Кінематика кривошипно-шатунного механізму.

В автомобільних двигунах в основному використовуються такі типи кривошипно-шатунного механізму : центральний (аксіальний), зміщений (дезаксіальний). Комбінуючи дані схеми, можна сформувати кривошипно-шатунний механізм (КШМ) як лінійного, так і багаторядного багатоциліндрового двигуна. При цьому зміщений механізм можливий у двох варіантах. У першому випадку вісь циліндра зміщена щодо осі колінчастого вала, а в другому - вісь поршневого пальця зміщена щодо осі циліндра. При роботі двигуна основні елементи КШМ здійснюють різні види переміщень. Поршень рухається зворотно-поступально. Шатун здійснює складний плоскопаралельний рух у площині його гойдання. Кривошип колінчастого вала здійснює обертальний рух відносно його осі. У зміщених КШМ є ще один геометричний параметр, що впливає на його кінематику - зміщення осі циліндра (пальця) щодо осі колінчастого вала а. При цьому відносне зміщення є додатковим критерієм кінематичного подоби зміщених КШМ. При кінематичному аналізі КШМ прийняті наступні припущення: кутова швидкість (частота обертання) колінчастого вала щ постійна; елементи КШМ абсолютно жорсткі; зазори в рухомих зчленуваннях КШМ відсутні. Кінематику КШМ можна повністю описати, якщо відомі закони зміни в часі наступних параметрів: переміщення поршня X. Початок відліку (X = 0) відповідає положенню поршня в ВМТ; позитивний напрямок відліку прийнято при його русі від ВМТ до НМТ при обертанні кривошипа по ходу годинникової стрілки; кута повороту кривошипа ц (початок відліку - положення кривошипа при знаходженні поршня в ВМТ); кута відхилення шатуна в від осі циліндра (в = 0 при ц = 0). Кінематика кривошипа. Обертальний рух кривошипа колінчастого вала визначено, якщо відомі залежності кута повороту ц, кутової швидкості щ і прискорення е від часу т. Кінематика поршня. Кінематика зворотно-поступально рухомого поршня описуєтьсязалежностями його переміщення ЧЦ, швидкості Н4 і прискорення L у функції кута повороту кривошипа ц. Кінематика шатуна. Складне плоскопараллельное рух шатуна складається з руху його верхньої головки з кінематичними параметрами поршня і його нижньої кривошипної головки з параметрами кінця кривошипа. Крім того, шатун здійснює обертальний (коливальний) рух щодо точки зчленування з поршнем.

Визначення переміщення поршня

При кінематичному дослідженні КШМ передбачається, шо кол. Вал двигуна абсолютно жорсткий, а його кутова швидкість при номінальному режимі роботи-стала величина.Всі геометрично подібні механізми характеризуються безрозмірним параметром.Відхилення осі шатуна від осі циліндра вважається додатнім, якщо при переміщенні поршня з начального положення шатун відхиляється від осі циліндра у напрямку обертання кол. Вала, і від’ємним при відхиленні шатуна в протилежному напрямку.За рахунок збільшення довжини шатуна відбувається зменшення сил інерції, що взагалі є позитивним явищем, але при цому збільшується маса та габаритні розміри двигуна за висотою і навпаки

Визначення швидкості і прискорення поршня.

Швидкість поршня

Залежність для швидкості поршня с, м/с. може бути одержана при диференціюванні виразу для переміщення поршня за часом

Аналогічно прийнятому для переміщення поршня залежність для с ( може бути наведена у вигляді

с = с, +с„.

Максимальна швидкість поршня залежить від Я, зі збільшенням його значення зміщується в сторону мертвих точок, набуваючи най­більшого додатнього значення (+с_макс ) при <р<90 ’ п.к.в. й найменшого

від'ємного значення (-с_макс) при (р > 270° п.к.в.

Для порівняння двигунів за швидкістю використовують поняття се­редньої швидкості поршня с_п, м/с:

де 5 - хід поршня, м.

Ті* значення може бути визначене через співвідношення

£»« =1,62 + 1,64.

Для автотракторних двигунів значення с_п, м/с, змінюється в межах

с„=4 + 15,

а саме: для двигунів вантажних автомобілів с_п = 8-И 1 м/с для легкових автомобілів с_п = 11 +15 м/с; для тракторів с„ = 4 + 8 м/с.

Значення с_п в автомобільних двигунах обмежується умовами за­безпечення належного наповнення циліндрів свіжим зарядом й надійні­стю роботи поршневої групи (швидкістю зношення її).

Прискорення поршня

Залежність для прискорення поршня (/, м/с^?) може бути отримана при диференціюванні залежності для швидкості поршня за часом. Для автотракторних двигунів найбільше прискорення змінюється в межах у_макс = (5 -ь 20)-10^ м/с² й лімітується допущеними найбільшими значеннями сил інерції.