2020-01-14
349
На рис. 1 представлены схемы кривошипно-шатунных механизмов (КШМ): центрального (нормального, а=0) и дезаксиального (а>0); приняты обозначения: x, v, j – перемещение, скорость движения и ускорение поршня; t – время; j, w – угол поворота и угловая скорость вращения кривошипа;
l=r/ℓш – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;
ка =а/r – относительное смещение осей цилиндра и коленчатого вала.
Дезаксиальные КШМ имеют некоторые преимущества по сравнению с центральными, в частности, более равномерный износ гильзы цилиндров. Однако эти преимущества для быстроходных автомобильных ДВС обычно незначительны. Наиболее распространены двигатели с центральным КШМ.
Величина l влияет на некоторые конструктивные и эксплуатационные параметры двигателя. При увеличении l за счет уменьшения ℓш могут быть снижены высота и масса двигателя.
Графики на рис. 2 показывают характеры изменения величин x, v, j в зависимости от угла j. Эти величины имеют по две составляющие:
х=xI+xII,
v=vI+vII,
j=jI+jII.
Они подсчитываются по известным формулам (рис. 1.). Указанные данные используются при расчете других важных параметров двигателя: инерционных нагрузок в деталях КШМ, средней скорости движения поршня:
На графике х=f(j) при 
показана поправка Ф.А. Брикса – 
, обусловленная непрямой пропорциональностью данной зависимости.
Рис. 1. Типичные схемы КШМ автомобильных двигателей и характерные соотношения (данные МАДИ (ГТУ))
Рис. 2. Зависимости х=f(j), v=f(j) и j=f(j)
Так, при повороте коленчатого вала на 90° – половину полоборота (180°) – поршень перемещается от ВМТ к НМТ не на половину полного хода S, а на большую величину 
, учитываемую данной поправкой.
В КШМ работающего двигателя со стороны днища поршня действуют переменные силы давления газов рг. С обратной стороны днища – давление газов в картере, близкое по величине к давлению окружающей среды ро. Сила давления газов на днище поршня в текущий момент времени Pг=(рг - ро)Fn, где Fn – площадь поперечного сечения днища поршня. В расчетах часто используется удельная сила (давление). Одновременно с газовыми силами в КШМ действуют силы инерции возвратно-поступательно движущихся и вращающихся масс деталей двигателя.
Количественная зависимость рг=f(j) может быть установлена путем перестроения индикаторной диаграммы рг=f(V) известными методами, например, с помощью зависимости Vх =Fn×x=Fnf(j). Функция х=f(j) представлена на рис. 2.
Для инженерного упрощенного расчета отмеченных сил инерции производится замена реального КШМ эквивалентной динамической системой сосредоточенных масс (рис. 3.). Полагают: масса поршневого комплекта mn сосредоточена на оси поршневого пальца; масса шатуна mш распределена по двум точкам – на оси поршневого пальца и на оси кривошипа.
Для распространенных автомобильных двигателей mшп=(0,2¸0,3)mш, mшк=(0,7¸0,8)mш.
В приближенных расчетах неуравновешенные массы mк кривошипа представляет масса шатунной шейки mшщ=mк, сосредоточенная на ее оси.
Таким образом, в рассматриваемой эквивалентной системе суммарная возвратно-движущаяся масса mj=mn+mшп, суммарная вращающаяся масса mr=mк+mшк. В V-образных двигателях с двумя шатунами, расположенными на шатунной шейке mr=mк+2mшк.
