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

1 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

29189. Обнаружение, фиксация и изъятие следов ног 48 KB
  Обнаружение следов обуви Следы обуви чаще видимые = применяются в основном визуальные методы их обнаружения. Фиксация следов обуви: 1 описание в протоколе осмотра места происшествия Протокол осмотра места происшествия должен содержать следующую информацию: Всегда обращается внимание на качество следов. 1 Описывается вся обстановка: количество следов месторасположение следов взаиморасположение следов относительно друг друга.
29190. Криминалистическое значение следов ног 41.5 KB
  Следы ног встречаются реже. Это связано со следующими обстоятельствами: 1 механизм образования: взаимное воздействие двух гладких твёрдых поверхностей 2 при расследовании сложно установить относимость следов к происшествию на месте происшествия обычно бывает много людей = очень много следов. Криминалистическое значение следов ног: 1 по следам ног можно установить отдельные элементы механизма совершения преступления: пути подхода и отхода преступника направление движения преступника количество лиц находившихся на месте происшествия...
29191. Способы обнаружения следов рук 39.5 KB
  Предполагает использование не только зрительного аппарата человека но и специальных приборов осветительных увеличительных. 2 физические порошковый метод способ – это использование дактилоскопических порошков использование паров йода 3 химические способы В основном используются следующие реактивы: 5процентный водный раствор азотнокислого серебра 15процентный раствор нингидрина в ацетоне.
29192. Способы изготовления гипсовых слепков 42 KB
  Используется когда следы оставлены на влажной земле снеге и т. 2 насыпной 3 комбинированный Наливной способ изготовления гипсовых слепков Правила: 1 необходимо удалить из следа все посторонние включения частицы 2 если след неглубокий – нужно сделать вокруг следа валик из грунта или дощечек 3 необходимо изготовить каркас из веток или проволоки чтобы удержать форму следа. 5 гипсовый раствор заливают в след так чтобы было залито дно следа.
29193. «Дорожка» следов ног: её криминалистическое значение и элементы 46.5 KB
  Дорожку следов следует отличать от совокупности разрозненных следов. признаки дорожки следов: 1 это совокупность следов одного человека 2 следы должны быть оставлены в результате какоголибо поступательного движения ходьбы или бега 3 следы должны быть образованы и правой и левой ногами 4 количественная характеристика – следов должно быть не менее 3х. Рекомендуется все исследования проводить на 3х самых чётких следах если следов больше то выбираются самые чёткие.
29194. Криминалистическое значение следов орудий взлома и инструментов 49.5 KB
  Классификация следов орудий взлома 1 по механизму образования: поверхностные следы это например различные повреждения на внутренней части замков – царапины соскобы краски объёмные следы несут больше криминалистически значимой информации 2 по механизму образования: следы удара или отжима Остаются когда воздействие орудия взлома на поверхность происходит под прямым углом. Обычно это объёмные следы. следы скольжения Образуются при скользящем движении орудия взлома под углом или параллельно следовоспринимающей поверхности следы...
29195. Следы зубов человека 52.5 KB
  Для правильной оценки следов зубов необходимо рассмотреть строение зубного аппарата. Каждый из зубов имеет различную форму коронки. Они различны – относятся к количеству размерам форме зубов и т.
29196. Криминалистическое значение следов транспортного средства 57.5 KB
  Количество осей можно установить: в процессе стояния транспортного средства по следам стояния при повороте автомобиля т. Ширина колеи – это важный признак габаритов транспортного средства. 4 база автомобиля – это расстояние между осями транспортного средства.
29197. Классификация следов транспортных средств 55.5 KB
  Следы может оставлять любая часть транспортного средства: как ходовая часть колёса так и выступающие части автомобиля. Следы транспортных средств в широком смысле этого слова – это 1 отделившиеся части транспортного средства деталь целиком либо её осколки обломки 2 пролившиеся жидкости тормозная жидкость масло топливо 3 части перевозимых грузов. Некоторые криминалисты к следам транспортных средств относят также следы водителя оставленные вблизи транспортного средства.