Кривошипно-шатунный механизм

Виды и общее устройство кривошипно-шатунного механизма

Во время работы двигателя силы, возникающие в кривошипношатунном механизме, при движении поршня от одной мёртвой точки к другой изменяют своё значение и направление. Характер этих сил определяют кинематическим и динамическим исследованиями кривошипношатунного механизма. Его кинематику и динамику рассматривают в установившемся скоростном режиме, когда достигается постоянная частота вращения коленчатого вала. В этом случае угловая скорость со, с'1 коленчатого вала определяется по формуле со = 2т,

Схемы кривошипно-шатунных механизмов

Рис. 139. Схемы кривошипно-шатунных механизмов:

а - центральный (аксиальный); б - смещённый (дезаксиальный)

где п - частота вращения коленчатого вала, об/с.

В автотракторных двигателях применяются два вида кривошипно-шатунных механизмов: центральные

(аксиальные) и смещённые (дезаксиальные).

Центральный (аксиальный) (рис. 139, а) кривошипно-шатунный механизм - это такой, у которого ось цилиндра пересекает ось коленчатого вала двигателя.

Смещённый (дезакси- альный) кривошипно-шатунный механизм - это такой, у которого ось цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала. Смещение (дезаксаж е) для двигателей равно е * 1,5... 1,6 мм. Относительный дезаксаж К - это отношение дезаксажа е к радиусу кривошипа г, то есть

Для современных двигателей относительный дезаксаж К = 0,04... 0,1.

Перемещение Л>/, скорость Сп и ускорение jn зависят от угла поворота коленчатого вала а, то есть

Графики зависимости перемещения, скорости и ускорения в зависимости от угла поворота коленчатого вала центрального дизельного двигателя показаны на рис. 140. Положительным считается направление скорости и ускорения, если они направлены к оси коленчатого вала, и отрицательным - от оси коленчатого вала.

Математические выражения для определения перемещения, скорости и ускорения поршня при повороте коленчатого вала на некоторый угол а запишется в следующем виде:

В этих формулах X - это отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, то есть

Для тракторных дизельных двигателей X принимается равным

0,22...0,31.

Кривошипно-шатунный механизм двигателя внутреннего сгорания (рис. 141) состоит из блока цилиндров, закрытых головкой 1, поршней 34 с

Графики зависимости перемещения, скорости и ускорения аксиального двигателя от угла поворота коленчатого вала

Рис Л 40. Графики зависимости перемещения, скорости и ускорения аксиального двигателя от угла поворота коленчатого вала

поршневыми и маслосъёмными кольцами, поршневых пальцев 33, шатунов 32 с втулками в верхней и вкладышами в нижней головках, коленчатого вала 27 с коренными подшипниками и маховика 41. Все детали кривошипно-шатунного механизма размешены в корпусе, состоящем из блок-картера 17, головки блока цилиндров

и поддона 29 картера.

Во время работы двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют давление газов, силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, инерции неуравновешенных вращающихся масс, сил тяжести и трения. Значение и направление этих сил (за исключением силы тяжести) изменяются в зависимости от угла поворота коленчатого вала и процессов, происходящих в цилиндре. Одни из этих сил полезны, так как обеспечивают работу двигателя, а другие вредны, так как вызывают износ его деталей. К полезным относится сила давления газов, возникающая в цилиндре при рабочем ходе поршня. Наибольшего значения она достигает в начале рабочего хода.

Поршень движется в цилиндре неравномерно. При подходе к мёртвым точкам его скорость уменьшается, а по мере удаления от них - увеличивается. В мёртвых точках скорость поршня равна нулю, при этом изменяется направление его движения. Когда поршень находится в ВМТ (шатун с кривошипом коленчатого вала в это время расположены вертикально), давление газов Р (рис. 142), действуя на шатун и кривошип, передаётся на коренные подшипники коленчатого вала, не вызывая его поворота. При повороте коленчатого вала на некоторый угол силу Р можно разложить на две составляющие: силу F, направленную по шатуну, и нормальную силу Ny действующую перпендикулярно стенке цилиндра. Перенося силу F по линии её действия к центру шатунной шейки вала и затем, разложив её на две составляющие, получим касательную силу Т, действующую по окружности вращения шатунной шейки, и радиальную силу Л, на

Двигатель СМД-14БН

Рис. 141. Двигатель СМД-14БН:

1 - головка блока цилиндров; 2- рубашка охлаждения; 3 - валик декомпрессионного механизма; 4 - сапун; 5 - гайка; 6 - шпилька; 7 - впускной клапан; 8 - пружины клапана; 9 - штанга толкателя; 10 - отводная труба; 11 - форсунка; 12- вставка камеры сгорания; 13 - цилиндр; 14 -прокладка; 15 - толкатель; 16 - распределительный вал; 17 - блок- картер; 18- шестерня распределительного вала; 19 - промежуточная шестерня; 20 - счётчик мото-часов; 21 - передняя опора; 22 - шкив; 23 - шестерня коленчатого вала; 24 - ведущая шестерня привода масляного насоса; 25 - ведомая шестерня привода масляного насоса; 26 - масляный насос; 27 - коленчатый вал; 28 - маслоприёмник; 29 - поддон картера; 30 - упорное полукольцо; 31 - крышка шатуна; 32 - шатун; 33 - поршневой палец; 34 - поршень; 35 - стенка блок-картера; 36 - верхний вкладыш коренного подшипника; 37 - крышка пятого коренного подшипника; 38 - нижний вкладыш коренного подшип-

Действуя на плечо г, равном радиусу кривошипа, сила Т вращает его. Сила N прижимает поршень к стенке цилиндра, увеличивая трение поршня и износ цилиндра. Кроме того, сила Nt действуя на плече а создает момент, стремящийся опрокинуть двигатель в сторону, обратную вращению коленчатого вала. Опрокидывающий момент, образуемый силой N., воспринимается опорой двигателя и рамой трактора. Сила R, направленная по кривошипу, создаёт давление на коренные подшипники коленчатого вала. Кроме этих сил, в двигателе действуют силы инерции, возникающие в результате неравномерного движения деталей шатуннопоршневой группы, а также центробежные силы. Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс - поршня с кольцами, поршневого пальца и верхней части шатуна равна произведению массы этих деталей на их ускорение, то есть

Силыдействующие в кривошипно-шатунном механизме

Рис. 142. Силыдействующие в кривошипно-шатунном механизме

где гпц - масса возвратно-поступательно движущихся деталей, кг; jn - ускорение возвратно-поступательно движущихся масс, равное

ускорению поршня, м/с2.

Сила инерции направлена в сторону, противоположную ускорению.

Для центрального кривошипно-шатунного механизма в общем виде сила инерции запишется:

Из формулы видно, что уменьшение силы инерции возможно при меньших значениях X, то есть при увеличении длины шатуна. Но это ведёт к увеличению габаритных размеров и массы двигателя, что нежелательно.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >