Диаграмма износа шатунной шейки

 

Диаграмма износа строится с целью определения зоны, в которой следует располагать канал подвода масла к шатунному подшипнику.

Построение этой диаграммы основывается на предположении, что износ шейки пропорционален величине вектора силы R _шш и распространяется на дугу протяженностью 120°, расположенную симметрично относительно точки приложения этого вектора (рис. 7).

Рис. 7.

 

Сначала строится вспомогательная окружность произвольного радиуса r ₀ (обычно 60... 70мм), на которую наносятся, кольцевые секторы, характеризующие износ шейки от каждого вектора R _шш, за исключением промежуточного вектора R _шш 12 - 13.

Вправо и влево от точки приложения вектора R _шш откладывается секторы протяженностью по 60°, которые заштриховываются или зачерняются. Толщина сектора определяется умножением силы на масштаб, который следует принимать равным 0,05 - 0,1. Для получения фактической диаграммы износа проводится еще одна окружность произвольного радиуса, изображающая шатунную шейку; она, как и вспомогательная окружность, разбивается на 12 частей, и по каждому из 12 лучей в произвольном масштабе откладывается суммарная ширина зачерненных на вспомогательной диаграмме секторов (рис. 6).

Масло следует подводить в зону наименьшего износа. На диаграмме необходимо показать осевой линией направление маслоподводящего канала под углом j ' к вертикали.

 

4.8. Диаграмма суммарного индикаторного крутящего момента  от всех цилиндров двигателя

 

Величина суммарного крутящего момента М_{кр S} от всех цилиндров получается графическим сложением моментов от каждого цилиндра, одновременно действующих на коленчатый вал при данном значения угла j.

Диаграмма суммарного момента строится слева от диаграммы сил К и Т (рис. 6). Протяженность оси абсцисс зависит от углового интервала рабочих ходов двигателя и равна ,

где i - число цилиндров. Вертикальные линии проводятся через интервалы, как и на диаграмме Т, и нумеруются.

Так как М_кр = T r, то, очевидно, что диаграмма Т = f (j) в масштабе момента m_M м является диаграммой M к p = f (j), поэтому последовательность построения графика M _{к p S} может быть рекомендована следующей:

а) 4-цилиндровый двигатель. Чередование вспышек равномерное - через 180°, поэтому протяженность оси абсцисс кривой равна 90 мм. На ней 7 вертикалей. На нулевую вертикаль надо нанести результирующую суммирования с учетом знака ординат 0 + 6+12+18 точек диаграммы Т = f (j), на первую вертикаль - результирующую ординат 1+3+I3+I9 точек и т.д. Полученные на вертикалях точки надо соединить плавной кривой, которая в соответствующем масштабе и будет диаграммой M _{к p S} для 4-цилиндрового двигателя;

б) 6-цилиндровый двигатель. В данном случае интервал между вспышками 120°, поэтому ось абсцисс равна 60 мм, и через нее проводится 5 вертикалей. На нулевую вертикаль наносится результирующая суммирования 0+4+8+I2+I6+20 точек, на первую - 1+5+9+I3+17+21 точек и т.д.;

в) 8-цилиндровый двигатель. Рядный и V-образный с равномерным чередованием вспышек через 90°. Ось абсцисс равна 45 мм с четырьмя вертикалями. На нулевую вертикаль надо нанести результирующую суммирования ординат 0+3+6+9+12+15+18+2l точек, на первую - 1+4+7+10+13+16+19+22 точек, и т.д.

Сложение ординат удобно выполнять с помощью измерителя.

Для учета максимальной силы в интервале точек 12-13 необходимо провести дополнительные ординаты посередине каждого интервала, нумеруя их цифрами 0’, 1’, 2’, 3’ и т.д. Суммирование надо производить и по дополнительным ординатам.

Обводя кривые M _{к p S}, необходимо проследить за тем, чтобы наклон кривой у левой и правой вертикалей был одинаков, так как эта кривая должна продолжаться без изломов.

В качестве примера на рис. 6 приведены диаграммы M _{к p S} для 4-, 6-, 8-цилиндрового двигателя.

После построения диаграмм M _{к p S} необходимо проверитьихправильность. Для этого определяется средняя величина суммарного крутящего момента (М_кр)_ср по диаграмме и сравнивается с расчетной величиной среднего крутящего момента. Разница между ними не должна превышать 5%.

Определение (М_кр)_ср по диаграмме производится в следующем порядке: определяется результирующая положительная площадь и делится на расстояние между крайними ординатами. Очевидно, что высота h равновеликого по площади прямоугольника будет в масштабе диаграммы ординатой среднего крутящего момента.

(М_кр)_ср = h m_M, Нм.

где m_M - масштаб момента.

