Kurbelmechanismus. Berechnung des Kurbeltriebs. Kinematische Berechnung der Kurbelwelle Optimale Methoden zur Berechnung der Dynamik des cshm

Kinematik des Kurbeltriebs

In Autotraktor-Verbrennungsmotoren werden hauptsächlich zwei Arten von Kurbeltrieben (KShM) verwendet: zentral(axial) u versetzt(deaxial) (Abb. 5.1). Ein Versatzmechanismus kann entstehen, wenn die Zylinderachse die Achse der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine nicht schneidet oder gegenüber der Achse des Kolbenbolzens versetzt ist. Ein Mehrzylinder-Verbrennungsmotor wird auf der Grundlage der angegebenen Schemata der Kurbelwelle in Form einer linearen (Reihen-) oder mehrreihigen Bauweise gebildet.

Reis. 5.1. Kinematische Diagramme des KShM eines Autotraktormotors: a- zentrale lineare; b- linear versetzt

Die Bewegungsgesetze von Teilen der Kurbelwelle werden anhand ihrer Struktur, der wichtigsten geometrischen Parameter ihrer Glieder untersucht, ohne die Kräfte zu berücksichtigen, die ihre Bewegung verursachen, und Reibungskräfte sowie das Fehlen von Lücken zwischen zusammenpassenden beweglichen Elementen und eine konstante Winkelgeschwindigkeit der Kurbel.

Die wichtigsten geometrischen Parameter, die die Bewegungsgesetze der Elemente des zentralen KShM bestimmen, sind (Abb. 5.2, a): Hr. Kurbelwellenradius; / w - Pleuellänge. Parameter A = g/1 w ist ein Kriterium für die kinematische Ähnlichkeit des Zentralmechanismus. In Autotraktor-Verbrennungsmotoren werden Mechanismen mit A = 0,24 ... 0,31 verwendet. Bei deaxialen Kurbelwellen (Abb. 5.2, b) die Mischmenge der Achse des Zylinders (Finger) relativ zur Achse der Kurbelwelle (a) beeinflusst seine Kinematik. Bei Autotraktor-Verbrennungsmotoren die relative Verdrängung zu = ein/g= 0,02...0,1 - zusätzliches kinematisches Ähnlichkeitskriterium.

Reis. 5.2. Berechnungsschema von KShM: a- zentral; b- versetzt

Die Kinematik der Kurbelwellenelemente wird beschrieben, wenn sich der Kolben ausgehend von OT nach UT bewegt und sich die Kurbel im Uhrzeigersinn dreht, nach den Gesetzen der Zeitänderung (/) die folgenden Optionen:

• ? Kolbenhub - x;
• ? Kurbelwinkel - (p;
• ? Abweichungswinkel der Pleuelstange von der Zylinderachse - (3.

Die Analyse der Kinematik der Kurbelwelle erfolgt bei Konstanz Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle Kurbel co oder Kurbelwellendrehzahl ("), verbunden durch die Beziehung co \u003d kp/ 30.

Bei Betrieb des Verbrennungsmotors bewegliche Elemente der KShM machen folgende Bewegungen:

• ? die Drehbewegung der Kurbelwelle relativ zu ihrer Achse wird durch die Abhängigkeiten des Drehwinkels cp, der Winkelgeschwindigkeit co und der Beschleunigung e von der Zeit bestimmt t. In diesem Fall cp \u003d w/ und mit der Konstanz von w - e \u003d 0;
• ? Die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens wird durch die Abhängigkeiten seines Weges x, seiner Geschwindigkeit v und seiner Beschleunigung beschrieben j vom Drehwinkel der Kurbel vgl.

Bewegen des Kolbens des zentralen KShM, wenn die Kurbel um einen Winkel cp gedreht wird, wird als Summe ihrer Verschiebungen aus der Drehung der Kurbel um einen Winkel cp (Xj) und aus der Abweichung der Pleuelstange um einen Winkel p (x p) bestimmt (siehe Abb. 5.2):

Diese Abhängigkeit, mit dem Verhältnis X = g/1 w, die Beziehung zwischen den Winkeln cp und p (Asincp = sinp), lässt sich näherungsweise als Summe von Oberschwingungen darstellen, die Vielfache der Kurbelwellendrehzahl sind. Zum Beispiel für X= 0,3 stehen die Amplituden der ersten Harmonischen im Verhältnis 100:4,5:0,1:0,005. Dann kann mit für die Praxis ausreichender Genauigkeit die Beschreibung des Hubweges auf die ersten beiden Harmonischen beschränkt werden. Dann gilt für cp = co/

Kolbengeschwindigkeit definiert als und ungefähr

Kolbenbeschleunigung berechnet nach der Formel und ungefähr

BEI moderne Verbrennungsmotoren v max = 10...28 m/s, y max = 5000...20 000 m/s 2 . Mit zunehmender Kolbengeschwindigkeit nehmen Reibungsverluste und Motorverschleiß zu.

Für eine verschobene KShM haben die ungefähren Abhängigkeiten die Form

Diese Abhängigkeiten unterscheiden sich im Vergleich zu ihren Gegenstücken für die zentrale Kurbelwelle durch einen zusätzlichen Term proportional zu kk. Da für moderne Motoren sein Wert ist kk= 0,01...0,05, dann ist ihr Einfluss auf die Kinematik des Mechanismus gering und wird in der Praxis meist vernachlässigt.

Die Kinematik der komplexen planparallelen Bewegung der Pleuelstange in der Ebene ihrer Schwingung besteht aus der Bewegung ihres oberen Kopfes mit den kinematischen Parametern des Kolbens und der Drehbewegung relativ zum Anlenkpunkt der Pleuelstange mit dem Kolben .

Das Hauptglied des Kraftwerks ausgelegt für Verkehrstechnik ist ein Kurbeltrieb. Seine Hauptaufgabe besteht darin, die geradlinige Bewegung des Kolbens in die Drehbewegung der Kurbelwelle umzuwandeln. Die Betriebsbedingungen der Elemente des Kurbeltriebs sind durch einen weiten Bereich und eine hohe Wiederholungsfrequenz wechselnder Belastungen in Abhängigkeit von der Position des Kolbens, der Art der im Zylinder ablaufenden Prozesse und der Drehzahl der Motorkurbelwelle gekennzeichnet.

Die Berechnung der Kinematik und die Bestimmung der im Kurbeltrieb auftretenden dynamischen Kräfte erfolgt für einen gegebenen Nennmodus unter Berücksichtigung der Ergebnisse der thermischen Berechnung und der zuvor angenommenen Konstruktionsparameter des Prototyps. Die Ergebnisse der kinematischen und dynamischen Analyse werden verwendet, um die Festigkeit zu berechnen und die spezifischen Konstruktionsparameter oder Abmessungen der Hauptkomponenten und Teile des Motors zu bestimmen.

