Giá trị ban đầu khi chọn kích thước của các liên kết trục khuỷu là hành trình đầy đủ của con trượt, được chỉ định theo tiêu chuẩn hoặc vì lý do kỹ thuật đối với những loại máy không xác định hành trình tối đa của con trượt (kéo, v.v.).
Các ký hiệu sau đây được giới thiệu trong hình: dО, dА, dВ – đường kính của các chốt trong bản lề; e – giá trị độ lệch tâm; R – bán kính tay quay; L - chiều dài thanh nối; ω - tốc độ góc quay của trục chính; α là góc không tiếp cận được của tay quay với hộp số; β – góc lệch của thanh truyền so với trục thẳng đứng; S – độ lớn toàn bộ hành trình của con trượt.
Dựa vào giá trị cho trước của hành trình con trượt S(m) xác định được bán kính tay quay:
Đối với cơ cấu tay quay hướng trục, hàm số chuyển vị của con trượt S, tốc độ V và gia tốc j từ góc quay của trục khuỷu α được xác định bằng biểu thức sau:
S = R, (m)
V = ω R , (m/s)
j = ω 2 R, (m/s 2)
Đối với cơ cấu tay quay không trục, hàm số của độ dịch chuyển của con trượt S, tốc độ V và gia tốc j tính từ góc quay của trục khuỷu α lần lượt là:
S = R, (m)
V = ω R , (m/s)
j = ω 2 R, (m/s 2)
trong đó λ là hệ số thanh truyền, giá trị của hệ số này đối với máy ép vạn năng được xác định trong khoảng 0,08...0,014;
ω - tốc độ góc quay của tay quay, được tính dựa trên số hành trình của con trượt trong một phút (s -1):
ω = (π n) / 30
Lực danh nghĩa không biểu thị lực thực tế do bộ truyền động tạo ra mà biểu thị cường độ tối đa của các bộ phận ép có thể tác dụng lên thanh trượt. Lực danh nghĩa tương ứng với một góc quay được xác định chặt chẽ của trục khuỷu. Đối với máy ép trục khuỷu tác động đơn truyền động một chiều, lực danh định được lấy là lực tương ứng với góc quay α = 15...20 o, tính từ điểm chết dưới.
Động học của cơ cấu tay quay
Động cơ đốt trong ô tô chủ yếu sử dụng hai loại cơ cấu tay quay (tay quay): trung tâm(trục) và di dời(không trục) (Hình 5.1). Cơ cấu bù có thể được tạo ra nếu trục xi lanh không giao nhau với trục của trục khuỷu động cơ đốt trong hoặc lệch so với trục chốt piston. Động cơ đốt trong nhiều xi-lanh được hình thành trên cơ sở sơ đồ động cơ CV quy định dưới dạng thiết kế tuyến tính (nội tuyến) hoặc nhiều hàng.
Cơm. 5.1. Đề án động học Trục khuỷu động cơ ô tô: MỘT- tuyến tính trung tâm; b- dịch chuyển tuyến tính
Quy luật chuyển động của các bộ phận trục khuỷu được nghiên cứu bằng cách sử dụng cấu trúc của nó, các thông số hình học cơ bản của các liên kết của nó mà không tính đến các lực gây ra chuyển động của nó và lực ma sát, cũng như trong trường hợp không có khe hở giữa các phần tử chuyển động liên quan và hằng số. tốc độ góc của tay quay.
Các thông số hình học chính xác định quy luật chuyển động của các phần tử của trục khuỷu trung tâm là (Hình 5.2, a): g- bán kính quay trục khuỷu; /w - chiều dài thanh nối. Thông số A = g/1 w là tiêu chí cho sự giống nhau về mặt động học của cơ cấu trung tâm. Động cơ đốt trong của ô tô sử dụng cơ cấu có A = 0,24...0,31. Trong trục khuỷu không đồng trục (Hình 5.2, b)độ dịch chuyển của trục xi lanh (chốt) so với trục trục khuỷu (MỘT)ảnh hưởng đến động học của nó. Đối với động cơ đốt trong ô tô, dung tích tương đối ĐẾN = một/g= 0,02...0,1 - tiêu chí bổ sung về độ tương tự động học.
Cơm. 5.2. Sơ đồ tính toán của KSHM: MỘT- trung tâm; b- di dời
Động học của các phần tử trục khuỷu được mô tả khi piston chuyển động bắt đầu từ ĐCT đến ĐCD và tay quay quay theo chiều kim đồng hồ theo quy luật biến thiên theo thời gian (/) của các tham số sau:
- ? chuyển động của piston - x;
- ? góc quay - (p;
- ? góc lệch của thanh truyền so với trục hình trụ - (3.
Việc phân tích động học của trục khuỷu được thực hiện ở Sự kiên định vận tốc góc của trục khuỷu c hoặc tốc độ quay của trục khuỷu (“), liên hệ với nhau bởi quan hệ co = kp/ 30.
Tại hoạt động của động cơ đốt trong Các phần tử chuyển động của trục khuỷu thực hiện các chuyển động sau:
- ? Chuyển động quay của trục khuỷu so với trục của nó được xác định bởi sự phụ thuộc của góc quay ср, vận tốc góc с và gia tốc e theo thời gian t. Trong trường hợp này, cp = co/, và nếu co không đổi - e = 0;
- ? chuyển động tịnh tiến của piston được mô tả bởi sự phụ thuộc của chuyển vị x, tốc độ v và gia tốc của nó j từ góc quay trung bình.
Chuyển động của piston trung tâm Trục khuỷu khi quay tay quay một góc cp được xác định bằng tổng các chuyển vị của nó từ khi quay tay quay một góc cp (Xj) và từ độ lệch của thanh truyền một góc p (x p) (xem hình 5.2) :
Sự phụ thuộc này, sử dụng mối quan hệ X = g/1 w, mối quan hệ giữa các góc ср và р (Asincp = sinp) có thể được biểu diễn gần đúng dưới dạng tổng các hài là bội số của tốc độ quay trục khuỷu. Ví dụ, đối với X= 0,3 thì biên độ đầu tiên của sóng hài có liên hệ là 100:4,5:0,1:0,005. Sau đó, với độ chính xác vừa đủ để thực hành, việc mô tả chuyển động của piston có thể được giới hạn ở hai sóng hài đầu tiên. Khi đó với cp = co/
Tốc độ pít-tôngđịnh nghĩa là 
và xấp xỉ
Gia tốc pít-tông tính theo công thức 
và xấp xỉ
Trong động cơ đốt trong hiện đại v max = 10...28 m/s, y max = 5000...20.000 m/s 2. Khi tốc độ piston tăng lên, tổn thất ma sát và độ mài mòn của động cơ tăng lên.
Đối với trục khuỷu bị dịch chuyển, sự phụ thuộc gần đúng có dạng
Những sự phụ thuộc này, so với các phần phụ thuộc tương tự của chúng đối với trục khuỷu trung tâm, khác nhau ở một thuật ngữ bổ sung tỷ lệ với kk. Vì đối với động cơ hiện đại, giá trị của nó là kk= 0,01...0,05 thì ảnh hưởng của nó đến động học của cơ cấu là nhỏ và trong thực tế nó thường bị bỏ qua.
Động học của chuyển động song song phức tạp của thanh truyền trong mặt phẳng quay của nó bao gồm chuyển động của phần đầu trên của nó với các thông số động học của piston và chuyển động quay so với điểm khớp nối của thanh kết nối với piston. .
Khi động cơ hoạt động, các lực sau tác dụng lên trục khuỷu của mỗi xi lanh: áp suất khí tác dụng lên pít-tông P, khối lượng của các bộ phận chuyển động tịnh tiến của trục khuỷuG , quán tính của các bộ phận chuyển động tịnh tiếnP Và và ma sát ở trục khuỷu R T .
