कार इंजन की गतिशीलता के मूल सिद्धांत। घूर्णनशील द्रव्यमान की जड़ता के क्रैंकशाफ्ट केन्द्रापसारक बल की गतिज गणना

क्रैंक तंत्र की गतिकी और गतिकी।क्रैंक तंत्र मुख्य तंत्र है पिस्टन इंजन, जो महत्वपूर्ण भार को समझता और संचारित करता है। इसलिए, सीवीएम की ताकत की गणना करना महत्वपूर्ण है। बदले में, कई इंजन भागों की गणना क्रैंकशाफ्ट की गतिकी और गतिशीलता पर निर्भर करती है। क्रैंकशाफ्ट का गतिक विश्लेषण इसके भागों, मुख्य रूप से पिस्टन और कनेक्टिंग रॉड की गति के नियम स्थापित करता है। क्रैंकशाफ्ट के अध्ययन को सरल बनाने के लिए, हम मानते हैं कि क्रैंकशाफ्ट क्रैंक समान रूप से घूमते हैं, अर्थात। निरंतर कोणीय वेग के साथ.

क्रैंक तंत्र के कई प्रकार और किस्में हैं (चित्र 2.35)। किनेमेटिक्स के दृष्टिकोण से सबसे बड़ी रुचि केंद्रीय (अक्षीय), ऑफसेट (डिसैक्सियल) और एक अनुगामी कनेक्टिंग रॉड के साथ है।

केंद्रीय क्रैंक तंत्र (चित्र 2.35.ए) एक तंत्र है जिसमें सिलेंडर अक्ष इंजन क्रैंकशाफ्ट के अक्ष के साथ प्रतिच्छेद करता है।

तंत्र के निर्धारित ज्यामितीय आयाम क्रैंक की त्रिज्या और कनेक्टिंग रॉड की लंबाई हैं। उनका अनुपात आधुनिक सभी ज्यामितीय रूप से समान केंद्रीय क्रैंक तंत्रों के लिए एक स्थिर मूल्य है कार इंजन .

क्रैंक तंत्र का गतिक अध्ययन करते समय, पिस्टन स्ट्रोक, क्रैंक के घूर्णन का कोण, सिलेंडर अक्ष से इसके स्विंग के विमान में कनेक्टिंग रॉड अक्ष के विचलन के कोण को आमतौर पर ध्यान में रखा जाता है (दिशा में विचलन) शाफ्ट का घूर्णन सकारात्मक माना जाता है, और विपरीत दिशा में - नकारात्मक), कोणीय वेग। पिस्टन स्ट्रोक और कनेक्टिंग रॉड की लंबाई केंद्रीय क्रैंक तंत्र के मुख्य डिजाइन पैरामीटर हैं।

केंद्रीय क्रैंकशाफ्ट की गतिकी।गतिज गणना का कार्य क्रैंकशाफ्ट के घूर्णन के कोण पर पिस्टन के विस्थापन, गति और त्वरण की विश्लेषणात्मक निर्भरता का पता लगाना है। गतिज गणना डेटा के आधार पर, एक गतिशील गणना की जाती है और इंजन भागों पर कार्य करने वाले बलों और क्षणों को निर्धारित किया जाता है।

क्रैंक तंत्र के गतिक अध्ययन में, यह माना जाता है कि, तब शाफ्ट के घूर्णन का कोण समय के समानुपाती होता है, इसलिए सभी गतिक मात्राओं को क्रैंक के घूर्णन के कोण के एक फलन के रूप में व्यक्त किया जा सकता है। तंत्र की प्रारंभिक स्थिति को टीडीसी पर पिस्टन की स्थिति माना जाता है। केंद्रीय क्रैंकशाफ्ट वाले इंजन के क्रैंक के घूर्णन के कोण के आधार पर पिस्टन की गति की गणना सूत्र द्वारा की जाती है। (1)

व्याख्यान 7.पिस्टन आंदोलनप्रत्येक घूर्णन कोण को रेखांकन द्वारा निर्धारित किया जा सकता है, जिसे ब्रिक्स विधि कहा जाता है। ऐसा करने के लिए, ब्रिक्स सुधार को बीडीसी की ओर त्रिज्या वाले वृत्त के केंद्र से लागू किया जाता है। एक नया केंद्र है. केंद्र से, एक त्रिज्या वेक्टर को कुछ मानों (उदाहरण के लिए, प्रत्येक 30°) के माध्यम से तब तक खींचा जाता है जब तक कि यह वृत्त के साथ प्रतिच्छेद न हो जाए। सिलेंडर अक्ष (टीडीसी-बीडीसी लाइन) पर प्रतिच्छेदन बिंदुओं के प्रक्षेपण दिए गए कोण मानों के लिए वांछित पिस्टन स्थिति देते हैं।

चित्र 2.36 क्रैंकशाफ्ट के घूर्णन के कोण पर पिस्टन की गति की निर्भरता को दर्शाता है।

पिस्टन की गति.पिस्टन विस्थापन का व्युत्पन्न - समय के संबंध में समीकरण (1)।

घूर्णन पिस्टन की गति की गति देता है: (2)

पिस्टन की गति के समान, पिस्टन की गति को भी दो घटकों के रूप में दर्शाया जा सकता है: प्रथम-क्रम पिस्टन गति घटक कहाँ है, जो द्वारा निर्धारित किया जाता है; दूसरे क्रम का पिस्टन वेग घटक है, जो निर्धारित होता है घटक एक अनंत लंबी कनेक्टिंग रॉड के साथ पिस्टन की गति का प्रतिनिधित्व करता है। अवयव वि 2कनेक्टिंग रॉड की अंतिम लंबाई के लिए पिस्टन की गति में सुधार है। क्रैंकशाफ्ट के घूर्णन के कोण पर पिस्टन की गति में परिवर्तन की निर्भरता चित्र 2.37 में दिखाई गई है। गति 90° से कम और 270° से अधिक के क्रैंकशाफ्ट घूर्णन कोण पर अपने अधिकतम मान तक पहुँचती है। अर्थ अधिकतम गतिपिस्टन को पर्याप्त सटीकता के साथ निर्धारित किया जा सकता है

पिस्टन त्वरणसमय के संबंध में गति के पहले व्युत्पन्न के रूप में या समय के संबंध में पिस्टन विस्थापन के दूसरे व्युत्पन्न के रूप में परिभाषित किया गया है: (3)

और कहां - पिस्टन त्वरण के क्रमशः पहले और दूसरे क्रम के हार्मोनिक घटक। इस मामले में, पहला घटक एक अनंत लंबी कनेक्टिंग रॉड के साथ पिस्टन के त्वरण को व्यक्त करता है, और दूसरा घटक कनेक्टिंग रॉड की सीमित लंबाई के लिए त्वरण सुधार को व्यक्त करता है। क्रैंकशाफ्ट के घूर्णन के कोण पर पिस्टन और उसके घटकों के त्वरण में परिवर्तन की निर्भरता चित्र 2.38 में दिखाई गई है।

जब पिस्टन टीडीसी पर होता है तो त्वरण अधिकतम मान तक पहुँच जाता है, और न्यूनतम मान बीडीसी पर या उसके निकट होता है। 180 से ±45° तक के क्षेत्र में वक्र में ये परिवर्तन परिमाण पर निर्भर करते हैं .

पिस्टन स्ट्रोक और सिलेंडर व्यास का अनुपातमुख्य मापदंडों में से एक है जो इंजन के आकार और वजन को निर्धारित करता है। ऑटोमोबाइल इंजन में मान 0.8 से 1.2 तक होता है। इंजन के साथ > 1 को लॉन्ग-स्ट्रोक कहा जाता है, और साथ में < 1 - लघु स्ट्रोक. यह अनुपात सीधे पिस्टन की गति और इसलिए इंजन की शक्ति को प्रभावित करता है। जैसे-जैसे मूल्य घटता है, निम्नलिखित लाभ स्पष्ट होते हैं: इंजन की ऊंचाई कम हो जाती है; औसत पिस्टन गति को कम करने से, यांत्रिक नुकसान कम हो जाता है और भागों का घिसाव कम हो जाता है; वाल्व लगाने की स्थितियों में सुधार किया गया है और उनके आकार को बढ़ाने के लिए पूर्वापेक्षाएँ बनाई गई हैं; मुख्य और कनेक्टिंग रॉड जर्नल के व्यास को बढ़ाना संभव हो जाता है, जिससे क्रैंकशाफ्ट की कठोरता बढ़ जाती है।

हालाँकि, इसके नकारात्मक पहलू भी हैं: इंजन की लंबाई और क्रैंकशाफ्ट की लंबाई बढ़ जाती है; गैस दबाव बलों और जड़त्व बलों से भागों पर भार बढ़ता है; दहन कक्ष की ऊंचाई कम हो जाती है और उसका आकार बिगड़ जाता है, जिससे कार्बोरेटर इंजन में विस्फोट की प्रवृत्ति बढ़ जाती है, और डीजल इंजन में - मिश्रण निर्माण की स्थिति में गिरावट आती है।

इंजन की गति बढ़ने पर मूल्य कम करना उचित माना जाता है।

के लिए मान विभिन्न इंजन: कार्बोरेटर इंजन- ; मध्यम गति के डीजल इंजन - ; हाई-स्पीड डीजल इंजन - .

मूल्यों का चयन करते समय, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि क्रैंकशाफ्ट में कार्य करने वाली ताकतें काफी हद तक सिलेंडर के व्यास पर और कुछ हद तक पिस्टन स्ट्रोक पर निर्भर करती हैं।

क्रैंक तंत्र की गतिशीलता.जब इंजन चल रहा होता है, तो क्रैंकशाफ्ट में बल और क्षण कार्य करते हैं, जो न केवल क्रैंकशाफ्ट भागों और अन्य घटकों को प्रभावित करते हैं, बल्कि इंजन के असमान चलने का कारण भी बनते हैं। इन बलों में शामिल हैं: गैस दबाव बल इंजन में ही संतुलित होता है और इसके समर्थन तक प्रसारित नहीं होता है; जड़त्वीय बल प्रत्यागामी गतिमान द्रव्यमान के केंद्र पर लगाया जाता है और सिलेंडर अक्ष के साथ निर्देशित होता है, क्रैंकशाफ्ट बीयरिंग के माध्यम से वे इंजन बॉडी पर कार्य करते हैं, जिससे सिलेंडर अक्ष की दिशा में समर्थन पर कंपन होता है; घूमने वाले द्रव्यमान से केन्द्रापसारक बल को इसके मध्य तल में क्रैंक के साथ निर्देशित किया जाता है, जो इंजन बॉडी पर क्रैंकशाफ्ट समर्थन के माध्यम से कार्य करता है, जिससे इंजन क्रैंक की दिशा में समर्थन पर दोलन करता है। इसके अलावा, क्रैंककेस से पिस्टन पर दबाव और क्रैंकशाफ्ट के गुरुत्वाकर्षण बल जैसे बल उत्पन्न होते हैं, जिन्हें उनके अपेक्षाकृत छोटे परिमाण के कारण ध्यान में नहीं रखा जाता है। इंजन में कार्यरत सभी बल क्रैंकशाफ्ट पर प्रतिरोध, घर्षण बलों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं और इंजन माउंट द्वारा समझे जाते हैं। प्रत्येक ऑपरेटिंग चक्र के दौरान (चार-स्ट्रोक के लिए 720° और 360° दो स्ट्रोक इंजन) क्रैंकशाफ्ट में कार्य करने वाले बल लगातार परिमाण और दिशा में बदलते रहते हैं, और क्रैंकशाफ्ट के घूर्णन के कोण से इन बलों में परिवर्तन की प्रकृति स्थापित करने के लिए, उन्हें क्रैंकशाफ्ट की कुछ स्थितियों के लिए हर 10÷30 0 पर निर्धारित किया जाता है।

