Откуда берутся эти формулы
Вал O, палец кривошипа A и палец поршня B образуют треугольник. Опусти перпендикуляр из A на ось цилиндра: его длина r sin φ, и она же l sin β. По теореме синусов r / sin β = l / sin φ, отсюда sin β = λ sin φ. Палец поршня стоит от вала на r cos φ + l cos β, а в ВМТ на r + l. Разность и есть путь: x = r(1 − cos φ) + l(1 − cos β).
Корень в cos β = √(1 − λ² sin² φ) неудобен. При малом z верно √(1 − z) ≈ 1 − z/2, поэтому l(1 − cos β) ≈ l λ² sin² φ / 2 = (r λ / 2) sin² φ. Получаем x ≈ r(1 − cos φ + (λ/2) sin² φ). Отброшенные члены порядка λ³, при λ = 0,3 это доли процента хода.
Кривошип вращается равномерно, φ = ω t. Возьми производную по времени, как в теме 1.1: sin² φ дает sin 2φ, и v ≈ r ω (sin φ + (λ/2) sin 2φ). Еще одна производная: a ≈ r ω² (cos φ + λ cos 2φ). Слагаемое с cos 2φ повторяется дважды за оборот: это силы инерции второго порядка, которые трясут рядные четырехцилиндровые моторы (тема 4.6). Момент на валу: сила в шатуне F / cos β на плече r sin(φ + β), то есть M = F r sin(φ + β) / cos β. В мертвых точках плечо равно нулю, поэтому одноцилиндровой машине нужен маховик (тема 3.5).