1.6. Усилия, действующие на шатунную шейку кривошипа и шатунный подшипник

На шатунную шейку кривошипа действуют: тангенциальная сила Т, нормальная сила К и центробежная сила , возникающая вследствие вращения (в расчетах принимается с постоянной угловой скоростью) части массы шатуна, приведенной к оси шатунной шейки.

Следовательно, результирующая сила , действующая на шатунную шейку, определяется как векторная сумма:

. (40)

Так как , то уравнение (40) можно записать в виде

. (41)

Рис. 29. Схема построения полярной диаграммы нагрузки на шатунную шейку

Для получения полярной диаграммы результирующей силы достаточно в полученной полярной диаграмме силы S полюс О переместить по вертикали на величину вектора в точку О_ш, что равносильно геометрическому сложению по формуле (41), так как сила при принятом нами допущении, что ω= const, постоянна и всегда направлена по радиусу кривошипа. Мы тем самым превратим построенную полярную диаграмму сил S в полярную диаграмму нагрузок на шатунную шейку (сил ) с полюсом в точке О_ш.

Проекция на вертикаль любого вектора полярной диаграммы в соответствующем масштабе представляет численное значение силы , действующей на шатунную шейку и направленной по радиусу кривошипа, а проекция на горизонталь определяет величину тангенциальной силы Т.

Угол ψ между вектором полярной диаграммы и плоскостью колена (кривошипа) (рис. 29) определяется по формуле

.

Полярную диаграмму можно перестроить в прямоугольные координаты (по углу поворота коленчатого вала) (рис. 29), что позволяет определить среднее значение результирующей силы и, следовательно, среднюю и максимальную удельные нагрузки на шейку (отнесенные к площади ее диаметрального сечения):

; .

Полярная диаграмма результирующей силы, действующей на шатунную шейку, позволяет определить величину и направление силы , а также найти точку приложения этой силы на поверхности шейки, что необходимо знать для выбора места на шатунной шейке для сверления канала подвода смазки.

Условная диаграмма износа строится следующим образом (рис. 31). Вычерчивается окружность, изображающая поперечное сечение шатунной шейки, и к ней прикладывают поочередно векторы сил переносимые с полярной диаграммы в сектор , образуемый предельными касательными АА' и ББ' к полярной диаграмме, проведенными через полюс О_ш. Эти касательные определяют на окружности сечения шейки условные границы точек приложения всех сил . От точки приложения каждого вектора в обе стороны откладывают дуги по 60° и на их основе проводят внутри круга кольцевые полосы, высота которых пропорциональна величине соответствующей силы . Постепенно наращиваемая суммарная для всех сил площадь этих полос в итоге представит поле износа шатунной шейки, а внутренняя огибающая кривая этого поля – условную диаграмму износа шейки.

На листе №3 изображена такая диаграмма в развернутом виде

Условная диаграмма износа может быть построена также по точкам [4]. Для этого окружность, представляющую собой шатунную шейку коленчатого вала, делят шестью (или девятью) диаметральными лучами на равные 12 (или 18) частей (рис. 32). Вокруг шейки наносят направление векторов .