Суммарные силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

Суммарные силы , действующие в кривошипно-шатунном механизме, определяют алгебраическим сложением сил давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс в соответствии с рисунком 11, Н:

= + . (94)

Таблица 13

Элементы кривошипно-шатунного механизма	Конструктивная масса , кг/м^2
Карбюраторные двигатели D=80+100 мм	Дизели D=80+120 мм
Поршневая группа
Поршень из алюминиевого сплава	80 - 150	150 - 300
Чугунный поршень	150 - 250	250 - 400
Шатун	100 - 200	250 - 400
Неуравновешенные части колен-вала без противовесов
Стальной кованый вал	150 - 200	200 - 400
Чугунный литой вал	100 - 200	150 - 300

Суммарная сила , как и силы и , направлена по оси цилиндра и приложена к оси поршневого пальца. Эта сила может быть также определена графически, путем алгебраического сложения векторов сил и на графиках этих сил, выполненных в одном масштабе.

Сила N, действующая перпендикулярно к оси цилиндра, называется нормальной и воспринимается стенками цилиндра, Н,

N= / . (95)

Сила S, действующая по оси шатуна, передается кривошипу, Н,

. (96)

Силу S, приложенную к оси шатунной шейки, можно разложить на две составляющие:

- тангенциальную силу Т, направленную по касательной к окружности радиуса кривошипа, Н:

; (97)

- силу К, направленную по радиусу кривошипа, Н,

. (98)

Направления и знаки действия этих сил - в соответствии с рисунком 12.

Значения тригонометрических функций: ; ; ; приведены в таблицах 14 - 17.

Результаты расчета указанных сил заносят в таблицу 12.

 

 

Таблица 14

, град	Знак	Числовые значения при	Знак	, град
=0,25	=0,27	=0,29	=0,31
	+	0,000	0,000	0,000	0,000	-
	+	0,126	0,136	0,146	0,156	-
	+	0,220	0,239	0,257	0,276	-
	+	0,256	0,278	0,300	0,322	-
	+	0,220	0,239	0,257	0,276	-
	+	0,126	0,136	0,146	0,156	-
	+	0,000	0,000	0,000	0,000	-

 

Таблица 15

, град	Знак	Числовые значения при	Знак	, град
=0,25	=0,27	=0,29	=0,31
	+	1,000	1,000	1,000	1,000	+
	+	1,008	1,009	1,011	1,012	+
	+	1,024	1,028	1,032	1,037	+
	+	1,032	1,038	1,044	1,050	+
	+	1,024	1,028	1,032	1,037	+
	+	1,008	1,009	1,011	1,012	+
	+	1,000	1,000	1,000	1,000	+

 

Таблица 16

, град	Знак	Числовые значения при	Знак	, град
=0,25	=0,27	=0,29	=0,31
	+	1,000	1,000	1,000	1,000	+
	+	0,803	0,798	0,793	0,788	+
	+	0,309	0,293	0,277	0,261	+
	-	0,256	0,278	0,300	0,322	-
	-	0,691	0,707	0,723	0,739	-
	-	0,929	0,934	0,939	0,944	-
	-	1,000	1,000	1,000	1,000	-

Таблица 17

, град	Знак	Числовые значения при	Знак	, град
=0,25	=0,27	=0,29	=0,31
	+	0,000	0,000	0,000	0,000	-
	+	0,609	0,618	0,627	0,636	-
	+	0,976	0,985	0,995	1,004	-
	+	1,000	1,000	1,000	1,000	-
	+	0,756	0,747	0,737	0,738	-
	+	0,391	0,382	0,373	0,364	-
	+	0,000	0,000	0,000	0,000	-

По данным таблицы 12 строят графики зависимостей:

= ; = ; = ;

S= ; N= ; K= ; T= .

Принципиальный вид этих графиков выглядит в соответствии с рисунками 13 и 14.

МПа

М

р

р

р

р

р

Н·м

МПа

МПа

МПа

МПа

 

 

Рисунок 13 - Графики динамического расчета карбюраторного двигателя

R Ш.Ш

кН

а) - полярная диаграмма; б) - диаграмма нагрузки на шатунную шейку в прямоугольных координатах

Рисунок 14 - Силы, действующие на шатунную шейку

По кривой Т = f(φ) можно выполнить оценку значения крутящего момента как одного цилиндра, так и двигателя в целом.

Крутящий момент М_кр , Н·м,

М_кр = Т∙R.

Так как величина R-конструктивная и, следовательно, постоянная, то характер изменения крутящего момента, создаваемого одним цилиндром, будет определяться характером изменения Т = f(φ). Для построения кривой суммарного крутящего момента многоцилиндрового двигателя выполняют графическое суммирование кривых крутящего момента каждого цилиндра, сдвигая одну кривую относительно другой на угол , соответствующий углу поворота коленвала между вспышками в цилиндрах. При этом принимается, что для всех цилиндров двигателя значения и характер изменения крутящих моментов по углу поворота коленвала одинаковы и отличаются лишь угловыми интервалами, равными угловым интервалам между вспышками в отдельных цилиндрах. Поэтому для подсчета суммарного крутящего момента достаточно иметь лишь кривую крутящего момента одного цилиндра.

Для двигателя с равными интервалами между вспышками суммарный крутящий момент будет периодически изменяться через для четырехтактного двигателя и для двухтактного, где i - число цилиндров.

При графическом построении кривой кривая одного цилиндра (или кривая )для данного цилиндра разбивается на число участков, равное 720/i (для четырехтактных двигателей). Все участки кривой сводятся в один и суммируются. Результирующая кривая показывает изменение суммарного крутящего момента двигателя в зависимости от угла поворота коленвала. Такая кривая для четырехцилиндрового рядного двигателя выглядит в соответствии с рисунком 15.

Рисунок 15 - Построение кривой суммарного крутящего момента