Виды кривошипно-шатунных механизмов
Прочностной расчет деталей двигателя внутреннего сгорания (ДВС) во многом опирается на результаты расчета кинематики его кривошипно-шатунного механизма (КШМ).
| Рис. 6.1. Схемы кривошипно-шатунных механизмов: а – центрального; б – смещенного; в – с прицепным шатуном |
В поршневых ДВС используются три основных типа кривошипно-шатунных механизмов (рис. 6.1): центральный (аксиальный), смещенный (дезаксиальный) и с прицепным шатуном. В центральном КШМ (рис. 6.1, а) оси коленчатого вала и цилиндров лежат в одной плоскости. В смещенном КШМ (рис. 6.1, б) ось цилиндра не пересекает ось коленчатого вала, а смещена относительно нее на некоторое расстояние. В КШМ с прицепным механизмом (рис. 6.1, в) имеются главный шатун, шарнирно соединенный с шейкой коленчатого вала и прицепной шатун, соединенный посредством пальца с главным шатуном в его кривошипной головке. Такая схема КШМ нашла применение на многоцилиндровых двигателях для уменьшения длины двигателя.
Кинематический анализ КШМ устанавливает законы движения его звеньев: поршня, шатуна и кривошипа. При этом не учитываются силы, вызывающие движение звеньев КШМ, и силы трения, а также считается, что зазоры между сопряженными элементами отсутствуют, а угловая скорость вращения коленчатого вала постоянна. При кинематическом анализе КШМ учитываются только его структура и геометрические соотношения между его звеньями.
|
|
|
В центральном КШМ основными геометрическими параметрами, определяющими законы движения его элементов, являются радиус кривошипа коленчатого вала R и длина шатуна Lш. Критерием кинематического подобия центрального КШМ является параметр λ, равный отношению радиуса кривошипа к длине шатуна λ = R / Lш. Это означает, что для кривошипно-шатунных механизмов различных размеров, но с одинаковым значением параметра λ законы движения их аналогичных элементов будут подобны. При уменьшении параметра λ снижаются инерционные и нормальные силы, но увеличиваются высота и масса двигателя. Исходя из этого, в автомобильных и тракторных двигателях используют механизмы, в которых отношение радиуса кривошипа к длине шатуна равно λ = 0,24…0,31.
В смещенных КШМ на кинематику также оказывает влияние величина смещения оси цилиндра относительно оси коленчатого вала a. В этих механизмах в дополнение к параметру λ вводится еще один критерий кинематического подобия – относительное смещение k = a / R.
При работе двигателя имеют место различные виды перемещений основных элементов его кривошипно-шатунного механизма. Поршень совершает возвратно-поступательное движение; шатун – сложное плоскопараллельное движение в плоскости его качания; кривошип – вращательное движение относительно оси коленчатого вала.
|
|
|
Основы определения перемещения, скорости и ускорения поршня
Перемещение поршня при повороте кривошипа на угол φ определяется как сумма его смещений от поворота кривошипа на угол φ (перемещение первого порядка – sI) и от отклонения шатуна на угол β (перемещение второго порядка – sII), м
 .
| (6.1) |
При повороте кривошипа от верхней мертвой точки (в.м.т.) до нижней мертвой точки (н.м.т.) поршень движется под действием перемещения шатуна вдоль оси цилиндра и отклонения его от этой оси. В первой четверти окружности (0…90º) оба перемещения шатуна соответствуют движению поршня в одном направлении, и поршень проходит больше половины своего пути. При движении кривошипа во второй четверти окружности (90…180º) перемещение шатуна вдоль оси цилиндра соответствует движению поршня от верхней к нижней мертвой точке, а приближение шатуна к оси цилиндра – движению поршня от нижней к верхней мертвой точке. Поэтому при движении кривошипа во второй четверти окружности поршень проходит меньший путь, чем при движении кривошипа в первой четверти.
|
|
|
Скорость поршня определяется как первая производная перемещения поршня по времени
 .
| (6.2) |
Если в формулу (6.2) подставить выражение для определения перемещения поршня (6.1), то можно получить точную зависимость скорости поршня от угла поворота кривошипа, м/с
 ,
| (6.3) |
где ω – угловая скорость вращения коленчатого вала, рад/с.
Ускорение поршня определяется как вторая производная перемещения поршня по времени или как первая производная от скорости поршня по времени
 .
| (6.4) |
Точное определение ускорения поршня в зависимости от угла поворота кривошипа производится по формуле, м/с2
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 104; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!