Die Hauptaufgabe der kinematischen Berechnung besteht darin, die Verschiebung, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Elemente des Kurbeltriebs zu bestimmen.

Aufgabe der dynamischen Berechnung ist es, die im Kurbeltrieb wirkenden Kräfte zu ermitteln und zu analysieren.

Die Drehwinkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle wird entsprechend der gegebenen Drehzahl als konstant angenommen.

Die Berechnung berücksichtigt Belastungen aus den Druckkräften von Gasen und aus den Trägheitskräften bewegter Massen.

Die aktuellen Werte der Gasdruckkraft werden auf der Grundlage der Ergebnisse der Berechnung der Drücke an den charakteristischen Punkten des Arbeitszyklus nach dem Aufbau und der Entwicklung des Indikatordiagramms in Koordinaten durch den Drehwinkel der Kurbelwelle bestimmt.

Die Trägheitskräfte der bewegten Massen des Kurbeltriebs teilen sich auf in die Trägheitskräfte der hin- und hergehenden Massen Pj und die Trägheitskräfte der rotierenden Massen KR.

Die Trägheitskräfte der bewegten Massen des Kurbeltriebs werden unter Berücksichtigung der Abmessungen des Zylinders ermittelt, Design-Merkmale KShM und die Massen seiner Teile.

Um die dynamische Berechnung zu vereinfachen, ersetzen wir den eigentlichen Kurbeltrieb durch ein äquivalentes System konzentrierter Massen.

Alle Teile der KShM sind nach Art ihrer Bewegung in drei Gruppen eingeteilt:

• 1) Teile, die eine hin- und hergehende Bewegung ausführen. Dazu gehören die Masse des Kolbens, die Masse der Kolbenringe, die Masse des Kolbenbolzens und betrachten sie als auf die Achse des Kolbenbolzens konzentriert - mn .;
• 2) Teile, die eine Drehbewegung ausführen. Die Masse solcher Teile wird durch die auf den Kurbelradius Rkp reduzierte Gesamtmasse ersetzt und mit mk bezeichnet. Sie beinhaltet die Masse des Pleuelzapfens mshsh und die reduzierte Masse der Kurbelwangen msh, konzentriert auf die Achse des Pleuelzapfens;
• 3) Details, die eine komplexe planparallele Bewegung machen (Stabgruppe). Um die Berechnungen zu vereinfachen, ersetzen wir es durch ein System von 2 statisch beabstandeten Massen: die Masse der Pleuelgruppe, konzentriert auf die Achse des Kolbenbolzens - mshp und die Masse der Pleuelgruppe, bezogen und konzentriert auf die Achse des Pleuelzapfens der Kurbelwelle - mshk.

Dabei:

mshn+ mshk= msh,

Für die meisten bestehenden Strukturen Automobilmotoren annehmen:

mshn = (0,2…0,3) msh;

mshk = (0,8…0,7) msh.

Daher ersetzen wir das KShM-Massensystem durch ein System aus 2 konzentrierten Massen:

Masse an Punkt A - hin- und hergehend

und die Masse am Punkt B, die eine Drehbewegung ausführt

Die Werte von mn, msh und mk werden anhand der vorhandenen Konstruktionen und konstruktiven spezifischen Massen von Kolben, Pleuel und Kurbelknie, bezogen auf die Flächeneinheit des Zylinderdurchmessers, ermittelt.

Tabelle 4 Spezifische Strukturgewichte von KShM-Elementen

Die Fläche des Kolbens ist

Um mit der kinematischen und dynamischen Berechnung zu beginnen, müssen die Werte der strukturellen spezifischen Massen der Elemente des Kurbelmechanismus aus der Tabelle entnommen werden

Annehmen:

Unter Berücksichtigung der akzeptierten Werte ermitteln wir die tatsächlichen Werte der Masse einzelne Elemente Kurbelmechanismus

Kolbenmasse kg,

Pleuelmasse kg,

Masse des Kurbelschenkels kg

Gesamtgewicht KShM-Elemente, die eine Hin- und Herbewegung ausführen, sind gleich

Die Gesamtmasse der Elemente, die eine Drehbewegung ausführen, unter Berücksichtigung der Reduzierung und Verteilung der Masse der Pleuelstange, ist

Tabelle 5 Ausgangsdaten für die Berechnung von KShM

Wenn der Motor in der Kurbelwelle läuft, wirken die folgenden Hauptkraftfaktoren: Gasdruckkräfte, Trägheitskräfte der bewegten Massen des Mechanismus, Reibungskräfte und das Moment des nützlichen Widerstands. Bei der dynamischen Analyse der Kurbelwelle werden Reibungskräfte meist vernachlässigt.

8.2.1. Gasdruckkräfte

Die Kraft des Gasdrucks entsteht durch die Durchführung des Arbeitszyklus im Motorzylinder. Diese Kraft wirkt auf den Kolben und ihr Wert ist definiert als das Produkt aus dem Druckabfall über dem Kolben und seiner Fläche: P G = (S G -p um )F P . Hier R d - Druck im Motorzylinder über dem Kolben; R o - Druck im Kurbelgehäuse; F n ist die Fläche des Kolbenbodens.

Um die dynamische Belastung der Elemente der Kurbelwelle zu beurteilen, die Abhängigkeit von der Kraft R g aus der Zeit. Es wird normalerweise erhalten, indem das Indikatordiagramm aus den Koordinaten neu erstellt wird R–v in den Koordinaten R-φ durch Definieren V φ = x φ F P Mit unter Verwendung von Abhängigkeit (84) oder graphischen Methoden.

Die auf den Kolben wirkende Gasdruckkraft belastet die beweglichen Elemente der Kurbelwelle, wird auf die Hauptlager des Kurbelgehäuses übertragen und im Inneren des Motors aufgrund der elastischen Verformung der Elemente, die den Zylinderinnenraum bilden, durch Kräfte ausgeglichen R d und R/ g wirken auf den Zylinderkopf und auf den Kolben. Diese Kräfte werden nicht auf die Motorlager übertragen und führen nicht zu einer Unwucht.

8.2.2. Trägheitskräfte bewegter Massen von KShM

Ein echtes KShM ist ein System mit verteilten Parametern, dessen Elemente sich ungleichmäßig bewegen, was das Auftreten von Trägheitskräften verursacht.

