Кривошипно-шатунный механизм


Общие сведения и схемы компоновок механизма

В поршневых двигателях применяют два типа кривошипно-шатунных механизмов: тронковые и крейцкопф ные. В тронковых механизмах шатун ш-арнирно соединен непосредственно с нижней направляющей (тронковой) частью поршня (рис. 2.1), тогда как в крейцкопфных механизмах поршень соединяется с шалуном через шток и крейцкопф, которые служат для поршня направляющими (см. рис. 1.5). Крейцкопфные механизмы сложны и громоздки.
Схемы наиболее распространенных компоновок кривошипно-шатун-ного механизма автомобилвных й тракторных двигателей
В двигателях автомобилей и тракторов применяют более про-• стые и компактные тронковые крнвошипно-шатунные~ механизмы, которые в настоящее время широко применяют и в двигателях других типов (стационарные, судовые); Однако для двигателей двойного действия крейцкопфные механизмы остаются единственно возможными. Такие двигатели обычно строят двухтактными, позволяющими более чем в три раза увеличивать мощность силовых установок по сравнению с аналогичными установками, снабженными четырехтактными двигателями простого действия.
Кривошипно-шатунный механизм двигателей, как отмечалось, состоит из неподвижных и подвижных деталей, причем неподвижные детали образуют остов двигателя (см. рис. 1.1, б), в котором функционируют все другие его механизмы и системы.
Наиболее распространенные схемы компоновок кривошипно-шатунного механизма автомобильных и тракторных двигателей приведены на рис. 2.1.
Двигатели, построенные по схемам рис. 2.1, а, б, в, называют однорядными. Для автомобилей и тракторов чаще всего применяют схему а с вертикальным расположением цилиндров. В двигателях, предназначенных для автобусов, с успехом применяют схемы в с горизонтальным расположением цилиндров. Схему б с наклонным расположением цилиндров (под углом от 20 до 45° к вертикальной оси) используют для некоторых легковых автомобилей,-что позволяет более рационально размещать вспомогательное оборудование и впускные трубопроводы.
Двигатели, построенные по схемам гид, называют двухрядными. Особенно широко применяют схему г с V-образным расположением цилиндров. Четырех- и восьмицилиндровые V-образ-ные двигатели по условиям их уравновешенности строят с углом между осями цилиндров, равным 90°. Они выгодно отличаются по габаритам и массам от соответствующих однорядных и одинаково успешно используются на легковых автомобилях, средних и тяжелых грузовиках и на тракторах, нуждающихся в силовых агрегатах повышенной мощности. Двигатели, выполненные по схеме д, с углом между осями цилиндров 180° называют- оппозит-ными. Такие двигатели с противолежащим расположением цилиндров применяют в основном на мотоциклах, так как обслуживание их на автомобиле менее удобно, чем, например, V-образных или однорядных горизонтальных.
СИЛЫ И МОМЕНТЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ПОДВИЖНЫЕ И НЕПОДВИЖНЫЕ ДЕТАЛИ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА
Для поршневых двигателей характерным является неравномерность хода. Так, в четырехтактных двигателях только пол-оборота приходится на активный рабочий ход поршня, когда последний «взрывом» газов отбрасывается к н. м. т. Следовательно, за время однога рабочего цикла коленчатый вал их вращается с разной угловой скоростью. Если предположить, что коленчатый вал вращается равномерно, то и в этом идеальном случае поршень в конце каждого хода меняет направление своего движения. В мертвых точках его скорость равна нулю, а потом нарастает до максимума, составляющего 12—17 м/с в тракторных и до 25 м/с в автомобильных двигателях при номинальной частоте
вращения вала и снова уменьшается до нуля в смежной мертвой точке. Такое неравномерное движение поршня и связанного с ним комплекта подвижных деталей порождает переменные по величине и направлению силы инерции Щ возвратно-движущихся масс, действующие вдоль оси его движения, т. е. по оси цилиндра, как показано на рис. 2.1.
Силы инерции периодически меняя величину и направление своего действия, вызывают колебания двигателя вне зависимости от принятой схемы кривошипно-шатунного механизма, если остаются неуравновешенными. Возникающая при этом вибрация двигателя передается на опоры его крепления и на раму экипажа, нагружая все узлы, что увеличивает интенсивность их износа, повышает уровень шума и ускоряет утомляемость водителя.
Устранить вибрацию, вызываемую силами инерции масс кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение, можно только в случае, если удается создать силы, равные по величине и противоположно направленные силам, вызывающим вибрацию. Для этого, как установлено, двигатель должен иметь несколько цилиндров с общим коленчатым валом, допускающим организацию необходимого разнонаправленного движения порШ'ней в отдельных цилиндрах.
В многоцилиндровых двигателях интервал между рабочими ходами, выраженный в градусах угла[поворота вала, предопределяется числом цилиндров Т. Для четырехтактных и двухтактных двигателей эти интервалы при равномерном чередовании рабочих ходов соответственно равны 720% и 360°Ц. Чем больше число i\ тем равномернее вращение вала двигателя.
Силы давления газов в надпоршневой полости одинаково действуют как на поршень, так и на головку цилиндра, поэтому, имея всегда равную себе величину и противоположное направление (рис. 2.1, а) эти силы взаимно уравновешиваются внутри системы и не вызывают вибрации двигателя. Равнодействующая газовых сил направлена по оси цилиндра, а величина ее равна где рг — избыточное удельное давление газов, взятое по индикаторной диаграмме, МПа; Fn — площадь поршня, м2.
Сила давления газов Рг и сила инерции Р\, действующие по оси цилиндра, суммируясь, дают равнодействующую Ps=Pr+Pj, которая, будучи приложена к поршневому пальцу, раскладывается на боковую силу Nq давления на стенку цилиндра и на силу Рщ, действующую по оси шатуна (рис. 2.1, е).
Если силу Рш, руководствуясь правилами механики, перенести по линии ее действия в центр шатунной шейки и разложить на составляющие, то получим силу Т, перпендикулярную оси кривошипа, и силу Z, направленную по оси кривошипа (рис. 2.1). Силу Т называют тангенциальной. Произведение силы Т на радиус кривошипа г называется крутящим моментом где Мкр — определяют путем непосредственного измерения, как отмечалось ранее. Крутящий момент измеряют для ряда скоростей вращения вала двигателя, а затем пересчетом определяют мощность двигателя, развиваемую при этих скоростях вращения вала. Получаемую таким образом закономерность изменения мощности двигателя по частоте (скорости) вращения вала называют скоростной характеристикой Ne=f(n).
Если нагрузка при этом была полной, то характеристику называют внешней скоростной. Она является единственной для данного двигателя, так как ее снимают при полной подаче топлива (в дизелях) или горючей смеси (в бензиновых и газовых двигателях). При неполных нагрузках получают частичные скоростные характеристики.
Характеристики, снятые при n=const, называют нагрузочными, оценивающими часовой и удельный расходы топлива в зависимости от развиваемой двигателем мощности.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17