Динамика кривошипно-шатунного механизма

При работе двигателя в КШМ действуют следующие основные силовые факторы: силы давления газов, силы инерции движущихся масс механизма, силы трения и момент полезного сопротивления. При динамическом анализе КШМ силами трения обычно пренебрегают.

Силы давления газов. Сила давления газов возникает в результате реализации в цилиндрах рабочего цикла.

Сила давления газов, действующая на поршень, нагружает подвижные элементы КШМ, передается на коренные опоры картера и уравновешивается внутри двигателя за счет упругой деформации несущих элементов блок-картера силой Р'г, действующей на головку цилиндра (рис. 8.3, а). Эти силы не передаются на опоры двигателя и не вызывают его неуравновешенности.

Силы инерции движущихся масс. КШМ представляет собой систему с распределенными параметрами, элементы которой движутся неравномерно, что приводит к возникновению инерционных нагрузок.

Детальный анализ динамики такой системы принципиально возможен, однако сопряжен с большим объемом вычислений. Поэтому в инженерной практике для анализа динамики двигателя используют модели с сосредоточенными параметрами, созданные на основе метода замещающих масс. При этом для любого момента времени должна выполняться динамическая эквивалентность модели и рассматриваемой реальной системы, что обеспечивается равенством их кинетических энергий.

Обычно используют модель из двух масс, связанных между собой абсолютно жестким безынерционным элементом (рис. 8.4). Первая замещающая масса /яу- сосредоточена в точке сопряжения поршня с шатуном и совершает возвратно-поступательное движение с кинематическими параметрами поршня, вторая тг располагается в точке сопряжения шатуна с кривошипом и вращается равномерно с угловой скоростью щ.

Детали поршневой группы совершают прямолинейное возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра.

Кривошип коленчатого вала совершает равномерное вращательное движение. Конструктивно он состоит из совокупности двух половин коренной шейки, двух щек и шатунной шейки. При равномерном вращении на каждый из указанных элементов кривошипа действует центробежная сила, пропорциональная его массе и центростремительному ускорению.

Элементы шатунной группы совершают сложное плоскопараллельное движение.

Выполнение этих двух условий обеспечивает статическую эквивалентность замещающей системы реальному КШМ;

3) условие динамической эквивалентности замещающей модели обеспечивается при равенстве суммы моментов инерции масс, расположенных в характерных точках модели. Данное условие для двухмассовых моделей шатунов существующих двигателей обычно не выполняется, в расчетах им пренебрегают из-за его малых численных значений.

Суммарный крутящий момент двигателя. В одноцилиндровом двигателе крутящий момент Мк = Тг. Так как г — величина постоянная, то характер его изменения по углу поворота кривошипа полностью определяется изменением тангенциальной силы Т.

2) Проходи́мость — способность автомобиля преодолевать препятствия.

Проходимость важна, например:

· при эксплуатации автомобиля в сельской местности;

· в сельском хозяйстве, лесной промышленности, на строительстве;

· на активном отдыхе (охота, рыбалка).

Автомобиль очень высокой проходимости называется вездеходом.

Автомобиль, сочетающий высокую проходимость и комфорт езды, называется внедорожником (джипом). Существуют также «паркетники», внешне похожие на внедорожники, но не предназначенные для езды по бездорожью.

Содержание

[убрать]

· 1 Типичные виды препятствий

o 1.1 Неровная дорога

o 1.2 Точечные препятствия

o 1.3 Подъёмы и спуски

o 1.4 Рыхлый грунт

o 1.5 Броды

o 1.6 Мягкие и разрушаемые преграды

o 1.7 Рвы и пороговые препятствия

· 2 Параметры, связанные с проходимостью

o 2.1 Габаритные параметры

§ 2.1.1 Дорожный просвет (клиренс)

§ 2.1.2 Углы свеса

§ 2.1.3 Угол продольной проходимости (Угол рампы, Угол переката)

§ 2.1.4 Угол поперечной статической устойчивости

o 2.2 Тяговые параметры

§ 2.2.1 Тип привода

§ 2.2.2 Удельная мощность

§ 2.2.3 Тяговооружённость

o 2.3 Опорно-сцепные параметры

§ 2.3.1 Удельное давление на грунт

§ 2.3.2 Тип подвески

§ 2.3.3 Коэффициент сцепления шин

Типичные виды препятствий[править | править исходный текст]

Неровная дорога [править | править исходный текст]

Езда по неровной дороге снижает срок службы автомобиля. Если сила тяги, развиваемая автомобилем, недостаточна, он может застрять.

Для того, чтобы автомобиль справлялся с неровными дорогами, применяют такие меры:

· Автомобили высокой проходимости существенно прочнее, чем дорожные. У них более прочные кузов и рама, плюс усиленная подвеска.

· Высокий крутящий момент двигателя. Желателен полный привод, блокировка дифференциала.

· Высокий клиренс.

· Мягкие рессоры, большой ход подвески.

· Лебёдка для вытаскивания застрявшего автомобиля.

Точечные препятствия [править | править исходный текст]

Небольшие, но высокие препятствия (камни, пни, кочки) автомобиль должен пропускать под днищем. Для этого важны:

· Высокий клиренс.

· Чтобы препятствиями не повредить двигатель, внизу моторный отсек защищён прочным поддоном.

· Шарниры равных угловых скоростей с резиновыми пыльниками очень уязвимы. ШРУСы надёжно защищают, чтобы корягой нельзя было прорвать пыльник. Либо используют зависимую переднюю подвеску, в которой ШРУС находится внутри металлического кулака.

Подъёмы и спуски [править | править исходный текст]

При езде на подъём двигатель может заглохнуть. Если не хватает сцепления шин, автомобиль может сорваться вниз. При езде поперёк склона автомобиль может опрокинуться. При переходе с подъёма или спуска на ровное место автомобиль может зацепиться кузовом и застрять.

Меры борьбы:

· Высокий крутящий момент двигателя, пониженные передачи в трансмиссии.

· Высокий клиренс. Высокий угол продольной проходимости. Высокие углы свеса.

· Шины, рассчитанные на езду по грунту.

· Полный привод.

· Широкая колея.

Рыхлый грунт [править | править исходный текст]

Автомобиль, попавший на рыхлый грунт, может завязнуть в нём и не выбраться.

Меры борьбы:

· Уменьшенное давление на грунт (в основном за счёт повышения диаметра и ширины колёс и количества осей, а также снижения давления в шинах).

· Полный привод.

· Блокировка дифференциала.

· Использование лебёдки для самовытаскивания.

Броды [править | править исходный текст]

Чтобы в автомобиль не попала вода, герметизируют нижнюю часть моторного отсека и кабины. На спецавтомобилях (например, военных) в целях снижения себестоимости, вместо герметизации может быть установлена помпа, откачивающая лишнюю воду. Забор воздуха в двигатель устанавливают как можно выше.

Воздухозаборник двигателя, выведенный выше, называют «шноркелем». Существуют заводские шноркели для популярных вседорожников. Многие джиперы делают шноркель самостоятельно, устанавливая на автомобиль «закрытый» воздушный фильтр «бочка», например, от ГАЗ-3110 или Москвич-2141, к которому через резиновую гофру прикрепляют пластиковую или металлическую тонкостенную трубу, идущую по стойке лобового стекла вверх. Вверху или устанавливается моноциклон или другой фильтр воды, или конец трубы разными способами «загибается» на крышу внедорожника во избежание попадания капель воды при дожде и брызгах.

Также для преодоления бродов, автомобили оснащают «гидрозащитой» — все сапуны агрегатов (двигатель, КПП, раздатка, мосты) дополняют гибкими шлангами, которые выводят как можно выше. Выводить шланги в шноркель не рекомендуется, потому что разрежение, создаваемое двигателем, передаётся и в агрегаты, помогая воде проникать через сальники внутрь агрегатов.

При преодолении брода рекомендуется снять ремень вентилятора охлаждения (часто это ремень генератора), если вентилятор не работает через вискомуфту во избежание поломки крыльчатки.

Мягкие и разрушаемые преграды [править | править исходный текст]

Кусты, ветки и т. д. Сами по себе не вредны, но среди податливых веток может оказаться твёрдый ствол или пень, способный смять радиатор, сорвать «дворники» и даже разбить ветровое стекло. К тому же ветки, постоянно хлещущие по стеклу, мешают обзору. Для защиты автомобиль снабжается кенгурятником и тросами-веткоотбойниками.

Рвы и пороговые препятствия [править | править исходный текст]

Возможность преодолевать такие препятствия важна для военных машин. Двухосная полноприводная машина может преодолеть ров, примерно равный по ширинерадиусу колеса (если же привод на одну ось — ещё более узкий). Многоосная и гусеничная — от трети до половины колёсной базы.

Пороговые препятствия (эскарпы) — вертикальные ступеньки. Даже при не очень большой высоте такие препятствия надёжно останавливают даже танк. Такие уступы обычно форсируют с помощью подручных средств, например, вязанок хвороста, либо пробивают путь артиллерийским огнём. Колёсная машина с приводом на одну ось может преодолеть уступ высотой в 2/3 радиуса колеса, с полным приводом — в радиус колеса.

Параметры, связанные с проходимостью[править | править исходный текст]

Габаритные параметры [править | править исходный текст]

Дорожный просвет (клиренс) [править | править исходный текст]

В упрощённом значении, клиренсом автомобиля называют расстояние от самой низкой части автомобиля до поверхности земли. В технических описаниях клиренс, как правило, указывается для автомобиля в снаряжённом состоянии, что указывает на то, что заявленная величина дорожного просвета является максимальной эксплуатационной и может уменьшаться при загрузке автомобиля.

Величина клиренса является одним из ключевых факторов, влияющих на проходимость автомобиля. У внедорожных автомобилей с зависимой подвеской самой низкорасположенной точкой чаще всего является корпус дифференциала, реже — нижние кронштейны амортизаторов, стремянки рессор, корпус раздаточной коробки. При классической конструкции мостов клиренс таких автомобилей невелик и колеблется вокруг показателя в 200 мм (для штатных колёс). При независимой подвеске нижней точкой может быть как рычаги подвески, кронштейны амортизаторов, корпус раздаточной коробки, картер двигателя и дифференциалов (редко), так и элементы выпускной системы, части стабилизатора поперечной устойчивости (при его наличии), элемент рамы или лонжерона. В целом подобная конструкция позволяет значительно увеличить дорожный просвет автомобиля. В случае использования дополнительного оборудования, такого как защита элементов днища, фаркоп, дополнительные пороги, подножки, а также накладки на бампера и пр., именно оно может стать самой низкорасположенной частью автомобиля.

Самым распространённым способом увеличения клиренса автомобиля, вне зависимости от типа подвески, является установка колес большего диаметра.

Для зависимой подвески также практикуется перенос точек крепления амортизаторов, расположение рессор над мостом. Редко встречается переоборудование внедорожника мостами с бортовыми редукторами (если они не были предусмотрены заводской конструкцией).

Для возможности установки колес большего диаметра прибегают к процедуре «лифта». Лифт (англ. lift — подъем) — техническое вмешательство в конструкцию автомобиля с целью увеличения расстояния между кузовом и осью вращения колес. На практике применяется лифт подвески, лифт кузова (бодилифт).

При использовании лифта независимых конструкций подвески увеличение клиренса может происходить и без использования более крупных колес (с точки зрения улучшения параметров проходимости, такая операция является малодейственной, оставаясь при этом довольно трудоёмкой).

Углы свеса [править | править исходный текст]

Предположим, что автомобиль въезжает на эстакаду с углом наклона α.

Передний угол свеса (угол въезда) — это максимальное α, при котором автомобиль может въехать передним колесом на склон, не задев эстакады никакой частью кузова (на схеме отмечен красным цветом). Аналогично, задний угол свеса (угол съезда) — максимальное α, при котором можно въехать задним колесом на склон (на схеме отмечен зелёным цветом).

Угол заднего свеса обычно делают больше, чтобы водитель был уверен: если автомобиль не застрял передней частью, пройдёт и задней.

У машин, предназначенных для езды по бездорожью (внедорожников), угол въезда и съезда больше, чем у обычных легковых машин. Например, у внедорожникаDefender угол проходимости достаточно высокий: передний угол проходимости (въезда) — 49°, задний угол проходимости (съезда) — 47°.

Углы свеса

Угол продольной проходимости (Угол рампы, Угол переката) [править | править исходный текст]

Угол продольной проходимости - Максимальный угол, при котором автомобиль может перейти со склона на горизонтальную часть эстакады, ничего не задевая днищем.

Угол рампы (Угол переката) - Максимальный угол, между касательными к передним и задним колесам и нижней точкой автомобиля.

Эти углы характеризуют крутизну препятствий, которые автомобиль может преодолевать.

Угол продольной проходимости

Угол поперечной статической устойчивости [править | править исходный текст]

Угол, на который надо наклонить машину вокруг продольной оси, чтобы она опрокинулась.

Тяговые параметры [править | править исходный текст]

Тип привода [править | править исходный текст]

Автомобили высокой проходимости имеют привод на все колёса, плюс некоторые меры, позволяющие избежать пробуксовки колёс (например, блокировкадифференциала, механические и электронные демультипликаторы). Двигатель обычно дизельный, так как он надёжнее работает в воде и имеет больший крутящий момент.

В трансмиссии должны быть пониженные передачи, которые позволяют взбираться по крутым склонам и двигаться по мягкому грунту.

Удельная мощность [править | править исходный текст]

Отношение мощности автомобиля к его массе.

Тяговооружённость [править | править исходный текст]

Отношение силы тяги к массе автомобиля.

Опорно-сцепные параметры [править | править исходный текст]

Удельное давление на грунт [править | править исходный текст]

На первых внедорожных автомобилях, а также их последователях военного и хозяйственного назначения традиционно использовались автомобильные шины высокого удельного давления на грунт с развитыми грунтозацепами. С одной стороны, малая ширина резины способствовала уменьшению сопротивления качению, что повышало скорость передвижения по твердым грунтам, улучшало показатели топливной экономичности. С другой стороны, узкие колеса, за счет большего удельного давления, давали лучшие возможности сцепления на неглубоких вязких и рыхлых грунтах. Преодоление заведомо непроходимых, без вспомогательных технических средств, местностей с глубокими вязкими грунтами (болота, сыпучие песчаники, снежные целины) не входило в задачи подобных автомобилей. На выполнение таких задач были ориентированы другие виды самодвижущейся техники — многоколесные, гусеничные вездеходы и пр.

Как только внедорожные автомобили стали активно использоваться на дорогах с твердым покрытием, появился новый уровень требований к их активной безопасности; для улучшения управляемости и возможностей торможения, стали использоваться более широкие колеса. Конструкция таких автомобилей стала предусматривать более мощные силовые агрегаты, за счет чего были отчасти нивелировано возросшее сопротивление качению.

Тем не менее, на автомобили повышенной проходимости, не рассчитанные на постоянное использование на дорогах с твердым покрытием, стараются установить колеса, имеющие как можно меньшее удельное давление на грунт, за счет их увеличенного диаметра и ширины. При наличии развитых грунтозацепов, такая конструкция колеса позволяет двигаться по относительно глубоким вязким грунтам. Увеличенный диаметр позволяет преодолевать препятствия большей высоты, в том числе улучшает способности машины по накату колеи и увеличивает дорожный просвет автомобиля.

На вездеходах на пневматическом ходу используются колеса сверхбольшого диаметра и ширины с низким внутренним давлением. Крайне низкое давление на грунт позволяет не повреждать поверхности почв, растения, а также обеспечивает плавучесть (при достаточном внутреннем объёме пневматической шины). Развитые грунтозацепы используются редко, так как фактически, их роль выполняет эластичная шина, повторяющая в месте пятна контакта форму грунта и за счет этого, повышающая силу трения.

Тип подвески [править | править исходный текст]

Специфика использования предъявляет к автомобилям повышенной проходимости следующие требования: повышенный, по сравнению с автомобилями дорожных модификаций, дорожный просвет, большая энергоемкость и долговечность упругих и демпфирующих элементов, большие ходы подвески, а также устойчивость элементов подвески к механическим воздействиям (удары о грунт, препятствия).

В большинстве случаев, зависимая конструкция подвески улучшает проходимость машины на пересеченной местности за счет больших, по сравнению с независимой, артикуляционных возможностей. Иными словами, на переломах профиля грунта, колеса, при такой конструкции подвески, с большей вероятностью смогут сохранять контакт с поверхностью грунта. У автомобилей с независимой подвеской и отсутствием блокирующихся дифференциалов, или систем, имитирующих их эффект, в подобных условиях возникает вывешивание колеса, что приводит к потере автомобилем подвижности. Картер моста зависимой подвески зачастую выполняет рользащиты картера двигателя, что важно при преодолении поверхностей с выступающими элементами (бревна, камни, пр.) С другой стороны, независимая подвеска, за счет высоко расположенного корпуса дифференциала, увеличивает дорожный просвет автомобиля. Также, независимая подвеска имеет большее количество нагруженных подвижных элементов, что понижает её надежность и повышает стоимость изготовления и обслуживания.

Однако, существует и тип зависимой подвески, способный значительно увеличить дорожный просвет автомобиля, при сохранении основных достоинств зависимой конструкции — мосты с колесными редукторами. Балка моста в них расположена выше оси вращения колес, дифференциал традиционно располагается на самой балке, однако редукторные механизмы расположены непосредственно у каждого колеса. Самые известные автомобили, использующие подобную конструкцию — Unimog, Volvo и УАЗ. Мосты подобной конструкции называют «портальными». К недостаткам могут быть отнесены повышенная вибро- и шумонагруженность, повышенная масса, потери в динамике, и, конечно, редкость и дороговизна.

С точки зрения управляемости, при скоростном передвижении по пересеченной местности, наиболее предпочтительна независимая конструкция подвески. В первую очередь, это обусловлено меньшим объёмом её неподрессоренных масс, большей энергоемкостью и меньшей склонности к крену. Именно такая конструкция используется на большинстве легковых автомобилей для ралли-рейдов, в том числе знаменитом Париж-Дакар.

Коэффициент сцепления шин [править | править исходный текст]

Чем он выше, тем меньше риск сорваться со склона или довести машину до пробуксовки. Для повышения сцепления используют шины с развитыми грунтозацепами; на асфальте, однако, такие шины имеют худшее сцепление и создают повышенный шум.

Для увеличения коэффициента сцепления шин могут быть использованы цепи противоскольжения и сектора противоскольжения. Так же можно заменить колеса на гусеницы.

3)

Билет20