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.
Результаты расчета приведены в таблице 3.
p
МПа
Рисунок 5.
Индикаторная диаграмма.
p
МПа
Рисунок 6.
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.
Масса поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава)
Масса шатуна:
Масса неуравновешенных частей одного коленчатого вала без противовесов (для стального коленчатого вала)
Масса шатуна сосредоточенная на оси поршневого пальца
Масса шатуна сосредоточенная на оси кривошипа
Массы, совершающие возвратно-поступательной 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 3.
Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа и масс шатуна:
Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна:
Центробежная сила инерции вращающихся массы кривошипа:
3.4 Удельные суммарные силы
Удельная сила, сосредоточенная на оси поршневого пальца:
Результаты расчета приведены в таблице 3.
Сила, кН
Угол поворота коленчатого вала, град.
Рисунок 7.
Диаграмма
сил
.
Удельная нормальная сила:
Удельная сила, действующая вдоль шатуна:
Результаты расчета приведены в таблице 3.
Сила, кН
Угол поворота коленчатого вала, град.
Рисунок 8.
Диаграмма
сил .
Удельная сила, действующая по радиусу кривошипа:
Полная тангенциальная сила:
Результаты расчета приведены в таблице 4.
Сила, кН
Угол поворота коленчатого вала, град.
Рисунок 9.
Диаграмма
сил .
Среднее значение полной тангенциальной силы, по данным теплового расчета:
Н
Крутящий момент от одного цилиндра:
Суммарный крутящий момент:
Результаты расчета приведены в таблице 4.
МН
м
Рисунок 10.
Суммарный
момент
Таблица 3.
Силы
-
,
кН
,
кН
,
кН
,
кН, кН
0
-0,007866
-1,661488
-1,669354
0
-1,669354
30
-0,007866
-1,30401
-1,311876
-0,18887
-1,325402
60
-0,007866
-0,462243
-0,470109
-0,119735
-0,485118
90
-0,007866
0,368501
0,360635
0,107228
0,376238
120
-0,007866
0,830744
0,822877
0,209584
0,899148
150
-0,007866
0,935509
0927642
0,133582
0,937207
180
-0,007866
0,924486
0,916619
0
0,916619
210
-0,001648
0,935509
0,93386
-0,134447
0,943489
240
0,022161
0,830744
0,852905
-0,217232
0,880134
270
0,088057
0,368501
0,456558
-0,135749
0,476312
300
0,303321
-0,462243
-0,158922
0,040477
-0,163996
330
1,358837
-1,30401
0,054827
-0,007893
0,055392
360
5,088375
-1,661418
3,426887
0
3,426887
390
3,127821
-1,30401
1,823811
0,262573
1,842616
420
0,888575
-0,462243
0,426332
0,108586
0,439943
450
0,389813
0,368501
0,758315
0,22547
0,791124
480
0,229299
0,830744
1,060043
0,26999
1,093866
510
0,169735
0,935509
1,105244
0,159121
1,116639
540
0,153999
0,924486
1,078484
0
1,078484
570
0,089
0,935509
1,024509
-0,147498
1,035072
600
0,089
0,830744
0,919744
-0,234256
0,949107
630
0,089
0,368501
0,457501
-0,136029
0,477296
660
0,089
-0,462243
-0,373243
0,095064
-0,385159
690
0,089
-1,30401
-1,21501
0,174924
-1,227537
720
0,089
-1,661488
-1,572488
0
-1,572488
Таблица 4.