गैस का दबाव बलपिस्टन, दीवारों और सिलेंडर हेड पर कार्य करें। गतिशील गणना को सरल बनाने के लिए, गैस दबाव बलों को सिलेंडर अक्ष के साथ निर्देशित एकल बल द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है और पिस्टन पिन अक्ष पर लगाया जाता है।

यह बल थर्मल गणना के आधार पर प्राप्त संकेतक आरेख का उपयोग करके या एक विशेष स्थापना का उपयोग करके सीधे इंजन से लिया गया समय के प्रत्येक क्षण (क्रैंकशाफ्ट रोटेशन कोण) के लिए निर्धारित किया जाता है। चित्र 2.39 क्रैंकशाफ्ट में कार्य करने वाले बलों के विस्तृत संकेतक आरेख दिखाता है, विशेष रूप से गैस दबाव बल में परिवर्तन () क्रैंकशाफ्ट के घूर्णन के कोण पर. जड़ता बल.सीवीएम में कार्यरत जड़त्वीय बलों को निर्धारित करने के लिए, गतिशील भागों के द्रव्यमान को जानना आवश्यक है। गतिमान भागों के द्रव्यमान की गणना को सरल बनाने के लिए, हम इसे वास्तविक मौजूदा द्रव्यमान के बराबर सशर्त द्रव्यमान की एक प्रणाली से बदल देंगे। इस प्रतिस्थापन को द्रव्यमान न्यूनीकरण कहा जाता है। सीवीएम भागों के द्रव्यमान में कमी।भागों के द्रव्यमान की गति की प्रकृति के अनुसार, क्रैंकशाफ्ट को तीन समूहों में विभाजित किया जा सकता है: आगे और पीछे चलने वाले भाग (पिस्टन समूह और कनेक्टिंग रॉड का ऊपरी सिर); वे हिस्से जो घूर्णी गति करते हैं (क्रैंकशाफ्ट और निचला कनेक्टिंग रॉड हेड); वे हिस्से जो जटिल समतल-समानांतर गति (कनेक्टिंग रॉड रॉड) करते हैं।

पिस्टन समूह () का द्रव्यमान पिस्टन पिन अक्ष और बिंदु पर केंद्रित माना जाता है (चित्र 2.40.ए)। मैं कनेक्टिंग रॉड समूह के द्रव्यमान को दो द्रव्यमानों से प्रतिस्थापित करता हूं: - बिंदु पर पिस्टन पिन अक्ष पर केंद्रित , - बिंदु पर क्रैंक अक्ष पर . इन द्रव्यमानों का मान सूत्रों का उपयोग करके पाया जाता है:

;

कनेक्टिंग रॉड की लंबाई कहां है; - क्रैंक हेड के केंद्र से कनेक्टिंग रॉड के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र तक की दूरी। अधिकांश मौजूदा इंजनों के लिए यह सीमा में है, और सीमा में। सांख्यिकीय आंकड़ों के आधार पर प्राप्त संरचनात्मक द्रव्यमान के माध्यम से मूल्य निर्धारित किया जा सकता है। संपूर्ण क्रैंक का कम हुआ द्रव्यमान कनेक्टिंग रॉड जर्नल और गालों के कम हुए द्रव्यमान के योग से निर्धारित होता है:

द्रव्यमान लाने के बाद, क्रैंक तंत्र को एक प्रणाली के रूप में दर्शाया जा सकता है जिसमें एक कठोर भारहीन कनेक्शन से जुड़े दो केंद्रित द्रव्यमान शामिल हैं (चित्र 2.41.बी)। द्रव्यमान एक बिंदु पर केंद्रित होते हैं और घाव की पारस्परिक गति करते हैं . द्रव्यमान एक बिंदु पर केंद्रित होता है और घाव की घूर्णी गति करता है . मूल्य का अनुमान लगाने के लिए , और संरचनात्मक द्रव्यमान का उपयोग किया जा सकता है।

जड़त्व बलों का निर्धारण.कम द्रव्यमान की गति की प्रकृति के अनुसार, क्रैंकशाफ्ट में कार्य करने वाली जड़त्वीय शक्तियों को अनुवादित रूप से गतिशील द्रव्यमानों की जड़त्वीय शक्तियों और घूर्णनशील द्रव्यमानों की केन्द्रापसारक जड़त्वीय शक्तियों में विभाजित किया जाता है। प्रत्यागामी गतिशील द्रव्यमानों से जड़त्वीय बल सूत्र (4) द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। ऋण चिह्न इंगित करता है कि जड़त्वीय बल त्वरण के विपरीत दिशा में निर्देशित है। घूर्णनशील द्रव्यमान की जड़ता का केन्द्रापसारक बल परिमाण में स्थिर होता है और क्रैंकशाफ्ट की धुरी से निर्देशित होता है। इसका मान सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है (5) क्रैंकशाफ्ट के हिस्सों में अभिनय करने वाले भार की एक पूरी तस्वीर केवल इंजन संचालन के दौरान उत्पन्न होने वाले विभिन्न बलों की कार्रवाई की समग्रता के परिणामस्वरूप प्राप्त की जा सकती है।

क्रैंकशाफ्ट में कार्यरत कुल बल।एकल-सिलेंडर इंजन में कार्यरत बलों को चित्र 2.41 में दिखाया गया है। गैस दबाव बल क्रैंकशाफ्ट में कार्य करते हैं , प्रत्यागामी द्रव्यमानों का जड़त्व बल और केन्द्रापसारक बल . पिस्टन पर बल लगाया जाता है और उसकी धुरी पर कार्य किया जाता है। इन दो बलों को जोड़ने पर, हम सिलेंडर अक्ष के साथ कार्य करने वाला कुल बल प्राप्त करते हैं: (6)। पिस्टन पिन के केंद्र में विस्थापित बल दो घटकों में विघटित हो जाता है: - कनेक्टिंग रॉड की धुरी के साथ निर्देशित बल: - सिलेंडर की दीवार के लंबवत बल। बल पी एनसिलेंडर की दीवार की पार्श्व सतह द्वारा महसूस किया जाता है और पिस्टन और सिलेंडर के घिसाव का कारण बनता है। बल , क्रैंकपिन पर लागू, दो घटकों में विघटित होता है: (7) - क्रैंक त्रिज्या सर्कल के स्पर्शरेखा बल; (8) - सामान्य बल (रेडियल), क्रैंक की त्रिज्या के साथ निर्देशित। एक सिलेंडर का संकेतक टॉर्क उसके मूल्य से निर्धारित होता है: (9) क्रैंकशाफ्ट के केंद्र में स्थानांतरित सामान्य और स्पर्शरेखा बल एक परिणामी बल बनाते हैं, जो बल के परिमाण में समानांतर और बराबर होता है . बल क्रैंकशाफ्ट मुख्य बीयरिंग को लोड करता है। बदले में, बल को दो घटकों में विघटित किया जा सकता है: बल पी"एन,सिलेंडर अक्ष के लंबवत, और बल आर",सिलेंडर अक्ष के अनुदिश कार्य करना। पॉवर्स पी"एनऔर पी एनबलों की एक जोड़ी बनाते हैं, जिसके क्षण को पलटना कहा जाता है। इसका मान सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है (10) यह क्षण संकेतक टोक़ के बराबर है और विपरीत दिशा में निर्देशित है:। टॉर्क को ट्रांसमिशन के माध्यम से ड्राइव पहियों तक प्रेषित किया जाता है, और पलटने का क्षण इंजन माउंट द्वारा माना जाता है। बल आर"बल के बराबर आर,और बाद वाले के समान, इसे इस प्रकार दर्शाया जा सकता है। घटक को सिलेंडर हेड पर लगाए गए गैस दबाव बल द्वारा संतुलित किया जाता है, और यह इंजन माउंट पर प्रेषित एक मुक्त असंतुलित बल है।

जड़ता का केन्द्रापसारक बल क्रैंक पिन पर लगाया जाता है और क्रैंकशाफ्ट की धुरी से दूर निर्देशित होता है। यह, बल की तरह, असंतुलित है और मुख्य बीयरिंगों के माध्यम से इंजन माउंट तक प्रसारित होता है।

क्रैंकशाफ्ट जर्नल पर कार्य करने वाली शक्तियाँ।कनेक्टिंग रॉड जर्नल पर रेडियल बल Z और स्पर्शरेखा बल द्वारा कार्य किया जाता है टीऔर कनेक्टिंग रॉड के घूर्णन द्रव्यमान से केन्द्रापसारक बल। पॉवर्स जेडऔर एक सीधी रेखा में निर्देशित होते हैं, इसलिए उनके परिणामी या (11)

क्रैंकपिन पर कार्य करने वाले सभी बलों के परिणाम की गणना सूत्र द्वारा की जाती है (12) बल के कारण क्रैंकपिन घिस जाता है। क्रैंकशाफ्ट के मुख्य जर्नल पर लागू परिणामी बल को ग्राफ़िक रूप से दो आसन्न घुटनों से प्रेषित बलों के रूप में पाया जाता है।

बलों और क्षणों का विश्लेषणात्मक और चित्रमय प्रतिनिधित्व।क्रैंकशाफ्ट में कार्यरत बलों और क्षणों का विश्लेषणात्मक प्रतिनिधित्व सूत्र (4) - (12) द्वारा दर्शाया गया है।

अधिक स्पष्ट रूप से, क्रैंकशाफ्ट के घूर्णन के कोण के आधार पर क्रैंकशाफ्ट में कार्यरत बलों में परिवर्तन को विस्तृत आरेखों के रूप में दर्शाया जा सकता है, जिनका उपयोग क्रैंकशाफ्ट भागों की ताकत की गणना करने, भागों की रगड़ सतहों के पहनने का आकलन करने के लिए किया जाता है। स्ट्रोक की एकरूपता का विश्लेषण करें और मल्टी-सिलेंडर इंजनों के कुल टॉर्क का निर्धारण करें, साथ ही शाफ्ट जर्नल और उसके बीयरिंगों पर भार के ध्रुवीय आरेख का निर्माण करें।

