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

38877. Природа света и цвета 5.75 MB
  Согласно научному определению, «свет – это электромагнитное излучение» или энергия, которая распространяется в пространстве с одинаковой скоростью под действием природного или искусственного источника света (солнца, лампы накаливания и др.). Эта энергия рассматривается в физике как электромагнитные волны, которые отличаются по своей длине.
38878. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРУДОВЫХ РЕСУРСОВ В МУСХП «ЛУЧ» САФОНОВСКОГО РАЙОНА СМОЛЕНСКОЙ ОБЛАСТИ 1.35 MB
  Вопросы подлежащие разработке исследованию: рассмотреть теоретические основы формирования и использования трудовых ресурсов; дать характеристику организационнохозяйственной деятельности объекта исследования; проанализировать обеспеченность предприятия трудовыми ресурсами экономические и финансовые результаты деятельности предприятия; рассмотреть производительность труда работников предприятия и выявить пути её увеличения; разработать и обосновать резервы повышения эффективности использования трудовых ресурсов.2 Анализ производительности...
38880. Особенности экономического анализа бухгалтерской (финансовой) отчетности в государственных(муниципальных) учреждениях 868 KB
  Методы анализа бухгалтерской финансовой отчетности Анализ бухгалтерской отчетности предполагает установление и изучение взаимосвязей и взаимозависимостей между различными показателями финансовохозяйственной деятельности учреждения включенными в отчетность. Стандартные приемы методы анализа финансовой отчетности: анализ абсолютных показателей – путем сравнения показателей учреждения с показателями конкурентов: горизонтальный – сравнение интересующих позиций отчетности с данными предыдущих периодов; вертикальный –...
38882. Методические указания к разработке экономической части дипломного проектирования с элементами УИРС 229 KB
  Балансовая стоимость оптовая цена единицы техники руб. Кi=Цi IКтрКмКс руб. 4 где Кi – капитальные вложения по базовому и проектируемому вариантам руб.: Цi – цена оборудования по вариантам руб.
38883. ПОДГОТОВКА И ЗАЩИТА ДИПЛОМНЫХ, ВЫПУСКНЫХ И КУРСОВЫХ РАБОТ 762 KB
  Лобачевского ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 4 Общие замечания 4 Выбор темы исследования 7 Взаимодействие с научным руководителем 7 Проблема исследования 9 Составление библиографии и работа с литературой 10 Оформление библиографического аппарата 13 Композиция исследования 18 Рубрикация текста 22 Язык и стиль изложения 24 Объем работы и правила её оформления 26 Основные принципы визуализации социологических данных 28 Защиты курсовой и выпускной работ 42 Защита дипломной работы 44 Приложение I. Образец заявления о выборе темы...
38884. Разработка САЙТА на cms joomla 2.5 2.1 MB
  Профессионально созданный сайт обеспечивает легкость его нахождения по запросам в поисковых системах, поскольку целевую аудиторию составляют пользователи, которые ищут конкретную информацию в Интернете. Постоянный контакт с клиентами и партнёрами позволяет оперативно реагировать на изменения рынка и проводить своевременную коррекцию. Кроме того, расходы на рекламу в Интернете значительно ниже, чем в традиционных средствах.
38885. Розробка програмного забезпечення для підтримки сайту виробничо-торгівельного підприємства 416.5 KB
  Сайт – це сукупність веб-сторінок, доступних у мережі Інтернет, які обєднані як за змістом, так і навігаційно. Фізично сайт може розміщуватися як на одному, так і на кількох серверах. Сайтом також називають вузол мережі Інтернет, компютер, за яким закріплена унікальна ІР-адреса, і взагалі будь-який обєкт в Інтернеті, за яким закріплена адреса, що ідентифікує його в мережі (FTP-site, WWW-site тощо).