In der Ingenieurpraxis werden zur Analyse der Dynamik des CSM häufig dynamisch äquivalente Systeme mit konzentrierten Parametern verwendet, die auf der Grundlage der Methode der Massensubstitution synthetisiert werden. Das Äquivalenzkriterium ist die Gleichheit in jeder Phase des Arbeitszyklus der gesamten kinetischen Energien des Ersatzmodells und des Mechanismus, den es ersetzt. Die Technik zum Synthetisieren eines Modells, das einem CVSM entspricht, basiert auf dem Ersetzen seiner Elemente durch ein System von Massen, die durch gewichtslose, absolut starre Bindungen miteinander verbunden sind.

Details der Kolbengruppe führen eine geradlinige Hin- und Herbewegung aus entlang der Achse des Zylinders und bei der Analyse seiner Trägheitseigenschaften durch eine gleiche Masse ersetzt werden m n, konzentriert im Schwerpunkt, dessen Position praktisch mit der Achse des Kolbenbolzens zusammenfällt. Die Kinematik dieses Punktes wird durch die Gesetze der Kolbenbewegung beschrieben, wodurch die Kolbenträgheitskraft entsteht Pj P = -m P j, wo j- Beschleunigung des Massenschwerpunktes gleich der Beschleunigung des Kolbens.

Abbildung 14 - Schema Kurbelmechanismus V-förmiger Motor mit Anhänger-Pleuelstange

Abbildung 15 - Die Bahnen der Aufhängungspunkte der Haupt- und Anhängerverbindungsstangen

Die Kurbelwelle Kurbelwelle führt eine gleichmäßige Drehbewegung aus. Konstruktiv besteht es aus einer Kombination aus zwei Hauptzapfenhälften, zwei Wangen und einem Pleuelzapfen. Die Trägheitseigenschaften der Kurbel werden durch die Summe der Fliehkräfte der Elemente beschrieben, deren Massenschwerpunkte nicht auf ihrer Drehachse liegen (Wangen und Pleuelzapfen): K k \u003d K r ww +2K r w = t w . w rω² + 2t sch ρ sch ω 2 , wo Kr w . w Kr du und r, p u - Zentrifugalkräfte und Abstände von der Rotationsachse zu den Massenschwerpunkten des Pleuelzapfens und der Wange, m ww und m u - Massen des Pleuelhalses und der Wangen.

Die Elemente der Pleuelgruppe führen eine komplexe planparallele Bewegung aus, die als Satz einer Translationsbewegung mit den kinematischen Parametern des Massenschwerpunkts und einer Rotationsbewegung um eine Achse dargestellt werden kann, die durch den Massenschwerpunkt senkrecht zur Schwenkebene des Pleuels verläuft. In dieser Hinsicht werden seine Trägheitseigenschaften durch zwei Parameter beschrieben - Trägheitskraft und Moment.

Das äquivalente System, das die KShM ersetzt, ist ein System aus zwei starr miteinander verbundenen Massen:

Eine auf der Stiftachse konzentrierte Masse, die sich entlang der Zylinderachse mit den kinematischen Parametern des Kolbens hin- und herbewegt, mj = m P +m w . P ;

Eine Masse, die sich auf der Achse des Pleuelzapfens befindet und eine Drehbewegung um die Achse der Kurbelwelle ausführt, t r = t zu +t w . bis (für V-förmige Verbrennungsmotoren mit zwei Pleuelstangen auf einem Kurbelwellenzapfen, t r = m bis + m Toilette.

In Übereinstimmung mit dem angenommenen KShM-Modell ist die Masse mj verursacht eine Trägheitskraft Pj \u003d -mjj, und Masse r erzeugt eine zentrifugale Trägheitskraft Kr \u003d - a ww t r = t r rω 2 .

Trägheitskraft P j wird durch die Reaktionen der Stützen, auf denen der Motor installiert ist, ausgeglichen. Da es in Größe und Richtung variabel ist, kann es, wenn keine besonderen Maßnahmen zum Ausgleich getroffen werden, zu einer äußeren Unwucht des Motors führen, wie in Abbildung 16 dargestellt. a.

Bei der Analyse der Dynamik des Verbrennungsmotors und insbesondere seiner Balance unter Berücksichtigung der zuvor gewonnenen Beschleunigungsabhängigkeit j vom Kurbelwinkel φ Trägheitskraft Rj Es ist zweckmäßig, als Summe zweier harmonischer Funktionen darzustellen, die sich in Amplitude und Änderungsrate des Arguments unterscheiden und als Trägheitskräfte der ersten bezeichnet werden ( Pj ich) und zweitens ( Pj ii) Bestellung:

Pj= – m j rω 2(Kos φ+λ cos2 φ ) = C cos φ + λC cos 2φ=P f ich +P j II ,

wo AUS = –m j rω 2 .

Zentrifugalkraft der Trägheit K r =m r rω 2 rotierende Massen KShM ist ein Vektor konstanter Größe, der vom Rotationszentrum entlang des Radius der Kurbel gerichtet ist. Stärke Kr wird auf die Motorlager übertragen und verursacht Variablen in Bezug auf die Größe der Reaktion (Abbildung 16, b). Daher die Stärke Kr wie die Kraft von R j, kann die Ursache für die Unwucht des Verbrennungsmotors sein.

a - Stärke Pj;Stärke Kr; K x \u003d Kr cos φ = Kr weil ( ωt); K y \u003d K r Sünde φ = Kr Sünde( ωt)

Reis. 16 - Wirkung von Trägheitskräften auf Motorlager.

Wenn der Motor in der Kurbelwelle läuft, wirken die folgenden Hauptkraftfaktoren: Gasdruckkräfte, Trägheitskräfte der bewegten Massen des Mechanismus, Reibungskräfte und das Moment des nützlichen Widerstands. Bei der dynamischen Analyse der Kurbelwelle werden Reibungskräfte meist vernachlässigt.

Reis. 8.3. Auswirkungen auf KShM-Elemente:

a - Gaskräfte; b - Trägheitskräfte P j ; c - Zentrifugalkraft der Trägheit K r

Gasdruckkräfte. Die Kraft des Gasdrucks entsteht durch die Umsetzung des Arbeitszyklus in den Zylindern. Diese Kraft wirkt auf den Kolben und ihr Wert wird als Produkt des Druckabfalls und seiner Fläche bestimmt: P g = (r g - p 0) F p (hier ist p g der Druck im Motorzylinder über dem Kolben; p 0 ist der Druck im Kurbelgehäuse; F n ist die Fläche des Kolbens). Zur Beurteilung der dynamischen Belastung der KShM-Elemente ist die Abhängigkeit der Kraft P g von der Zeit wichtig

Die auf den Kolben wirkende Gasdruckkraft belastet die beweglichen Elemente der Kurbelwelle, wird auf die Hauptlager des Kurbelgehäuses übertragen und im Inneren des Motors aufgrund der elastischen Verformung der Lagerelemente des Kurbelgehäuses durch die auf die einwirkende Kraft ausgeglichen Zylinderkopf (Abb. 8.3, a). Diese Kräfte werden nicht auf die Motorlager übertragen und führen nicht zu einer Unwucht.