मल्टी-सिलेंडर इंजनों में, अलग-अलग सिलेंडरों के वैरिएबल टॉर्क को क्रैंकशाफ्ट की लंबाई के साथ जोड़ा जाता है, जिसके परिणामस्वरूप शाफ्ट के अंत में कुल टॉर्क कार्य करता है। इस क्षण के मूल्यों को रेखांकन द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, भुज अक्ष पर वक्र के प्रक्षेपण को समान खंडों में विभाजित किया गया है (खंडों की संख्या सिलेंडरों की संख्या के बराबर है)। प्रत्येक खंड को कई समान भागों (यहाँ 8) में विभाजित किया गया है। प्रत्येक प्राप्त एब्सिस्सा बिंदु के लिए, मैं दो वक्रों के निर्देशांक का बीजगणितीय योग निर्धारित करता हूं (एब्सिस्सा के ऊपर, "+" चिह्न के साथ मान, एब्सिस्सा के नीचे, "-" चिह्न के साथ मान)। प्राप्त मानों को क्रमशः निर्देशांक में आलेखित किया जाता है , और परिणामी बिंदु एक वक्र से जुड़े हुए हैं (चित्र 2.43)। यह वक्र एक इंजन परिचालन चक्र के लिए परिणामी टॉर्क वक्र है।

टॉर्क का औसत मूल्य निर्धारित करने के लिए, टॉर्क वक्र और ऑर्डिनेट अक्ष द्वारा सीमित क्षेत्र की गणना की जाती है (अक्ष के ऊपर सकारात्मक है, नीचे यह नकारात्मक है: भुज अक्ष के अनुदिश आरेख की लंबाई कहाँ है; -पैमाना।

चूँकि टॉर्क का निर्धारण करते समय, इंजन के अंदर होने वाले नुकसान को ध्यान में नहीं रखा गया था, संकेतक टॉर्क के माध्यम से प्रभावी टॉर्क को व्यक्त करते हुए, हम प्राप्त करते हैं इंजन की यांत्रिक दक्षता कहां है

इंजन सिलेंडरों के संचालन का क्रम क्रैंक के स्थान और सिलेंडरों की संख्या पर निर्भर करता है।एक बहु-सिलेंडर इंजन में, क्रैंकशाफ्ट क्रैंक की व्यवस्था, सबसे पहले, एक समान इंजन चलाना सुनिश्चित करना चाहिए, और दूसरा, घूर्णन द्रव्यमान और पारस्परिक गतिमान द्रव्यमान की जड़ता बलों के पारस्परिक संतुलन को सुनिश्चित करना चाहिए। एक समान संचालन सुनिश्चित करने के लिए, क्रैंकशाफ्ट के रोटेशन के कोण के बराबर अंतराल पर सिलेंडरों में वैकल्पिक फ्लैश के लिए स्थितियां बनाना आवश्यक है। इसलिए, एकल-पंक्ति इंजन के लिए, चार-स्ट्रोक चक्र में चमक के बीच कोणीय अंतराल के अनुरूप कोण की गणना सूत्र द्वारा की जाती है, जहां मैं -सिलेंडरों की संख्या, और सूत्र के अनुसार दो-स्ट्रोक के साथ। क्रैंकशाफ्ट क्रैंक के बीच के कोण के अलावा, बहु-पंक्ति इंजन के सिलेंडरों में फ्लैश के प्रत्यावर्तन की एकरूपता सिलेंडर की पंक्तियों के बीच के कोण से भी प्रभावित होती है। संतुलन की आवश्यकता को पूरा करने के लिए, यह आवश्यक है कि एक पंक्ति में सिलेंडरों की संख्या और, तदनुसार, क्रैंकशाफ्ट क्रैंक की संख्या सम हो, और क्रैंक क्रैंकशाफ्ट के मध्य के सापेक्ष सममित रूप से स्थित होने चाहिए। क्रैंकशाफ्ट के मध्य के सापेक्ष सममित क्रैंक की व्यवस्था को "दर्पण" कहा जाता है। क्रैंकशाफ्ट का आकार चुनते समय, इंजन के संतुलन और उसके स्ट्रोक की एकरूपता के अलावा, सिलेंडर के संचालन के क्रम को भी ध्यान में रखा जाता है। चित्र 2.44 एकल-पंक्ति (ए) और वी-आकार (बी) चार-स्ट्रोक इंजन के सिलेंडरों के संचालन का क्रम दिखाता है

सिलेंडर संचालन का इष्टतम क्रम, जब अगला कार्यशील स्ट्रोक पिछले सिलेंडर से सबसे दूर सिलेंडर में होता है, क्रैंकशाफ्ट के मुख्य बीयरिंगों पर भार को कम करने और इंजन कूलिंग में सुधार करने की अनुमति देता है।

इंजन संतुलनइंजन असंतुलन पैदा करने वाले बल और क्षण।फ्लाईव्हील में कार्यरत बल और क्षण लगातार परिमाण और दिशा में बदलते रहते हैं। साथ ही, इंजन माउंट पर कार्य करते हुए, वे फ्रेम और पूरे वाहन में कंपन पैदा करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बन्धन जोड़ कमजोर हो जाते हैं, घटकों और तंत्रों का समायोजन बाधित हो जाता है, उपकरण का उपयोग मुश्किल हो जाता है, और शोर का स्तर बढ़ जाता है। इस नकारात्मक प्रभाव को विभिन्न तरीकों से कम किया जा सकता है, वीजिसमें सिलेंडरों की संख्या और व्यवस्था का चयन, क्रैंकशाफ्ट का आकार, साथ ही सरल काउंटरवेट से लेकर जटिल संतुलन तंत्र तक संतुलन उपकरणों का उपयोग शामिल है।

कंपन के कारणों, यानी इंजन असंतुलन को खत्म करने के उद्देश्य से की जाने वाली कार्रवाइयों को इंजन संतुलन कहा जाता है।

एक इंजन को संतुलित करने से एक ऐसी प्रणाली का निर्माण होता है जिसमें परिणामी बल और उनके क्षण परिमाण में स्थिर या शून्य के बराबर होते हैं। इंजन को पूरी तरह से संतुलित माना जाता है यदि, स्थिर-स्थिति परिचालन स्थितियों के तहत, इसके समर्थन पर कार्य करने वाले बल और क्षण परिमाण और दिशा में स्थिर होते हैं। सभी पिस्टन आंतरिक दहन इंजनों में टॉर्क के विपरीत एक प्रतिक्रियाशील क्षण होता है, जिसे पलटना कहा जाता है। इसलिए, पिस्टन आंतरिक दहन इंजन का पूर्ण संतुलन प्राप्त करना असंभव है। हालाँकि, इंजन असंतुलन पैदा करने वाले कारणों को किस हद तक समाप्त किया गया है, इसके आधार पर, इंजनों को पूरी तरह से संतुलित, आंशिक रूप से संतुलित और असंतुलित के बीच प्रतिष्ठित किया जाता है। संतुलित इंजन वे माने जाते हैं जिनमें सभी बल और क्षण संतुलित होते हैं।

किसी भी संख्या में सिलेंडर वाले इंजन के लिए संतुलन की स्थिति: ए) अनुवादित रूप से गतिशील द्रव्यमान के परिणामी प्रथम-क्रम बल और उनके क्षण शून्य के बराबर हैं; बी) स्थानान्तरित रूप से गतिमान द्रव्यमानों के दूसरे क्रम की जड़ता की परिणामी शक्तियाँ और उनके क्षण शून्य के बराबर हैं; ग) घूर्णनशील द्रव्यमान के परिणामी केन्द्रापसारक जड़त्व बल और उनके क्षण शून्य के बराबर हैं।

इस प्रकार, इंजन को संतुलित करने का समाधान केवल सबसे महत्वपूर्ण बलों और उनके क्षणों को संतुलित करने के लिए आता है।

संतुलन के तरीके.पहले और दूसरे क्रम की जड़त्वीय ताकतों और उनके क्षणों को सिलेंडरों की इष्टतम संख्या, उनके स्थान और उचित क्रैंकशाफ्ट डिजाइन का चयन करके संतुलित किया जाता है। यदि यह पर्याप्त नहीं है, तो जड़त्वीय बलों को अतिरिक्त शाफ्ट पर स्थित काउंटरवेट द्वारा संतुलित किया जाता है जिनका क्रैंकशाफ्ट के साथ यांत्रिक संबंध होता है। इससे इंजन डिज़ाइन में एक महत्वपूर्ण जटिलता पैदा हो जाती है और इसलिए इसका उपयोग शायद ही कभी किया जाता है।

केन्द्रापसारक बलक्रैंकशाफ्ट पर काउंटरवेट स्थापित करके किसी भी संख्या में सिलेंडर वाले इंजन में घूमने वाले द्रव्यमान की जड़ता को संतुलित किया जा सकता है।

इंजन डिजाइनरों द्वारा प्रदान किए गए संतुलन को शून्य तक कम किया जा सकता है यदि इंजन भागों के उत्पादन, संयोजन और इसके घटकों के समायोजन के लिए निम्नलिखित आवश्यकताएं पूरी नहीं होती हैं: पिस्टन समूहों के द्रव्यमान की समानता; द्रव्यमान की समानता और कनेक्टिंग छड़ों के गुरुत्वाकर्षण केंद्रों की समान स्थिति; क्रैंकशाफ्ट का स्थिर और गतिशील संतुलन।

किसी इंजन को संचालित करते समय यह आवश्यक है कि उसके सभी सिलेंडरों में समान कार्य प्रक्रियाएँ समान रूप से घटित हों। और यह मिश्रण की संरचना, इग्निशन टाइमिंग या ईंधन इंजेक्शन कोण, सिलेंडर भरने, थर्मल स्थितियों, सिलेंडरों के बीच मिश्रण का समान वितरण आदि पर निर्भर करता है।

क्रैंकशाफ्ट को संतुलित करना।क्रैंकशाफ्ट, फ्लाईव्हील की तरह, क्रैंक तंत्र का एक विशाल गतिमान हिस्सा होने के कारण, बिना धड़कने समान रूप से घूमना चाहिए। ऐसा करने के लिए, इसका संतुलन बनाएं, जिसमें रोटेशन की धुरी के सापेक्ष शाफ्ट के असंतुलन की पहचान करना और संतुलन भार का चयन करना और सुरक्षित करना शामिल है। घूमने वाले भागों का संतुलन स्थिर और गतिशील में विभाजित है। यदि पिंड का द्रव्यमान केंद्र घूर्णन अक्ष पर स्थित हो तो पिंड को स्थिर रूप से संतुलित माना जाता है। घूमने वाले डिस्क के आकार के हिस्से जिनका व्यास उनकी मोटाई से अधिक है, स्थैतिक संतुलन के अधीन हैं।

