Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала

Для проведения расчета результирующей силы, действующей на шатунную шейку рядного двигателя, составляем таблицу 15 в которую из таблицы 14 переносим значения силы Т.

Суммарная сила, действующая на шатунную шейку по радиусу кривошипа:

 

 

Результирующая сила R _Ш.Ш., действующая на шатунную шейку, подсчитываем графическим сложением векторов сил T и P_k при построении полярной диаграммы. Масштаб сил на полярной диаграмме для суммарных сил  Значения для R _Ш.Ш для различных φ и по ним строим диаграмму R _Ш.Ш в прямоугольных координатах.

Таблица15

	Полные силы, kH
	T	K	Pk	RШ.Ш.
0	0	-14,4545	-23,1345	23,13447
30	-7,19391	-9,48557	-18,1656	19,53817
60	-4,81885	-1,52564	-10,2056	11,28611
90	2,163392	-0,55383	-9,23383	9,483873
120	4,788251	-4,37656	-13,0566	13,90688
150	3,005299	-7,14047	-15,8205	16,10339
180	0	-7,7989	-16,4789	16,4789
210	-3,0053	-7,14047	-15,8205	16,10339
240	-4,90201	-4,48054	-13,1605	14,04385
270	-2,64447	-0,67698	-9,35698	9,723497
300	3,41247	-1,08038	-9,76038	10,33973
330	3,625413	-4,78031	-13,4603	13,94
360	0	0,503239	-8,17676	8,176761
370	6,084504	27,52111	18,84111	19,79921
390	6,242799	8,231474	-0,44853	6,258891
420	2,967408	0,939476	-7,74052	8,289826
450	5,964152	-1,52682	-10,2068	11,82161
480	6,630865	-6,06075	-14,7408	16,16348
510	3,763948	-8,94299	-17,623	18,02046
540	0	-9,3037	-17,9837	17,9837
570	-3,44302	-8,18046	-16,8605	17,20842
600	-5,55012	-5,07293	-13,7529	14,8306
630	-2,45204	-0,62772	-9,30772	9,625289
660	4,537127	-1,43645	-10,1164	11,08729
690	7,018123	-9,25378	-17,9338	19,2581
720	0	-14,4545	-23,1345	23,13447

 

По полярной диаграмме строим диаграмму износа шатунной шейки. Сумму сил  , действующих по каждому лучу диаграммы износа (от 1 до 12), определяем с помощью таблицы 16. По данным таблицы 16 в масштабе  по каждому лучу откладываем величину суммарных сил  от окружности к центру. По лучам 4 и 5 силы  не действуют, а по луча 6,7,8 действуют только в интервале .

По диаграмме износа определяем расположение оси масляного отверстия ().

Уравновешивание двигателя

Силы и моменты, действующие в КШМ, непрерывно изменяются и, если они неуравновешенны, вызывают сотрясение и вибрацию двигателя, передаваемое раме автомобиля.

Условия уравновешенности двигателя с любым числом цилиндров:

а) результирующие силы инерции первого порядка и их моменты равны нулю:

 

 и

 

 

б) результирующие силы инерции второго порядка и их моменты равны нулю:

 

 и

 

в) результирующие центробежные силы инерции и их моменты равны нулю:

 

 и

 

Схема сил инерции, действующих в КШМ четырехцилиндрового рядного двигателя, показана на схеме.

 

Схема сил инерции, действующих в четырехцилиндровом рядном двигателе.

 

Порядок работы двигателя 1 – 3 – 4 – 2 или 1 – 2 – 4 – 3. Промежутки между вспышками 180˚.

Коленчатый вал имеет кривошипы расположенные под углом 180˚.Как видно из схемы

 

 ; ; ; ; ;

 

Следовательно, для данного двигателя неуравновешенными являются силы инерции второго порядка P_jII, которые из-за сложности их уравновешивания остаются неуравновешенными. Некоторые двигатели имеют коленчатые валы с противовесами для уменьшения центробежных сил, действующие на коренные подшипники.