Trägheitskräfte bewegter Massen. KShM ist ein System mit verteilten Parametern, dessen Elemente sich ungleichmäßig bewegen, was zum Auftreten von Trägheitslasten führt.

Eine detaillierte Analyse der Dynamik eines solchen Systems ist prinzipiell möglich, jedoch mit einem hohen Rechenaufwand verbunden. In der Ingenieurpraxis werden daher zur Analyse der Motordynamik Lumped-Parameter-Modelle verwendet, die auf Basis des Ersatzmassenverfahrens erstellt wurden. Dabei muss für jeden Zeitpunkt die dynamische Äquivalenz des Modells und des betrachteten realen Systems erfüllt sein, was durch die Gleichheit ihrer kinetischen Energien gewährleistet ist.

Üblicherweise wird ein Modell aus zwei Massen verwendet, die durch ein absolut starres, trägheitsloses Element miteinander verbunden sind (Abb. 8.4).

Reis. 8.4. Bildung eines dynamischen Zwei-Massen-Modells von KShM

Die erste Ersatzmasse m j konzentriert sich auf den Verbindungspunkt des Kolbens mit der Pleuelstange und bewegt sich mit den kinematischen Parametern des Kolbens hin und her, die zweite m r befindet sich auf der Verbindungsstelle des Pleuels mit der Kurbel und dreht sich gleichmäßig mit einem Winkel Geschwindigkeit ω.

Die Teile der Kolbengruppe führen eine geradlinige Hin- und Herbewegung entlang der Zylinderachse aus. Da der Schwerpunkt der Kolbengruppe praktisch mit der Achse des Kolbenbolzens zusammenfällt, reicht es zur Bestimmung der Trägheitskraft P j p aus, die Masse der Kolbengruppe m p zu kennen, die an einem bestimmten Punkt konzentriert werden kann, und die Beschleunigung des Massenschwerpunkts j, die gleich der Beschleunigung des Kolbens ist: P j p = - m p j.

Die Kurbelwelle Kurbelwelle führt eine gleichmäßige Drehbewegung aus. Konstruktiv besteht es aus einer Kombination aus zwei Hälften des Hauptzapfens, zwei Wangen und einem Pleuelzapfen. Bei gleichförmiger Drehung wird jedes dieser Elemente der Kurbel durch eine Zentrifugalkraft beeinflusst, die proportional zu seiner Masse und seiner Zentripetalbeschleunigung ist.

Im äquivalenten Modell wird die Kurbel durch eine Masse m k ersetzt, die von der Rotationsachse in einem Abstand r beabstandet ist. Der Wert der Masse m k wird aus der Bedingung der Gleichheit der von ihr erzeugten Zentrifugalkraft mit der Summe der Zentrifugalkräfte der Massen der Kurbelelemente bestimmt: K k \u003d K r w.w + 2K r w oder m k rω 2 \ u003d m w.w rω 2 + 2m w ρ w ω 2 , woraus wir erhalten m k \u003d m w.w + 2m w ρ w ω 2 /r.

Die Elemente der Pleuelgruppe führen eine komplexe planparallele Bewegung aus. Im Zwei-Massen-KShM-Modell wird die Masse der Pleuelgruppe m w in zwei Ersatzmassen aufgeteilt: m w. n, konzentriert auf die Achse des Kolbenbolzens, und m sh.k, bezogen auf die Achse des Pleuelzapfens der Kurbelwelle. In diesem Fall müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

1) Die Summe der an den Austauschpunkten des Pleuelmodells konzentrierten Massen muss gleich der Masse des ersetzten KShM-Glieds sein: m sh. p + m w.k = m w

2) Die Position des Schwerpunkts des Elements des realen KShM und das Ersetzen im Modell muss unverändert bleiben. Dann m sch. p \u003d m w l w.k / l w und m w.k \u003d m w l w.p / l w.

Die Erfüllung dieser beiden Bedingungen stellt die statische Äquivalenz des Ersatzsystems zur realen KShM sicher;

3) Die Bedingung der dynamischen Äquivalenz des Ersatzmodells ist gegeben, wenn die Summe der Trägheitsmomente der an den charakteristischen Punkten des Modells befindlichen Massen gleich ist. Diese Bedingung ist für Zweimassenmodelle von Pleueln bestehender Motoren in der Regel nicht erfüllt und wird wegen ihrer kleinen Zahlenwerte bei Berechnungen vernachlässigt.

Durch Kombinieren der Massen aller Glieder des CVL an den Ersetzungspunkten des dynamischen Modells des CVL erhalten wir schließlich:

eine Masse, die auf der Fingerachse konzentriert ist und sich entlang der Zylinderachse hin- und herbewegt, m j \u003d m p + m w. P;

eine Masse, die sich auf der Achse des Pleuelzapfens befindet und eine Drehbewegung um die Achse der Kurbelwelle ausführt, m r \u003d m k + m sh.k. Bei V-förmigen Verbrennungsmotoren mit zwei Pleuelstangen, die sich an einem Pleuelzapfen der Kurbelwelle befinden, m r \u003d m k + 2 m sh.k.

Gemäß dem akzeptierten Modell von KShM verursacht die erste Ersatzmasse m j , die sich ungleichmäßig mit den kinematischen Parametern des Kolbens bewegt, eine Trägheitskraft P j = - m j j und die zweite Masse m r , die sich gleichmäßig mit der Winkelgeschwindigkeit der Kurbel dreht , erzeugt eine Zentrifugalkraft der Trägheit K r = K r w + K k \u003d - m r rω 2.

Die Trägheitskraft P j wird durch die Reaktionen der Stützen, auf denen der Motor installiert ist, ausgeglichen. Da sie in Wert und Richtung variabel ist, kann sie, wenn keine besonderen Maßnahmen vorgesehen sind, die Ursache für eine äußere Unwucht des Motors sein (siehe Abb. 8.3, b).

Bei der Analyse der Dynamik und insbesondere des Gleichgewichts des Motors wird unter Berücksichtigung der zuvor erhaltenen Abhängigkeit der Beschleunigung y vom Drehwinkel der Kurbel φ die Kraft P j als Summe der Trägheitskräfte des ersten (P jI) und zweiter (P jII) Ordnung:

wobei С = - m j rω 2 .