गतिशीलयदि स्थैतिक संतुलन की शर्त पूरी होती है और दूसरी शर्त पूरी होती है तो संतुलन सुनिश्चित किया जाता है - शाफ्ट अक्ष पर किसी भी बिंदु के सापेक्ष घूर्णन द्रव्यमान के केन्द्रापसारक बलों के क्षणों का योग शून्य के बराबर होना चाहिए। जब ये दो स्थितियाँ पूरी होती हैं, तो घूर्णन की धुरी शरीर की जड़ता की मुख्य अक्षों में से एक के साथ मेल खाती है। विशेष संतुलन मशीनों पर शाफ्ट को घुमाकर गतिशील संतुलन किया जाता है। गतिशील संतुलन स्थैतिक संतुलन की तुलना में अधिक सटीकता प्रदान करता है। इसलिए, क्रैंकशाफ्ट जिसके लिए बढ़ी हुई आवश्यकताएँअपेक्षाकृत संतुलित, गतिशील संतुलन के अधीन हैं।

गतिशील संतुलन विशेष संतुलन मशीनों पर किया जाता है।

संतुलन बनाने वाली मशीनेंविशेष माप उपकरण से सुसज्जित - एक उपकरण जो संतुलन भार की वांछित स्थिति निर्धारित करता है। भार का भार उपकरण रीडिंग के आधार पर क्रमिक नमूनों द्वारा निर्धारित किया जाता है।

इंजन संचालन के दौरान, प्रत्येक क्रैंकशाफ्ट क्रैंक लगातार और समय-समय पर बदलते स्पर्शरेखीय और सामान्य बलों के अधीन होता है, जिससे क्रैंकशाफ्ट असेंबली की लोचदार प्रणाली में चर मरोड़ और झुकने वाली विकृति होती है। शाफ्ट पर केंद्रित द्रव्यमान के सापेक्ष कोणीय कंपन, जिससे शाफ्ट के अलग-अलग खंड मुड़ जाते हैं, कहलाते हैं मरोड़ वाला कंपन.कुछ शर्तों के तहत, मरोड़ और झुकने वाले कंपन के कारण होने वाले वैकल्पिक तनाव से शाफ्ट की थकान विफलता हो सकती है।

मरोड़ वाला कंपन क्रैंक्शैफ्टइनके साथ इंजन की शक्ति का नुकसान भी होता है और इससे जुड़े तंत्रों के संचालन पर नकारात्मक प्रभाव पड़ता है। इसलिए, इंजन डिजाइन करते समय, एक नियम के रूप में, क्रैंकशाफ्ट की गणना मरोड़ वाले कंपन के लिए की जाती है और, यदि आवश्यक हो, तो इसकी कठोरता को बढ़ाने और जड़ता के क्षणों को कम करने के लिए क्रैंकशाफ्ट तत्वों के डिजाइन और आयाम को बदल दिया जाता है। यदि ये परिवर्तन वांछित परिणाम नहीं देते हैं, तो विशेष कंपन डैम्पर्स - डैम्पर्स - का उपयोग किया जा सकता है। उनका कार्य दो सिद्धांतों पर आधारित है: दोलन ऊर्जा अवशोषित नहीं होती है, बल्कि एंटीफ़ेज़ में गतिशील क्रिया के कारण नम हो जाती है; कंपन ऊर्जा अवशोषित होती है।

पेंडुलम टॉर्सनल वाइब्रेशन डैम्पर्स पहले सिद्धांत पर आधारित होते हैं, जो काउंटरवेट के रूप में बनाए जाते हैं और पिन का उपयोग करके पहले घुटने के गालों पर स्थापित पट्टियों से जुड़े होते हैं। पेंडुलम डैम्पर कंपन ऊर्जा को अवशोषित नहीं करता है, बल्कि इसे केवल तब जमा करता है जब शाफ्ट मुड़ जाता है और संग्रहीत ऊर्जा को तब छोड़ देता है जब इसे तटस्थ स्थिति में खोल दिया जाता है।

ऊर्जा अवशोषण के साथ काम करने वाले टॉर्सनल कंपन डैम्पर्स मुख्य रूप से घर्षण बल के उपयोग के माध्यम से अपना कार्य करते हैं और इन्हें निम्नलिखित समूहों में विभाजित किया जाता है: शुष्क घर्षण डैम्पर्स; द्रव घर्षण डैम्पर्स; आणविक (आंतरिक) घर्षण के अवमंदक।

ये डैम्पर्स आमतौर पर एक लचीले कनेक्शन द्वारा सबसे बड़े टॉर्सनल कंपन के क्षेत्र में शाफ्ट सिस्टम से जुड़े एक मुक्त द्रव्यमान होते हैं।

विद्युत संयंत्र का मुख्य लिंक जिसके लिए अभिप्रेत है परिवहन उपकरणएक क्रैंक तंत्र है. इसका मुख्य कार्य पिस्टन की रैखिक गति को क्रैंकशाफ्ट की घूर्णी गति में परिवर्तित करना है। क्रैंक तंत्र के तत्वों की परिचालन स्थितियों को पिस्टन की स्थिति, सिलेंडर के अंदर होने वाली प्रक्रियाओं की प्रकृति और इंजन क्रैंकशाफ्ट गति के आधार पर वैकल्पिक भार की पुनरावृत्ति की एक विस्तृत श्रृंखला और उच्च आवृत्ति की विशेषता है।

किनेमेटिक्स की गणना और क्रैंक तंत्र में उत्पन्न होने वाली गतिशील ताकतों का निर्धारण, थर्मल गणना के परिणामों और प्रोटोटाइप के पहले से स्वीकृत डिजाइन मापदंडों को ध्यान में रखते हुए, दिए गए नाममात्र मोड के लिए किया जाता है। गतिकी और गतिशील गणना के परिणामों का उपयोग ताकत की गणना करने और इंजन के मुख्य घटकों और भागों के विशिष्ट डिजाइन मापदंडों या आयामों को निर्धारित करने के लिए किया जाएगा।

गतिज गणना का मुख्य कार्य क्रैंक तंत्र के तत्वों के विस्थापन, गति और त्वरण को निर्धारित करना है।

गतिशील गणना का कार्य क्रैंक तंत्र में कार्यरत बलों का निर्धारण और विश्लेषण करना है।

दी गई घूर्णन गति के अनुसार, क्रैंकशाफ्ट के घूर्णन की कोणीय गति स्थिर मानी जाती है।

गणना गैस दबाव बलों और चलती जनता की जड़त्वीय ताकतों से भार पर विचार करती है।

गैस दबाव बल के वर्तमान मान निर्माण और विकास के बाद ऑपरेटिंग चक्र के विशिष्ट बिंदुओं पर दबाव की गणना के परिणामों के आधार पर निर्धारित किए जाते हैं। सूचक चार्टक्रैंकशाफ्ट के घूर्णन के कोण के साथ निर्देशांक में।

क्रैंक तंत्र के गतिमान द्रव्यमानों की जड़ता शक्तियों को प्रत्यागामी गतिमान द्रव्यमानों Pj की जड़त्व शक्तियों और घूर्णनशील द्रव्यमानों KR की जड़ता शक्तियों में विभाजित किया गया है।

क्रैंक तंत्र के गतिमान द्रव्यमान की जड़ता बलों को सिलेंडर के आयामों को ध्यान में रखते हुए निर्धारित किया जाता है, प्रारुप सुविधायेकेएसएचएम और उसके भागों का द्रव्यमान।

गतिशील गणना को सरल बनाने के लिए, हम वास्तविक क्रैंक तंत्र को संकेंद्रित द्रव्यमान की समतुल्य प्रणाली से प्रतिस्थापित करते हैं।

सीवीएम के सभी भागों को उनकी गति की प्रकृति के अनुसार तीन समूहों में विभाजित किया गया है:

• 1) वे भाग जो पारस्परिक गतियाँ करते हैं। इनमें पिस्टन का द्रव्यमान, द्रव्यमान शामिल है पिस्टन के छल्ले, पिस्टन पिन का द्रव्यमान और पिस्टन पिन की धुरी पर केंद्रित माना जाता है - एमएन।;
• 2) वे भाग जो घूर्णी गति करते हैं। हम ऐसे भागों के द्रव्यमान को क्रैंक त्रिज्या Rкp तक कम किए गए कुल द्रव्यमान से प्रतिस्थापित करते हैं, और इसे mк के रूप में दर्शाते हैं। इसमें कनेक्टिंग रॉड जर्नल एमएसएच का द्रव्यमान और कनेक्टिंग रॉड जर्नल की धुरी पर केंद्रित क्रैंक गाल एमएसएच का कम द्रव्यमान शामिल है;
• 3) वे हिस्से जो जटिल समतल-समानांतर गति (कनेक्टिंग रॉड समूह) करते हैं। गणना को सरल बनाने के लिए, हम इसे 2 स्थिर रूप से प्रतिस्थापित दूरी वाले द्रव्यमानों की एक प्रणाली के साथ प्रतिस्थापित करते हैं: कनेक्टिंग रॉड समूह का द्रव्यमान, पिस्टन पिन की धुरी पर केंद्रित - एमएसएचपी, और कनेक्टिंग रॉड समूह का द्रव्यमान, संदर्भित और केंद्रित क्रैंकशाफ्ट के कनेक्टिंग रॉड जर्नल की धुरी - mshk।

जिसमें:

एमएसएचएन+ एमएसएचके= एमएसएच,

ऑटोमोबाइल इंजनों के अधिकांश मौजूदा डिज़ाइनों के लिए, निम्नलिखित स्वीकार किए जाते हैं:

mшn = (0.2…0.3)· mш;

एमएसएचके = (0.8…0.7) एमएसएच।

इस प्रकार, हम केएसएचएम द्रव्यमान प्रणाली को 2 संकेंद्रित द्रव्यमानों की प्रणाली से प्रतिस्थापित करते हैं:

बिंदु A पर द्रव्यमान - प्रत्यागामी

और बिंदु B पर द्रव्यमान घूर्णी गति से गुजर रहा है

एमएन, एमएसएच और एमके के मान मौजूदा डिज़ाइन और पिस्टन, कनेक्टिंग रॉड और क्रैंक एल्बो, सिलेंडर व्यास के प्रति इकाई सतह क्षेत्र के डिज़ाइन विशिष्ट द्रव्यमान के आधार पर निर्धारित किए जाते हैं।

तालिका 4 क्रैंकशाफ्ट तत्वों के विशिष्ट संरचनात्मक द्रव्यमान

पिस्टन का क्षेत्रफल है

गतिज और गतिशील गणना करना शुरू करने के लिए, तालिका से क्रैंक तंत्र के तत्वों के संरचनात्मक विशिष्ट द्रव्यमान के मान लेना आवश्यक है

हम स्वीकार करते हैं:

स्वीकृत मूल्यों को ध्यान में रखते हुए, हम क्रैंक तंत्र के व्यक्तिगत तत्वों के द्रव्यमान के वास्तविक मूल्यों को निर्धारित करते हैं

पिस्टन वजन किलो,

कनेक्टिंग रॉड का वजन किलो,

क्रैंक कोहनी का वजन किग्रा

प्रत्यागामी गति करने वाले क्रैंकशाफ्ट तत्वों का कुल द्रव्यमान बराबर होगा

कनेक्टिंग रॉड के द्रव्यमान में कमी और वितरण को ध्यान में रखते हुए, घूर्णी गति करने वाले तत्वों का कुल द्रव्यमान बराबर है

