2.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

По характеру движения массы деталей 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 заменяется эквивалентной системой сосредоточенных масс.

Массу поршневой группы считают сосредоточенной на оси поршневого пальца в точке А (рис. 9а). Массу шатунной группы заменяют двумя массами, одна из которых ( ) сосредоточена на оси поршневого пальца в точке А, а другая ( ) – на оси кривошипа в точке В.

Рис. 6 – Система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная КШМ:

а – приведенная система КШМ, б – приведение масс кривошипа

Для большинства автомобильных и тракторных двигателей при расчетах можно принимать , а .

Массу кривошипа заменяют двумя массами, сосредоточенными на оси кривошипа в точке В ( ) и на оси коренной шейки в точке О ( ) (рис. 9б).

Таким образом, система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная кривошипно-шатунному механизму, состоит из массы , сосредоточенной в точке А и имеющей возвратно-поступательное движение, и массы (для рядного двигателя, согласно [2]).

При выполнении динамического расчета двигателя значения , , подсчитываются с чертежа, либо выбираются из стандартных значений.

Выберем , , из рекомендованных значений [2], затем уточним методом экстраполяции.

Тогда

.

.

2.3 Силы инерции

Силы инерции, действующие в кривошипно-шатунном механизме, в соответствии с характером движения приведенных масс подразделяют на силы инерции поступательно движущихся масс и центробежные силы инерции вращающихся масс .

Сила инерции от возвратно-поступательно движущихся масс находится по формуле:

.

В данном уравнении знак минус показывает, что сила инерции направлена в сторону, противоположную ускорению. Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс действуют по оси цилиндра и как силы давления газов, являются положительными, если они направлены к оси коленчатого вала, и отрицательными, если они направлены от коленчатого вала.

Кривую силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс строят аналогично кривой ускорения поршня (рис. 10).

Произведем расчет сил инерции через каждые поворота кривошипа, полученные данные сведем в таблицу №6.

Таблица №6 – Значения сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс

0	-2,3075	370	-2,2503
30	-1,8188	390	-1,8188
60	-0,6632	420	-0,6632
90	0,4906	450	0,4906
120	1,1537	480	1,1537
150	1,3282	510	1,3282
180	1,3264	540	1,3264
210	1,3282	570	1,3282
240	1,1537	600	1,1537
270	0,4906	630	0,4906
300	-0,6632	660	-0,6632
330	-1,8188	690	-1,8188
360	-2,3075	720	-2,3075

Рис. 7 – Зависимость сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс от угла поворота КВ

Центробежная сила инерции вращающихся масс:

. Это постоянная величина (при ), действует по радиусу кривошипа и направлена от оси коленчатого вала.

Центробежная сила инерции является результирующей двух сил (для рядного двигателя): , где и - силы инерции вращающихся масс кривошипа шатуна соответственно. Таким образом:

.