 

Расчетное значение момента определяется через мощность двигателя

, Нм,

где h _м - механический к.п.д.

После построения всех графиков и диаграмм необходимо на первом листе (см. рис. 6) привести схему действующих сил с правилом знаков и указать все принятые масштабы.

В правом нижнем углу листа вычертить штамп в соответствии с требованиями ЕСКД.

Заключительным этапом динамического расчета должен быть анализ уравновешенности двигателя и определение максимальных значений неуравновешенных сил и моментов.

 

4.9. Полярная диаграмма сил R _кш, действующих на коренные шейки коленчатого вала

 

Для получения полярной диаграммы нагрузок на первую и последнюю коренные шейки коленчатого вала с целью использования ее для расчета шатунной шейки на прочность и расчета коренного подшипника необходимо знать центробежную силу  МН от неуравновешенной части кривошипа.

Для учета этой силы надо сместить полюс диаграммы из точки П_шш в точку П_кш на расстояние

, мм,

где m ’_к - конструктивная масса неуравновешенной части кривошипа.

Для коленчатых валов без учета противовесов значения конструктивных масс m ’_к приведены в табл. 22.

Таблица 22

		Двигатели
	Материал вала	Карбюраторные	Дизели
	Стальной штампованный вал m ’к, кг/м^2	200... 300	250... 350
	Чугунный литой вал m ’к, кг/м^2	100...200	150... 300

 

В полюсе П_кш изображают коренную шейку вала и заканчивают очертания кривошипа.

Построение полярных диаграмм на промежуточные коренные шейки производится графическим суммированием векторов полярных диаграмм, действующих на шатунные шейки соседних кривошипов и ориентированных относительно полюса П_кш с учетом порядка работы цилиндров.

Например, у 6-пдлиндрового четырехтактного однорядного двигателя с чередованием вспышек 1-5-3-6-2-4 при построении диаграммы R _кш2 на вторую коренную шейку необходимо нанести в тонких линиях полярные диаграммы нагрузок на 1-ю и на 2-ю шатунные шейки, ориентированные относительно своих кривошипов, и затем геометрически сложить векторы в точке 0 первой диаграммы с точкой 8 второй, так как второй цилиндр отстает по фазе рабочего цикла на 480°. Затем последовательно складывать векторы 1+9, 2+10, 3+11 и т. д. После этого обвести все точки. Каждый из полученных результирующих векторов представляет собой удвоенную силу, действующую на коренную шейку при данном угле поворота вала.

Для определения величины силы в каждой точке диаграммы необходимо значение вектора в мм умножить на масштаб, в два раза меньший масштаба диаграммы на шатунные шейки.

В случае V-образного двигателя сначала строится полярная диаграмма нагрузок на шатунную шейку графическим сложением векторов полярной диаграммы одного цилиндра с учетом сдвига по фазе рабочего цикла в левом и правом цилиндрах.

Для 8-цилиндрового V-образного двигателя с равномерным чередованием рабочих ходов в порядке 1-5-4-2-6-3-7-8 необходимо геометрически суммировать относительно полюса П_шш векторы полярной диаграммы R _шш точек 0+21, 1+22, 2+23 и т.д., так как правый цилиндр по фазе рабочего цикла отстает от левого на 90° (рис. 8).

Данная полярная диаграмма для этих двигателей является условной и используется только для расчета шатунной шейки на прочность и построения диаграмм нагрузок на коренные шейки. При этом, так же как и в случае однорядного двигателя, надо сместить полюс из точки П_шш в точку П_кш на расстояние

, мм;

значение m ’_к берут из табл. 22.

Рис. 8.

 

Построение диаграмм износа шатунной шейки и расчет шатунного подшипника V-образных двигателей с последовательным расположением шатунов следует производить по полярной диаграмме нагрузок на шатунную шейку от одного цилиндра.

Полярную диаграмму нагрузок на промежуточные коренные шейки V -образного двигателя надо строить также с учетом формы вала и чередования вспышек. В этом случае относительно полюса П_кш каждого кривошипа надо нанести в тонких линиях суммарную диаграмму от левого и правого цилиндров и затем геометрически сложить векторы.

Рис. 9.

 

В качестве примера на рис. 9 показана полярная диаграмма нагрузок на вторую коренную шейку 8-цилиндрового V –образного двигателя, при построении которой просуммированы векторы точек 0+15, 1+16, 2+17 и т.д.

Для расчета коренных подшипников надо каждую полярную диаграмму развернуть в координаты R_кш - j. На развернутых диаграммах необходимо нанести R_{кш cp}, R’_{кш cp} и R_{кш max}.

При построении диаграмм износа коренных шеек следует помнить, что реакция со стороны коренного подшипника направлена от точки полярной диаграммы к полюсу П_кш.