залежно від кута j. Ці величини мають по дві складові:
х = xI + xII,
v = vI + vII,
j = jI + jII. br/>
Вони підраховуються за відомим формулами (рис. 1.). Зазначені дані використовуються при розрахунку інших важливих параметрів двигуна: інерційних навантажень в деталях КШМ, середньої швидкості руху поршня:
В
На графіку х = f (j) при показана поправка Ф.А. Брикса -, обумовлена ​​непрямий пропорційністю даної залежності.
В
Рис. 1. Типові схеми КШМ автомобільних двигунів і характерні співвідношення (дані МАДИ (ГТУ))
В
Рис. 2. Залежності х = f (j), v = f (j) і j = f (j)
Так, при повороті колінчастого валу на 90 В° - половину півоберта (180 В°) - поршень переміщується від ВМТ до НМТ не так на половину повного ходу S , А на більшу величину, враховується даної поправкою.
У КШМ працюючого двигуна з боку днища поршня діють змінні сили тиску газів рг. Зі зворотного боку днища - тиск газів в картері, близьке за величиною до тиску навколишнього середовища ро. Сила тиску газів на днище поршня в поточний момент часу Pг = (рг - ро) Fn, де Fn - площа поперечного перерізу днища поршня. У розрахунках часто використовується питома сила (тиск). Одночасно з газовими силами в КШМ діють сили інерції зворотно-поступально рухомих і обертових мас деталей двигуна.
Кількісна залежність рг = f (j) може бути встановлена ​​шляхом перестроювання індикаторної діаграми рг = f (V) відомими методами, наприклад, з допомогою залежності Vх = Fn Г— x = Fnf (j). Функція х = f (j) представлена ​​на рис. 2. p> Для інженерного спрощеного розрахунку відмічених сил інерції проводиться заміна реального КШМ еквівалентної динамічною системою зосереджених мас (рис. 3.). Вважають: маса поршневого комплекту mn зосереджена на осі поршневого пальця; маса шатуна mш розподілена за двома точкам - на осі поршневого пальця і ​​на осі кривошипа.
В В
Для поширених автомобільних двигунів mшп = (0,2 Вё 0,3) mш, mшк = (0,7 Вё 0,8) mш.
У наближених розрахунках неврівноважені маси mк кривошипа представляє маса шатунної шийки mшщ = mк, зосереджена на її осі.
Таким чином, в розглянутій еквівалентної системі сумарна зворотно-рухома маса mj = mn + mшп, сумарна обертається маса mr = mк + mшк. У V-подібних двигунах з двома шатунами, розташованими на шатунної шийці mr = mк +2 mшк.
2. Сили, діючі в КШМ
Сумарна сила, діюча на поршень уздовж його осі
РГҐ = Рг + Pj. (1)
Якщо поділити обидві частини рівності (1) на площу поперечного перерізу днища поршня, то отримаємо рівняння питомих сил, що діють на ту ж поверхню,
рГҐ = рг + рj
Сила РГҐ впливає на стінки циліндра в вигляді нормальної складової цієї сили - сили N і передається вздовж шатуна - складової S (рис. 4). Легко встановити залежності:
, (2)
. (3)
Силу S можна розкласти на дві складові, що діють на кривошип: К - вздовж щік кривошипа (за його радіусу) і Т - тангенціально до окружності цього радіусу
, (4)
. (5)
Твір сили Т на радіус кривошипа r являє крутний момент двигуна Мкр = Тr для поточного значення кута.
Якщо до осі корінний шийки докласти дві взаємно протилежні за напрямом сили Т/і Т//, рівні по величині Т і паралельні її напрямку дії, і дві взаємопротилежні і рівні за величиною сили Кr/і Кr, то шляхом геометричного складання відповідних сил отримаємо величини
Р/ГҐ = РГҐ, S | | = S | = S N | =-N. br/>
Пара сил N і N/створює момент Мопра =-Nh, прагнучий перекинути двигун, - реактивний момент. Моменти Мопра і Мкр рівні за величиною і протилежні за напрямом, але не врівноважують один одного.
Сили і момент Мкр, представлені на рис. 4, вважаються умовно позитивними, якщо діють відповідно в протилежному напрямку, вони негативні.
Використовуючи Залежно х = | (j)...