क्रैंकशाफ्ट की गणना के लिए तालिका 5 प्रारंभिक डेटा

क्रैंक तंत्र (केएसएम) पिस्टन आंतरिक दहन इंजन का मुख्य तंत्र है, जो महत्वपूर्ण भार प्राप्त करता है और संचारित करता है। इसलिए, केएसएचएम की ताकत की गणना करना महत्वपूर्ण है। इसकी बारी में कई इंजन भागों की गणना क्रैंकशाफ्ट की गतिकी और गतिशीलता पर निर्भर करती है। क्रैंकशाफ्ट का गतिक विश्लेषण इसके भागों, मुख्य रूप से पिस्टन और कनेक्टिंग रॉड की गति के नियम स्थापित करता है।

11.1. चक्का के प्रकार

पिस्टन आंतरिक दहन इंजन में तीन प्रकार के क्रैंकशाफ्ट का उपयोग किया जाता है:

केंद्रीय (अक्षीय);

मिश्रित (अक्षीय);

ट्रैल्ड कनेक्टिंग रॉड के साथ।

में केंद्रीय केएसएचएमसिलेंडर अक्ष क्रैंकशाफ्ट अक्ष के साथ प्रतिच्छेद करता है (चित्र 11.1)।

चावल। 11.1. केंद्रीय क्रैंकशाफ्ट का आरेख: φ - क्रैंकशाफ्ट के घूर्णन का वर्तमान कोण; β सिलेंडर अक्ष से कनेक्टिंग रॉड अक्ष के विचलन का कोण है (जब कनेक्टिंग रॉड को क्रैंक के घूर्णन की दिशा में विक्षेपित किया जाता है, तो कोण β को सकारात्मक माना जाता है, विपरीत दिशा में - नकारात्मक); एस - पिस्टन स्ट्रोक;
आर- क्रैंक त्रिज्या; एल - कनेक्टिंग रॉड की लंबाई; एक्स - पिस्टन आंदोलन;

ω - क्रैंकशाफ्ट का कोणीय वेग

कोणीय वेग की गणना सूत्र का उपयोग करके की जाती है

क्रैंकशाफ्ट का एक महत्वपूर्ण डिज़ाइन पैरामीटर क्रैंक त्रिज्या और कनेक्टिंग रॉड की लंबाई का अनुपात है:

यह स्थापित किया गया है कि λ में कमी के साथ (वृद्धि के कारण)।एल) जड़त्वीय एवं सामान्य बलों में कमी आती है। साथ ही, इंजन की ऊंचाई और उसका द्रव्यमान बढ़ जाता है, इसलिए ऑटोमोबाइल इंजन में λ को 0.23 से 0.3 तक लिया जाता है।

कुछ ऑटोमोबाइल और ट्रैक्टर इंजनों के लिए λ का मान तालिका में दिया गया है। 11.1.

तालिका 11. 1. विभिन्न इंजनों के लिए पैरामीटर का मान

में डिसैक्सियल सीवीएसएम(चित्र 11.2) सिलेंडर अक्ष क्रैंकशाफ्ट अक्ष को नहीं काटता है और इसके सापेक्ष कुछ दूरी पर स्थानांतरित हो जाता है ए.

चावल। 11.2. डिसएक्सियल क्रैंकशाफ्ट की योजना

केंद्रीय क्रैंकशाफ्ट की तुलना में डिसैक्सियल क्रैंकशाफ्ट के कुछ फायदे हैं:

क्रैंकशाफ्ट और कैंषफ़्ट के बीच की दूरी में वृद्धि, जिसके परिणामस्वरूप निचले कनेक्टिंग रॉड हेड की आवाजाही के लिए जगह बढ़ गई;

इंजन सिलेंडरों का अधिक समान घिसाव;

समान मूल्यों के साथआर और λ पिस्टन स्ट्रोक लंबा है, जो इंजन निकास गैसों में विषाक्त पदार्थों की सामग्री को कम करने में मदद करता है;

बढ़ा हुआ इंजन विस्थापन।

चित्र में. 11.3 दिखाया गया है एक अनुगामी कनेक्टिंग रॉड के साथ केएसएचएम।कनेक्टिंग रॉड, जो क्रैंकशाफ्ट जर्नल से सीधे जुड़ी होती है, मुख्य कहलाती है, और कनेक्टिंग रॉड, जो उसके सिर पर स्थित पिन के माध्यम से मुख्य से जुड़ी होती है, ट्रेलिंग रॉड कहलाती है। इस क्रैंकशाफ्ट डिज़ाइन का उपयोग बड़ी संख्या में सिलेंडर वाले इंजनों पर किया जाता है, जब वे इंजन की लंबाई कम करना चाहते हैं।मुख्य और अनुगामी कनेक्टिंग छड़ों से जुड़े पिस्टन में समान स्ट्रोक नहीं होता है, क्योंकि ऑपरेशन के दौरान अनुगामी कनेक्टिंग रॉड के क्रैंक हेड की धुरी एक दीर्घवृत्त का वर्णन करती है, जिसका प्रमुख अर्ध-अक्ष त्रिज्या से अधिकक्रैंक. डी-12 वी-आकार के बारह-सिलेंडर इंजन में, पिस्टन स्ट्रोक में अंतर 6.7 मिमी है।

चावल। 11.3. ट्रैल्ड कनेक्टिंग रॉड के साथ केएसएचएम: 1 - पिस्टन; 2 - संपीड़न रिंग; 3 - पिस्टन पिन; 4 - पिस्टन पिन प्लग; 5 - कनेक्टिंग रॉड के ऊपरी सिर की झाड़ी; 6 - मुख्य कनेक्टिंग रॉड; 7 - ट्रैल्ड कनेक्टिंग रॉड; 8 - अनुगामी कनेक्टिंग रॉड के निचले सिर की झाड़ी; 9 - अनुगामी कनेक्टिंग रॉड का माउंटिंग पिन; 10 - माउंटिंग पिन; 11 - लाइनर; 12-टेपर पिन

11.2. केंद्रीय क्रैंकशाफ्ट की गतिकी

क्रैंकशाफ्ट के गतिक विश्लेषण में, यह माना जाता है कि क्रैंकशाफ्ट का कोणीय वेग स्थिर है। गतिज गणना के कार्य में पिस्टन की गति, उसकी गति और त्वरण का निर्धारण करना शामिल है।

11.2.1. पिस्टन आंदोलन

केंद्रीय क्रैंकशाफ्ट वाले इंजन के लिए क्रैंक के घूर्णन के कोण के आधार पर पिस्टन के विस्थापन की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

समीकरण (11.1) के विश्लेषण से पता चलता है कि पिस्टन की गति को दो गतियों के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है:

एक्स 1 - प्रथम क्रम की गति, एक अनंत लंबी कनेक्टिंग रॉड (एल = ∞ पर λ = 0) के साथ पिस्टन की गति से मेल खाती है:

x 2 - दूसरे क्रम का आंदोलन, कनेक्टिंग रॉड की अंतिम लंबाई में संशोधन का प्रतिनिधित्व करता है:

x 2 का मान λ पर निर्भर करता है। किसी दिए गए λ के लिए, x 2 का चरम मान घटित होगा यदि

यानी, एक क्रांति के भीतर, x 2 का चरम मान घूर्णन कोण (φ) 0 के अनुरूप होगा; 90; 180 और 270°.

विस्थापन φ = 90° और φ = 270° पर अपने अधिकतम मान तक पहुंच जाएगा, यानी जब cos φ = -1। इन मामलों में, पिस्टन की वास्तविक गति होगी

परिमाणλR/2, इसे ब्रिक्स सुधार कहा जाता है और यह कनेक्टिंग रॉड की अंतिम लंबाई के लिए एक सुधार है।

चित्र में. चित्र 11.4 क्रैंकशाफ्ट के घूर्णन के कोण पर पिस्टन की गति की निर्भरता को दर्शाता है। जब क्रैंक को 90° घुमाया जाता है, तो पिस्टन अपनी आधी से अधिक यात्रा करता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि जब क्रैंक को टीडीसी से बीडीसी तक घुमाया जाता है, तो पिस्टन सिलेंडर अक्ष के साथ चलती रॉड और इस अक्ष से इसके विचलन के प्रभाव में चलता है। वृत्त की पहली तिमाही में (0 से 90° तक), कनेक्टिंग रॉड एक साथ चलती है क्रैंकशाफ्टसिलेंडर अक्ष से विचलन होता है, और कनेक्टिंग रॉड की दोनों गतियाँ एक दिशा में पिस्टन की गति के अनुरूप होती हैं, और पिस्टन अपने पथ के आधे से अधिक भाग की यात्रा करता है। जब क्रैंक सर्कल की दूसरी तिमाही (90 से 180 डिग्री तक) में चलता है, तो कनेक्टिंग रॉड और पिस्टन की गति की दिशाएं मेल नहीं खाती हैं, पिस्टन सबसे कम दूरी तय करता है।

चावल। 11.4. क्रैंकशाफ्ट के घूर्णन के कोण पर पिस्टन और उसके घटकों की गति की निर्भरता

प्रत्येक घूर्णन कोण के लिए पिस्टन का विस्थापन ग्राफ़िक रूप से निर्धारित किया जा सकता है, जिसे ब्रिक्स विधि कहा जाता है।ऐसा करने के लिए, त्रिज्या R=S/2 वाले एक वृत्त के केंद्र से, BDC की ओर ब्रिक्स सुधार लागू किया जाता है, और एक नया केंद्र पाया जाता है के बारे में 1 . केंद्र से के बारे में 1, φ के कुछ मानों के माध्यम से (उदाहरण के लिए, प्रत्येक 30°) एक त्रिज्या वेक्टर तब तक खींचा जाता है जब तक कि वह वृत्त के साथ प्रतिच्छेद न कर दे। सिलेंडर अक्ष (टीडीसी-बीडीसी लाइन) पर चौराहे बिंदुओं के प्रक्षेपण कोण φ के दिए गए मानों के लिए वांछित पिस्टन स्थिति देते हैं। आधुनिक स्वचालित कंप्यूटिंग टूल का उपयोग आपको शीघ्रता से निर्भरता प्राप्त करने की अनुमति देता है एक्स=एफ(φ).

11.2.2. पिस्टन की गति

पिस्टन गति का व्युत्पन्न - घूर्णन समय के संबंध में समीकरण (11.1) पिस्टन की गति की गति देता है:

पिस्टन की गति के समान, पिस्टन की गति को भी दो घटकों के रूप में दर्शाया जा सकता है:

कहाँ वी 1 - प्रथम क्रम पिस्टन गति घटक:

वी 2 - दूसरे क्रम का पिस्टन गति घटक:

अवयव वी 2 एक अनंत लंबी कनेक्टिंग रॉड के साथ पिस्टन की गति को दर्शाता है। अवयव वी 2 कनेक्टिंग रॉड की अंतिम लंबाई के लिए पिस्टन की गति में सुधार है। क्रैंकशाफ्ट रोटेशन कोण पर पिस्टन की गति में परिवर्तन की निर्भरता चित्र में दिखाई गई है। 11.5.

