Кривошипно-шатунный механизм. 
Конструкция автомобилей и тракторов

Виды и общее устройство кривошипно-шатунного механизма

Во время работы двигателя силы, возникающие в кривошипношатунном механизме, при движении поршня от одной мёртвой точки к другой изменяют своё значение и направление. Характер этих сил определяют кинематическим и динамическим исследованиями кривошипношатунного механизма. Его кинематику и динамику рассматривают в установившемся скоростном режиме, когда достигается постоянная частота вращения коленчатого вала. В этом случае угловая скорость со, с'¹ коленчатого вала определяется по формуле со = 2 т,

Рис. 139. Схемы кривошипно-шатунных механизмов:

а — центральный (аксиальный); б — смещённый (дезаксиальный) где п — частота вращения коленчатого вала, об/с.

В автотракторных двигателях применяются два вида кривошипно-шатунных механизмов: центральные.

(аксиальные) и смещённые (дезаксиальные).

Центральный (аксиальный) (рис. 139, а) кривошипно-шатунный механизм — это такой, у которого ось цилиндра пересекает ось коленчатого вала двигателя.

Смещённый (дезаксиальный) кривошипно-шатунный механизм — это такой, у которого ось цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала. Смещение (дезаксаж е) для двигателей равно е * 1,5… 1,6 мм. Относительный дезаксаж К — это отношение дезаксажа е к радиусу кривошипа г, то есть.

Для современных двигателей относительный дезаксаж К = 0,04… 0,1.

Перемещение Л>/, скорость С_п и ускорение j_n зависят от угла поворота коленчатого вала а, то есть

Графики зависимости перемещения, скорости и ускорения в зависимости от угла поворота коленчатого вала центрального дизельного двигателя показаны на рис. 140. Положительным считается направление скорости и ускорения, если они направлены к оси коленчатого вала, и отрицательным — от оси коленчатого вала.

Математические выражения для определения перемещения, скорости и ускорения поршня при повороте коленчатого вала на некоторый угол, а запишется в следующем виде:

В этих формулах X — это отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, то есть.

Для тракторных дизельных двигателей X принимается равным.

0,22…0,31.

Кривошипно-шатунный механизм двигателя внутреннего сгорания (рис. 141) состоит из блока цилиндров, закрытых головкой 1, поршней 34 с.

Рис Л 40. Графики зависимости перемещения, скорости и ускорения аксиального двигателя от угла поворота коленчатого вала

поршневыми и маслосъёмными кольцами, поршневых пальцев 33, шатунов 32 с втулками в верхней и вкладышами в нижней головках, коленчатого вала 27 с коренными подшипниками и маховика 41. Все детали кривошипно-шатунного механизма размешены в корпусе, состоящем из блок-картера 17, головки блока цилиндров и поддона 29 картера.

Во время работы двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют давление газов, силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, инерции неуравновешенных вращающихся масс, сил тяжести и трения. Значение и направление этих сил (за исключением силы тяжести) изменяются в зависимости от угла поворота коленчатого вала и процессов, происходящих в цилиндре. Одни из этих сил полезны, так как обеспечивают работу двигателя, а другие вредны, так как вызывают износ его деталей. К полезным относится сила давления газов, возникающая в цилиндре при рабочем ходе поршня. Наибольшего значения она достигает в начале рабочего хода.

Поршень движется в цилиндре неравномерно. При подходе к мёртвым точкам его скорость уменьшается, а по мере удаления от них — увеличивается. В мёртвых точках скорость поршня равна нулю, при этом изменяется направление его движения. Когда поршень находится в ВМТ (шатун с кривошипом коленчатого вала в это время расположены вертикально), давление газов Р (рис. 142), действуя на шатун и кривошип, передаётся на коренные подшипники коленчатого вала, не вызывая его поворота. При повороте коленчатого вала на некоторый угол силу Р можно разложить на две составляющие: силу F, направленную по шатуну, и нормальную силу N_y действующую перпендикулярно стенке цилиндра. Перенося силу F по линии её действия к центру шатунной шейки вала и затем, разложив её на две составляющие, получим касательную силу Т, действующую по окружности вращения шатунной шейки, и радиальную силу Л, на.

Рис. 141. Двигатель СМД-14БН:

1 — головка блока цилиндров; 2- рубашка охлаждения; 3 — валик декомпрессионного механизма; 4 — сапун; 5 — гайка; 6 — шпилька; 7 — впускной клапан; 8 — пружины клапана; 9 — штанга толкателя; 10 — отводная труба; 11 — форсунка; 12- вставка камеры сгорания; 13 — цилиндр; 14 -прокладка; 15 — толкатель; 16 — распределительный вал; 17 — блоккартер; 18- шестерня распределительного вала; 19 — промежуточная шестерня; 20 — счётчик мото-часов; 21 — передняя опора; 22 — шкив; 23 — шестерня коленчатого вала; 24 — ведущая шестерня привода масляного насоса; 25 — ведомая шестерня привода масляного насоса; 26 — масляный насос; 27 — коленчатый вал; 28 — маслоприёмник; 29 — поддон картера; 30 — упорное полукольцо; 31 — крышка шатуна; 32 — шатун; 33 — поршневой палец; 34 — поршень; 35 — стенка блок-картера; 36 — верхний вкладыш коренного подшипника; 37 — крышка пятого коренного подшипника; 38 — нижний вкладыш коренного подшип;

Действуя на плечо г, равном радиусу кривошипа, сила Т вращает его. Сила N прижимает поршень к стенке цилиндра, увеличивая трение поршня и износ цилиндра. Кроме того, сила N_t действуя на плече а создает момент, стремящийся опрокинуть двигатель в сторону, обратную вращению коленчатого вала. Опрокидывающий момент, образуемый силой N., воспринимается опорой двигателя и рамой трактора. Сила R, направленная по кривошипу, создаёт давление на коренные подшипники коленчатого вала. Кроме этих сил, в двигателе действуют силы инерции, возникающие в результате неравномерного движения деталей шатуннопоршневой группы, а также центробежные силы. Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс — поршня с кольцами, поршневого пальца и верхней части шатуна равна произведению массы этих деталей на их ускорение, то есть.

Рис. 142. Силыдействующие в кривошипно-шатунном механизме.

где гпц — масса возвратно-поступательно движущихся деталей, кг; jn — ускорение возвратно-поступательно движущихся масс, равное ускорению поршня, м/с².

Сила инерции направлена в сторону, противоположную ускорению.

Для центрального кривошипно-шатунного механизма в общем виде сила инерции запишется:

Из формулы видно, что уменьшение силы инерции возможно при меньших значениях X, то есть при увеличении длины шатуна. Но это ведёт к увеличению габаритных размеров и массы двигателя, что нежелательно.