3. Динамічний розрахунок двигуна і Динаміка кривошипно-шатунного механізму

Динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізму полягає у визначенні сумарних сил і моментів, що виникають від тиску газів і сил інерції. По цих силах розраховують основні деталі на міцність і знос, а також визначають нерівномірності обертового моменту двигуна. Результати динамічного розрахунку зводять у таблицю.

3.1. Сили тиску газів

Силу тиску газів, що діє на, поршень, можна визначити по індикаторній діаграмі, побудованій на підставі теплового розрахунку.

Перебудування індикаторної діаграми в розгорнуту по куту повороту колінчатого вала звичайно здійснюють по методу професора Ф.А.Брікса [1]. Для цього під індикаторною діаграмою будують допоміжне півколо радіусом R. Далі від центра півкола (точка О) у бік НМТ відкладають поправку Брікса, рівну R( λ/2 ) . Півколо поділяють променями з центра 0 на кілька частин, а з центра Брікса (точка О₁) проводять лінії, паралельні цим променям. Точки, отримані на півколі, відповідають визначеним кутам (φ).З цих точок проводять вертикальні лінії до перетинання з лініями індикаторної діаграми й отримані значення тисків відкладають на вертикалі відповідних кутів (φ). Розгортку індикаторної діаграми звичайно починають від ВМТ у процесі ходу впуску. Сила тиску газів Р_г (МН) на поршень :

P_г = ( P_г - Р₀ ) F

де F -площа поршня, м ;

P_г і Р₀ - тиск газів у будь-який момент часу й атмосферний.

F = πD²/ 4 = 3,14^. 94² /4 = 0,0069362 м².

3.2. Приведення мас частин кривошипно-шатунного механізму

Для спрощення динамічного розрахунку дійсний кривошипно-шатунний механізм заміняється динамічно еквівалентною системою зосереджених мас.

При розрахунках можна приймати масу шатуна, зосереджену на осі поршневого пальця, рівною:

m _ш.п = 0,275 m _ш , m _ш.п = 0,275 ^. 0,69362 = 0,19 кг;

і масу шатуна, зосереджену на осі кривошипа, рівною:

m _ш.к. = 0,725 m _{ш ,} m_ш.к = 0,725^. 0,69362=0,503 кг

Для наближеного визначення значень маси поршня m_п , маси шатуна m_ш і маси кривошипа m_к можна використовувати конструктивні маси :

m΄= m / F, кг/м².

m_п = m^’_п ^. F_п = 80 ^. 0,0069362= 0,55 кг;

m_ш = m^’_ш^. F_ш = 100 ^. 0,0069362=0,69362 кг;

m_к = m^’_к ^. F_п = 150 ^. 0,0069362=1,04 кг;

У прийнятій системі, що динамічно заміщає кривошипно-шатунний механізм, сили інерції зводяться до двох сил : сили інерції Р_j, мас, що поступально рухаються і відцентровій силі інерції P_r мас, що обертаються.

3.3. Сили інерції

Сили інерції мас, що рухаються поступально:

Р_j = - m_j ^. j = - m_j Rω² ( cosφ + λ cosφ),

m_j = m_п + m _ш.п.- маса частин кривошипно-шатунного механізму, що відбувається зворотно-поступальний рух.

Центральна сила інерції обертових мас К= -m_R r ω² постійна по величині (при (ω=соnst), діє по радіусу кривошипа і спрямована від осі колінчатого вала . Маса частин, що здійснюють обертальний рух (m_R):

для рядних двигунів m_R = m_k + m _ш.к.

m_j = 0,825 кг ,

m_R = 1,765 кг.