2.3 Расчёт сил действующих в кривошипно-шатунном механизме двигателя
2.3.1. Расчет силы инерции поступательно движущихся частей.
В КШМ действуют следующие силы:
- силы инерции, значение которых изменяется в зависимости от значения скорости деталей КШМ, которые изменяются в зависимости от угла поворота коленчатого вала;
- сила давления газов подпоршневой полости, которая равна атмосферному давлению в двигателе 8ЧН20/26;
- нормальная сила, действующая перпендикулярно к оси цилиндра, которая создаёт опрокидывающий момент между осью головного соединения и осью рамовой шейки;
- сила тяжести, действующая вдоль оси цилиндра;
- радиальная сила, которая вызывает изгиб мотылёвой шейки, деформацию щёк и рамовых шеек;
касательная сила, которая вызывает изгиб щёк кривошипа;
движущая сила, которая раскладывается на нормальную и силу, действующую по оси шатуна.
Силы инерции, действующие в вертикальной плоскости раскладываются на силы инерции поступательно движущихся частей и на силы инерции вращательно движущихся частей. Силы инерции поступательно движущихся частей меняют своё значение в зависимости от угла поворота коленчатого вала.
Сила тяжести и сила давления газов в подпоршневой полости постоянны, их действие воспринимают судовой фундамент и корпус дизеля. (рис. 2.3.1)
Рисунок 2.3.1 Схема сил действующая в КШМ.
Массу поступательно движущихся частей находим как:
Мп.д = Мп + Мш.п,
где: Мп - масса поршневой группы с пальцем тронкового дизеля
Мш.п - масса части шатуна, движущейся поступательно
Массу поршня находим как:
Мп = к1D3 кг.
где D - диаметр цилиндра, м;
к1 - коэффициент, равный 3000 кг/м3 для составных поршней.
Мп = 3000·0,23 = 24 кг
Массу поступатеьно движущейся части шатуна находим как
Мш = к2D3 кг
где к2 - коэффициент, равный 3000 кг/м3 - для штампованных шатунов.
Мш = 3000·0,23 =24кг
Массу шатуна представляем массами
Мш = Мш.п + Мш.в
где Мш.п - поступательно движущаяся масса шатуна, принимаем
Мш.п = 0,35Мш =8,4кг
Мш.в - вращающаяся масса шатуна, принимаем
Мш.в = 0,65Мш = 15,6кг
Массу поступательно движущихся частей
Мп.д =24+8,4=32,4кг
Удельную массу поступательно движущихся частей находим как
mп.д = Мп.д/Fп кг/м2
mп.д = 32,4/0,0314=1031,85 кг/м2
Силу инерции поступательно движущихся частей КШМ находим как
Ри= Мп.д2r(cos +cos2) МН, (смотри табл.2.3.1)
Удельную величину силы инерции поступательно движущихся частей КШМ находим как(смотри табл 2.3.1):
ри= Мп.д2r(cos +cos2) /Fп= mп.д2r(cos +cos2) МПа,
Таблица 2.3.1 Силы инерции действующие в КШМ.
о п.к.в. |
Рг МПа |
Ри МН |
pи МПа |
pд МПа |
pш МПа |
N МПа |
R МПа |
Т МПа |
-360 |
0,2375 |
-0,05799 |
-1,44986 |
-1,28902 |
-1,28902 |
-8,11729E-17 |
-1,28902 |
-3,1584E-16 |
-350 |
0,2375 |
-0,05658 |
-1,41446 |
-1,25362 |
-1,25487 |
-0,05600177 |
-1,22485 |
-0,27283962 |
-340 |
0,2375 |
-0,05244 |
-1,31095 |
-1,15011 |
-1,15458 |
-0,10148630 |
-1,04604 |
-0,48872579 |
-330 |
0,2375 |
-0,04588 |
-1,14711 |
-0,98627 |
-0,99452 |
-0,12779568 |
-0,79024 |
-0,6038112 |
-320 |
0,2375 |
-0,0374 |
-0,93505 |
-0,77421 |
-0,785 |
-0,12967884 |
-0,50973 |
-0,59699402 |
-310 |
0,2375 |
-0,0276 |
-0,68993 |
-0,5291 |
-0,53966 |
-0,10624419 |
-0,25871 |
-0,47360326 |
-300 |
0,2375 |
-0,01714 |
-0,4285 |
-0,26766 |
-0,27455 |
-0,06110541 |
-0,08091 |
-0,26235311 |
-290 |
