76. Суммарные силы, действующие в кшм
Рассмотрим работу одноцилиндрового двигателя. Силы, действующие в одноцилиндровом двигателе, показаны на рис. 12.4. В КШМ действуют сила давления газов Рг, сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс Pj и центробежная сила Рц. Силы Рг и Pj приложены к поршню и действуют по его оси. Сложив эти две силы, получим суммарную силу, действующую по оси цилиндра:
(12.5)
Перемещенная сила Р в центр поршневого пальца раскладывается на две составляющие:
(12.6)
сила, направленная по оси шатуна;
(12.7)
сила, перпендикулярная стенке цилиндра.
Рис. 12.4. Силы, действующие в КШМ одноцилиндрового двигателя
Сила PN воспринимается боковой поверхностью стенки цилиндра и обусловливает износ поршня и цилиндра. Она считается положительной, если создаваемый ею момент относительно оси коленчатого вала направлен противоположно направлению вращения вала двигателя.
Сила Рш считается положительной, если сжимает шатун, и отрицательной, если растягивает его.
Сила Рш, приложенная к шатунной шейке (Р'ш), раскладывается на две составляющие:
(12.8)
тангенциальную силу, касательную к окружности радиуса кривошипа;
(12.9)
нормальную силу (радиальную), направленную по радиусу кривошипа.
Сила Z считается положительной, если она сжимает щеки кривошипа. Сила Т считается положительной, если направление создаваемого ею момента совпадает с направлением вращения коленчатого вала.
По величине Т определяют индикаторный крутящий момент одного цилиндра:
(12.10)
Нормальная и тангенциальная силы, перенесенные в центр коленчатого вала (Z' и Т'), образуют равнодействующую силу Р''ш, которая параллельна и равна по величине силе Рш. Сила Р''ш нагружает коренные подшипники коленчатого вала. В свою очередь силу Р''ш можно разложить на две составляющие: силу P'N, перпендикулярную к оси цилиндра, и силу Р', действующую по оси цилиндра. Силы P'N и PN образуют пару сил, момент которой называется опрокидывающим. Его величина определяется по формуле
(12.11)
Данный момент равен индикаторному крутящему моменту и направлен в противоположную ему сторону:
Так
как
,
то
(12.12)
Крутящий
момент передается через трансмиссию
ведущим колесам, а опрокидывающий момент
воспринимается опорами двигателя. Сила
Р' равна силе Р, и аналогично последней
ее можно представить как
Составляющая P'г уравновешивается силой давления газов, приложенной к головке цилиндра,
77. Порядок работы цилиндров двигателя в зависимости от расположения кривошипов и числа цилиндров
В многоцилиндровом двигателе расположение кривошипов коленчатого вала должно, во-первых, обеспечивать равномерность хода двигателя, и, во-вторых, обеспечить взаимную уравновешенность сил инерции вращающихся масс и возвратно-поступательно движущихся масс.
Для обеспечения равномерности хода необходимо создать условия для чередования в цилиндрах вспышек через равные интервалы угла поворота коленчатого вала. Поэтому для однорядного двигателя угол ф, соответствующий угловому интервалу между вспышками при четырехтактном цикле рассчитывается по формуле φ = 720°/i, где i — число цилиндров, а при двухтактном по формуле φ = 360°/i.
На равномерность чередования вспышек в цилиндрах многорядного двигателя, кроме угла между кривошипами коленчатого вала, влияет и угол γ между рядами цилиндров. Для получения оптимальной равномерности хода n-рядного двигателя этот угол должен быть в n раз меньше угла между кривошипами коленчатого вала, т. е.
.
Тогда угловой интервал между вспышками для четырехтактного двигателя
Для двухтактного
Для удовлетворения требования уравновешенности необходимо, чтобы число цилиндров в одном ряду и соответственно число кривошипов коленчатого вала было четным, причем кривошипы должны быть расположены симметрично относительно середины коленчатого вала. Симметричное относительно середины коленчатого вала расположение кривошипов называется «зеркальным». При выборе формы коленчатого вала, кроме уравновешенности двигателя и равномерности его хода, учитывают также порядок работы цилиндров.
Оптимальный порядок работы цилиндров, когда очередной рабочий ход происходит в цилиндре, наиболее удаленном от предыдущего, позволяет снизить нагрузки на коренные подшипники коленчатого вала и улучшить охлаждение двигателя.
На рис. 12.7 приведены последовательности работ цилиндров однорядных (а) и V-образных (б) четырехтактных двигателей.
Рис. 12.7. Последовательность работ цилиндров четырехтактных двигателй:
а — однорядных; б — V-образных