20)Кинематика и динамика кшм.Кинематика центрального кривошипно-шатунного механизма.
Кинематика и динамика кривошипно — шатунного механизма
Кинематические
исследования и динамический расчет
кривошипно-шатунного механизма необходимы
для выяснения сил, действующих на детали
и элементы деталей двигателя, основные
параметры которых можно определить
расчетом.
Рис. 1. Центральный и дезаксиальный
кривошипно-шатунные механизмы
Детальные исследования кинематики и динамики кривошипно-шатунного механизма двигателя из-за переменного режима работы двигателя очень сложны. При определении нагрузок на детали двигателя пользуются упрощенными формулами, полученными для условия равномерного вращения кривошипа, которые дают при расчете достаточную точность и существенно облегчают расчет.Принципиальные схемы кривошипно-шатунного механизма двигателей автотракторного типа показаны: на .рис. 1, а — центральный кривошипно-шатунный механизм, у которого ось цилиндра пересекает ось кривошипа, и на рис. 1, б — дезаксиальный, у которого ось цилиндра не пересекает ось коленчатого вала. Ось 3 цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала на величину, а. Такое смещение одной из осей относительно другой позволяет, несколько изменить давление поршня на стенку цилиндрами уменьшить скорость поршня у в. м. т. (верхней мертвой точки), что благоприятно сказывается на процессе сгорания п уменьшает, шум при переносе нагрузки от одной стенки цилиндра на другую при изменении направления движения поршня
На
схемах приняты следующие обозначения: 
—
угол поворота кривошипа, отсчитываемый
от в. м.т. в направлении вращения кривошипа
(коленчатого вала); S
= 2R —
ход поршня; R —
радиус кривошипа; L —
длина шатуна; 
—
отношение радиуса кривошипа к длине
шатуна. У современных автомобильных
двигателей 
,
у тракторных двигателей 
; 
—
угловая скорость вращения кривошипа; а —
смещение оси цилиндра от оси коленчатого
вала; 
—
угол отклонения шатуна от оси цилиндра;
для современных автотракторных
двигателей 
У
современных двигателей относительное
смещение осей принимают 
.
При таком смещении рассчитывают двигатель
с дезаксиальным механизмом так же, как
и с центральным кривошипным механизмом.
В кинематических расчетах определяют -перемещение, скорость и ускорение поршня.
Перемещение поршня вычисляют по одной из приведенных формул:
;
(1)
(2)
Величины
в квадратных и фигурных скобках для
различных значений
и 
см.
в приложениях.
Перемещение
поршня S представляет собой сумму
двух S1 и S2 гармонических
составляющих: 
; 
.
Кривая, описывающая перемещение поршня в зависимости от изменения , представляет собой сумму п+1. гармонических составляющих. Эти составляющие выше второй оказывают очень малое влияние на значение S, поэтому в расчетах ими пренебрегают, ограничиваясь только S = S1 + S2.
Производная по времени выражения S представляет собой скорость перемещения поршня
,
(3)
здесь 
v и 
—
соответственно первая и вторая
гармонические составляющие.
Вторая
гармоническая составляющая, учитывающая
конечную длину шатуна, приводит к
смещению 
к
в. м. т., т. е. 
Одним
из, параметров, характеризующих
конструкцию двигателя, является средняя
скорость поршня (м/с)
,
где п — частота вращения коленчатого вала в минуту.
Средняя
скорость движения поршня у современных
автотракторных двигателе колеблется
в пределах 
м/с.
Большие значения относятся к двигателям
легковых автомобилей, меньшие — к
тракторным.
Так как износ поршневой группы приблизительно пропорционален средней скорости поршня, то для увеличения долговечности двигатели стремятся делать с. меньшей средней скоростью поршня.
Для
автотракторных, двигателей: 
;
при 
при 
при 
Производная скорости поршня по времени — ускорение поршня
,
(4).
здесь 
и 
—
соответственно первая, и вторая
гармонические составляющие.
Характер
изменения:
—
для двигателей автотракторного типа
показан на графиках (рис. 2).
Шатун кривошипно-шатунного механизма совершает сложное возвратно-поступательное движение и колебательное относительно оси цилиндра, шатун качается подвешенным на поршневом пальце*.
Угловое перемещение шатуна.
(5)
Максимальные
отклонения шатуна от оси цилиндра будут
при 
Угловая скорость вращения шатуна вокруг пальца
(6)
Максимальная угловая скорость шатуна
.
Угловое ускорение шатуна
(7)
Максимальное угловое ускорение шатуна
Рис.
2. Графики