Die Zentrifugalkraft der Trägheit K r = - m r rω 2 von den rotierenden Massen der Kurbelwelle ist ein Vektor konstanter Größe, der entlang des Radius der Kurbel gerichtet ist und mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ω rotiert. Die Kraft K r wird auf die Motorlager übertragen, was zu Variablen hinsichtlich der Größe der Reaktion führt (siehe Abb. 8.3, c). Somit kann sowohl die Kraft K r als auch die Kraft P j die Ursache für die äußere Unwucht des Verbrennungsmotors sein.

Die gesamten im Mechanismus wirkenden Kräfte und Momente. Die Kräfte Р g und Р j mit einem gemeinsamen Angriffspunkt auf das System und einer einzigen Wirkungslinie werden in der dynamischen Analyse des KShM durch die Gesamtkraft ersetzt, die eine algebraische Summe ist: Р Σ \u003d Р g + Р j (Abb. 8.5, a).

Reis. 8.5. Kräfte in KShM: a - Konstruktionsschema; b - Abhängigkeit der Kräfte in der Kurbelwelle vom Drehwinkel der Kurbelwelle

Um die Wirkung der Kraft P Σ auf die Elemente der Kurbelwelle zu analysieren, wird sie in zwei Komponenten zerlegt: S und N. Die Kraft S wirkt entlang der Achse der Pleuelstange und verursacht eine wiederholt variable Druckspannung ihrer Elemente. Die Kraft N steht senkrecht auf der Zylinderachse und drückt den Kolben gegen seinen Spiegel. Die Wirkung der Kraft S auf die Pleuel-Kurbel-Grenzfläche kann abgeschätzt werden, indem sie entlang der Pleuelachse zum Punkt ihrer Anlenkung (S ") übertragen und in eine entlang der Kurbelachse gerichtete Normalkraft K und eine Tangentialkraft zerlegt wird T zwingen.

Auf die Hauptlager der Kurbelwelle wirken Kräfte K und T. Um ihre Wirkung zu analysieren, werden die Kräfte auf die Mitte des Wurzellagers übertragen (Kräfte K, T "und T"). Ein Kräftepaar T und T "auf der Schulter r erzeugt ein Drehmoment M k, das dann auf übertragen wird das Schwungrad, wo es funktioniert nützliche Arbeit. Die Summe der Kräfte K" und T" ergibt die Kraft S", die wiederum in zwei Komponenten zerlegt wird: N" und .

Es ist offensichtlich, dass N" = - N und = P Σ. Die Kräfte N und N" auf der Schulter h erzeugen ein Kippmoment M def = Nh, das dann auf die Motorlager übertragen und durch ihre Reaktionen ausgeglichen wird. M def und die dadurch verursachten Reaktionen der Lager ändern sich mit der Zeit und können die Ursache für die äußere Unwucht des Motors sein.

Die Hauptbeziehungen für die betrachteten Kräfte und Momente haben folgende Form:

Am Kurbelhals Auf die Kurbel wirkt die Kraft S ", die entlang der Achse der Pleuelstange gerichtet ist, und die Zentrifugalkraft K r w, die entlang des Radius der Kurbel wirkt. Die resultierende Kraft R w. w (Abb. 8.5, b), die die Verbindung belastet Stangenzapfen, wird als Vektorsumme dieser beiden Kräfte bestimmt.

Einheimische Hälse Kurbel eines Einzylindermotors mit Kraft belastet werden und Fliehkraft der Trägheit der Massen der Kurbel. Ihre resultierende Stärke , die auf die Kurbel wirken, wird von zwei Hauptlagern wahrgenommen. Daher ist die auf jeden Hauptzapfen wirkende Kraft gleich der Hälfte der resultierenden Kraft und in die entgegengesetzte Richtung gerichtet.

Der Einsatz von Gegengewichten führt zu einer veränderten Belastung des Wurzelhalses.

Das Gesamtdrehmoment des Motors. Bei einem Einzylindermotor das Drehmoment Da r ein konstanter Wert ist, wird die Art seiner Änderung des Drehwinkels der Kurbel vollständig durch die Änderung der Tangentialkraft T bestimmt.

Stellen wir uns einen Mehrzylindermotor als einen Satz von Einzylindermotoren vor, bei denen die Arbeitsvorgänge identisch ablaufen, jedoch entsprechend der akzeptierten Reihenfolge des Motorbetriebs um Winkelintervalle gegeneinander verschoben sind. Das Moment, das die Hauptzapfen verdreht, kann als geometrische Summe der Momente definiert werden, die auf alle Kurbeln wirken, die dem gegebenen Kurbelzapfen vorangehen.

Betrachten Sie als Beispiel die Bildung von Drehmomenten in einem Viertakt- (τ \u003d 4) Vierzylinder- (i \u003d 4) Linearmotor mit einer Betriebsreihenfolge der Zylinder 1 -3 - 4 - 2 (Abb. 8.6). .

Bei einem gleichmäßigen Blitzwechsel beträgt die Winkelverschiebung zwischen aufeinanderfolgenden Arbeitshüben θ = 720°/4 = 180°. dann beträgt unter Berücksichtigung der Betriebsreihenfolge die Drehimpulsverschiebung zwischen dem ersten und dritten Zylinder 180°, zwischen dem ersten und vierten – 360° und zwischen dem ersten und zweiten – 540°.

Wie aus dem obigen Diagramm hervorgeht, wird das Moment, das den i-ten Hauptzapfen verdreht, durch Aufsummieren der Kraftkurven T (Abb. 8.6, b) bestimmt, die auf alle i-1-Kurbeln wirken, die ihm vorangehen.

Das Moment, das den letzten Hauptzapfen verdreht, ist das gesamte Motordrehmoment M Σ , das dann auf das Getriebe übertragen wird. Sie ändert sich entsprechend dem Drehwinkel der Kurbelwelle.

Das durchschnittliche Gesamtdrehmoment des Motors im Winkelintervall des Arbeitsspiels M k. cf entspricht dem vom Motor entwickelten Indikatormoment M i . Dies liegt daran, dass nur Gaskräfte positive Arbeit leisten.

Reis. 8.6. Bildung des Gesamtdrehmoments eines Viertakt-Vierzylindermotors: a - Konstruktionsschema; b - die Bildung von Drehmoment

Auf die Kurbelwellenzapfen wirkende Kräfte. Zu diesen Kräften gehören: Die Gasdruckkraft wird im Motor selbst ausgeglichen und nicht auf seine Halterungen übertragen; die Trägheitskraft wird auf das Zentrum der sich hin- und herbewegenden Massen aufgebracht und entlang der Achse des Zylinders gerichtet, indem die Kurbelwellenlager auf das Motorgehäuse einwirken, wodurch dieses auf den Stützen in Richtung der Zylinderachse vibriert; Die Zentrifugalkraft der rotierenden Massen wird in ihrer Mittelebene entlang der Kurbel geleitet und wirkt über die Kurbelwellenlager auf das Motorgehäuse ...

