3 Динамика кривошипно-шатунного механизма
3.1 Силы давления газов
Сила
давления газов, действующие на площадь
поршня, для упрощения динамического
расчета заменяют одной силой, направленной
по оси поршневого пальца. Ее определяют
для каждого момента времени по
действительной индикаторной диаграмме,
снятой с двигателя, или по индикаторной
диаграмме, построенной на основе
теплового расчета.
Рисунок
4. Развернутая индикаторная диаграмма.
3.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма
По характеру движения массы деталей двигателя кривошипно-шатунного механизма можно разделить на движущиеся возвратно-поступательно (поршневая группа и верхняя головка шатуна); совершающие вращательное движение (коленчатый вал и нижняя головка шатуна) и совершающие сложное плоскопараллельное движение (стержень шатуна).
Для упрощения динамического расчета действительный кривошипно-шатунный механизм заменяют динамически эквивалентной системой сосредоточенных масс.
Удельная
масса поршневой группы
Удельная
масса шатуна
Удельная
масса
неуравновешенных
частей одного колена вала без противовесов:
Площадь поршня:
Масса
поршневой группы (для поршня из
алюминиевого сплава)
Масса шатуна:
Масса неуравновешенных частей коленчатого вала:
Масса шатуна сосредоточенная на оси поршневого пальца
Масса шатуна сосредоточенная на оси кривошипа
Массы, совершающие возвратно-поступательное движение
Массы, совершающие вращательное движение
3.3 Полные и удельные силы инерции
Суммарные силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, определяют алгебраическим сложением сил давления газов и сил возвратно- поступательных движущихся масс.
При проведении динамического расчета целесообразно пользоваться не полными, а удельными силами, отнесенными к единице площади поршня.
Силы инерции возвратно-поступательных движущихся масс:
Результаты расчета приведены в таблице 2.
Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа и масс шатуна:
Центробежная
сила инерции вращающихся масс шатуна:
Центробежная сила инерции вращающейся массы кривошипа:
3.4 Удельные суммарные силы
Удельная сила, сосредоточенная на оси поршневого пальца:
Результаты расчета приведены в таблице 2.
исунок
5.
Диаграмма
сил
.
Удельная
нормальная сила:
Удельная сила, действующая вдоль шатуна:
Результаты расчета приведены в таблице 2.
Рисунок 6.
Диаграмма
сил
Удельная сила, действующая по радиусу кривошипа:
Полная тангенциальная сила:
Результаты расчета приведены в таблице 3.
Рисунок 9.
Диаграмма
сил.
Среднее значение полной тангенциальной силы, по данным теплового расчета:
Крутящий момент от одного цилиндра:
Суммарный крутящий момент:
Результаты расчета приведены в таблице 3.
Рисунок
8.
Суммарный момент
Таблица
2.
Силы
-
,
кН
,
кН
,
кН
,
кН
,
кН0
0.059
-1.956
-1.897
0
-1.987
30
0.059
-1,542
-1.483
-0,202
-1.497
60
0.059
-0,562
-0,467
-0,121
-0,512
90
0.059
0,416
0,502
0,133
0,493
120
0.059
0.967
1.048
0,249
1.067
150
0.059
1.125
1.185
0,161
1.196
180
0.059
1.125
1.184
0
1.184
210
0.069
1.126
1.196
-0,262
1.207
240
0.107
0.978
1.098
-0,179
1.181
270
0.212
0.416
0,661
-0,013
0.665
300
0.544
-0.562
0.038
0.089
0.205
330
2.04
-1542
0.632
-0,026
0.728
360
4079
-1.956
5.407
0
5.467
390
3.825
-1.542
2.666
0,282
2.178
420
1.164
-0.562
0,535
0,258
0.541
450
0.509
0.416
0.854
0,311
0.938
480
0,297
0978
1.249
0,227
0.971
510
0,222
1.126
1.326
0,132
1.359
540
0,201
1.125
1.202
0.05
1.326
570
0,074
1.125
1.822
0
1.211
600
0,074
0.967
0.568
-0,168
1.082
630
0,074
0.416
0.35
-0,253
0,509
660
0,074
-0.562
-0.381
0,013
-0,502
690
0,074
-1542
-1.415
0,132
-1.482
720
0,074
-1.956
-1.882
0
-1.882
Таблица
3.
Силы и момент
-
,
кН
,
кН
,
Н
м
,
Н
м0
-18.031
0
0
0
30
-11.245
-8.71
-544.345
-2177
60
-1.395
-4.716
-294.748
-1179
90
-1,266
4.515
282.188
1129
120
-6.983
7.352
459.527
1838
150
-10.523
4.303
268.946
1076
180
-11.25
210
-10.619
-4.342
-271.4
-
240
-7.333
-7.721
-482.572
-
270
-1.706
6.083
-380.187
-
300
0.066
-0.223
-13.956
-
330
5.467
-4.235
-264.657
-
360
51.959
-
390
16.367
12.676
792.277
-
420
1.459
4.934
308.379
-
450
-2.408
8.586
536.313
-
480
-8.555
9.008
563.002
-
510
-11.953
4.888
305.502
-
540
-12.598
-
570
-10.655
-4.357
-272.316
-
600
-7.083
-7.458
-466.105
-
630
-1.306
-4.656
-291.008
-
660
-1.354
4.577
286.048
-
690
-11.132
8.622
538.894
-
720
-17.89
-