Розділ другий динаміка, зрівноваженість та основи конструювання і розрахунку автомобільних двигунів

6. Кінематика і динаміка кривошипно-шатунного механізму

6.1. Кінематика кривошипно-шатунного механізму

На деталі автомобільних двигунів під час їх роботи діють зусилля, зміна і характер яких залежать від режиму роботи і які можуть бути ви­значені при динамічному дослідженні ДВЗ. Під час такого дослідження використовується кілька кінематичних співвідношень (залежностей), які описують переміщення, швидкість та прискорення поршня. Тому викла­дання динаміки двигуна починається з кінематики кривошипно-шатунного механізму (КШМ).

Кривошипно-шатунний механізм служить для передачі роботи газів, яка здійснюється в циліндрі ДВЗ, колінчастому валу і перетворення зво­ротно-поступального руху поршня в обертальний колінчастого вала. Він складається з поршня, шатуна та кривошипа.

6.1.1. Типи кривошипно-шатунних механізмів

В автомобільних двигунах використовуються або використову­вались чотири типи КШМ.

1.Центральний (аксіальний), у якого вісь циліндра перетинає вісь колінчастого вала (рис. 6.1, а).

2.Зміщений (дезаксіальний), у якого вісь циліндра зміщена віднос­но осі колінчастого вала в напрямку його обертання (рис. 6.1, б). Такий КШМ використовується, головним чином, у двигунах із нижнім боковим розміщенням розподільного вала для зменшення відстані між ним і ко­лінчастим валом. При цьому забезпечується раціональність компоновки, зменшення шуму, маси та кількості деталей приводу розподільного вала. Зміщений механізм характеризується відносним зміщенням (деза-ксажем)

де a₁ - відстань від осі циліндра до осі колінчастого вала, м; R - радіус кривошипа, м.

Для автомобільних двигунів

На практиці різницею в кінематиці цього механізму з центральним частіше нехтують і розраховують його як центральний.

Застосування механізмів з такими схемами на автомобільних дви­гунах малоперспективне.

3.Механізм із зміщенням (дезаксажем) поршневого пальця віднос­но осі циліндра проти напрямку обертання колінчастого вала (рис. 6.1, в). Зараз це найбільш поширений різновид КШМ в автотракторних двигу­нах. Зміщення поршневого пальця виконується для перерозподілення навантаження на поршень з метою уникнення інтенсивного його "заки­дання" біля мертвих точок і пом'якшення в результаті цього ударів об циліндр. Завдяки такому конструктивному вирішенню значно знижується шум двигуна й швидкість кавітаційного зруйнування зовнішньої частини гільзи циліндра "мокрого" типу. Відносне зміщення знайдемо за форму­лою:

де а₂ — зміщення осі поршневого пальця відносно осі циліндра, м; D — діаметр циліндра, м.

Для сучасних автотракторних двигунів

Як зразок наведемо абсолютне значення зміщення К₂ для деяких двигунів: КамАЗ-740, АЗЛК-412 ГАЗ-412; ГАЗ-53 А, МеМЗ-968 М -а₂ = 1,5 мм; ВАЗ-2101, 2103, 2105 - а₂ = 2,0 мм; ЗІЛ-130 -а₂= 1,6 мм.

Цей механізм також обчислюють як центральний.

4. Механізм із причепленим шатуном (рис. 6.1, г) застосовувався у ІАподібному двигуні Д-12, який установлювався на автомобілях МАЗ-525, 530 та БілАЗ-540. В умовах масового або багатосерійного вироб­ництва виготовлення такого механізму досить складне і дороге.