Кинематика кривошипно-шатунного механизма

В автомобильных двигателях в основном используются следующие типы кривошипно-шатунного механизма (рис. 8.1): центральный (аксиальный), смещенный (дезаксиальный). Комбинируя данные схемы, можно сформировать кривошипно-шатунный механизм (КШМ) как линейного, так и многорядного многоцилиндрового двигателя. При этом смещенный механизм возможен в двух вариантах. В первом случае ось цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала, а во втором — ось поршневого пальца смещена относительно оси цилиндра.

При работе двигателя основные элементы КШМ совершают различные виды перемещений. Поршень движется возвратно-поступательно. Шатун совершает сложное плоскопараллельное движение в плоскости его качания. Кривошип коленчатого вала совершает вращательное движение относительно его оси.

В смещенных КШМ имеется еще один геометрический параметр, влияющий на его кинематику, — смещение оси цилиндра (пальца) относительно оси коленчатого вала а. При этом относительное смещение к = а/г является дополнительным к л критерием кинематического подобия смещенных КШМ. Таким образом, подобные смещенные КШМ имеют одинаковые л и к, где к изменяется от 0,02 до 0,1.

При кинематическом анализе КШМ приняты следующие допущения:

угловая скорость (частота вращения) коленчатого вала щ постоянна;

элементы КШМ абсолютно жесткие;

зазоры в подвижных сочленениях КШМ отсутствуют.

Кинематику КШМ можно полностью описать, если известны законы изменения во времени следующих параметров:

перемещения поршня X. Начало отсчета (X = 0) соответствует положению поршня в ВМТ; положительное направление отсчета принято при его движении от ВМТ к НМТ при вращении кривошипа по ходу часовой стрелки;

угла поворота кривошипа ц (начало отсчета — положение кривошипа при нахождении поршня в ВМТ);

угла отклонения шатуна в от оси цилиндра (в = 0 при ц = 0).

Кинематика кривошипа. Вращательное движение кривошипа коленчатого вала определено, если известны зависимости угла поворота ц, угловой скорости щ и ускорения е от времени t.

Кинематика поршня. Кинематика возвратно-поступательно движущегося поршня описывается зависимостями его перемещения Чц, скорости н4 и ускорения L в функции угла поворота кривошипа ц.

Кинематика шатуна. Сложное плоскопараллельное движение шатуна складывается из движения его верхней головки с кинематическими параметрами поршня и его нижней кривошипной головки с параметрами конца кривошипа. Кроме того, шатун совершает вращательное (колебательное) движение относительно точки сочленения с поршнем.