0,2375 |
-0,0067 |
-0,16742 |
-0,00658 |
-0,00678 |
-0,00163711 |
-0,00071 |
-0,00674145 |
-280 |
0,2375 |
0,003131 |
0,078263 |
0,239101 |
0,247148 |
0,06255203 |
-0,02008 |
0,246330589 |
-270 |
0,2375 |
0,011857 |
0,296431 |
0,457268 |
0,473161 |
0,121602418 |
-0,1216 |
0,457268341 |
-260 |
0,2375 |
0,019154 |
0,478844 |
0,639682 |
0,66121 |
0,167349314 |
-0,27589 |
0,600903652 |
-250 |
0,2375 |
0,024863 |
0,621574 |
0,782412 |
0,806277 |
0,194716734 |
-0,45057 |
0,66862953 |
-240 |
0,2375 |
0,028997 |
0,724928 |
0,885766 |
0,908555 |
0,202215849 |
-0,61801 |
0,665988101 |
-230 |
0,2375 |
0,031715 |
0,792883 |
0,953721 |
0,972758 |
0,191510287 |
-0,75975 |
0,607491867 |
-220 |
0,2375 |
0,033284 |
0,832101 |
0,992939 |
1,006771 |
0,166315008 |
-0,86754 |
0,510844161 |
-210 |
0,2375 |
0,034027 |
0,850681 |
1,011519 |
1,019975 |
0,131066794 |
-0,94153 |
0,392252305 |
-200 |
0,2375 |
0,034271 |
0,856787 |
1,017625 |
1,021579 |
0,089795963 |
-0,98697 |
0,263667631 |
-190 |
0,2375 |
0,034294 |
0,85735 |
1,018187 |
1,019203 |
0,045484554 |
-1,01062 |
0,13201283 |
-180 |
0,2375 |
0,03428 |
0,856996 |
1,017833 |
1,017833 |
-3,20478E-17 |
-1,01783 |
-1,247E-16 |
-170 |
0,239217 |
0,034294 |
0,85735 |
1,019904 |
1,020921 |
-0,04556125 |
-1,01232 |
-0,1322354 |
-160 |
0,244499 |
0,034271 |
0,856787 |
1,024624 |
1,028605 |
-0,09041355 |
-0,99375 |
-0,26548107 |
-150 |
0,253749 |
0,034027 |
0,850681 |
1,027768 |
1,03636 |
-0,13317224 |
-0,95666 |
-0,39855343 |
-140 |
0,267746 |
0,033284 |
0,832101 |
1,023185 |
1,037439 |
-0,17138114 |
-0,89397 |
-0,52640503 |
-130 |
0,287655 |
0,031715 |
0,792883 |
1,003876 |
1,023915 |
-0,20158158 |
-0,7997 |
-0,63943912 |
-120 |
0,315324 |
0,028997 |
0,724928 |
0,96359 |
0,988382 |
-0,21998266 |
-0,67231 |
-0,72450225 |
-110 |
0,353557 |
0,024863 |
0,621574 |
0,898469 |
0,925874 |
-0,22359953 |
-0,51741 |
-0,76780893 |
-100 |
0,406695 |
0,019154 |
0,478844 |
0,808877 |
0,836099 |
-0,21161299 |
-0,34886 |
-0,75984189 |
-90 |
0,48162 |
0,011857 |
0,296431 |
0,701388 |
0,725766 |
-0,18652180 |
-0,18652 |
-0,70138834 |
-80 |
0,589557 |
0,003131 |
0,078263 |
0,591158 |
0,611053 |
-0,15465485 |
-0,04965 |
-0,60903254 |
-70 |
0,749433 |
-0,0067 |
-0,16742 |
0,505355 |
0,520769 |
-0,12576629 |
0,05466 |
-0,51789273 |
-60 |
0,994206 |
-0,01714 |
-0,4285 |
0,489046 |
0,501628 |
-0,11164666 |
0,147834 |
-0,47934954 |
-50 |
1,382672 |
-0,0276 |
-0,68993 |
0,616076 |
0,628374 |
-0,12371019 |
0,301239 |
-0,55146121 |
-40 |
2,019297 |
-0,0374 |
-0,93505 |
1,007584 |
1,021621 |
-0,16876808 |
0,663372 |
-0,77694662 |
-30 |
3,073227 |
-0,04588 |
-1,14711 |
1,849453 |
1,864914 |
-0,23964146 |
1,481853 |
-1,13226214 |
-20 |
4,71733 |
-0,05244 |
-1,31095 |
3,329723 |
3,342661 |
-0,29381713 |
3,028424 |
-1,41493002 |
-10 |
6,715072 |
-0,05658 |
-1,41446 |
5,223953 |
5,229163 |
-0,23336489 |
5,104066 |
-1,13694949 |
0 |
7,751744 |
-0,05799 |
-1,44986 |
6,225225 |
6,225225 |
0 |
6,225225 |
0 |
10 |
12,7 |
-0,05658 |
-1,41446 |
11,20888 |
11,22006 |
0,500724131 |
10,95164 |
2,439518779 |
18,2 |
12,7 |
-0,05337 |
-1,33432 |
11,28902 |
11,32557 |
0,909104011 |
10,44031 |
4,389578538 |
20 |
11,89 |
-0,05244 |
-1,31095 |
10,50239 |
10,5432 |
0,926738728 |
9,552058 |
4,462879395 |
Продолжение таблицы 2.3.1.