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Vortrag 12

DYNAMIK KSCHM

12.1. Gasdruckkräfte

12.2. Trägheitskräfte

12 .2.1. Bringen die Massen der Teile der KShM

12.3. Gesamt Kräfte, die in der KShM wirken

12.3.1. Kräfte wirkt auf die Kurbelwellenzapfen

12.4. Die Reihenfolge des Betriebs der Motorzylinder hängt von der Position der Kurbeln und der Anzahl der Zylinder ab

Bei laufendem Motor wirken in der Kurbelwelle Kräfte und Momente, die nicht nur auf die Kurbelwellenteile und andere Bauteile wirken, sondern auch zu einem unrunden Motorlauf führen. Zu diesen Kräften gehören:

• die Gasdruckkraft wird im Motor selbst ausgeglichen und nicht auf seine Stützen übertragen;
• Die Trägheitskraft wird auf das Zentrum der sich hin- und herbewegenden Massen ausgeübt und entlang der Achse des Zylinders gerichtet. Über die Lager der Kurbelwelle wirken sie auf das Motorgehäuse und veranlassen es, auf den Stützen in Richtung der Achse zu vibrieren des Zylinders;
• die zentrifugalkraft der rotierenden massen wird entlang der kurbel in ihrer mittelebene geleitet und wirkt über die kurbelwellenlager auf das motorgehäuse, wodurch der motor auf den stützen in richtung kurbel oszilliert.

Hinzu kommen Kräfte wie Druck auf den Kolben aus dem Kurbelgehäuse und Schwerkräfte der Kurbelwelle, die aufgrund ihrer relativ geringen Größe nicht berücksichtigt werden.

Alle im Motor wirkenden Kräfte wirken mit dem Widerstand an der Kurbelwelle zusammen, den Reibungskräften und von den Motorlagern akzeptiert.Bei jedem Arbeitstakt (720° - bei einem Viertakt und 360° für Zweitaktmotoren) ändern sich die in der KShM wirkenden Kräfte kontinuierlich in ihrer Größe und Richtung und Um die Art der Änderung dieser Kräfte aus dem Drehwinkel der Kurbelwelle festzustellen, werden sie alle 10-30 ° für bestimmte Positionen der Kurbelwelle bestimmt.

12.1. Gasdruckkräfte

Gasdruckkräfte wirken auf Kolben, Wände und Zylinderkopf. Zur Vereinfachung der dynamischen Berechnung der Druckkraft Gase werden durch eine entlang der Zylinderachse gerichtete Kraft ersetzt App Buchse zur Achse des Kolbenbolzens.

Diese Kraft wird für jeden Zeitpunkt (Drehwinkel) bestimmtKurbelwelle φ) nach dem anhand einer thermischen Berechnung ermittelten oder direkt am Motor abgenommenen Indikatordiagramm spezielle Installation. Auf Abb. 12.1 zeigt bereitgestellt Indikatordiagramme wirkende Kräfte insbesondere die Änderung der Druckkraft von Gasen(R g ) vom Drehwinkel der Kurbelwelle.

Reis. 12.1. Erweiterte Indikatorkraftdiagramme,
in KSchM tätig

12.2. Trägheitskräfte

Zur Ermittlung der in der Kurbelwelle wirkenden Trägheitskräfte ist es notwendig, die Massen der bewegten Teile zu kennen. Um die Berechnung der Masse beweglicher Teile zu vereinfachen, ersetzen wir sie durch ein System bedingter Massen, die realen Massen entsprechen. Dieser Ersatz wird als Massenreduktion bezeichnet.

12.2.1. Bringen die Massen der Teile der KShM

Je nach Art der Bewegung der Masse der Teile kann KShM in drei Gruppen eingeteilt werden:

• hin- und hergehende Teile (Kolbengruppe und oberer Pleuelkopf);
• Teile, die eine Drehbewegung ausführen (Kurbelwelle und unterer Pleuelkopf);
• Teile, die eine komplexe planparallele Bewegung ausführen (Stab Stab).

Die Masse der Kolbengruppe(tp) wird als auf die Achse des Kolbenbolzens konzentriert angesehen A (Abb. 12.2).

Reis. 12.2. Bringt die Massen der Pleuelstange

Masse der Pleuelgruppedurch zwei Massen ersetzt: t w - an der Spitze auf der Achse des Kolbenbolzens zentriert A, t shk - auf der Achse der Kurbel an Punkt B. Die Werte dieser Massen ergeben sich aus den Formeln:

wobei L w die Länge der Pleuelstange ist;

L sk ist der Abstand von der Mitte des Kurbelkopfes zum Schwerpunkt der Pleuelstange.

Für die meisten vorhandenen Motoren t sch liegt im Bereich von 0,2 t w bis 0,3 t w und t wk von 0,7 t w bis 0,8 t w. Wert t w kann durch die Strukturmasse (Tabelle 12.1) bestimmt werden, die auf der Grundlage statistischer Daten gewonnen wird.

Kurbelboden werden durch zwei Massen ersetzt, die an der Stelle der Kurbelachse konzentriert sind V (t bis ) und auf der Achse des Haupthalses an der SpitzeÜber (t über) (Abb. 12.3).

Reis. 12.3. Bringt die Massen der Kurbel: a - echt; b - Äquivalent

Die Masse des Hauptzapfens mit einem symmetrisch um die Rotationsachse angeordneten Teil der Wangen ist ausgeglichen. Die Unwuchtmassen der Kurbel werden durch eine reduzierte Masse ersetzt, unter der Bedingung, dass die Fliehkraft der Trägheit der tatsächlichen Masse gleich der Fliehkraft der reduzierten Masse ist. Äquivalente Masse führt zum Kurbelradius R und bezeichnen t bis.

Masse des Pleuelzapfens t schsch mit den angrenzenden Teilen der Wangen werden sie als in der Mitte der Halsachse konzentriert angenommen, und da ihr Schwerpunkt um einen Abstand gleich von der Achse des Schafts entfernt ist R , ist eine Reduzierung dieser Masse nicht erforderlich. Wangenmasse tw mit dem Schwerpunkt im Abstand p von der Achse der Kurbelwelle wird durch die im Abstand befindliche reduzierte Masse ersetzt R von der Achse der Kurbelwelle. Die reduzierte Masse der gesamten Kurbel ergibt sich aus der Summe der reduzierten Massen von Pleuelzapfen und -wangen:

Bei der Konstruktion von Motoren der Wert t zu kann durch die Strukturmassen der Kurbel erreicht werden t" zu (siehe Tabelle 12.1). Für moderne Kurzhubmotoren ist der Wert tw klein im Vergleich zu t schsch und kann vernachlässigt werden.

Tabelle 12.1. Werte der konstruktiven Massen von KShM, kg/m 2

Anmerkungen.

1. Bei der Verwendung des Tisches. 12.1 Es ist zu beachten, dass große Werte t "geeignet für Motoren mit großen Zylinderbohrungen.

2. Verringern von S/D verringert t"w und t"k.

3. V-förmige Motoren mit zwei Pleueln am Hals entsprechen großen Werten t" zu .

Somit besteht das System der konzentrierten Massen, dynamisch äquivalent zum KShM, aus der Masse t A , auf den Punkt konzentriert ABER und Hin- und Herbewegung ausführen:

und Masse t V , auf den Punkt konzentriert BEI und mit Drehbewegung:

v -förmigen Motoren mit doppelter Kurbelwelle t V \u003d t k + 2 t shk.

Bei der dynamischen Berechnung des Motors werden die Werte tp und tw aus Prototypendaten ermittelt oder berechnet. Die Werte t sch und t sch bestimmt anhand der Abmessungen der Kurbel und der Materialdichte der Kurbelwelle. Zur ungefähren Bestimmung des Wertes t p , t w und t k konstruktive Massen können verwendet werden:

wo .

12.2.2. Bestimmung der Trägheitskräfte

Die im KShM wirkenden Trägheitskräfte werden entsprechend der Art der Bewegung der reduzierten Massen unterteilt inTrägheitskräfte translatorisch bewegter Massen Pj und Fliehkräfte der Trägheit rotierender Massen R c .

Trägheitskraft von hin- und hergehenden Massenkann durch die Formel bestimmt werden

(12.1)

Das Minuszeichen zeigt an, dass die Trägheitskraft entgegen der Beschleunigung gerichtet ist. Sie kann als aus zwei Kräften bestehend betrachtet werden (ähnlich der Beschleunigung).

Erste Komponente

(12.2)

• Trägheitskraft erster Ordnung.

Zweite Komponente

(12.3)

• Trägheitskraft zweiter Ordnung.

Auf diese Weise,

Fliehkraft der Trägheit rotierender Massenbetragsmäßig konstant und von der Achse der Kurbelwelle weg gerichtet. Sein Wert wird durch die Formel bestimmt

(12.4)

Ein vollständiges Bild der in den Teilen der Kurbelwelle wirkenden Belastungen kann nur durch die Kombination der Wirkung verschiedener Kräfte, die während des Betriebs des Motors auftreten, erhalten werden.

12.3. Gesamt Kräfte, die in der KShM wirken

In Betracht ziehen Betrieb eines Einzylindermotors. Kräfte einwirken Einzylindermotor, siehe Abb. 12.4. In KSchM Gasdruckkraft R g , hin- und hergehende Trägheitskraft effektiv bewegte Massen Pj und Zentrifugalkraft R c . Kräfte Р g und P j am Kolben befestigt und wirken entlang seiner Achse. Setzen Sie diese beiden Stärke, wir erhalten die entlang der Zylinderachse wirkende Gesamtkraft:

(12.5)

Die verschobene Kraft P in der Mitte des Kolbenbolzens wird in zwei Komponenten zerlegt:

(12. 6 )

• Kraft, die entlang der Achse der Pleuelstange gerichtet ist;

(12. 7 )

• Kraft senkrecht zur Zylinderwand.

Reis. 12.4. Kräfte, die in der Kurbelwelle eines Einzylindermotors wirken

PN erzwingen wird von der Seitenfläche der Zylinderwand wahrgenommen und verursacht Verschleiß an Kolben und Zylinder. Es wird als positiv angesehen, wenn das Moment, das es relativ zur Achse der Kurbelwelle erzeugt, entgegengesetzt zur Drehrichtung der Motorwelle gerichtet ist.

Stärke R m wird als positiv angesehen, wenn es die Pleuelstange zusammendrückt, und als negativ, wenn es sie dehnt.

Stärke R w , am Kurbelzapfen befestigt ( R "sch ) wird in zwei Komponenten zerlegt:

(12.8)

• Tangentialkraft tangential zum Kurbelradiuskreis;

(12.9)

• Normalkraft (radial), die entlang des Radius der Kurbel gerichtet ist.

Z-Kraft wird als positiv gewertet, wenn es die Wangen der Kurbel zusammendrückt. Stärke T wird als positiv angesehen, wenn die Richtung des erzeugten Moments mit der Drehrichtung der Kurbelwelle übereinstimmt.

Durch den Wert von T Ermittlung des Indikatordrehmoments eines Zylinders:

(12.10)

Auf die Mitte der Kurbelwelle übertragene Normal- und Tangentialkräfte ( Z" und T "), bilden eine resultierende Kraft R""w, die parallel und gleich groß wie die Kraft ist R sch. Stärke R"" m belastet die Hauptlager der Kurbelwelle. Im Gegenzug Stärke R"" m lässt sich in zwei Komponenten zerlegen: PN, senkrecht zur Achse des Zylinders und die Kraft P ", die entlang der Achse des Zylinders wirkt. Kräfte P "N und P N bilden ein Kräftepaar, dessen Moment als Umkippen bezeichnet wird. Sein Wert wird durch die Formel bestimmt

(12.11)

Dieses Moment ist gleich dem Indikatordrehmoment und in die entgegengesetzte Richtung gerichtet:

Seit damals

(12.12)

Das Drehmoment wird über das Getriebe auf die Antriebsräder übertragen und das Kippmoment von den Motorlagern aufgenommen. Stärke R" ist gleich der Kraft R , und ähnlich wie letzteres kann es dargestellt werden als

Komponente P "r ausgeglichen durch die auf den Zylinderkopf ausgeübte Gasdruckkraft, aP "j ist eine freie, unausgeglichene Kraft, die auf die Motorlager übertragen wird.

Die Trägheitsfliehkraft wirkt auf den Pleuelzapfen der Kurbel und ist von der Achse der Kurbelwelle weg gerichtet. Sie ist wie Stärke P "j ist unwuchtig und wird über die Hauptlager auf die Motorlager übertragen.

12.3.1. Auf die Kurbelwellenzapfen wirkende Kräfte

Auf den Kurbelzapfen wirkende Radialkraft Z , Tangentialkraft T und Zentrifugalkraft R c von der rotierenden Masse des Pleuels. Kräfte Z und R c entlang einer Geraden gerichtet, also ihre Resultierende

oder

(12.13)

Hier R c nicht definiert als, und wie , da wir nur über die Zentrifugalkraft des Pleuels sprechen und nicht über die gesamte Kurbel.

Die Resultierende aller auf den Pleuelzapfen wirkenden Kräfte errechnet sich aus der Formel

(12.14)

Die Wirkung der Kraft R w verursacht Verschleiß am Kurbelzapfen. Die auf den Kurbelwellenzapfen aufgebrachte resultierende Kraft wird grafisch als die von zwei benachbarten Kurbelwellen übertragenen Kräfte ermittelt.

12.3.2. Analytische und grafische Darstellung von Kräften und Momenten

Die analytische Darstellung der in der KShM wirkenden Kräfte und Momente wird durch die Formeln (12.1) - (12.14) dargestellt.

Anschaulicher kann die Änderung der auf die Kurbelwelle wirkenden Kräfte in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurbelwelle als erweiterte Diagramme dargestellt werden, die zur Berechnung der Festigkeit der Kurbelwellenteile, zur Beurteilung des Verschleißes der Reibflächen der Teile, Analysieren der Gleichmäßigkeit des Hubs und Bestimmen des Gesamtdrehmoments von Mehrzylindermotoren sowie Erstellen von Polardiagrammen der Belastungen des Wellenhalses und seiner Lager.

Normalerweise werden bei der Berechnung zwei erweiterte Diagramme erstellt: eines zeigt die Abhängigkeiten, und (siehe Abb. 12.1), andererseits - Abhängigkeiten und (Abb. 12.5).

Reis. 12.5. Erweiterte Diagramme der in der Kurbelwelle wirkenden Tangential- und Wirkkräfte

Erweiterte Diagramme der in der KShM wirkenden Kräfte ermöglichen einen Vergleich auf einfache Weise bestimmen das Drehmoment von Mehrzylindermotoren.

Aus Gleichung (12.10) folgt, dass das Drehmoment eines Einzylindermotors als Funktion ausgedrückt werden kann T=f (φ). Die Bedeutung von Stärke T Je nach Änderung des Drehwinkels ändert er sich deutlich, wie in Abb. 12.5. Offensichtlich wird sich das Drehmoment ähnlich ändern.

Bei Mehrzylindermotoren summieren sich die veränderlichen Drehmomente der einzelnen Zylinder über die Länge der Kurbelwelle, sodass sich am Ende der Kurbelwelle ein Gesamtdrehmoment ergibt.Die Werte dieses Moments können grafisch ermittelt werden. Dazu die Projektion der Kurve T=f (φ) auf der x-Achse werden in gleiche Segmente unterteilt (die Anzahl der Segmente ist gleich der Anzahl der Zylinder). Jedes Segment ist in mehrere gleiche Teile (hier 8) unterteilt. Für jeden erhaltenen Punkt bestimmt die Abszisse die algebraische Summe der Ordinaten der beiden Kurven (oberhalb der Abszisse der Wert mit dem Vorzeichen „+“, unter der Abszisse der Wert mit dem Vorzeichen „-“). Die erhaltenen Werte sind jeweils in Koordinaten aufgetragen x, y und die resultierenden Punkte werden durch eine Kurve verbunden (Abb. 12.6). Diese Kurve ist die resultierende Drehmomentkurve für einen Motorzyklus.

Reis. 12.6. Erweitertes Diagramm des resultierenden Drehmoments
pro Motorzyklus

Zur Ermittlung des mittleren Drehmomentwertes wird die Fläche berechnet F, begrenzt durch die Drehmomentkurve und die y-Achse (oberhalb der Achse ist der Wert positiv, darunter negativ):

wo l die Länge des Diagramms entlang der Abszisse ist; m M ist die Skala.

Bei bekannter Größenordnung der Tangentialkraft m T Finden Sie die Skala des Drehmoments m M = m T R , R ist der Radius der Kurbel.

Da die Verluste im Motor bei der Bestimmung des Drehmoments nicht berücksichtigt wurden, erhalten wir, wenn wir das effektive Drehmoment durch den Indikator ausdrücken

wohin M — effektives Drehmoment;ηm — mechanischer Wirkungsgrad Motor.

12.4. Befehl Betrieb der Motorzylinder in Abhängigkeit von der Position der Kurbeln und der Anzahl der Zylinder

Bei einem Mehrzylindermotor muss die Anordnung der Kurbelwellenkurbeln erstens die Gleichmäßigkeit des Motorhubs sicherstellen und zweitens den gegenseitigen Ausgleich der Trägheitskräfte der rotierenden Massen und der hin- und hergehenden Massen sicherstellen.

Um die Gleichmäßigkeit des Hubs zu gewährleisten, müssen Bedingungen für abwechselnde Blitze in den Zylindern in gleichen Abständen des Drehwinkels der Kurbelwelle geschaffen werden.Daher wird für einen einreihigen Motor der Winkel φ, der dem Winkelintervall zwischen Blitzen in einem Viertaktzyklus entspricht, durch die Formel φ = 720°/ ich, wo ich - die Anzahl der Zylinder und mit einem Zweitakt nach der Formel φ \u003d 360 ° / ich .

Die Gleichmäßigkeit des Blitzwechsels in den Zylindern eines mehrreihigen Motors wird zusätzlich zu dem Winkel zwischen den Kurbelwellenkurbeln auch durch den Winkel γ zwischen den Zylinderreihen beeinflusst. Für optimale Laufgleichmäßigkeit n -Reihenmotor muss dieser Winkel innen sein n mal kleiner als der Winkel zwischen den Kurbelwellenkurbeln, d.h.

Dann das Winkelintervall zwischen den Blitzen für einen Viertaktmotor

Für Zweitakt

Um die Gleichgewichtsanforderung zu erfüllen, ist es erforderlich, dass die Anzahl der Zylinder in einer Reihe und dementsprechend die Anzahl der Kurbelwellenkurbeln gerade ist, und die Kurbeln müssen symmetrisch zur Mitte der Kurbelwelle angeordnet sein.Die zur Mitte der Kurbelwelle symmetrische Anordnung der Kurbeln wird als "Spiegel" bezeichnet.Bei der Wahl der Form der Kurbelwelle wird neben dem Gleichgewicht des Motors und der Gleichmäßigkeit seines Hubs auch die Betriebsreihenfolge der Zylinder berücksichtigt.

Die optimale Betriebsreihenfolge der Zylinder, wenn der nächste Takt in dem am weitesten vom vorherigen entfernten Zylinder stattfindet, verringert die Belastung der Hauptlager der Kurbelwelle und verbessert die Motorkühlung.

Auf Abb. 12.7 zeigt den Arbeitsablauf einreihiger Zylinder ( a) und V-förmig (b ) Viertaktmotoren.

Reis. 12.7. Die Betriebsreihenfolge der Zylinder von Viertaktmotoren:

a - einreihig; b - V-förmig

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