Массы возвратно-поступательно движущихся частей КШМ. Приведение к двум массам массы шатуна.

Для определения сил инерции необходимо знать массы деталей кривошипно-шатунного механизма. При этом для упрощения динамического расчета заменяют действительный кривошипный механизм динамически эквивалентной системой сосредоточенных масс. Все движущиеся детали по характеру их движения делятся на три группы.

1. Детали, совершающие возвратно-поступательные движения вдоль оси цилиндра (поршневая группа). Масса поршня с кольцами и пальцем считается сосредоточенной на оси поршневого пальца и обозначается .

2. ×àñòè êîëåí÷àòîãî âàëà, ñîâåðøàþùèå вращательное движение. Массы этих частей заменяются массой, приведенной к радиусу кривошипа R, и обозначаются .

Приведение производится с соблюдением условия равновесия центробежных сил инерции действительных масс центробежной силе приведенной массы.

Масса шатунной шейки с прилежащими частями щек принимается сосредоточенной по середине оси шейки и, т.к. центр тяжести ее удален от оси вала на расстояние, равное R, приведение этой массы не требуется.

Масса средней части щеки, имеющей центр тяжести на радиусе , приводится к радиусу R

3. Детали, совершающие сложное плоскопараллельное движение (шатунная группа).

Шатун приближенно заменяется системой двух статически замещающих масс – массы , сосредоточенной на оси поршневого пальца, и массы , сосредоточенной на оси шатунной шейки вала.

Массу шатуна делят на две части: а) массу, отнесенную к оси пальца поршня ; б) массу, отнесенную к оси кривошипной головки .

Кинематическая схема центрального КШМ. Перемещение поршня диаграммы перемещения 1-го н 2-го порядка

Рис. 2. Основные конструктивные схемы кривошипно-шатунных механизмов автомобильных и тракторных двигателей

Наибольшее распространение в автомобильных и тракторных двигателях получил центральный КШМ, для которого и выполним кинематический и ди­намический анализы работы, необходимые для определения величины и ха­рактера изменения сил, возникающих в его элементах при работе двигателя.

Примем следующие обозначения (см. рис. 2): ф - угол поворота кри­вошипа в рассматриваемый момент времени, отсчитываемый от оси ци­линдра в направлении вращения коленчатого вала по часовой стрелке. При ф = 0 поршень занимает крайнее положение А₁ - ВМТ, при ф =180° пор­шень занимает положение A₂ - НМТ; в - угол отклонения оси шатуна в плоскости его качания в сторону от оси цилиндра; отклонение в направле­нии вращения вала считается положительным, а в противоположном - от­рицательным; ю = %n\ 30 - угловая скорость вращения кривошипа; r = OB - радиус кривошипа (расстояние между осями коренной и шатунной шеек кривошипа); L = AB - длина шатуна (расстояние между осями поршневой и кривошипной головок шатуна); Х = r/L - безразмерный параметр КШМ (отношение радиуса кривошипа к длине шатуна). Значение этого парамет­ра для автомобильных и тракторных двигателей находится в пределах 1/3... 1/4, (т. е. 0,31...0,24); S = 2r = A₁A₂ - полный ход поршня.

Перемещение поршня в соответствии с уравнением можно представить как сумму гармонических перемещений первого и второго порядков

где

– перемещение поршня первого порядка (если бы шатун имел бесконечно большую длину

т. е. при учете лишь первого члена бинома;

– перемещение поршня второго порядка, т. е. дополнительное перемещение, зависящее от конечной длины шатуна и определяемое вторым членом разложения.

Характер перемещения поршня и его слагаемых в зависимости от угла поворота кривошипа показан на рис. 3. Из графика видно, что при повороте коленчатого вала на угол φ = 90º (первая часть окружности) поршень проходит больше половины своего хода.