Предмети:
- Вступ
- Первинний і вторинний рух поршня
- Швидкість поршня
- Прискорення поршня
- Повний огляд руху поршня, швидкості та прискорення
Вступ:
Рух поршня вгору і вниз (поступальний) перетворюється в обертовий рух кривошипно-шатунним механізмом. Поршень рухається вгору і вниз прямолінійно. Це називається первинним рухом поршня. Однак шатун рухається не тільки вгору-вниз, а й убік. Через бічний рух шатуна поршень пройде трохи більшу відстань. Окрім збільшення відстані, поршень також досяг найвищої швидкості руху в цій точці. Ця додаткова відстань називається вторинним рухом поршня.
На малюнку показано рух поршня. Верхній синій поршень вказує, де знаходиться ВМТ (верхня мертва точка). Синій поршень посередині праворуч вказує на відстань основного руху поршня (тобто на якій шатун не став нахиленим). Нижній поршень червоного кольору вказує на додаткову відстань, створювану обертанням колінчастого вала та нахилом шатуна; це вторинний рух поршня.
Коли колінчастий вал повертається на 90 градусів, швидкість руху поршня є максимальною. Вторинний рух поршня забезпечує більшу відстань. Додавши відстань вторинного руху до первинного руху, можна визначити загальну відстань, пройдену поршнем.
Відношення довжини кривошипної шийки до довжини шатуна визначає величину вторинного переміщення. Вторинний рух поршня також впливає на швидкість і прискорення поршня.
Первинний і вторинний рух поршня:
Первинний і вторинний рух поршня показані на графіках у цьому розділі як пройдена відстань. Сума первинного та вторинного руху поршня становить загальний рух поршня. Структура загального шляху поршня пояснюється нижче.
Первинний рух поршня:
Зусилля в напрямку ВМТ до ВМТ і зусилля від ODP до ВМТ разом викликають вібрацію, яка виникає один раз за один оберт колінчастого вала. Тому цю силу ще називають первинною. Первинна сила здійснює первинний рух.
- Первинний рух поршня становить 0 при обертанні колінчастого вала на 0°, а також 180 при обертанні колінчастого вала на 0°;
- Якщо ми дивимося виключно на первинний рух поршня, то при повороті колінчастого вала на 90° поршень знаходиться на половині ходу (також на половині ходу циліндра), а саме на 90 мм.
Вторинний рух поршня:
Бічне переміщення шатуна забезпечує вторинне переміщення поршня. Чим більше співвідношення між довжиною кривошипного пальця та шатуна, тим більша вторинна сила, а отже вторинне переміщення.
- У ВМТ вторинне переміщення дорівнює 0;
- При повороті колінчастого вала на 90° вторинний рух максимальний;
- До первинного руху додаємо відстань, яку долає поршень під час вторинного руху. Це фактичний шлях, який пройшов поршень.
Фактичний рух поршня:
Фактичний рух поршня формується сумою первинного та вторинного руху поршня. На графіку це можна прочитати як «загалом».
- Поршень уже пройшов половину свого ходу в циліндрі до того, як колінчастий вал повернувся на 90 градусів. На графіку ми бачимо, що поршень пройшов 110 мм під кутом 90 градусів. Це 61% від загального інсульту;
- Довжина кривошипно-шатунної шийки, а отже, і співвідношення кривошипно-шатунної частини (часто зване лямбда), визначає вторинний, а отже, і загальний хід поршня.
Вторинний рух поршня посилює вібрацію двигуна. У двигуні з чотирма або меншою кількістю циліндрів, де вторинні сили є відносно великими, балансирні вали застосовується для обмеження вібрації двигуна.
Швидкість поршня:
У процесі роботи поршень змінює напрямок руху в ODP і TDC. При ODP і TDC швидкість поршня дорівнює нулю. Це тому, що поршень змінює напрямок у цих точках. Коли поршень рухається від ВМТ до ОГП, швидкість поршня збільшується. Первинна частота обертання поршня досягає максимального значення біля 90 градусів обертання колінчастого вала. Це результат позитивного прискорення поршня під час руху вниз. Однак зі збільшенням кута шатуна в гру вступає вторинна швидкість поршня. Швидкість вторинного поршня пов’язана з нахилом шатуна та створює додатковий внесок у загальну швидкість поршня. Ця вторинна швидкість поршня призводить до того, що загальна швидкість поршня досягає свого максимального значення раніше, ніж призвела б лише первинна швидкість поршня. Зазвичай це відбувається перед кутом колінчастого вала 90 градусів. На графіку нижче ми бачимо, що загальна швидкість поршня вже максимальна приблизно на 75%.
Прискорення поршня:
Про швидкість поршня йшлося в попередньому пункті. На графіку видно, що швидкість поршня у ВМТ і ОВП дорівнює 0, і швидкість збільшується і зменшується під час руху вниз і вгору. З прискоренням поршня ми дивимося на прискорення та уповільнення поршня в циліндрі.
Коли кут кривошипа становить 0 градусів, поршень знаходиться у верхній точці свого ходу, готовий почати рух вниз. У цій точці прискорення поршня максимальне. Це пов’язано з різкою зміною напрямку руху поршня, від зупинки у найвищій точці до початку руху вниз. При русі до ВМТ прискорення зменшується. Первинне прискорення поршня становить 0 при повороті колінчастого вала на 90 градусів. У попередньому параграфі ми бачимо, що швидкість поршня знову зменшується на 90 градусів. Від 90 до 180 градусів колінчастого вала поршень гальмує, поки не досягне ВМТ. На графіку ми бачимо гальмування як негативне прискорення.
Вторинне прискорення поршня знову створюється нахилом шатуна. У двигуні з позаосьовим шатуном шатун знаходиться під невеликим кутом, коли поршень знаходиться у ВМТ. В результаті вторинного прискорення поршня збільшується загальне прискорення поршня на перших ступенях колінчастого вала.
Повний огляд руху поршня, швидкості та прискорення:
У попередніх параграфах обговорювалися первинні, вторинні та загальні рухи та швидкості для кожного графіка. У цьому огляді ми бачимо підсумки на одному графіку.
- При русі поршня вниз вага поршня збільшується (від 0 до 180°);
- Поршень змінив свій напрямок руху між попереднім ходом і поточним ходом. Через різку зміну напрямку руху прискорення поршня є максимальним від 0 градуса колінчастого вала;
- Швидкість поршня збільшується поступово, досягаючи максимуму до повороту колінчастого вала на 90°;
- При 180° і швидкість поршня, і прискорення поршня дорівнюють 0;
- Під час руху до ВМТ графіки прискорення і швидкості поршня змінюються.
Пов'язані сторінки:
