4.Расчёт сил действующих в кривошипно – шатунном механизме двигателя 6чн25/30.

4.1.Расчёт сил инерции, действующих в кшм.

4.1.1.Расчёт сил инерции поступательно движущихся частей.

Величины и силы моментов, возникающие в КШМ двигателя внутреннего сгорания, изменяются по периодическим зависимостям с определёнными частотами. Действие динамических нагрузок ускоряет процессы изнашивания поверхностей узлов, обуславливает усталостный характер нагружения деталей двигателя. Необходимость в величин и характера действия сил в двигателях возникает при расчёте деталей на прочность, оценке подшипников или неравномерности вращения коленчатого вала.

Результаты расчёта динамических нагрузок на шейки и подшипники коленчатого вала используют для определения работы трения и тепловыделения в подшипниках, выбора материала антифрикционного покрытия вкладышей и методов упрочнения поверхности шеек вала, оценки характера и скоростей износа трущихся поверхностей шеек и подшипников в эксплуатационных условиях.

Вибрация и уровень шума двигателя также являются результатом действия динамических нагрузок. Двигатель может являться источником динамических нагрузок на корпус судна, вызывающих вибрацию механизма, трубопроводов, устройств автоматике и управления, а при резонансе – аварии механизмов и устройств, разрушении силовых элементов корпуса судна и судового фундамента самого дизеля. Поэтому при проектировании выполняют анализ сил и моментов, которые могут передаваться дизелем на корпус судна, и при необходимости принимают меры к полному или частичному их уравновешиванию.

Крутильные и продольные колебания в коленчатых валах и валопроводах возбуждаются динамическими возмущающими моментами различных порядков. При определённых условиях колебания могут вызвать резонансные напряжения и разрушение валов.

Рис. 1 Схема КШМ двигателя и сил инерции поступательно движущихся частей

Движение поршня с переменной скоростью обуславливает действие в КШМ силы инерции поступательно движущихся масс, величина которой зависит от массы поступательно движущихся деталей КШМ и ускорения их движения. Сила приложена в точке О₂ (к поршневому пальцу) и действует по оси цилиндра, периодически меняя величину и направление (рис. 1). при анализе уравновешенности силу инерции удобно представлять в виде суммы двух периодических составляющих сил.

Сила инерции передаётся через шатун и коленчатый вал на фундаментную раму двигателя, вызывая её деформацию и деформацию корпуса судна. Уменьшение массы поступательно движущихся деталей уменьшает силу инерции, но это уменьшение также должно быть разумным, т.к. нагрузка на элементы КШМ определяется воздействием на них движущей силы, которая, в свою очередь, сильно зависит от сил инерции. Увеличение масс деталей, а, следовательно, и сил инерции, разгружает головной, мотылёвый и рамовый подшипники.

Массу поступательно движущихся частей следует найти как сумму:

в которую входят масса M_п поршневой группы с пальцем, а также масса части шатуна М_ш.п, движущейся поступательно. Массу каждой из деталей определяем по технической эксплуатационной или ремонтной документации дизеля. Масса шатуна М_ш, совершающего сложное движение, принято условно делить на две части: одна движется поступательно М_шп, а другая – вращается М_шв. Для тронковых дизелей М_шп=(0,3…0,4) М_ш и М_шв =(0.6…0.7) М_ш. Учитывая, что полная масса шатуна в сборе составляет 25 кг, рассчитаем массы частей:

М_шп= 0,3М_ш = 0,325= 7.5 кг; М_шв= 0,6М_ш = 15 кг

Массу поступательно движущейся части будет равна:

М_п.д.= 23.9+7.5= 31.4 кг

Для удобства дальнейших расчётов массу М_п.д. приводим к единице площади по уравнению:

m_п.д.=М_п.д./F_п=31,4 /0,05=628 кг/м².

Затем рассчитываем силу инерции поступательно движущихся частей КШМ по уравнению:

где: m – угловая скорость коленчатого вала; r – радиус вращения кривошипа; λ – отношение радиуса вращения кривошипа к длине шатуна; φ - угол поворота коленчатого вала. Результаты расчёта представлены в приложении 1.