Lực ma sát không thể tính toán chính xác; chúng được coi là nằm trong lực cản của chân vịt và không được tính đến. Do đó, trong trường hợp tổng quát, lực dẫn động tác dụng lên pistonP d = P + G +P Và .
Lực quy chiếu 1 m 2 diện tích piston,
Động lựcR d tác dụng vào tâm của chốt piston (chốt đầu chữ thập) và hướng dọc theo trục xi lanh (Hình 216). Trên chốt pistonP d chia thành các thành phần:
R N - áp suất bình thường tác dụng vuông góc với trục xi lanh và ép piston vào ống lót;
R w - lực tác dụng dọc theo trục của thanh nối và truyền đến trục của chốt khuỷu, tại đó lực này lần lượt bị phân hủy thành các bộ phậnR ? VàR R (Hình 216).
Một nỗ lựcR ? tác dụng vuông góc với tay quay, làm cho nó quay và gọi là tiếp tuyến. Một nỗ lựcR R tác dụng dọc theo tay quay và được gọi là hướng tâm. Từ quan hệ hình học ta có:
Giá trị số và dấu của đại lượng lượng giác
đối với động cơ có truyền động trục khuỷu không đổi khác nhau? =R /L có thể được lấy từ dữ liệu
Độ lớn và dấu hiệuR d được xác định từ sơ đồ lực truyền động, biểu diễn bằng đồ họa quy luật biến đổi lực dẫn động trong một vòng quay của trục khuỷu đối với động cơ hai thì và hai vòng quay đối với động cơ bốn thì, tùy thuộc vào góc quay của trục khuỷu. . Để có được giá trị của động lực, trước tiên cần xây dựng ba sơ đồ sau.
1. Sơ đồ biến đổi áp suất p trong xi lanh theo góc quay của tay quay? Trên cơ sở số liệu tính toán quá trình vận hành của động cơ xây dựng được sơ đồ chỉ thị lý thuyết, từ đó xác định áp suất trong xi lanh p phụ thuộc vào thể tích V của nó. Để xây dựng lại sơ đồ chỉ thị từ tọa độ pV sang tọa độ p-? (áp suất - góc quay trục), đường c. m.t. và n. m.t nên được kéo dài xuống dưới và đường thẳng AB phải được vẽ song song với trục V (Hình 217). Đoạn AB được chia cho một điểmVỀ một nửa và từ điểm này bán kính AO mô tả một đường tròn. Từ tâm điểm của vòng trònVỀ về phía N m.t. dành một phân khúcO.O. " = 1 / 2 R 2 / L Brix sửa đổi. Bởi vì
Giá trị của hằng số KSHM? = R/L được lấy theo số liệu thực nghiệm. Để thu được giá trị hiệu chỉnh OO”, theo tỷ lệ của sơ đồ, trong công thức OO” = 1/2 ?R, thay vì R, thay giá trị của đoạn AO. Từ điểm O, được gọi là cực Brix, hãy mô tả một vòng tròn thứ hai có bán kính tùy ý và chia nó thành bất kỳ số phần bằng nhau nào (thường là 15°).VỀ "các tia được vẽ qua các điểm chia. Từ giao điểm của các tia với đường tròn bán kính AO kẻ các đường thẳng song song với trục p hướng lên trên. Sau đó, trong không gian tự do của hình vẽ vẽ tọa độ áp suất khí sử dụng máy đoR - góc quay tay quay?°; Lấy đường áp suất khí quyển làm điểm tham chiếu, loại bỏ khỏi biểu đồ p-V các giá trị tọa độ của quá trình điền đầy và giãn nở đối với các góc 0°, 15°, 30°, ..., 180° và 360°, 375° , 390°, ..., 540 °, chuyển chúng sang tọa độ có cùng góc và nối các điểm thu được bằng một đường cong mượt mà. Phần nén và phần giải phóng được xây dựng tương tự nhau, nhưng trong trường hợp này hiệu chỉnh Brixôi "dành riêng một đoạnAB sang bên trong. m.t. Kết quả của việc xây dựng này là thu được sơ đồ chỉ báo chi tiết (Hình 218,MỘT ), có thể được sử dụng để xác định áp suất khíR trên piston ở mọi góc độ? quay tay quay. Thang đo áp suất của sơ đồ mở rộng sẽ giống như trong sơ đồ ở tọa độ p-V. Khi xây dựng đồ thị p = f(?), các lực thúc đẩy chuyển động của piston được coi là dương, còn các lực cản trở chuyển động này được coi là âm.
2. Sơ đồ khối lượng của các bộ phận chuyển động tịnh tiến của trục khuỷu. Trong động cơ đốt trong thùng, khối lượng của các bộ phận chuyển động tịnh tiến bao gồm khối lượng của piston và một phần khối lượng của thanh truyền. Các mô hình đầu chữ thập cũng bao gồm khối lượng của thanh và thanh trượt. Khối lượng của các bộ phận có thể được tính toán nếu có bản vẽ với kích thước của các bộ phận này. Phần khối lượng của thanh truyền thực hiện chuyển động tịnh tiến làG 1 = G w tôi 1 / tôi , Ở đâuG w - khối lượng thanh nối, kg; l - chiều dài thanh nối, m; tôi 1 - khoảng cách từ trọng tâm thanh nối đến trục chốt khuỷu,tôi :
Để tính toán sơ bộ, có thể lấy giá trị khối lượng riêng của các bộ phận chuyển động tịnh tiến: 1) đối với động cơ bốn thì tốc độ cao 300-800 kg/m 2 và tốc độ thấp 1000-3000 kg/m 2 ; 2) đối với động cơ hai thì tốc độ cao 400-1000 kg/m 2 và tốc độ thấp 1000-2500 kg/m 2 ; 3) đối với động cơ bốn thì tốc độ cao đầu chữ thập 3500-5000 kg/m 2 và tốc độ thấp 5000-8000 kg/m 2 ;
4) đối với động cơ hai thì tốc độ cao đầu chữ thập 2000-3000 kg/m 2 và tốc độ thấp 9000-10 000 kg/m 2 . Vì độ lớn khối lượng của các bộ phận chuyển động tịnh tiến của trục khuỷu và hướng của chúng không phụ thuộc vào góc quay của trục khuỷu nên biểu đồ lực khối sẽ có dạng như hình 2. 218,b . Sơ đồ này được xây dựng theo tỷ lệ tương tự như sơ đồ trước. Trong những phần của sơ đồ, nơi khối lượng thúc đẩy chuyển động của pít-tông, nó được coi là dương và nơi nó cản trở, nó được coi là âm.
3. Sơ đồ lực quán tính của các bộ phận chuyển động và tịnh tiến. Biết rằng lực quán tính của một vật chuyển động tịnh tiếnR Và =Ga N (G - khối lượng cơ thể, kg; a - gia tốc, m/s 2 ). Khối lượng của các bộ phận chuyển động về phía trước của trục khuỷu, quy đổi ra 1 m 2 diện tích của piston, m = G/F. Gia tốc của khối lượng này được xác định bởicông thức (172). Do đó, lực quán tính của các bộ phận chuyển động tịnh tiến của trục khuỷu, quy chiếu là 1 m 2 diện tích piston có thể được xác định cho bất kỳ góc quay nào của tay quay bằng công thức
Tính P Và khác nhau? Nên sản xuất dưới dạng bảng. Dựa trên số liệu trong bảng, biểu đồ lực quán tính của các bộ phận tịnh tiến và chuyển động được xây dựng theo cùng tỷ lệ với các biểu đồ trước. Đặc điểm của đường congP Và = f (?) được cho trong hình. 218,V. . Khi bắt đầu mỗi hành trình của piston, lực quán tính cản trở chuyển động của nó. Do đó lực P Và có dấu âm. Ở cuối mỗi hành trình lực quán tính P Và góp phần vào phong trào này và do đó đạt được dấu hiệu tích cực.
