6.3 Приведение масс элементов кривошипно-шатунного механизма

По характеру движения массы деталей КШМ различают следующим образом:

• движущиеся возвратно-поступательно (поршневая группа и верхняя, т.е. поршневая, головка шатуна);

• совершающие вращательное движение (коленчатый вал и нижняя, т.е, кривошипная, головка шатуна);

• совершающие сложное плоскопараллельное движение (стержень шатуна).

Для упрощения динамического расчета действительный КШМ заменяется динамически эквивалентной системой сосредоточенных масс. При этом массу поршневой группы mп считают сосредоточенной на оси поршневого пальца, а массу шатунной группы m_ш заменяют системой двух сосредоточенных масс, одна из которых (m_{ш п}) считается расположенной на оси поршневого пальца, а другая (m_{ш к}) - на оси шатунной шейки.

Для получения динамически эквивалентной системы необходимо выполнение следующих условий:

• неизменность массы шатуна, т.е. m_ш=m_{ш п}+m_{ш к};

• неизменность положения центра масс реального КШМ и замещающей его модели, т.е. m_{ш п}l_{ш к} - m_{ш к} l_{ш п} = 0, где l_{ш п} и l_{ш к} - соответственно расстояния от центра масс шатуна до центров поршневой и кривошипной головок.

Откуда получим следующие выражения:

где - длина шатуна.

Выполнение этих условий определяет статическую эквивалентность замещающей системы реальному КШМ.

Неуравновешенную массу кривошипа (m_к) заменяют массой, сосредоточенной на оси шатунной шейки:

где - масса шатунной шейки; - масса неуравновешенной части щеки; - расстояние центра масс щеки от оси КВ; r — радиус кривошипа,

Суммарная неуравновешенная вращающаяся масса , нагружающая центробежной силой инерции коренную шейку,

Для V-образных автотракторных ДВС, в которых с коленом вала сочленяются два шатуна противолежащих цилиндров, данная масса определяется в виде

Суммарная масса, совершающая возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра, определяется по выражению

Массы деталей КШМ определяют значения сил инерции, действующих в КШМ. При выполнении динамического расчета двигателя массы m_п и m_ш принимаются либо по прототипу рассчитываемого двигателя, либо по средним статистическим данным. Точно также задается отношение l_{ш к}/ l_ш необходимое для замены массы шатуна m_ш двумя сосредоточенными массами m_{ш п} и m_{ш к}.

Для приближенного определения m_п и m_ш удобно использовать понятие конструктивных масс, кг/м², m' = т/F_п (где F_п — площадь поршня), которые являются функцией диаметра D цилиндра.

Ориентировочные значения масс в функции D, а также отношения l_{ш к}/ l_ш для различных типов двигателей приведены в табл. 6.1.

При выборе значений конструктивной (т, кг/м²) или действительной (т, кг) массы поршневой группы и шатуна следует проверить их соответствие статистическим данным, приведенным в табл. 6.1.

После выбора конструктивных масс определяются:

• конструктивная масса части шатуна, отнесенная к поршню, кг/м²,

• конструктивная масса части шатуна, отнесенная к кривошипу, кг/м²,

• конструктивная масса, совершающая возвратно-поступательное

движение вдоль оси цилиндра, кг/м',

Таблица 6.1

Тип ДВС	Частота вращения nном, мин-1	Конструктивная масса m’, кг/м2		Отношение
		Поршневой группы (m’п)	Шатуна (m’ш)	Однорядных ДВС	V-образных ДВС
Бензиновый двигатель	До4500 Более 4500	(1,08…1,20)D (1,2…1,5)D	(1,35…1,45)D (1,7…2,0)D	0,26…0,28 0,26…0,28	0,28…0,30 0,28…0,30
Дизели автомобильные	До 3000 Более 3000	(1,8…2,0)D (1,5…1,7)D	(2,1…2,25)D (1,6…1,9)D	0,26..0,30 0,22…0,23	0,30…0,34 0,22…0,23
Дизели тракторные	___	(2,0…2,2)D	(2,3…2,5)D	0,26…0,30	0,30…0,34