1.2 Динамика кривошипно-шатунного механизма
При работе двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют силы от давления газов, силы инерции, центробежные силы и давление на поршень со стороны картера (приблизительно равное атмосферному давлению).
Все действующие в двигателе силы воспринимаются полезным сопротивлением на коленчатом валу силами трения и опорами двигателя.
1.2.1 Силы давления газов
Силы давления газов, действующих на площадь поршня, для упрощения динамического расчета заменяются одной силой, направленной по оси цилиндра и приложенной к оси поршневого пальца. Определяется эта сила для каждого момента времени (угла ) по индикаторной диаграмме, построенной на основании теплового расчета (обычно для номинальной мощности и соответствующей ей частоте вращения).
Для
динамического расчета двигателя, а
также для расчета на прочность его
деталей необходимо иметь зависимость
,
для чего индикаторную диаграмму
перестраиваем графически в развернутую
диаграмму по углу
поворота коленчатого вала. Перестроение
индикаторной диаграммы в развернутую
выполним графическим путем по методу
профессора Ф.А. Брикса на рисунке.
Избыточное давление газов на поршень будет:
где
– абсолютное давление газов в цилиндре
двигателя;
р0=0,1 МПа – давление в картере, принимаем равное атмосферному.
Сила давления газов на поршень, действующая по оси цилиндра определим по формуле:
где
-
площадь поршня.
Силы давления газов, направленные к оси коленчатого вала двигателя считаем положительными, а от коленчатого вала – отрицательными.
Результаты значения сил давления газов на поршень для ряда промежуточных значений заносим в таблицу 2.
1.2.2 Силы инерции в кривошипно-шатунном механизме
В зависимости от характера движения силы инерции масс кривошипно-шатунного механизма можно разделить на три группы:
1) силы инерции масс, движущихся возвратно-поступательно (поршневая группа и верхняя головка шатуна);
2) силы инерции вращающихся масс (коленчатый вал и нижняя головка шатуна);
3) силы инерции масс, совершающих сложное плоскопараллельное движение (стержень шатуна).
Для определения величины этих сил необходимо предварительно найти соответствующие массы.
Система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная кривошипно-шатунному механизму представлена на рисунке 1.2.1:
Рисунок 1.2.1 – Система сосредоточенных масс
Для определения значений масс поршня mп, шатуна mш, неуравновешенной части одного колена вала без противовесов mк используем конструктивные массы отнесенные к единице площади поршня, приведённые в таблице 8.1 из учебника:
Масса поршневой группы (алюминий):
Масса шатуна(сталь):
Масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (чугун):
Массу шатунной группы заменим двумя массами:
- массы, сосредоточенной на оси поршневого пальца и совершающей возвратно-поступательное движение совместно с массой поршня:
- массы, сосредоточенной на оси шатунной шейки и совершающей вращательное движение совместно с массой кривошипа:
Таким образом, весь кривошипно-шатунный механизм приближенно заменяем системой двух сосредоточенных масс:
- массы, совершающей возвратно-поступательное движение:
- массы, совершающей вращательное движение вокруг оси коленчатого вала:
Удельная сила инерции движущихся масс КШМ сводятся к силам, представленным на рисунке 1.2.2:
Сила
инерции от возвратно-поступательно
движущихся масс КШМ:
Рисунок 1.2.2 – Схема сил, действующих в КШМ
НАЗВАНИЕ ДОКУМЕНТА
Лист Дата Подпись № докум. Лист Изм. 
Φ
|
pг |
ΔP Мпа |
j,м/с^2 |
pj, МПа |
p, Мпа |
0 |
0,100 |
0 |
22333,413 |
-3,805 |
-3,805 |
10 |
0,090 |
-0,010 |
21761,601 |
-3,708 |
-3,718 |
20 |
0,083 |
-0,017 |
20091,585 |
-3,423 |
-3,440 |