चावल। 11.5. क्रैंकशाफ्ट रोटेशन कोण पर पिस्टन की गति की निर्भरता

गति 90° से कम और 270° से अधिक के क्रैंकशाफ्ट घूर्णन कोण पर अपने अधिकतम मान तक पहुँचती है।इन कोणों का सटीक मान λ के मान पर निर्भर करता है। 0.2 से 0.3 तक λ के लिए, अधिकतम पिस्टन गति क्रैंकशाफ्ट रोटेशन कोण 70 से 80° और 280 से 287° के अनुरूप होती है।

औसत पिस्टन गति की गणना निम्नानुसार की जाती है:

ऑटोमोबाइल इंजन में पिस्टन की औसत गति आमतौर पर 8 से 15 मीटर/सेकेंड तक होती है।अधिकतम पिस्टन गति का मान पर्याप्त सटीकता के साथ निर्धारित किया जा सकता है

11.2.3. पिस्टन त्वरण

पिस्टन त्वरण को समय के संबंध में वेग के पहले व्युत्पन्न के रूप में या समय के संबंध में पिस्टन विस्थापन के दूसरे व्युत्पन्न के रूप में परिभाषित किया गया है:

और कहां - पिस्टन त्वरण के क्रमशः पहले और दूसरे क्रम के हार्मोनिक घटक जे 1 और जे 2. इस मामले में, पहला घटक एक अनंत लंबी कनेक्टिंग रॉड के साथ पिस्टन के त्वरण को व्यक्त करता है, और दूसरा घटक कनेक्टिंग रॉड की सीमित लंबाई के लिए त्वरण सुधार को व्यक्त करता है।

क्रैंकशाफ्ट के घूर्णन के कोण पर पिस्टन और उसके घटकों के त्वरण में परिवर्तन की निर्भरता चित्र में दिखाई गई है। 11.6.

चावल। 11.6. पिस्टन त्वरण और उसके घटकों में परिवर्तन की निर्भरता
क्रैंकशाफ्ट कोण से

जब पिस्टन टीडीसी पर होता है तो त्वरण अधिकतम मान तक पहुँच जाता है, और न्यूनतम मान बीडीसी पर या उसके निकट होता है। 180 से ±45° तक के क्षेत्र में j वक्र में ये परिवर्तन λ के मान पर निर्भर करते हैं। λ > 0.25 के लिए, j वक्र का φ अक्ष (काठी) की ओर एक अवतल आकार होता है, और त्वरण पहुंचता है न्यूनतम मानदो बार। λ = 0.25 पर, त्वरण वक्र उत्तल होता है और त्वरण केवल एक बार अपने सबसे बड़े नकारात्मक मान तक पहुंचता है। ऑटोमोबाइल आंतरिक दहन इंजन में अधिकतम पिस्टन त्वरण 10,000 m/s 2 है। एक डिसैक्सियल क्रैंकशाफ्ट और एक अनुगामी कनेक्टिंग रॉड वाले क्रैंकशाफ्ट की गतिकी केंद्रीय क्रैंकशाफ्ट की गतिकी से कुछ भिन्न होती है और इस प्रकाशन में इस पर विचार नहीं किया जाता है।

11.3. पिस्टन स्ट्रोक और सिलेंडर व्यास का अनुपात

स्ट्रोक अनुपातएस सिलेंडर व्यास के लिएडी मुख्य मापदंडों में से एक है जो इंजन के आकार और वजन को निर्धारित करता है। ऑटोमोबाइल इंजन में मूल्यएस/डी 0.8 से 1.2 तक. एस/डी > 1 वाले इंजन को लॉन्ग-स्ट्रोक और एस/डी वाले इंजन कहा जाता है< 1 - короткоходными. यह अनुपात सीधे पिस्टन की गति और इसलिए इंजन की शक्ति को प्रभावित करता है। जैसे-जैसे एस/डी मूल्य घटता है, निम्नलिखित लाभ स्पष्ट होते हैं:

इंजन की ऊंचाई कम हो जाती है;

औसत पिस्टन गति को कम करने से, यांत्रिक नुकसान कम हो जाता है और भागों का घिसाव कम हो जाता है;

वाल्व लगाने की स्थितियों में सुधार किया गया है और उनके आकार को बढ़ाने के लिए पूर्वापेक्षाएँ बनाई गई हैं;

मुख्य और कनेक्टिंग रॉड जर्नल के व्यास को बढ़ाना संभव हो जाता है, जिससे क्रैंकशाफ्ट की कठोरता बढ़ जाती है।

हालाँकि, नकारात्मक बिंदु भी हैं:

इंजन की लंबाई और क्रैंकशाफ्ट की लंबाई बढ़ जाती है;

गैस दबाव बलों और जड़त्व बलों से भागों पर भार बढ़ता है;

दहन कक्ष की ऊंचाई कम हो जाती है और उसका आकार बिगड़ जाता है, जिससे कार्बोरेटर इंजन में विस्फोट की प्रवृत्ति बढ़ जाती है, और डीजल इंजन में - मिश्रण निर्माण की स्थिति में गिरावट आती है।

मूल्य कम करना उचित समझा जा रहा हैएस/डी इंजन की गति बढ़ने के साथ. यह वी-आकार के इंजनों के लिए विशेष रूप से फायदेमंद है, जहां शॉर्ट स्ट्रोक बढ़ाने से आपको इष्टतम द्रव्यमान और समग्र आयाम प्राप्त करने की अनुमति मिलती है।

विभिन्न इंजनों के लिए एस/डी मान:

कार्बोरेटर इंजन - 0.7-1;

मध्यम गति वाले डीजल - 1.0-1.4;

हाई-स्पीड डीजल - 0.75-1.05।

एस/डी मान चुनते समय, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि क्रैंकशाफ्ट ड्राइव गियर में कार्य करने वाली ताकतें काफी हद तक सिलेंडर के व्यास पर और कुछ हद तक पिस्टन स्ट्रोक पर निर्भर करती हैं।

व्याख्यान 11

क्रैंक तंत्र की गतिकी

11.1. चक्का के प्रकार

11.2.1. पिस्टन आंदोलन

11.2.2. पिस्टन की गति

11.2.3. पिस्टन त्वरण

क्रैंक तंत्र (के डब्ल्यू एम ) पिस्टन आंतरिक दहन इंजन का मुख्य तंत्र है, जो महत्वपूर्ण भार प्राप्त करता है और संचारित करता है।इसलिए, शक्ति गणनाके डब्ल्यू एम यह महत्वपूर्ण है। इसकी बारी मेंकई विवरणों की गणना इंजन क्रैंकशाफ्ट की गतिकी और गतिकी पर निर्भर करता है।गतिकीय रूप से केएसएचएम का चीनी विश्लेषण इसकी गति के नियम स्थापित करता हैलिंक, मुख्य रूप से पिस्टन और कनेक्टिंग रॉड।

क्रैंकशाफ्ट के अध्ययन को सरल बनाने के लिए, हम मान लेंगे कि क्रैंकशाफ्ट क्रैंक समान रूप से घूमते हैं, यानी, निरंतर कोणीय वेग के साथ।

11.1. चक्का के प्रकार

पिस्टन आंतरिक दहन इंजन में तीन प्रकार के क्रैंकशाफ्ट का उपयोग किया जाता है:

• केंद्रीय (अक्षीय);
• मिश्रित (अक्षीय);
• ट्रैल्ड कनेक्टिंग रॉड के साथ।

केंद्रीय केएसएचएम में सिलेंडर अक्ष क्रैंकशाफ्ट अक्ष के साथ प्रतिच्छेद करता है (चित्र 11.1)।

चावल। 11.1. केंद्रीय क्रैंकशाफ्ट की योजना:φ वर्तमान क्रैंकशाफ्ट रोटेशन कोण; सिलेंडर अक्ष से कनेक्टिंग रॉड अक्ष के विचलन का कोण (जब कनेक्टिंग रॉड क्रैंक के घूर्णन की दिशा में विचलन करता है, तो कोण β को सकारात्मक माना जाता है, विपरीत दिशा में नकारात्मक);एस पिस्टन स्ट्रोक;
आर क्रैंक त्रिज्या;एल कनेक्टिंग रॉड की लंबाई; एक्स पिस्टन आंदोलन;

ω क्रैंकशाफ्ट का कोणीय वेग

कोणीय वेग की गणना सूत्र का उपयोग करके की जाती है

क्रैंकशाफ्ट का एक महत्वपूर्ण डिज़ाइन पैरामीटर क्रैंक त्रिज्या और कनेक्टिंग रॉड की लंबाई का अनुपात है:

यह स्थापित किया गया है कि λ में कमी के साथ (वृद्धि के कारण)।एल) जड़त्वीय एवं सामान्य बलों में कमी आती है। साथ ही, इंजन की ऊंचाई और उसका द्रव्यमान बढ़ जाता है, इसलिए ऑटोमोबाइल इंजन में λ को 0.23 से 0.3 तक लिया जाता है।

कुछ ऑटोमोबाइल और ट्रैक्टर इंजनों के लिए λ का मान तालिका में दिया गया है। 11.1.