 

 

Таблица16

Таблица износа шатунной шейки
Rш.ш.i	Значение Rш.ш. i, кН, для лучей
	1,00	2,00	3,00	4,00	5,00	6,00	7,00	8,00	9,00	10,00	11,00	12,00
0,00	23,13447	23,13447	23,13447	-	-	-	-	-	-	-	23,13447	23,13447	0
30,00	19,53817	19,53817	19,53817	-	-	-	-	-	-	-	-	19,53817	30
60,00	11,28611	11,28611	11,28611	-	-	-	-	-	-	-	-	11,28611	60
90,00	9,483873	9,483873	-	-	-	-	-	-	-	-	9,483873	9,483873	90
120,00	13,90688	13,90688	-	-	-	-	-	-	-	-	13,90688	13,90688	120
150,00	16,10339	16,10339	-	-	-	-	-	-	-	-	16,10339	16,10339	150
180,00	16,4789	16,4789	16,4789	-	-	-	-	-	-	-	16,4789	16,4789	180
210,00	16,10339	16,10339	16,10339	-	-	-	-	-	-	-	-	16,10339	210
240,00	14,04385	14,04385	14,04385	-	-	-	-	-	-	-	-	14,04385	240
270,00	9,723497	9,723497	9,723497	-	-	-	-	-	-	-	-	9,723497	270
300,00	10,33973	10,33973	-	-	-	-	-	-	-	-	10,33973	10,33973	300
330,00	13,94	13,94	-	-	-	-	-	-	-	-	13,94	13,94	330
360,00	8,176761	8,176761	8,176761	-	-	-	-	-	-	-	8,176761	8,176761	360
390,00	-	-	-	-	-	-	-	-	6,258891	6,258891	6,258891	6,258891	390
420,00	8,289826	8,289826	-	-	-	-	-	-	-	-	8,289826	8,289826	420
450,00	11,82161	-	-	-	-	-	-	-	-	11,82161	11,82161	11,82161	450
480,00	16,16348	16,16348	-	-	-	-	-	-	-	-	16,16348	16,16348	480
510,00	18,02046	18,02046	-	-	-	-	-	-	-	-	18,02046	18,02046	510
540,00	17,9837	17,9837	17,9837	-	-	-	-	-	-	-	17,9837	17,9837	540
570,00	17,20842	17,20842	17,20842	-	-	-	-	-	-	-	-	17,20842	570
600,00	14,8306	14,8306	14,8306	-	-	-	-	-	-	-	-	14,8306	600
630,00	9,625289	9,625289	9,625289	-	-	-	-	-	-	-	-	9,625289	630
660,00	11,08729	11,08729	-	-	-	-	-	-	-	-	11,08729	11,08729	660
690,00	19,2581	19,2581	-	-	-	-	-	-	-	-	19,2581	19,2581	690
Сумма	307,2897	295,4681	178,1332	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	6,258891	18,0805	201,1893	313,5486

Расчет маховика

Основное назначение маховика – обеспечение равномерности хода двигателя и создание необходимых условий для преодоления кратковременных перегрузок и облегчения трогания автомобиля с места.

Расчет маховика сводится к определению момента инерции J_m и основных размеров.

Для расчетов можно принять:

 

J_m = (0,8…0,9)J₀,

 

где J₀ – момент инерции движущихся масс КШМ, приведенных к оси коленчатого вала.

 

 кг м²;

 

где L_изб – избыточная работа крутящего момента, определяемая по графику крутящего момента двигателя

 

 Дж,

 

где F_абс – площадь над прямой среднего крутящего момента в мм²,

М_м – масштаб кривой М_кр, Н·м в мм,

 

М_φ = 4π/iОА, рад в мм

 

– масштаб угла поворота.

Коэффициент неравномерности хода принимается по рекомендации:

 

δ = 0,01…0,02.

 

Из уравнения момента инерции маховика:

 

 

принимаемая по рекомендации,

 

D_ср = (2…3)S,

 

получим:

 

 

где D_ср – диаметр окружности, проведенной через центр тяжести сечения маховика, м

S – ход поршня, м,

m – расчетная масса маховика, кг.

 

Расчет шатунной группы