Кинематика кривошипно-шатунного механизма

При проведении кинематического исследования кривошипно-шатунного механизма используем уравнения кинематики, полученные для поршневых машин в общем и опубликованные в литературных источниках.

Кинематические исследования проводим исходя из следующих положений:

1. Рассматривается только центральный (аксиальный, нормальный) кривошипно-шатунный механизм, где ось цилиндра пересекается с осью коленчатого вала.

2. Предполагается, что вращение коленчатого вала происходит с постоянной угловой скоростью ω = const на заданном скоростном режиме работы двигателя.

3. Независимой переменной принимается угол поворота первого кривошипа коленчатого вала (град.) или (рад), отсчитываемый от положения кривошипа первого цилиндра, соответствующего положению поршня в нем в верхней мертвой точке (ВМТ) такта впуска (для четырехтактных двигателей) или ВМТ такта сжатия (для двухтактных двигателей). При этом поворот коленчатого вала (пкв) = 0º или = 0 рад (ГОСТ ДОО 23550 − 79).

4. Основными геометрическими размерами кривошипно-шатунного механизма являются: радиус кривошипа R и длина шатуна L.

5. Характеристикой кривошипно-шатунного механизма двигателя является отношение λ = R/L, которое для современных автотракторных двигателей лежит в пределах: λ = R/L = 0,23 .0,31.

При выборе λ для проектируемого двигателя необходимо руководствоваться следующими соображениями: с точки зрения уменьшения нормальных усилий на стенку цилиндра более длинный шатун (т.е. меньшее значение λ) предпочтительнее. Однако с уменьшением значения λ происходит увеличение высоты и массы шатуна, что приводит к росту сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс КШМ. При коротком шатуне возникает опасность задевания шатуна за нижнюю кромку цилиндра, а юбки поршня – за коленчатый вал.

В общих случаях анализа кинематики кривошипно-шатунного механизма принимают λ = 0,25.

6. Кривошипно-шатунный механизм включает три группы движущихся деталей, различающихся характером своего движения:

а) детали, совершающие вращательное движение − кривошип коленчатого вала и т.д.;

б) детали, совершающие прямолинейное движение − поршневая группа;

в) детали, совершающие сложное плоско-параллельное движение − шатунная группа.

7. В кинематическом исследовании выявляются закономерности изменений по углу поворота кривошипа:

а) перемещения детали ;

б) скорости детали ;

в) ускорения детали .

Радиус кривошипа принимаем в соответствии с принятым прототипом:

R = S/2 = 70/2 = 35 мм.

Принимаем l = R/Lш =0,25.

Длина шатуна будет:

Lш = R/0,25 = 35/0,25 = 140 мм.

Кривошип коленчатого вала совершает простое вращательное движение.

Поршень совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение.

Перемещение поршня определим по формуле:

Используя данное выражение, аналитическим путём определяем значения перемещения поршня от ВМТ до НМТ для ряда промежуточных значений и результаты заносим в таблицу 1.1.1.

Уравнение текущей скорости поршня может быть получено путём дифференцирования уравнения текущего перемещения поршня по времени. Скорость поршня определим по формуле:

где угловая скорость кривошипа будет:

Результаты значения скоростей поршня для ряда промежуточных значений заносим в таблицу 1.1.1.

Средняя скорость поршня представляет собой классификационный параметр и положена в основу теории подобия движения. Среднюю скорость поршня определим по формуле:

Этот параметр определяет не только быстроходность двигателя, но и характеризует его конструкцию с точки зрения тепловой и динамической напряженности, а также линейного износа цилиндров.

Максимальная скорость поршня будет:

Положения кривошипа в моменты максимального значения скорости поршня найдём из зависимости:

Информация по теме:

Расчет провозоспособности и потребного числа судов
Провозная способность судов и количество их, потребное для освоения перевозок, определяется при помощи расчета следующих показателей: Общее время рейса судна на линии: tр = tх + tст, сут. (33) Ходовое время рейса определяется следующим образом: , сут. (34) tр= (2461/14/24) + 34,7=42 сут Стояночное ...

Назначения и классификации пассажирских станций
Основное назначение пассажирских станций является обслуживание пассажиров, пассажирских и пригородных поездов. В крупных городах с населением более 1,5 млн. человек или с большим пассажиропотоком в пассажирском комплексе может быть две и более пассажирские станции. В менее крупных городах все примы ...

Проектирование поперечного профиля
За исходную отметку для составления поперечного профиля земляного полотна принимаем отметку верха земляного полотна по оси главного пути, которая находится выше отметки бровки земляного полотна, указываемой в продольном профиле, на высоту сливной призмы. Для заданных сечений намечаем на масштабном ...