तालिका 11. 1. पी के लिए पैरामीटर λ का मानविभिन्न इंजन

में डिसैक्सियल सीवीएसएम(चित्र 11.2) सिलेंडर अक्ष क्रैंकशाफ्ट अक्ष को नहीं काटता है और इसके सापेक्ष कुछ दूरी पर स्थानांतरित हो जाता हैए ।

चावल। 11.2. डिसएक्सियल क्रैंकशाफ्ट की योजना

केंद्रीय क्रैंकशाफ्ट की तुलना में डिसैक्सियल क्रैंकशाफ्ट के कुछ फायदे हैं:

• क्रैंकशाफ्ट और कैंषफ़्ट के बीच की दूरी में वृद्धि, जिसके परिणामस्वरूप निचले कनेक्टिंग रॉड हेड को स्थानांतरित करने के लिए जगह बढ़ गई;
• इंजन सिलेंडरों का अधिक समान घिसाव;
• समान मूल्यों के साथआर और λ पिस्टन स्ट्रोक लंबा है, जो इंजन निकास गैसों में विषाक्त पदार्थों की सामग्री को कम करने में मदद करता है;
• बढ़ा हुआ इंजन विस्थापन।

चित्र में. 11.3 दिखाया गया हैएक अनुगामी कनेक्टिंग रॉड के साथ केएसएचएम।कनेक्टिंग रॉड, जो क्रैंकशाफ्ट जर्नल से सीधे जुड़ी होती है, मुख्य कहलाती है, और कनेक्टिंग रॉड, जो उसके सिर पर स्थित पिन के माध्यम से मुख्य से जुड़ी होती है, ट्रेलिंग रॉड कहलाती है।इस क्रैंकशाफ्ट डिज़ाइन का उपयोग बड़ी संख्या में सिलेंडर वाले इंजनों पर किया जाता है, जब वे इंजन की लंबाई कम करना चाहते हैं।मुख्य और अनुगामी कनेक्टिंग छड़ों से जुड़े पिस्टन में समान स्ट्रोक नहीं होता है, क्योंकि क्रैंक हेड की धुरी अनुगामी होती हैवां ऑपरेशन के दौरान, कनेक्टिंग रॉड एक दीर्घवृत्त का वर्णन करती है, जिसका प्रमुख अर्ध-अक्ष क्रैंक की त्रिज्या से बड़ा होता है। मेंवी D-12 बारह-सिलेंडर इंजन पर, पिस्टन स्ट्रोक में अंतर 6.7 मिमी है।

चावल। 11.3. ट्रैल्ड कनेक्टिंग रॉड के साथ केएसएचएम: 1 पिस्टन; 2 संपीड़न रिंग; 3 पिस्टन पिन; 4 पिस्टन प्लगउँगलिया; 5 ऊपरी सिर की झाड़ीकनेक्टिंग छड़; 6 मुख्य कनेक्टिंग रॉड; 7 ट्रैल्ड कनेक्टिंग रॉड; 8 ट्रेलर के निचले सिरे की झाड़ीकनेक्टिंग छड़; 9 कनेक्टिंग रॉड माउंटिंग पिन; 10 पिन खोज रहे हैं; 11 ईयरबड; 12 पतला पिन

11.2. केंद्रीय क्रैंकशाफ्ट की गतिकी

क्रैंकशाफ्ट के गतिक विश्लेषण में, यह माना जाता है कि क्रैंकशाफ्ट का कोणीय वेग स्थिर है।गतिज गणना के कार्य में पिस्टन की गति, उसकी गति और त्वरण का निर्धारण करना शामिल है।

11.2.1. पिस्टन आंदोलन

केंद्रीय क्रैंकशाफ्ट वाले इंजन के लिए क्रैंक के घूर्णन के कोण के आधार पर पिस्टन के विस्थापन की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

(11.1)

समीकरण (11.1) के विश्लेषण से पता चलता है कि पिस्टन की गति को दो गतियों के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है:

एक्स 1 प्रथम क्रम की गति, एक अनंत लंबी कनेक्टिंग रॉड के साथ पिस्टन की गति से मेल खाती है(एल = ∞ पर λ = 0):

एक्स 2 दूसरे क्रम का विस्थापन, कनेक्टिंग रॉड की अंतिम लंबाई के लिए एक सुधार है:

x 2 का मान λ पर निर्भर करता है। किसी दिए गए λ के लिए चरम मान्यताएँएक्स 2 होगा यदि

यानी एक क्रांति के भीतर चरम मूल्यएक्स 2 घूर्णन कोणों के अनुरूप होगा (φ) 0; 90; 180 और 270°.

आंदोलन φ = 90° और φ = 270° पर अधिकतम मान तक पहुंच जाएगा, अर्थात।एस φ = -1. इन मामलों में, पिस्टन की वास्तविक गति होगी

मान λR /2, इसे ब्रिक्स सुधार कहा जाता है और यह कनेक्टिंग रॉड की अंतिम लंबाई के लिए एक सुधार है।

चित्र में. चित्र 11.4 क्रैंकशाफ्ट के घूर्णन के कोण पर पिस्टन की गति की निर्भरता को दर्शाता है। जब क्रैंक को 90° घुमाया जाता है, तो पिस्टन अपनी आधी से अधिक यात्रा करता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि जब क्रैंक को टीडीसी से बीडीसी तक घुमाया जाता है, तो पिस्टन सिलेंडर अक्ष के साथ चलती रॉड और इस अक्ष से इसके विचलन के प्रभाव में चलता है। सर्कल की पहली तिमाही में (0 से 90° तक), कनेक्टिंग रॉड, क्रैंकशाफ्ट की ओर अपनी गति के साथ, सिलेंडर अक्ष से विचलित हो जाती है, और कनेक्टिंग रॉड की दोनों गति उसी में पिस्टन की गति के अनुरूप होती है दिशा, और पिस्टन अपने पथ का आधे से अधिक भाग तय करता है। जब क्रैंक सर्कल की दूसरी तिमाही (90 से 180 डिग्री तक) में चलता है, तो कनेक्टिंग रॉड और पिस्टन की गति की दिशाएं मेल नहीं खाती हैं, पिस्टन सबसे कम दूरी तय करता है।

चावल। 11.4. क्रैंकशाफ्ट के घूर्णन के कोण पर पिस्टन और उसके घटकों की गति की निर्भरता

प्रत्येक घूर्णन कोण के लिए पिस्टन का विस्थापन ग्राफ़िक रूप से निर्धारित किया जा सकता है, जिसे ब्रिक्स विधि कहा जाता है।ऐसा करने के लिए, त्रिज्या वाले वृत्त के केंद्र सेआर=एस/2 बीडीसी की ओर ब्रिक्स संशोधन स्थगित कर दिया गया है, एक नया केंद्र मिला हैओ 1. केंद्र O1 से φ के कुछ मानों के माध्यम से (उदाहरण के लिए, प्रत्येक 30°) एक त्रिज्या वेक्टर तब तक खींचा जाता है जब तक कि वह वृत्त के साथ प्रतिच्छेद न कर दे। सिलेंडर अक्ष (रेखा टीडीसी x बीडीसी) पर प्रतिच्छेदन बिंदुओं के प्रक्षेपण कोण φ के दिए गए मानों के लिए वांछित पिस्टन स्थिति देते हैं। आधुनिक स्वचालित कंप्यूटिंग टूल का उपयोग आपको शीघ्रता से निर्भरता प्राप्त करने की अनुमति देता हैएक्स = एफ(φ).

11.2.2. पिस्टन की गति

घूर्णन समय के संबंध में पिस्टन गति समीकरण (11.1) का व्युत्पन्न पिस्टन गति की गति देता है:

(11.2)

वैसे ही पिस्टन की गति, पिस्टन की गति को दो घटकों के रूप में भी दर्शाया जा सकता है:

जहां वी 1 प्रथम क्रम पिस्टन गति घटक:

वि 2 दूसरे क्रम का पिस्टन वेग घटक:

घटक वी 2 अनंत लंबी कनेक्टिंग रॉड के साथ पिस्टन की गति का प्रतिनिधित्व करता है। अवयववि 2 कनेक्टिंग रॉड की अंतिम लंबाई के लिए पिस्टन की गति में सुधार है। क्रैंकशाफ्ट रोटेशन कोण पर पिस्टन की गति में परिवर्तन की निर्भरता चित्र में दिखाई गई है। 11.5.

चावल। 11.5. क्रैंकशाफ्ट रोटेशन कोण पर पिस्टन की गति की निर्भरता

गति 90° से कम और 270° से अधिक के क्रैंकशाफ्ट घूर्णन कोण पर अपने अधिकतम मान तक पहुँचती है।इन कोणों का सटीक मान λ के मान पर निर्भर करता है। 0.2 से 0.3 तक λ के लिए, अधिकतम पिस्टन गति क्रैंकशाफ्ट रोटेशन कोण 70 से 80° और 280 से 287° के अनुरूप होती है।

औसत पिस्टन गति की गणना निम्नानुसार की जाती है:

ऑटोमोबाइल इंजन में पिस्टन की औसत गति आमतौर पर 8 से 15 मीटर/सेकेंड तक होती है।अधिकतम पिस्टन गति का मान पर्याप्त सटीकता के साथ निर्धारित किया जा सकता है

11.2.3. पिस्टन त्वरण

पिस्टन त्वरण को समय के संबंध में वेग के पहले व्युत्पन्न के रूप में या समय के संबंध में पिस्टन विस्थापन के दूसरे व्युत्पन्न के रूप में परिभाषित किया गया है:

(11.3)

और कहां पिस्टन त्वरण के क्रमशः पहले और दूसरे क्रम के हार्मोनिक घटकजे 1 और जे 2. इस मामले में, पहला घटक एक अनंत लंबी कनेक्टिंग रॉड के साथ पिस्टन के त्वरण को व्यक्त करता है, और दूसरा घटक कनेक्टिंग रॉड की सीमित लंबाई के लिए त्वरण सुधार को व्यक्त करता है।

क्रैंकशाफ्ट के घूर्णन के कोण पर पिस्टन और उसके घटकों के त्वरण में परिवर्तन की निर्भरता चित्र में दिखाई गई है। 11.6.

चावल। 11.6. पिस्टन त्वरण और उसके घटकों में परिवर्तन की निर्भरता
क्रैंकशाफ्ट कोण से

जब पिस्टन टीडीसी पर होता है तो त्वरण अधिकतम मान तक पहुँच जाता है, और न्यूनतम मान बीडीसी या बीडीसी के निकट होता है।ये वक्र बदलते हैंजे 180 से ±45° तक के क्षेत्र में परिमाण पर निर्भर करता हैλ. λ > 0.25 वक्र j के लिए φ अक्ष (काठी) की ओर एक अवतल आकार है, और त्वरण दो बार न्यूनतम मान तक पहुंचता है। पर λ = 0.25 त्वरण वक्र उत्तल है और त्वरण अपने उच्चतम ऋणात्मक मान तक पहुँच जाता हैकेवल एक बार। ऑटोमोबाइल आंतरिक दहन इंजन में अधिकतम पिस्टन त्वरण 10,000 मीटर/सेकेंड है 2. एक ट्रेलर के साथ एक डिसैक्सियल सीवीएस और एक सीवीएस की किनेमेटिक्स कई कनेक्टिंग छड़ेंअलग है गतिकी सेकेंद्रीय वर्तमान में केएसएचएमप्रकाशन विचार नहीं किया गया।

11.3. पिस्टन स्ट्रोक और सिलेंडर व्यास का अनुपात

स्ट्रोक अनुपातएस सिलेंडर व्यास के लिएडी मुख्य मापदंडों में से एक है जो इंजन के आकार और वजन को निर्धारित करता है। ऑटोमोबाइल इंजन में मूल्यएस/डी 0.8 से 1.2 तक। एस/डी > वाली मोटरें 1 को लॉन्ग-स्ट्रोक कहा जाता है, और साथ मेंएस/डी< 1 छोटा स्ट्रोक.यह अनुपात सीधे पिस्टन की गति और इसलिए इंजन की शक्ति को प्रभावित करता है।घटते मूल्य के साथएस/डी निम्नलिखित लाभ स्पष्ट हैं:

• इंजन की ऊंचाई कम हो जाती है;
• औसत पिस्टन गति को कम करने से, यांत्रिक नुकसान कम हो जाता है और भागों का घिसाव कम हो जाता है;
• वाल्व लगाने की स्थितियों में सुधार किया गया है और उनके आकार को बढ़ाने के लिए पूर्वापेक्षाएँ बनाई गई हैं;
• मुख्य और कनेक्टिंग रॉड जर्नल के व्यास को बढ़ाना संभव हो जाता है, जिससे क्रैंकशाफ्ट की कठोरता बढ़ जाती है।

हालाँकि, नकारात्मक बिंदु भी हैं:

• इंजन की लंबाई और क्रैंकशाफ्ट की लंबाई बढ़ जाती है;
• गैस दबाव बलों और जड़त्व बलों से भागों पर भार बढ़ता है;
• दहन कक्ष की ऊंचाई कम हो जाती है और उसका आकार बिगड़ जाता है, जिससे कार्बोरेटर इंजन में विस्फोट की प्रवृत्ति बढ़ जाती है, और डीजल इंजन में मिश्रण निर्माण की स्थिति खराब हो जाती है।

मूल्य कम करना उचित समझा जा रहा हैएस/डी इंजन की गति बढ़ने के साथ. के लिए यह विशेष लाभकारी हैवी -आकार के इंजन, जहां शॉर्ट स्ट्रोक बढ़ाने से आपको इष्टतम द्रव्यमान और समग्र आयाम प्राप्त करने की अनुमति मिलती है।

एस/डी मान विभिन्न इंजनों के लिए:

• कार्बोरेटर इंजन 0.7 1;
• मध्यम गति डीजल 1.0 1.4;
• हाई-स्पीड डीजल इंजन 0.75 1.05।

मानों का चयन करते समयएस/डी यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि क्रैंकशाफ्ट में कार्यरत बल काफी हद तक सिलेंडर के व्यास पर और कुछ हद तक पिस्टन स्ट्रोक पर निर्भर होते हैं।

पेज \* मर्जफॉर्मेट 1

इंजन संचालन के दौरान, निम्नलिखित मुख्य बल कारक क्रैंकशाफ्ट में कार्य करते हैं: गैस दबाव बल, तंत्र के गतिमान द्रव्यमान की जड़ता बल, घर्षण बल और उपयोगी प्रतिरोध का क्षण। क्रैंकशाफ्ट के गतिशील विश्लेषण में, घर्षण बलों को आमतौर पर नजरअंदाज कर दिया जाता है।

8.2.1. गैस का दबाव बल

गैस के दबाव का बल इंजन सिलेंडर में कार्य चक्र के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है। यह बल पिस्टन पर कार्य करता है, और इसका मान पिस्टन और उसके क्षेत्र पर दबाव ड्रॉप के उत्पाद के रूप में निर्धारित होता है: पीजी = (पीजी -पीहे )एफपी . यहाँ आरडी - पिस्टन के ऊपर इंजन सिलेंडर में दबाव; आरओ - क्रैंककेस में दबाव; एफपी पिस्टन तल का क्षेत्र है।

सीवीएम तत्वों के गतिशील भार का आकलन करने के लिए बल की निर्भरता महत्वपूर्ण है आरजी समय से. यह आमतौर पर निर्देशांक से संकेतक आरेख का पुनर्निर्माण करके प्राप्त किया जाता है आर–वीनिर्देशांक में आर-φ परिभाषित करके वी φ =x φ एफपी साथनिर्भरता (84) या ग्राफिकल तरीकों का उपयोग करना।

पिस्टन पर कार्य करने वाला गैस दबाव बल क्रैंकशाफ्ट के गतिमान तत्वों को लोड करता है, क्रैंककेस के मुख्य बीयरिंगों तक प्रेषित होता है और बलों द्वारा इंट्रा-सिलेंडर स्पेस बनाने वाले तत्वों के लोचदार विरूपण के कारण इंजन के अंदर संतुलित होता है। आरजी और आर/ जी, सिलेंडर हेड और पिस्टन पर कार्य करता है। ये बल इंजन माउंट पर प्रसारित नहीं होते हैं और इंजन असंतुलन का कारण नहीं बनते हैं।

8.2.2. केएसएचएम के गतिमान द्रव्यमान की जड़ता शक्तियाँ

एक वास्तविक सीवीएम वितरित मापदंडों वाली एक प्रणाली है, जिसके तत्व असमान रूप से चलते हैं, जो जड़त्वीय बलों की उपस्थिति का कारण बनता है।

इंजीनियरिंग अभ्यास में, द्रव्यमान को प्रतिस्थापित करने की विधि के आधार पर संश्लेषित गांठदार मापदंडों के साथ गतिशील रूप से समतुल्य प्रणाली, सीवीएम की गतिशीलता का विश्लेषण करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। समतुल्यता की कसौटी समतुल्य मॉडल की कुल गतिज ऊर्जा और उसके द्वारा प्रतिस्थापित तंत्र के कार्य चक्र के किसी भी चरण में समानता है। सीएसएम के समतुल्य मॉडल को संश्लेषित करने की विधि इसके तत्वों को भारहीन बिल्कुल कठोर कनेक्शन द्वारा परस्पर जुड़े द्रव्यमान की एक प्रणाली के साथ बदलने पर आधारित है।

पिस्टन समूह के हिस्से एक सीधीरेखीय प्रत्यागामी गति करते हैंसिलेंडर अक्ष के साथ और इसके जड़त्व गुणों का विश्लेषण करते समय एक समान द्रव्यमान द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है एम n, द्रव्यमान के केंद्र में केंद्रित है, जिसकी स्थिति व्यावहारिक रूप से पिस्टन पिन की धुरी के साथ मेल खाती है। इस बिंदु की गतिकी को पिस्टन की गति के नियमों द्वारा वर्णित किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप पिस्टन की जड़ता बल प.जपी = -मपी जे,कहाँ जे -द्रव्यमान के केंद्र का त्वरण पिस्टन के त्वरण के बराबर होता है।

चित्र 14 - क्रैंक तंत्र का आरेख वि इंजनट्रैल्ड कनेक्टिंग रॉड के साथ

चित्र 15 - मुख्य और अनुगामी कनेक्टिंग छड़ों के निलंबन बिंदुओं के प्रक्षेप पथ

क्रैंकशाफ्ट क्रैंक एक समान घूर्णी गति करता है।संरचनात्मक रूप से, इसमें मुख्य जर्नल के दो हिस्सों, दो गालों और एक कनेक्टिंग रॉड जर्नल का संयोजन होता है। क्रैंक के जड़त्वीय गुणों का वर्णन उन तत्वों के केन्द्रापसारक बलों के योग द्वारा किया जाता है जिनके द्रव्यमान केंद्र इसके घूर्णन की धुरी (गाल और क्रैंकपिन) पर नहीं होते हैं: क क = क रश.श +2К आर ь =тडब्ल्यू . डब्ल्यू rω 2 +2tएसएच ρ एसएच ω2,कहाँ के आरडब्ल्यू . डब्ल्यू के आरएसएच और आर, ρयू - केन्द्रापसारक बल और रोटेशन की धुरी से कनेक्टिंग रॉड जर्नल और गाल के द्रव्यमान के केंद्रों तक की दूरी, एमश.श और एम w क्रमशः कनेक्टिंग रॉड जर्नल और गाल का द्रव्यमान है।

कनेक्टिंग रॉड समूह के तत्व एक जटिल समतल-समानांतर गति करते हैं,जिसे द्रव्यमान के केंद्र के गतिज मापदंडों के साथ अनुवादात्मक गति और कनेक्टिंग रॉड के स्विंग के विमान के लंबवत द्रव्यमान के केंद्र से गुजरने वाली धुरी के चारों ओर घूर्णी गति के संयोजन के रूप में दर्शाया जा सकता है। इस संबंध में, इसके जड़त्वीय गुणों को दो मापदंडों - जड़त्वीय बल और क्षण द्वारा वर्णित किया गया है।

सीएसएम को प्रतिस्थापित करने वाली समतुल्य प्रणाली दो कठोरता से परस्पर जुड़े हुए द्रव्यमानों की एक प्रणाली है:

एक द्रव्यमान पिन अक्ष पर केंद्रित होता है और पिस्टन के गतिक मापदंडों के साथ सिलेंडर अक्ष के साथ प्रत्यावर्ती गति करता है, एम जे =एमपी +एमडब्ल्यू . पी ;

कनेक्टिंग रॉड जर्नल की धुरी पर स्थित एक द्रव्यमान और क्रैंकशाफ्ट की धुरी के चारों ओर एक घूर्णी गति करता है, टी आर =टीको +टीडब्ल्यू . k (क्रैंकशाफ्ट के एक क्रैंकपिन पर स्थित दो कनेक्टिंग रॉड वाले वी-आकार के आंतरिक दहन इंजन के लिए, टी आर = एमके+ एमश.क.

क्रैंकशाफ्ट के अपनाए गए मॉडल के अनुसार, द्रव्यमान एम जेजड़त्वीय बल का कारण बनता है पी जे = -एम जे जे,और जन टी आरजड़त्व का केन्द्रापसारक बल बनाता है के आर = - एश.श टी आर =टी आर आरω 2 .

जड़त्व बल पी जेयह उन समर्थनों की प्रतिक्रियाओं से संतुलित होता है जिन पर इंजन स्थापित है। परिमाण और दिशा में परिवर्तनशील होने के कारण, यदि इसे संतुलित करने के लिए विशेष उपाय नहीं किए जाते हैं, तो यह इंजन के बाहरी असंतुलन का कारण हो सकता है, जैसा कि चित्र 16 में दिखाया गया है , एक।

आंतरिक दहन इंजन की गतिशीलता और विशेष रूप से इसके संतुलन का विश्लेषण करते समय, पहले प्राप्त त्वरण निर्भरता को ध्यान में रखा जाता है जेक्रैंक कोण से φ जड़ता बल पी जेइसे दो हार्मोनिक कार्यों के योग के रूप में प्रस्तुत करना सुविधाजनक है, जो तर्क के परिवर्तन के आयाम और दर में भिन्न होते हैं और पहले की जड़ता बल कहलाते हैं ( प.जमैं) और दूसरा ( प.जद्वितीय) आदेश:

प.ज= – एम जे आरω 2(क्योंकि) φ+λ cos2 φ ) = सीओल φ + λCओल 2φ=पीएफमैं +पी जेद्वितीय ,

कहाँ साथ = –एम जे आरω 2 .

जड़ता का केन्द्रापसारक बल K r =m r rω 2क्रैंकशाफ्ट का घूर्णनशील द्रव्यमान स्थिर परिमाण का एक वेक्टर है, जो क्रैंक की त्रिज्या के साथ घूर्णन के केंद्र से निर्देशित होता है। बल के आरइंजन माउंट में संचारित, परिवर्तनशील प्रतिक्रियाएँ उत्पन्न करता है (चित्र 16, बी). तो ताकत के आरबल आर की तरह जे, आंतरिक दहन इंजन में असंतुलन पैदा हो सकता है।

ए -बल प.ज;बल के आर ; के एक्स =के आरओल φ = के आरक्योंकि( ωt); के वाई = के आरपाप φ = के आरपाप( ωt)

चावल। 16 - इंजन माउंट पर जड़त्वीय बलों का प्रभाव।