Lực quán tính cũng có thể được xác định bằng đồ họa. Để thực hiện điều này, hãy lấy đoạn AB, chiều dài tương ứng với hành trình của piston theo tỷ lệ trục hoành (Hình 219) của sơ đồ chỉ báo mở rộng. Từ điểm A xuống đường vuông góc, vẽ đoạn AC theo thang tọa độ của sơ đồ chỉ thị, biểu thị lực quán tính của các bộ phận chuyển động tịnh tiến theo c. m.t. (? = 0), bằngP tôi (v.m.t) = G / F R ? 2 (1 +?). Trên cùng một tỷ lệ, một đoạn VD được đặt ra khỏi điểm B - lực quán tính tính bằng n. m.t. (? = 180°), bằng P tôi (n.m.t) = - G / F R ? 2 (1 - ?). Hai điểm C và D nối nhau bằng một đường thẳng. Từ giao điểm của CD và AB, vẽ đoạn EK bằng 3 trên thang tọa độ.G/A R? 2 . Điểm K được nối bằng các đường thẳng với các điểm C và D, tạo thành các đoạn KS và KD được chia thành số phần bằng nhau nhưng không nhỏ hơn năm. Các điểm chia được đánh số theo một hướng và các điểm tương tự được nối với nhau bằng đường thẳng1-1 , 2-2 , 3-3 v.v... Qua điểm C vàD và giao điểm của các đường thẳng nối các số giống nhau vẽ một đường cong trơn biểu diễn định luật biến đổi lực quán tính trong quá trình chuyển động đi xuống của piston. Đối với phần tương ứng với chuyển động của piston tới c. m.t., đường cong lực quán tính sẽ là hình ảnh phản chiếu của đường cong được xây dựng.
Sơ đồ lực dẫn độngP d = f (?) được xây dựng bằng cách tính tổng tọa độ các góc tương ứng của đồ thị
Khi cộng tọa độ của ba sơ đồ này thì quy luật dấu hiệu trên được giữ nguyên. Theo sơ đồR d = f (?) có thể xác định được động lực trên 1 m 2 diện tích piston cho bất kỳ góc quay nào.
Lực tác dụng ở khoảng cách 1 m 2 diện tích của piston sẽ bằng tọa độ tương ứng trên sơ đồ lực dẫn động nhân với thang tọa độ. Tổng lực đẩy piston là
ở đâu p d - lực truyền động trên 1 m 2 diện tích piston, n/m 2 ; D - đường kính xi lanh, m.
Sử dụng công thức (173) sử dụng sơ đồ động lực, có thể xác định được các giá trị áp suất pháp p N sức mạnhR w , lực tiếp tuyến P ? và lực hướng tâmP R ở các vị trí tay quay khác nhau. Biểu diễn đồ họa của định luật biến thiên lực P ? tùy theo góc độ? chuyển động quay của tay quay được gọi là biểu đồ lực tiếp tuyến. Tính toán các giá trịR ? cho những cái khác nhau? được sản xuất bằng sơ đồP d = f : (?) và theo công thức (173).
Dựa trên số liệu tính toán, vẽ sơ đồ các lực tiếp tuyến cho một xi lanh của động cơ hai thì (Hình 220, a) và động cơ bốn thì (Hình 220,6). Các giá trị dương được vẽ hướng lên trên từ trục x, các giá trị âm được vẽ hướng xuống dưới. Lực tiếp tuyến được coi là dương nếu nó hướng theo hướng quay của trục khuỷu và âm nếu nó hướng ngược chiều quay của trục khuỷu. Biểu đồ vùngR ? = f (?) biểu thị ở một thang đo nhất định công của lực tiếp tuyến trong một chu kỳ. Lực tiếp tuyến cho bất kỳ góc nào? chuyển động quay của trục có thể được xác định như sau một cách đơn giản. Mô tả hai đường tròn - một đường tròn có bán kính tay quayR và phần phụ thứ hai - có bán kính?R (Hình 221). Thực hiện cho góc đã cho? bán kính OA và kéo dài nó cho đến khi nó cắt đường tròn phụ tại điểm B. Xây dựng một BOS trong đó BC sẽ song song với trục hình trụ và CO sẽ song song với trục của thanh nối (để làm điều này?). Từ điểm A độ lớn của động lực P được vẽ trên thang đo đã chọn d vì điều này?; thì đoạn ED vuông góc với trục của hình trụ cho đến khi cắt đường thẳngQUẢNG CÁO , song songCO , và sẽ là P mong muốn ? cho người được chọn?.
Thay đổi lực tiếp tuyến?R ? động cơ có thể được biểu diễn dưới dạng sơ đồ tóm tắt của lực tiếp tuyến?R ? = f (?). Để xây dựng nó bạn cần rất nhiều sơ đồ P ? = f (?), động cơ có bao nhiêu xi-lanh nhưng dịch chuyển cái này so với cái kia một góc? vsp xoay tay quay giữa hai lần nhấp nháy tiếp theo (Hình 222,AC ). Bằng cách cộng đại số tọa độ của tất cả các sơ đồ ở các góc tương ứng, chúng ta thu được tổng tọa độ cho các vị trí khác nhau của tay quay. Bằng cách kết nối các đầu của chúng, bạn có được một sơ đồ không?P ? = f (?). Sơ đồ tổng lực tiếp tuyến của động cơ hai thì hai xi-lanh được thể hiện trên hình 2. 222, v. Sơ đồ được xây dựng theo cách tương tự đối với động cơ bốn thì nhiều xi-lanh.
Biểu đồ?R ? = f (?) cũng có thể được xây dựng bằng phương pháp giải tích, chỉ có một biểu đồ lực tiếp tuyến cho một hình trụ. Để làm được điều này bạn cần chia sơ đồR ? = f (?) thành từng phần? vsp độ. Mỗi phần được chia thành nhiều đoạn bằng nhau và được đánh số, Hình 2. 223 (đối với động cơ bốn thìz = 4). tọa độ đường congR ? = f (?), tương ứng với các số điểm giống nhau, được tính tổng theo đại số, dẫn đến tọa độ của đường cong tổng của các lực tiếp tuyến.
Trên sơ đồ?R ? = f (?) vẽ giá trị trung bình của lực tiếp tuyến P ? cp . Để xác định tọa độ trung bình P ? cp Sơ đồ tổng các lực tiếp tuyến theo tỷ lệ hình vẽ, diện tích giữa đường cong và trục x có cần thiết trong một đoạn dài không? vsp chia cho chiều dài của phần này của sơ đồ. Nếu đường cong của sơ đồ tổng lực tiếp tuyến cắt trục hoành thì xác định P ? Thứ Tư bạn cần chia tổng đại số của diện tích giữa đường cong và trục x cho chiều dài của phần sơ đồ. Vẽ giá trị P trên sơ đồ ? Thứ Tư đi lên từ trục x sẽ thu được một trục mới. Các khu vực giữa đường cong và trục này nằm phía trên đường P ? , thể hiện công tích cực và dưới trục - tiêu cực. Giữa R ? Thứ Tư và lực cản của bộ phận dẫn động phải bằng nhau.
Bạn có thể thiết lập sự phụ thuộc P ? Thứ Tư từ áp suất chỉ báo trung bìnhR Tôi : đối với động cơ hai kỳ P ? cp = p Tôi z/? và đối với động cơ 4 thì P ? cp = p Tôi z/2? (z - số lượng xi lanh). Bởi P ? cp xác định mô men xoắn trung bình trên trục động cơ
trong đó D là đường kính hình trụ, m; R - bán kính tay quay, m.
Trong quá trình hoạt động của động cơ, các hệ số lực chính sau tác dụng lên trục khuỷu: lực áp suất khí, lực quán tính của khối lượng chuyển động của cơ cấu, lực ma sát và mômen cản hữu ích. Trong phân tích động lực học của trục khuỷu, lực ma sát thường bị bỏ qua.
Cơm. 8.3. Tác dụng lên các chi tiết trục khuỷu:
a - lực khí; b - lực quán tính Pj; c - lực quán tính ly tâm K r
Lực ép của khí. Lực áp suất khí phát sinh do việc thực hiện chu trình làm việc trong xi lanh. Lực này tác dụng lên piston và giá trị của nó được xác định bằng tích của độ giảm áp suất và diện tích của nó: P g = (p g - p 0)F p (ở đây p g là áp suất trong xi lanh động cơ phía trên piston; p 0 là áp suất trong cacte; F n - diện tích piston). Để đánh giá tải trọng động của các phần tử trục khuỷu thì sự phụ thuộc của lực P g vào thời gian là quan trọng.
Lực áp suất khí tác dụng lên piston tải các phần tử chuyển động của trục khuỷu, được truyền đến các ổ trục chính của cacte và được cân bằng bên trong động cơ do lực tác dụng lên các bộ phận chịu lực của cacte bị biến dạng đàn hồi. đầu xi lanh (Hình 8.3, a). Các lực này không được truyền tới các giá đỡ động cơ và không gây mất cân bằng động cơ.
Lực quán tính của khối lượng chuyển động. Trục khuỷu là một hệ thống có các thông số phân bố, các phần tử chuyển động không đều, dẫn đến xuất hiện tải trọng quán tính.
Về nguyên tắc, có thể thực hiện phân tích chi tiết về động lực học của một hệ thống như vậy nhưng đòi hỏi một khối lượng tính toán lớn. Vì vậy, trong thực hành kỹ thuật, để phân tích động lực học của động cơ, người ta sử dụng các mô hình với các tham số gộp được tạo ra trên cơ sở phương pháp khối lượng thay thế. Trong trường hợp này, tại bất kỳ thời điểm nào, sự tương đương động của mô hình và hệ thống thực đang được xem xét phải được thỏa mãn, điều này được đảm bảo bằng động năng bằng nhau của chúng.
Thông thường, người ta sử dụng mô hình gồm hai khối lượng nối với nhau bằng một phần tử hoàn toàn cứng không có quán tính (Hình 8.4).
Cơm. 8.4. Hình thành mô hình động học hai khối lượng của bánh đà
Khối lượng thay thế thứ nhất m j tập trung tại điểm tiếp xúc của piston với thanh truyền và thực hiện chuyển động tịnh tiến với các thông số động học của piston, mr thứ hai đặt tại điểm tiếp xúc giữa thanh truyền và tay quay và quay đều với vận tốc gócồ.
Chi tiết nhóm piston thực hiện chuyển động tịnh tiến qua lại dọc theo trục của hình trụ. Vì khối tâm của nhóm pít-tông thực tế trùng với trục của chốt pít-tông nên để xác định lực quán tính Pj p, chỉ cần biết khối lượng của nhóm pít-tông m p, lực này có thể tập trung tại một điểm cho trước, và gia tốc của khối tâm j, bằng gia tốc của piston: Pj p = - m pj.
Tay quay trục khuỷu thực hiện chuyển động quay đều. Về mặt cấu trúc, nó bao gồm sự kết hợp của hai nửa tạp chí chính, hai nửa tạp chí và một tạp chí thanh kết nối. Với chuyển động quay đều, mỗi phần tử tay quay này chịu một lực ly tâm tỷ lệ với khối lượng và gia tốc hướng tâm của nó.
Trong mô hình tương đương, tay quay được thay thế bằng khối lượng m k, nằm cách trục quay một khoảng r. Giá trị khối lượng m k được xác định từ điều kiện lực ly tâm do nó tạo ra bằng tổng các lực ly tâm của các khối lượng của các phần tử tay quay: K k = K r w.w + 2K r w hoặc m k rω 2 = m w.w rω 2 + 2m w ρ w ω 2 , từ đó chúng ta nhận được m k = m w.sh + 2m sh ρ sh ω 2 /r.
Các phần tử của nhóm thanh truyền thực hiện chuyển động song song phức tạp. Trong mô hình hai khối lượng của trục khuỷu, khối lượng của nhóm thanh truyền m w được chia thành hai khối lượng thay thế: m w. n, tập trung vào trục của chốt piston, và m sh.k, liên quan đến trục của cổ trục khuỷu của trục khuỷu. Trong trường hợp này, phải đáp ứng các điều kiện sau:
1) tổng khối lượng tập trung tại các điểm thay của mô hình thanh truyền phải bằng khối lượng của khâu trục khuỷu được thay: m w. p + m sh.k = m sh
2) vị trí khối tâm của phần tử CVM thực và sự thay thế của nó trong mô hình phải không thay đổi. Thế thì tôi w. p = m w l sh.k /l w và m sh.k = m w l sh.p /l w.
Việc đáp ứng hai điều kiện này đảm bảo tính tương đương tĩnh của hệ thống thay thế với CSM thực;
3) Điều kiện tương đương động của mô hình thay thế được đảm bảo khi tổng mômen quán tính của các khối lượng đặt tại các điểm đặc trưng của mô hình bằng nhau. Điều kiện này áp dụng cho mô hình thanh kết nối khối kép động cơ hiện có thường không được đáp ứng; nó bị bỏ qua trong tính toán do giá trị số nhỏ của nó.
Cuối cùng, kết hợp khối lượng của tất cả các liên kết của CVM tại các điểm thay thế của mô hình động của CVM, chúng ta thu được:
khối lượng tập trung vào trục của ngón tay và thực hiện chuyển động tịnh tiến dọc theo trục của hình trụ, m j = m p + m w. P;
khối lượng đặt trên trục của tạp chí thanh truyền và thực hiện chuyển động quay quanh trục trục khuỷu, m r = m đến + m sh.k. Đối với động cơ đốt trong hình chữ V có hai thanh nối nằm trên một trục khuỷu của trục khuỷu thì m r = m k + 2m sh.k.
Theo mô hình CVS được chấp nhận, khối lượng thay thế thứ nhất m j, chuyển động không đều với các thông số động học của piston, gây ra lực quán tính P j = - m j j, và khối lượng thứ hai m r, quay đều với vận tốc góc của tay quay, tạo ra lực quán tính ly tâm K r = K r w + K k = - m r rω 2 .
Lực quán tính P j được cân bằng bởi phản lực của các giá đỡ lắp đặt động cơ. Có giá trị và hướng thay đổi, nếu không thực hiện các biện pháp đặc biệt có thể là nguyên nhân gây mất cân bằng bên ngoài của động cơ (xem Hình 8.3, b).
Khi phân tích động học và đặc biệt là sự cân bằng của động cơ, có tính đến sự phụ thuộc thu được trước đó của gia tốc y vào góc quay của tay quay φ, lực Pj được biểu diễn bằng tổng các lực quán tính của trục thứ nhất (P jI) và bậc hai (P jII):
trong đó C = - m j rω 2.
Lực quán tính ly tâm K r = - m r rω 2 do các khối lượng quay của trục khuỷu là một vectơ có độ lớn không đổi, hướng dọc theo bán kính tay quay và quay với tốc độ góc không đổi ω. Lực K r được truyền tới các giá đỡ động cơ, gây ra các phản lực thay đổi (xem Hình 8.3, c). Như vậy, lực K r cũng như lực Pj có thể là nguyên nhân gây mất cân bằng ngoại lực của động cơ đốt trong.
Tổng lực và mô men tác dụng trong cơ cấu. Các lực Рg và Рj, có điểm chung tác dụng vào hệ và một đường tác dụng duy nhất, được thay thế trong phân tích động lực học của trục khuỷu bằng tổng lực, là tổng đại số: Р Σ = Рg + Рj ( Hình 8.5, a).
Cơm. 8,5. Lực lượng trong KSHM: a - sơ đồ thiết kế; b - sự phụ thuộc của lực trong trục khuỷu vào góc quay của trục khuỷu
Để phân tích tác dụng của lực P Σ lên các phần tử của trục khuỷu, nó được chia thành hai thành phần: S và N. Lực S tác dụng dọc theo trục của thanh nối và gây ra lực căng nén thay đổi lặp đi lặp lại của các phần tử của nó. Lực N vuông góc với trục xi lanh và ép piston vào gương của nó. Có thể đánh giá tác dụng của lực S lên bề mặt tiếp xúc thanh truyền-tay quay bằng cách truyền lực dọc theo trục của thanh nối đến điểm khớp nối của chúng (S”) và phân hủy thành lực pháp tuyến K hướng dọc theo trục của tay quay. và lực tiếp tuyến T.
Lực K và T tác dụng lên các ổ trục chính của trục khuỷu. Để phân tích tác dụng của chúng, các lực được truyền đến tâm của giá đỡ chính (lực K, T" và T"). Cặp lực T và T" tác dụng lên cánh tay r tạo ra một mô men xoắn M k, sau đó truyền đến bánh đà, nơi nó thực hiện công có ích. Tổng lực K" và T" tạo ra lực S", lực này lần lượt bị phân hủy thành hai thành phần: N" và .
Rõ ràng N" = - N và = P Σ. Các lực N và N" tác dụng lên cánh tay h tạo ra mô men lật M def = Nh, sau đó truyền đến các gối đỡ động cơ và được cân bằng bởi phản lực của chúng. Động cơ và các phản lực hỗ trợ mà nó gây ra thay đổi theo thời gian và có thể là nguyên nhân gây ra sự mất cân bằng bên ngoài của động cơ.
Các mối quan hệ cơ bản của các lực và mômen đang xét như sau:
Trên trục khuỷu tay quay có lực S” hướng dọc theo trục của thanh nối và lực ly tâm K r w tác dụng dọc theo bán kính tay quay. Lực sinh ra là R w. w (Hình 8.5, b), tải trọng lên trục khuỷu. Tạp chí thanh kết nối, được định nghĩa là tổng vectơ của hai lực này.
Cổ rễ tay quay của động cơ một xi-lanh chịu tác dụng của lực 
và lực quán tính ly tâm của khối lượng tay quay. Sức mạnh kết quả của họ 
, tác động lên tay quay, được cảm nhận bởi hai giá đỡ chính. Do đó, lực tác dụng lên mỗi tạp chí gốc bằng một nửa lực tạo thành và hướng theo hướng ngược lại.
Việc sử dụng đối trọng dẫn đến thay đổi tải của tạp chí gốc.
Tổng mô men xoắn của động cơ.Ở động cơ một xi lanh, mô men xoắn 
Vì r là một giá trị không đổi nên bản chất sự thay đổi của nó dọc theo góc quay của tay quay hoàn toàn được xác định bởi sự thay đổi của lực tiếp tuyến T.
Chúng ta hãy tưởng tượng một động cơ nhiều xi-lanh như một tập hợp các động cơ một xi-lanh, các quá trình làm việc diễn ra giống hệt nhau nhưng được dịch chuyển tương đối với nhau theo các khoảng góc theo thứ tự vận hành động cơ được chấp nhận. Mômen xoắn các cổ trục chính có thể được định nghĩa là tổng hình học của các mô men tác dụng lên tất cả các tay quay trước một trục khuỷu nhất định.
Ví dụ, chúng ta hãy xem xét sự hình thành mô men xoắn trong động cơ tuyến tính bốn kỳ (τ = 4) bốn xi-lanh (i = 4) với bậc làm việc của xi-lanh 1 - 3 - 4 - 2 (Hình 8.6).
Với sự luân phiên đồng đều của các tia chớp, sự dịch chuyển góc giữa các hành trình làm việc liên tiếp sẽ là θ = 720°/4 = 180°. sau đó, có tính đến thứ tự vận hành, sự dịch chuyển góc của mô men giữa xi lanh thứ nhất và thứ ba sẽ là 180°, giữa xi lanh thứ nhất và thứ tư - 360°, và giữa xi lanh thứ nhất và thứ hai - 540°.
Theo sơ đồ trên, mômen xoắn cổ trục chính thứ i được xác định bằng tổng các đường cong lực T (Hình 8.6, b) tác dụng lên tất cả các tay quay thứ i-1 trước nó.
Mômen xoắn tạp chí chính cuối cùng là mômen xoắn tổng cộng của động cơ M Σ, sau đó truyền tới hộp số. Nó thay đổi tùy theo góc quay của trục khuỷu.
Tổng mô men xoắn trung bình của động cơ trong khoảng góc của chu kỳ vận hành M k.av tương ứng với mômen chỉ thị M i do động cơ tạo ra. Điều này là do chỉ có lực khí mới tạo ra công dương.
Cơm. 8.6. Sự hình thành mô men xoắn tổng cộng của động cơ bốn thì bốn xi-lanh: a - sơ đồ thiết kế; b - tạo mô-men xoắn
Bài giảng 4. ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG PISTON 1. Động học và động lực học của cơ cấu tay quay 2. Cân bằng động cơ Cơ cấu tay quay (CSM) là cơ cấu thực hiện phổ biến nhất của một bộ phận chức năng quan trọng động cơ nhiệt bộ chuyển đổi cuối cùng. Phần tử nhạy cảm của bộ chuyển đổi này là piston 2 (xem Hình 1), phần dưới của nó cảm nhận được áp suất khí. Chuyển động qua lại và chuyển động thẳng Piston (dưới tác dụng của áp suất khí) được chuyển thành chuyển động quay của trục khuỷu ra nhờ thanh truyền 4 và tay quay 5.
Bộ phận chuyển động của trục khuỷu còn bao gồm bánh đà được lắp ở đầu sau của trục khuỷu. Cơ năng của trục khuỷu quay được đặc trưng bởi mô men xoắn và tốc độ quay n. Các bộ phận đứng yên của trục khuỷu gồm khối xi lanh 3, đầu xi lanh 1 và mâm 6. Hình. 1. Sơ đồ Động cơ pistonđốt trong: 1 đầu khối; 2 pít-tông; khối 3 xi lanh; 4 thanh nối; 5 trục khuỷu; b bể chứa (hầm chứa dầu)
Các điều kiện hoạt động của các bộ phận trục khuỷu của động cơ hiện đại, gắn liền với tác động của lực khí lên piston, được đặc trưng bởi tốc độ và gia tốc thay đổi nhanh chóng và đáng kể. Thanh kết nối và trục khuỷu nhận và truyền tải trọng đáng kể. Việc phân tích tất cả các lực tác dụng lên trục khuỷu động cơ là cần thiết để tính toán độ bền của các bộ phận động cơ, xác định tải trọng lên các ổ trục, đánh giá sự cân bằng của động cơ và tính toán các gối đỡ động cơ. Độ lớn và tính chất của sự thay đổi tải trọng cơ học tác dụng lên các bộ phận này được xác định trên cơ sở nghiên cứu động học và động học của trục khuỷu. Trước tính toán động học là tính toán nhiệt, giúp chọn các kích thước chính của động cơ (đường kính xi lanh, hành trình piston) và xác định độ lớn cũng như tính chất của sự thay đổi lực dưới tác động của áp suất khí.
Hình Abc. 2. Sơ đồ thiết kế cơ bản cơ cấu tay quay động cơ ô tô: một trung tâm; b di dời; c Hình chữ V 1. Động học và động lực học của cơ cấu tay quay Trong động cơ piston ô tô, trục khuỷu có ba sơ đồ thiết kế chủ yếu được sử dụng (Hình 2): a) Trục xi lanh ở giữa hoặc trục dọc cắt với trục của trục khuỷu; b) dịch chuyển hoặc lệch trục, trục xi lanh bị dịch chuyển một khoảng so với trục của trục khuỷu; c) Với thanh truyền kéo, hai hoặc nhiều thanh kết nối được đặt trên một chốt khuỷu của trục khuỷu.
Phổ biến nhất trong động cơ ô tô là trục khuỷu trung tâm. Hãy phân tích động học và động lực học của hoạt động của nó. Nhiệm vụ phân tích động học KSHM là sự thiết lập các định luật chuyển động của piston và thanh truyền với định luật chuyển động đã biết của tay quay trục khuỷu. Khi rút ra các định luật cơ bản, ta bỏ qua chuyển động quay không đều của trục khuỷu, giả sử rằng vận tốc góc của nó không đổi. Vị trí piston tương ứng với TDC được lấy làm vị trí ban đầu. Tất cả các đại lượng đặc trưng cho động học của cơ cấu được biểu thị dưới dạng hàm của góc quay của trục khuỷu. Đường đi của pít-tông. Từ sơ đồ (xem Hình 2, a) suy ra chuyển động của piston từ ĐCT, tương ứng với chuyển động quay của trục khuỷu qua một góc φ, bằng Sn = OA1 -OA = R(l - cos φ) + Lsh (I - cosβ) (1) trong đó R là bán kính trục khuỷu, m; L w là chiều dài của thanh nối, m. Từ lượng giác, người ta biết cosβ = (l - sin2 φ) 2, và từ Hình 2. 2 và theo đó là (2)
Chú ý Biểu thức là nhị thức Newton, có thể khai triển thành chuỗi nên ta có thể viết Cho động cơ ô tô λ = 0,24...0,31. (3) Bỏ qua các số hạng của chuỗi trên bậc hai, chúng tôi chấp nhận với độ chính xác đủ để thực hành Thay giá trị thu được của cosβ vào biểu thức (1) và tính đến việc chúng tôi thu được biểu thức cuối cùng mô tả chuyển động của piston
(4) Tốc độ pít-tông. Công thức xác định tốc độ pít-tông v n thu được bằng cách vi phân biểu thức (4) theo thời gian, (5) trong đó là vận tốc góc của trục khuỷu. Để đánh giá so sánh về thiết kế động cơ, người ta đưa ra khái niệm tốc độ trung bình của piston (m/s): trong đó n là tốc độ quay trục khuỷu, vòng/phút. Đối với động cơ ô tô hiện đại, giá trị của vp.sr dao động trong khoảng m/s. Tốc độ piston trung bình càng cao thì bề mặt dẫn hướng xi lanh và piston càng bị mòn nhanh hơn.
Gia tốc của pít-tông. Biểu thức tính gia tốc của piston j p thu được bằng cách vi phân biểu thức (5) theo thời gian (6) Trong Hình. Hình 2 biểu diễn các đường cong thay đổi đường đi, tốc độ và gia tốc của piston phụ thuộc vào góc quay của trục khuỷu φ, được xây dựng theo các công thức (4)...(6) cho một vòng quay hoàn toàn của trục khuỷu. Phân tích các đường cong cho phép chúng ta lưu ý những điều sau: khi tay quay được quay từ vị trí ban đầu ở một phần tư vòng đầu tiên (từ φ = 0 đến φ = 90°), piston di chuyển một khoảng cách Rλ lớn hơn so với khi quay một phần tư thứ hai. quay một phần tư, gây ra tốc độ trung bình của piston cao hơn trong các quý đầu tiên và độ mòn lớn ở đỉnh xi lanh; tốc độ piston không phải là hằng số: nó bằng 0 tại điểm chết và có giá trị cực đại tại φ gần 75° và 275°; Gia tốc piston đạt giá trị tuyệt đối lớn nhất tại TDC và BDC, tức là. tại những thời điểm khi hướng chuyển động của piston thay đổi: trong trường hợp này, gia tốc ở TDC lớn hơn ở BDC; tại v nmax = 0 (gia tốc đổi dấu).
Nhiệm vụ phân tích động lực học trục khuỷu là đưa ra các công thức tính toán xác định độ lớn và bản chất sự thay đổi các lực tác dụng lên piston, thanh truyền và trục khuỷu cũng như các mômen lực phát sinh trên trục khuỷu khi động cơ hoạt động. Kiến thức về các lực tác dụng lên các bộ phận của trục khuỷu là cần thiết để tính toán độ bền của các bộ phận động cơ và xác định tải trọng lên các ổ trục. Khi động cơ hoạt động, các bộ phận trục khuỷu chịu tác dụng của lực từ áp suất khí trong xi lanh và lực quán tính của các khối lượng chuyển động của cơ cấu cũng như lực ma sát và lực cản hữu ích lên trục động cơ. Lực áp suất khí P g tác dụng lên piston dọc theo trục xi lanh được tính theo công thức (7) trong đó Pi là áp suất khí chỉ thị (áp suất phía trên piston) tại một góc quay cho trước, MPa; p 0 áp suất trong cacte động cơ (dưới piston), MPa; A diện tích đáy piston, m2.
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lực ép RG vào góc quay tay quay φ được thể hiện trên hình 2. 3. Khi xây dựng đồ thị, giả sử rằng lực là dương nếu hướng về trục khuỷu và âm nếu hướng ra xa trục. Cơm. 3. Sự thay đổi lực áp suất khí, quán tính và tổng lực phụ thuộc vào góc quay của trục khuỷu
Lực quán tính, tùy theo tính chất chuyển động của các bộ phận chuyển động của CVM, được chia thành lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến Pj và lực quán tính của khối lượng quay R a. Khối lượng mw của thanh truyền tham gia đồng thời chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay, được thay thế bằng hai khối lượng m 1 và m 2, lần lượt tập trung ở tâm A và B của đầu piston và đầu tay quay (Hình 4, b). Để tính toán gần đúng, lấy t x = 0,275 t w và t 2 = 0,725 t w. Lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến (piston với các vòng và chốt mp, cũng như khối lượng m w, thanh truyền) tác dụng dọc theo trục của hình trụ và bằng (8) Bản chất của sự thay đổi lực này giống với bản chất của sự thay đổi gia tốc của piston j n. Dấu trừ chứng tỏ hướng của lực và hướng của gia tốc khác nhau. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Pj vào góc quay trục khuỷu cp được thể hiện trên hình 2. 3. Lực quán tính của các khối lượng quay, là lực ly tâm, hướng dọc theo bán kính tay quay tính từ trục quay của nó và bằng (9)
Trong đó t k là khối lượng không cân bằng của tay quay, được coi là tập trung trên trục của tay quay tại điểm B (Hình 4, b); m w.w. - khối lượng của tạp chí thanh kết nối với các phần liền kề và nằm đồng tâm của má; m là khối lượng phần giữa của má được bao bọc trong đường viền a-b-c-d-a, trọng tâm của nó nằm cách trục quay của trục một khoảng p (Hình 4, a). Cơm. 4. Hệ các khối lượng tập trung, động tương đương với cơ cấu tay quay: sơ đồ đưa khối lượng tay quay; b thể hiện sơ đồ của cơ cấu tay quay
Tổng sức mạnh. Lực áp suất khí P g và lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến P j tác dụng cùng nhau dọc theo trục hình trụ. Để nghiên cứu động lực học của trục khuỷu, tổng các lực này là quan trọng (P = P t + P j). Lực P đối với các góc quay khác nhau của tay quay có được bằng cách cộng đại số tọa độ các điểm của đường cong P t và P j (xem Hình 3). Để nghiên cứu tác dụng của tổng lực P lên phần trục khuỷu, chúng ta sẽ phân tích nó thành hai thành phần lực: P w, hướng dọc theo trục của thanh nối và N, tác dụng vuông góc với trục hình trụ (Hình 5). , a): Ta truyền lực P w dọc theo đường tác dụng của nó tới chốt tay quay tâm (điểm B) và thay bằng hai lực thành phần là tiếp tuyến (7) và hướng tâm (K): (10) (11)
Vào tâm O của tay quay ta tác dụng hai lực T” và T”, bằng nhau và song song với lực T. Hai lực T và T” tạo thành một cặp có vai bằng bán kính R của tay quay. Mômen của cặp lực này làm quay tay quay gọi là mô men xoắn của động cơ MD = TR. Ta truyền lực hướng tâm về tâm O và tìm kết quả của lực Psh K và T" (Hình 5, b). Lực P w bằng và song song với lực P w. Sự phân tích lực Psh theo các phương dọc theo trục hình trụ và vuông góc với nó sẽ tạo ra hai thành phần lực P" và N". Lực P" có độ lớn bằng lực P, được tạo thành từ các lực P t và P,. Lực thứ nhất trong hai lực tổng hợp được cân bằng bởi lực của áp suất khí tác dụng lên đầu xi lanh, lực thứ hai được truyền tới Lực quán tính không cân bằng này của các bộ phận chuyển động tịnh tiến Pj thường được biểu diễn dưới dạng tổng của hai lực (12) gọi là lực quán tính bậc một (PjI) và bậc hai (PjII). Các lực này tác dụng dọc theo trục của hình trụ.
Lực N” và N (Hình 5, c) tạo thành một cặp lực có mômen M def = -NH có xu hướng làm lật động cơ. Momen lật hay còn gọi là mômen phản kháng của động cơ luôn bằng mô men xoắn của động cơ nhưng ngược chiều. Mô men này thông qua các giá đỡ động cơ bên ngoài được truyền đến khung ô tô. Sử dụng công thức (10), cũng như sự phụ thuộc M D =TR, có thể xây dựng đồ thị của mô-men xoắn biểu thị M d của động cơ một xi-lanh tùy thuộc vào góc φ (Hình 6, a). Trên biểu đồ diện tích này, nằm phía trên trục hoành độ biểu thị dương và những tọa độ nằm bên dưới trục hoành độ biểu thị công âm của mô-men xoắn .Chia tổng đại số của các diện tích A này cho chiều dài của đồ thị l, ta thu được giá trị trung bình của thời điểm trong đó M là tỷ lệ của thời điểm
Để đánh giá mức độ đồng đều của mômen biểu thị của động cơ, chúng tôi đưa ra hệ số không đồng đều mômen trong đó M max ; M phút ; M trung bình tương ứng là khoảnh khắc chỉ báo tối đa, tối thiểu và trung bình. Khi số lượng xi lanh động cơ tăng thì hệ số μ giảm, tức là độ đồng đều của mô-men xoắn tăng lên (Hình 6). Sự không đều của mô men xoắn gây ra sự thay đổi vận tốc góc của trục khuỷu, được đánh giá bằng hệ số không đều: trong đó: ω max ; ω phút ; ω av tương ứng là vận tốc góc cao nhất, thấp nhất và trung bình của trục khuỷu trong một chu kỳ,
Độ không đều của hành trình δ được đảm bảo bằng cách sử dụng một bánh đà có mô men quán tính J, sử dụng các mối quan hệ: trong đó A là diện tích nằm phía trên đường M av (Hình 6, b) và tỉ lệ với công thừa W của mô-men xoắn; - thang đo góc quay của trục khuỷu, 1 rad/mm i ab - (i số xi lanh, đoạn ab tính bằng mm); n tốc độ quay, vòng/phút Công việc dư thừa được xác định bằng đồ họa, các giá trị của δ và J được chỉ định trong quá trình thiết kế. Đối với động cơ ô tô δ = 0,01...0,02.
2. Cân bằng động cơ Động cơ được coi là cân bằng nếu, trong điều kiện vận hành ở trạng thái ổn định, các lực và mô men tác dụng lên các giá đỡ của nó không đổi về độ lớn và hướng hoặc bằng 0. Trong động cơ không cân bằng, các lực thay đổi theo độ lớn và hướng truyền tới hệ thống treo gây ra rung động ở khung và thân động cơ phụ. Những rung động này thường gây thêm hư hỏng cho các bộ phận của xe. Trong giải pháp thực tế của bài toán cân bằng động cơ, các lực và mômen sau tác dụng lên các bệ đỡ động cơ piston thường được tính đến: a) lực quán tính của các khối lượng tịnh tiến bậc P jI thứ nhất và P jII thứ hai; b) lực quán tính ly tâm của các khối lượng quay không cân bằng của KSHM R c; c) mômen dọc M jI và M jII của lực quán tính P jI và P jII; d) mô men ly tâm dọc M c lực quán tính R c.
Điều kiện cân bằng của động cơ được mô tả bằng hệ phương trình sau: (13) Việc cân bằng được thực hiện theo hai cách, áp dụng riêng rẽ hoặc đồng thời: 1. bằng cách chọn như sau: mạch quay trục khuỷu, tại đó các lực và mô men xác định phát sinh trong xi lanh khác nhau, được cân bằng lẫn nhau; 2. việc sử dụng đối trọng, tức là các khối lượng bổ sung có lực quán tính bằng độ lớn và ngược hướng với các lực cân bằng. Chúng ta xét sự cân bằng của động cơ một xi-lanh trong đó các lực quán tính P jI, P jII, P c không cân bằng. Các lực quán tính bậc P jI thứ nhất và P jII thứ hai có thể được cân bằng hoàn toàn bằng cách sử dụng hệ đối trọng bổ sung.
Lực P jI =m j Rω 2 cos φ được cân bằng bằng cách lắp hai đối trọng có khối lượng tpr 1 lên hai trục phụ song song với trục khuỷu và nằm đối xứng với trục hình trụ, quay ngược chiều nhau với vận tốc góc của trục khuỷu ω. Các đối trọng được lắp đặt sao cho tại bất kỳ thời điểm nào hướng của hệ thống treo của chúng tạo thành một góc với phương thẳng đứng bằng góc quay của trục khuỷu φ (Hình 7). Trong quá trình quay, mỗi đối trọng tạo ra một lực ly tâm trong đó p j là khoảng cách từ trục quay của đối trọng đến trọng tâm của nó. Bằng cách phân tích các vectơ của hai lực thành các thành phần Y I nằm ngang và X I thẳng đứng, chúng ta tin rằng với mọi φ các lực Y I cân bằng lẫn nhau và các lực X I tạo ra lực R) có thể cân bằng hoàn toàn với lực P l nếu điều kiện là gặp
Khi lực P và được cân bằng theo cùng một cách, chỉ có các đối trọng trong trường hợp này quay với tốc độ góc gấp đôi 2ω (Hình 7). Lực quán tính ly tâm P c có thể được cân bằng hoàn toàn nhờ sự trợ giúp của các đối trọng được lắp trên má của trục khuỷu ở phía đối diện với tay quay. Khối lượng của mỗi đối trọng tpr được chọn phù hợp với điều kiện trong đó p là khoảng cách từ trọng tâm của đối trọng đến trục quay.
Sơ đồ lực quán tính tác dụng lên động cơ một hàng 4 xi-lanh được thể hiện trên hình 2. 8. Từ đó, rõ ràng rằng đối với một hình dạng nhất định của trục khuỷu, các lực quán tính bậc nhất cân bằng Σ РjI = 0. Trong mặt phẳng dọc của động cơ, các lực tạo thành hai cặp lực, mômen P jI trong đó M jI = P jI а. Vì hướng của những khoảnh khắc này ngược nhau nên chúng cũng cân bằng (Σ M jI = 0). Cơm. 8. Sơ đồ lực quán tính tác dụng lên động cơ 4 xi-lanh một hàng
Các lực ly tâm và mômen và mô men quán tính bậc hai của chúng cũng cân bằng, có nghĩa là trong động cơ 4 xi-lanh, lực PjII vẫn không cân bằng. Chúng có thể được cân bằng bằng cách sử dụng đối trọng quay, như đã đề cập ở trên, nhưng điều này sẽ làm phức tạp việc thiết kế động cơ. Trong động cơ 4 thì 6 xi-lanh thẳng hàng, các trục khuỷu đặt cách đều nhau 120°. Trong động cơ này, cả lực quán tính và mô men của chúng đều hoàn toàn cân bằng. Động cơ bốn thì 8 xi-lanh một hàng có thể được coi là hai động cơ 4 xi-lanh một hàng có trục khuỷu quay 90° so với nhau. Trong thiết kế động cơ như vậy, tất cả các lực quán tính và mômen của chúng cũng cân bằng. Sơ đồ của động cơ 4 thì 6 xi-lanh hình chữ V có góc giữa các hàng 90° (góc khum xi-lanh) và ba tay quay ghép đôi ở góc 120° được thể hiện trên hình 2. 9.
Trong mỗi phần 2 trụ, lực quán tính bậc nhất và lực quán tính sinh ra của khối lượng quay của trụ trái và trụ phải có độ lớn không đổi và hướng dọc theo bán kính của tay quay. Lực quán tính bậc hai sinh ra trong mặt cắt có độ lớn thay đổi và tác dụng trong mặt phẳng ngang. Trong bộ lễ phục. 9 lực P jI, P jII, P c - tổng các lực quán tính ứng với từng tiết diện của hình trụ đôi, các nét ký hiệu các lực trên hình vẽ chỉ số hiệu của tiết diện hình trụ. Đối với toàn bộ động cơ (đối với ba cặp xi lanh), tổng lực quán tính bằng 0, tức là tổng mômen của lực quán tính bậc một và lực ly tâm lần lượt bằng nhau và tác dụng trong một mặt phẳng quay đi qua trục của động cơ. trục khuỷu và tạo một góc 30 với mặt phẳng của tay quay thứ nhất°. Để cân bằng những khoảnh khắc này, các đối trọng được lắp ở hai má ngoài của trục khuỷu (xem Hình 9). Khối lượng đối trọng tpr được xác định từ điều kiện
Trong đó b là khoảng cách giữa trọng tâm của các đối trọng. Tổng mômen quán tính bậc hai tác dụng trong mặt phẳng ngang. Thông thường ΣM jII không được cân bằng vì điều này liên quan đến sự phức tạp đáng kể trong thiết kế. Để đưa sự cân bằng thực tế đến gần hơn với sự cân bằng lý thuyết trong sản xuất động cơ, một số biện pháp thiết kế và công nghệ được đưa ra: - trục khuỷu được chế tạo càng cứng càng tốt; - Các bộ phận chuyển động tịnh tiến trong quá trình lắp ráp được chọn thành một bộ hoàn chỉnh có sự chênh lệch nhỏ nhất về khối lượng của các bộ trong các xi lanh khác nhau của cùng một động cơ; - sai lệch cho phép về kích thước của các bộ phận trục khuỷu được đặt càng nhỏ càng tốt; - các bộ phận quay được cân bằng cẩn thận, trục khuỷu và bánh đà được cân bằng động.
Cân bằng bao gồm việc xác định sự mất cân bằng của trục so với trục quay và tự cân bằng bằng cách tháo kim loại hoặc gắn các vật nặng cân bằng. Cân bằng các bộ phận quay được chia thành tĩnh và động. Một vật được coi là cân bằng tĩnh nếu khối tâm của vật nằm trên trục quay. Các bộ phận dạng đĩa quay có đường kính lớn hơn độ dày của chúng phải chịu sự cân bằng tĩnh. Bộ phận được gắn trên một trục hình trụ, được đặt trên hai lăng kính nằm ngang song song. Bộ phận tự lắp đặt bằng cách xoay phần nặng của nó xuống dưới. Sự mất cân bằng này được loại bỏ bằng cách gắn một đối trọng tại một điểm đối diện hoàn toàn với phần đáy (nặng) của bộ phận. Trong thực tế, để cân bằng tĩnh, người ta sử dụng các thiết bị cho phép xác định ngay khối lượng của quả cân cân bằng và vị trí lắp đặt nó. Cân bằng độngđược đảm bảo nếu thỏa mãn điều kiện cân bằng tĩnh và thỏa mãn điều kiện thứ hai thì tổng mômen của các lực ly tâm của các khối lượng quay đối với một điểm bất kỳ trên trục trục phải bằng 0. Khi thỏa mãn hai điều kiện này thì trục quay trùng với một trong các trục quán tính chính của vật.
Cân bằng động được thực hiện bằng cách quay trục trên các máy cân bằng đặc biệt. GOST thiết lập các lớp chính xác cân bằng cho rôto cứng, cũng như các yêu cầu và phương pháp cân bằng để tính toán sự mất cân bằng. Ví dụ, cụm trục khuỷu của động cơ cho ô tô khách và xe tải được đánh giá ở cấp chính xác thứ 6 và độ mất cân bằng phải nằm trong phạm vi mm · rad/s. Trong quá trình hoạt động của động cơ, mỗi tay quay của trục khuỷu chịu tác dụng của các lực tiếp tuyến và pháp tuyến thay đổi liên tục và định kỳ, gây ra các biến dạng xoắn, uốn thay đổi trong hệ đàn hồi của cụm trục khuỷu. Dao động góc tương đối của các khối lượng tập trung vào trục, gây ra sự xoắn của từng phần riêng lẻ của trục, được gọi là dao động xoắn. Trong những điều kiện nhất định, các ứng suất xen kẽ gây ra bởi dao động xoắn và uốn có thể dẫn đến hư hỏng do mỏi trục. Tính toán và nghiên cứu thực nghiệm cho thấy dao động uốn ít gây nguy hiểm cho trục khuỷu hơn dao động xoắn.
Do đó, như phép tính gần đúng đầu tiên, dao động uốn có thể được bỏ qua trong tính toán. Dao động xoắn của trục khuỷu không chỉ nguy hiểm đối với các bộ phận của trục khuỷu mà còn đối với các bộ truyền động đơn vị khác nhauđộng cơ và các bộ phận truyền động của ô tô. Thông thường, việc tính toán dao động xoắn phụ thuộc vào việc xác định ứng suất trong trục khuỷuở mức cộng hưởng, tức là khi tần số của lực kích thích trùng với một trong các tần số tự nhiên của trục. Nếu có nhu cầu giảm ứng suất phát sinh thì các bộ giảm chấn rung xoắn (bộ giảm chấn) được lắp đặt trên trục khuỷu. Trong động cơ ô tô và máy kéo, bộ giảm chấn phổ biến nhất là ma sát bên trong (cao su) và ma sát chất lỏng. Chúng hoạt động dựa trên nguyên lý hấp thụ năng lượng rung động rồi tiêu tán nó dưới dạng nhiệt. Bộ giảm chấn cao su bao gồm một khối quán tính được lưu hóa thông qua một miếng đệm cao su vào đĩa. Đĩa được nối chắc chắn với trục khuỷu. Ở chế độ cộng hưởng, khối lượng quán tính bắt đầu dao động, làm biến dạng gioăng cao su. Sự biến dạng của phần sau góp phần hấp thụ năng lượng rung động và “làm mất tác dụng” các dao động cộng hưởng của trục khuỷu.
Trong bộ giảm chấn ma sát chất lỏng, khối lượng quán tính tự do được đặt bên trong một vỏ kín, được nối cứng với trục khuỷu. Khoảng trống giữa các thành của vỏ và khối được lấp đầy bằng chất lỏng silicon đặc biệt có độ nhớt cao. Khi đun nóng, độ nhớt của chất lỏng này thay đổi một chút. Nên lắp đặt các bộ giảm chấn rung xoắn ở vị trí trục có biên độ rung lớn nhất.
