99737

Кинематика кривошипно-шатунного механизма

Лекция

Производство и промышленные технологии

Реализация смещенного (дезаксиального) механизма возможна в двух вариантах: в первом случае ось цилиндра не пересекает ось коленчатого вала ДВС, а во втором - ось поршневого пальца смещается относительно оси цилиндра.

Русский

2016-10-10

147.5 KB

2 чел.

Лекция № 1. «Кинематика КШМ».

  1. Кинематика кривошипно-шатунного механизма

  1. Кинематика центрального и смещенного кривошипно-шатунных механизмов

Кинематика кривошипа

  1. Кинематика поршня

1.1. Кинематика кривошипно-шатунного механизма

В автотракторных ДВС в основном используются следующих три типа кривошипно-шатунного механизма (КШМ):центральный(аксиальный),смещенный (дезаксиальный) имеханизм с прицепным шатуном(рис. 1.1). Комбинируя данные схемы, можно сформировать КШМ как линейного, так и многорядного многоцилиндрового ДВС.

Реализация смещенного (дезаксиального) механизма возможна в двух вариантах: в первом случае ось цилиндра не пересекает ось коленчатого вала ДВС, а во втором — ось поршневого пальца смещается относительно оси цилиндра.

Кривошипно-шатунный механизм с прицепным шатуном отличается от других схем наличием прицепного шатуна, соединенного пальцем с главным шатуном в его кривошипной головке.

Н

Необходимо отметить, что кинематика механизма главного шатуна не отличается от кинематики центрального и смещенного КШМ.

Изучение законов движения деталей КШМ проводится с учетом только его структуры и геометрических соотношений между звеньями механизма независимо от сил, вызывающих его движение, и сил трения, при отсутствии зазоров между сопряженными элементами и постоянной угловой скорости кривошипа.

При работе ДВС основные элементы КШМ совершают различные виды перемещений. Поршень движется возвратно-поступательно. Шатун совершает сложное плоскопараллельное движение в плоскости его качания. Кривошип коленчатого вала совершает вращательное движение относительно его оси.

1.2. Кинематика центрального и смещенного кривошипно-шатунных механизмов

Расчетная кинематическая схема КШМ представлена нарис. 1.2. Основными геометрическими параметрами, определяющими законы движения элементов центрального КШМ, являются радиус кривошипа коленчатого валаr и длина шатунаlш.

Параметр λ =r/lш является критерием кинематического подобия центрального механизма. При этом для КШМ различных размеров, но с одинаковыми λ законы движения аналогичных элементов подобны. В автотракторных ДВС используются механизмы сλ = 0,24...0,31.

В смещенных КШМ существует еще один геометрический параметр, влияющий на его кинематику,— величина смещения оси цилиндра (пальца) относительно оси коленчатого валаa. При этом относительное смещениеk =а/r является дополнительным (к λ) критерием кинематического подобия. Таким образом, подобные смещенные КШМ имеют одинаковые λ иk, гдеk изменяется в пределах 0,02...0,1.

Как следует из схемы(см. рис. 1.2), кинематика КШМ полностью описывается, если известны законы изменения по времени следующих параметров:

  • перемещения поршнях. Начало отсчета (х = 0) — положение поршня в верхней мертвой точке (ВМТ); за положительное направление отсчета принято его движение от ВМТ к нижней мертвой точке (НМТ) при вращении кривошипа по часовой стрелке;
  • угла поворота кривошипаφ. Начало отсчета (φ = 0) соответствует положению кривошипа при нахождении поршня в ВМТ;
  • угла отклонения шатуна от оси цилиндраβ (β = 0 приφ = 0).

1.3. Кинематика кривошипа

Вращательное движение кривошипа коленчатого вала определено, если известны зависимости угла поворота φ, угловой скорости ω и ускорения ε от времениt.

При кинематическом анализе КШМ принято делать допущение о постоянстве угловой скорости (частоты вращения) коленчатого вала ω. Тогдаφ = ωt, ω =const и ε = 0. Угловая скорость и частота вращения кривошипа коленчатого валаn связаны соотношением ω = πn/30. Данное допущение позволяет изучать законы движения элементов КШМ в более удобной параметрической форме — в виде функции от угла поворота кривошипа и переходить при необходимости к временной форме, используя линейную связьφ иt.

1.4. Кинематика поршня

Кинематика возвратно-поступательно движущегося поршня описывается зависимостями его перемещения х, скорости υ и ускоренияj от угла поворота кривошипаφ.

  • Перемещение поршня при повороте кривошипа на уголφ определяется как сумма его смещений от поворота кривошипа на уголφ(xI) и от отклонения шатуна на угол β(хII):

хφ=r+ lш rcosφlшcosβ

или с учетом λ =r/lш

хφ=r[(1-cosφ)+(1/λ)(1-совβ)].        (1.1)

Связь между угламиφ иβ определяется по общей сторонеDE треугольниковODE иCDE(см. рис. 1.2, а), откуда для центрального механизмаrsinφ=lшsinβ илиλsinφ=sinβ, а для смещенногоrsinφ - а=lшsinβ,λ(sinφ -k)=sinβ. Используя данные соотношения, а также учитывая, что , получим следующие зависимости перемещения поршня от угла поворота кривошипа:

для центрального КШМ

;         1.2)

для смещенного КШМ

        1.3)

С целью упрощения расчетных зависимостей для центрального КШМ разложим в ряд по формуле бинома Ньютона радикал :

При λ=0,25 амплитуды при гармонических членах разложения соотносятся как 1:0,031:0,000488:0,000015, а при λ = 0,30 — как 1:0,045:0,001012:0,000046. С учетом этого с достаточной для практики точностью можно ограничиться двумя первыми членами разложения и полагать

Тогда

(1.4)

  • Скорость поршня, определяется как первая производная от перемещения поршня по времени, т. е.

                                         (1.5)

что применительно к уравнениям (1.1) и (1.4) дает точную

                               (1.6)

и приближенную

                              (1.7)

зависимости скорости поршня от угла поворота кривошипа.

Как видно из(1.6), максимального значения скорость достигает приφ +β = 90°, когдаsin(φ +β) =l. При этом ось шатуна перпендикулярна радиусу кривошипа и

                                        (1.8)

Широко применяемая для оценки конструкции ДВСсредняя скорость поршня, которая определяется как сп=Sn/30, связана с максимальной скоростью поршня соотношением  и для используемых λ равна 1,62...1,64.

  • Ускорение поршня определяется производной от скорости поршня по времени, что соответствует точно

                                      (1.9)

и приближенно

                                    (1.10)

В современных ДВСj=5000...20000 м/с2.

Максимальное значениеjmax=rω2(l+λ) имеет место приφ = 0 и 360°. Уголφ = 180° для механизмов с λ<0,25 соответствует минимальному значению ускоренияjmin= -rω2(1-λ). Если λ >0,25, то имеется еще два экстремумаjφ= -rω2[λ+1/(8λ)] приφ' = 180 ±arccos[l/(4λ)]. Графическая интерпретация уравнений перемещения, скорости и ускорения поршня приведена нарис. 1.3.

Для смещенного КШМ приближенные зависимостиυ =f(φ)j=f(φ) имеют вид

Сравнивая эти зависимости, а также(1.3) с аналогичными для центрального КШМ, можно отметить их отличие в добавочном члене, пропорциональном. Так как для современных двигателей= 0,01...0,05, то его влияние на кинематику механизма невелико и на практике им обычно пренебрегают.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

69204. Основні закони руху повітря, що стискається. Загальні відомості про аеродинаміку великих швидкостей 3.81 MB
  Таким чином величина стиснення залежить від відношення швидкості потоку до швидкості звуку. Це відношення називається числом Маха і вважається критерієм стисливості потоку. Чим більше швидкість повітряного потоку швидкість польоту V і менше швидкість звуку...
69205. Хвильова криза. Поняття про критичне число Маха 8.3 MB
  Найменша швидкість дозвукового польоту при якій у якійнебудь точці крила швидкість потоку що обтікає крило стає рівної місцевої швидкості звуку називається критичною швидкістю польоту Vкр а відповідне їй число Маха польоту критичним Мкр.
69206. Основні види руху літального апарату. Горизонтальний політ літака 1.78 MB
  Основними видами руху які розглядаються в динаміці польоту є горизонтальний політ набір висоти зниження зліт посадка віраж та ін. При розрахунках льотних даних літака зручно користуватися графічними залежностями тяги від швидкості і висоти польоту.
69207. Зліт і посадка літака 6.06 MB
  Зліт і посадка є відповідно первинним і завершальним етапами польоту літака. При зльоті й при посадці змінюються швидкість і висота польоту тому рух літака в цих режимах є несталим. Зліт і посадка літака найбільш відповідальні етапи польоту що вимагають від льотчика граничної уваги і точності.
69208. ЛІТАК ТА ЙОГО СИСТЕМИ 1.62 MB
  Швидкісна система координатних осей ОXYZ використовується для вивчення аеродинамічних сил та при розвязанні задач аеродинамічного розрахунку літака рис. Початок швидкісної системи координатних осей розміщено в центрі мас літака. Головною віссю є швидкісна вісь ОХа направлена по вектору швидкості літака.
69209. Середні величини та показники варіації 167.5 KB
  Середня величина це узагальнююча кількісна характеристика сукупності однотипних явищ по одній варіюючій ознаці. Найважливішою умовою наукового використовування середніх величин в статистичному аналізі суспільних явищ в тому числі й методом динамічних...
69211. Статистка робочої сили та робочого часу 291 KB
  Статистка робочої сили та робочого часу. Суть та значення робочої сили та робочого часу. Статистика робочого часу та його структури. Аналіз використання робочого часу.