Основы механики

Механика как наука описывает перемещение материальных тел и взаимодействие между ними. Эта информация требуется любому конструктору для проектирования машин и механизмов. В данной главе изложены основы двух разделов механики — кинематики (наука о движении тел) и динамики (наука о движущих силах) двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Рис. Поршневой двигатель

Двигатели с принудительным искровым зажиганием и дизельные двигатели в общем виде представляют собой как поршневые, так и роторно-поршневые машины. Оба термина подразумевают движение поршня как основу работы механизма. В поршневом двигателе поршень поступательно перемещается вперед и назад между двумя мертвыми точками — верхней и нижней.

Рис. Роторно-поршневой двигатель

Расстояние между двумя мертвыми точками называется рабочим ходом поршня Н. На рисунке схематически изображен роторнопоршневой двигатель. Здесь ротор (который выполняет роль поршня) вращается вокруг собственного центра и в то же время вращается с эксцентриситетом вокруг центра картера.

Простейший поршневой двигатель состоит из поршня, шатуна и коленчатого вала. Направляющей поршня является цилиндр. Коленчатый вал размещен в картере Роторно-поршневой двигатель двигателя. Преобразование кинетической энергии газов в механическую работу происходит на верхней стороне (днище) поршня. Возникающие при этом усилия передаются от поршня через шатун на коленчатый вал. В результате возвратно-поступательные движения поршня преобразуются во вращательное движение коленчатого вала, на котором возникает крутящий момент, передающийся далее на трансмиссию и ведущие колеса автомобиля.

Простейший роторно-поршневой двигатель состоит из ротора и эксцентрикового вала, размещенных в картере двигателя. На трех торцевых поверхностях ротора происходит преобразование кинетической энергии газов в механическую работу. Возникающие при этом усилия, воздействуя на торцевые поверхности ротора, приводят ротор во вращение. Крутящий момент от ротора через эксцентриковый вал передается на трансмиссию и ведущие колеса автомобиля. Поскольку направление вращения ротора не меняется, мертвые точки в механизме отсутствуют. Роторно-поршневой двигатель в сравнении с поршневым обладает следующими преимуществами:

• не требуется преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное;
• не возникают свободные силы инерции.

Впервые создать двигатель внутреннего сгорания с вращающимся поршнем (ротором) и решить проблему герметизации картера удалось Феликсу Ванкелю (Felix Wankei, 1902—1988 гг.) в 1954 г. Этот двигатель был изготовлен в компании «NSU» и был впервые запущен в 1957 г. Через несколько лет интенсивных исследовательских и опытно-конструкторских работ роторно-поршневой двигатель, который назвали в честь его изобретателя двигателем Ванкеля, был готов к эксплуатации. Сегодня он в ограниченных количествах используется в промышленности, а также для приведения в движение сухопутных, морских и воздушных транспортных средств.