30 |
0,083 |
-0,017 |
17454,858 |
-2,974 |
-2,991 |
40 |
0,083 |
-0,017 |
14055,257 |
-2,395 |
-2,412 |
50 |
0,083 |
-0,017 |
10147,842 |
-1,729 |
-1,746 |
60 |
0,083 |
-0,017 |
6012,842 |
-1,024 |
-1,042 |
70 |
0,083 |
-0,017 |
1927,662 |
-0,328 |
-0,346 |
80 |
0,083 |
-0,017 |
-1859,851 |
0,317 |
0,300 |
90 |
0,083 |
-0,017 |
-5153,865 |
0,878 |
0,861 |
100 |
0,083 |
-0,017 |
-7826,246 |
1,333 |
1,316 |
110 |
0,083 |
-0,017 |
-9823,841 |
1,674 |
1,656 |
120 |
0,083 |
-0,017 |
-11166,707 |
1,903 |
1,885 |
130 |
0,083 |
-0,017 |
-11937,760 |
2,034 |
2,017 |
140 |
0,083 |
-0,017 |
-12265,339 |
2,090 |
2,072 |
150 |
0,083 |
-0,017 |
-12300,993 |
2,096 |
2,079 |
160 |
0,083 |
-0,017 |
-12195,406 |
2,078 |
2,061 |
170 |
0,083 |
-0,017 |
-12075,504 |
2,057 |
2,040 |
180 |
0,083 |
-0,017 |
-12025,684 |
2,049 |
2,032 |
190 |
0,083 |
-0,017 |
-12075,504 |
2,057 |
2,041 |
200 |
0,085 |
-0,015 |
-12195,406 |
2,078 |
2,063 |
210 |
0,088 |
-0,012 |
-12300,993 |
2,096 |
2,084 |
220 |
0,093 |
-0,007 |
-12265,339 |
2,090 |
2,082 |
230 |
0,099 |
-0,001 |
-11937,760 |
2,034 |
2,033 |
240 |
0,108 |
0,008 |
-11166,707 |
1,903 |
1,911 |
250 |
0,121 |
0,021 |
-9823,841 |
1,674 |
1,694 |
260 |
0,138 |
0,038 |
-7826,246 |
1,333 |
1,371 |
270 |
0,161 |
0,061 |
-5153,865 |
0,878 |
0,940 |
280 |
0,195 |
0,095 |
-1859,851 |
0,317 |
0,412 |
290 |
0,244 |
0,144 |
1927,662 |
-0,328 |
-0,184 |
300 |
0,318 |
0,218 |
6012,842 |
-1,024 |
-0,807 |
310 |
0,430 |
0,330 |
10147,842 |
-1,729 |
-1,399 |
320 |
0,606 |
0,506 |
14055,257 |
-2,395 |
-1,888 |
330 |
0,880 |
0,780 |
17454,858 |
-2,974 |
-2,194 |
340 |
1,400 |
1,300 |
20091,585 |
-3,423 |
-2,123 |
350 |
1,900 |
1,800 |
21761,601 |
-3,708 |
-1,908 |
360 |
2,300 |
2,200 |
22333,413 |
-3,805 |
-1,605 |
370 |
7,126 |
7,026 |
21761,601 |
-3,708 |
3,318 |
380 |
5,251 |
5,151 |
20091,585 |
-3,423 |
1,728 |
390 |
3,720 |
3,620 |
17454,858 |
-2,974 |
0,646 |
400 |
2,626 |
2,526 |
14055,257 |
-2,395 |
0,131 |
410 |
1,906 |
1,806 |
10147,842 |
-1,729 |
0,077 |
420 |
1,435 |
1,335 |
6012,842 |
-1,024 |
0,311 |
430 |
1,123 |
1,023 |
1927,662 |
-0,328 |
0,695 |
440 |
0,911 |
0,811 |
-1859,851 |
0,317 |
1,128 |
450 |
0,763 |
0,663 |
-5153,865 |
0,878 |
1,541 |
460 |
0,657 |
0,557 |
-7826,246 |
1,333 |
1,891 |
Φ |
pг |
ΔP Мпа |
j,м/с^2 |
pj, МПа |
p, Мпа |
470 |
0,581 |
0,481 |
-9823,841 |
1,674 |
2,155 |
480 |
0,530 |
0,430 |
-11166,707 |
1,903 |
2,333 |
490 |
0,485 |
0,385 |
-11937,760 |
2,034 |
2,419 |
500 |
0,460 |
0,360 |
-12265,339 |
2,090 |
2,450 |
510 |
0,430 |
0,330 |
-12300,993 |
2,096 |
2,426 |
520 |
0,400 |
0,300 |
-12195,406 |
2,078 |
2,378 |
530 |
0,350 |
0,250 |
-12075,504 |
2,057 |
2,307 |
540 |
0,246 |
0,146 |
-12025,684 |
2,049 |
2,194 |
550 |
0,150 |
0,050 |
-12075,504 |
2,057 |
2,107 |
560 |
0,115 |
0,015 |
-12195,406 |
2,078 |
2,093 |
570 |
0,115 |
0,015 |
-12300,993 |
2,096 |
2,111 |
580 |
0,115 |
0,015 |
-12265,339 |
2,090 |
2,105 |
590 |
0,115 |
0,015 |
-11937,760 |
2,034 |
2,049 |
600 |
0,115 |
0,015 |
-11166,707 |
1,903 |
1,918 |
610 |
0,115 |
0,015 |
-9823,841 |
1,674 |
1,689 |
620 |
0,115 |
0,015 |
-7826,246 |
1,333 |
1,348 |
630 |
0,115 |
0,015 |
-5153,865 |
0,878 |
0,893 |
640 |
0,115 |
0,015 |
-1859,851 |
0,317 |
0,332 |
|
0,115 |
0,015 |
1927,662 |
-0,328 |
-0,313 |
660 |
0,115 |
0,015 |
6012,842 |
-1,024 |
-1,009 |
670 |
0,115 |
0,015 |
10147,842 |
-1,729 |
-1,714 |
680 |
0,115 |
0,015 |
14055,257 |
-2,395 |
-2,380 |
690 |
0,115 |
0,015 |
17454,858 |
-2,974 |
-2,959 |
700 |
0,115 |
0,015 |
20091,585 |
-3,423 |
-3,408 |
710 |
0,105 |
0,005 |
21761,601 |
-3,708 |
-3,703 |
720 |
0,105 |
0,005 |
22333,413 |
-3,805 |
-3,800 |
650
Таблица 1.3.1