30 |
8,07 |
-0,04588 |
-1,14711 |
6,846226 |
6,903459 |
0,887094501 |
5,485458 |
4,191359415 |
40 |
5,52 |
-0,0374 |
-0,93505 |
4,508287 |
4,571091 |
0,755127856 |
2,968162 |
3,476332779 |
50 |
3,91 |
-0,0276 |
-0,68993 |
3,143404 |
3,206152 |
0,631206153 |
1,537009 |
2,813718902 |
60 |
2,9 |
-0,01714 |
-0,4285 |
2,39484 |
2,456455 |
0,546729595 |
0,723938 |
2,347357024 |
70 |
2,25 |
-0,0067 |
-0,16742 |
2,005922 |
2,067107 |
0,499208401 |
0,216963 |
2,0556892 |
80 |
1,81 |
0,003131 |
0,078263 |
1,811601 |
1,872569 |
0,473939087 |
-0,15216 |
1,866377393 |
90 |
1,51 |
0,011857 |
0,296431 |
1,729768 |
1,789888 |
0,46000126 |
-0,46 |
1,729768341 |
100 |
1,29 |
0,019154 |
0,478844 |
1,692182 |
1,749131 |
0,442697408 |
-0,72982 |
1,589600117 |
110 |
1,14 |
0,024863 |
0,621574 |
1,684912 |
1,736305 |
0,419319504 |
-0,97031 |
1,439883449 |
120 |
1,03 |
0,028997 |
0,724928 |
1,678266 |
1,721445 |
0,383139508 |
-1,17094 |
1,261851404 |
130 |
0,94 |
0,031715 |
0,792883 |
1,656221 |
1,689282 |
0,332574649 |
-1,31936 |
1,054963664 |
140 |
0,88 |
0,033284 |
0,832101 |
1,635439 |
1,658222 |
0,273932292 |
-1,4289 |
0,841395577 |
150 |
0,84 |
0,034027 |
0,850681 |
1,614019 |
1,627512 |
0,20913527 |
-1,50235 |
0,625893022 |
160 |
0,81 |
0,034271 |
0,856787 |
1,590125 |
1,596304 |
0,140313777 |
-1,54222 |
0,412002946 |
170 |
0,8 |
0,034294 |
0,85735 |
1,580687 |
1,582264 |
0,070612604 |
-1,56893 |
0,204943631 |
180 |
0,79 |
0,03428 |
0,856996 |
1,570333 |
1,570333 |
4,9444E-17 |
-1,57033 |
1,92389E-16 |
190 |
0,2375 |
0,034294 |
0,85735 |
1,018187 |
1,019203 |
-0,04548455 |
-1,01062 |
-0,13201283 |
200 |
0,2375 |
0,034271 |
0,856787 |
1,017625 |
1,021579 |
-0,08979596 |
-0,98697 |
-0,26366763 |
210 |
0,2375 |
0,034027 |
0,850681 |
1,011519 |
1,019975 |
-0,13106679 |
-0,94153 |
-0,39225230 |
220 |
0,2375 |
0,033284 |
0,832101 |
0,992939 |
1,006771 |
-0,16631500 |
-0,86754 |
-0,51084416 |
230 |
0,2375 |
0,031715 |
0,792883 |
0,953721 |
0,972758 |
-0,19151028 |
-0,75975 |
-0,60749186 |
240 |
0,2375 |
0,028997 |
0,724928 |
0,885766 |
0,908555 |
-0,20221584 |
-0,61801 |
-0,66598810 |
250 |
0,2375 |
0,024863 |
0,621574 |
0,782412 |
0,806277 |
-0,19471673 |
-0,45057 |
-0,66862953 |
260 |
0,2375 |
0,019154 |
0,478844 |
0,639682 |
0,66121 |
-0,16734931 |
-0,27589 |
-0,60090365 |
270 |
0,2375 |
0,011857 |
0,296431 |
0,457268 |
0,473161 |
-0,12160241 |
-0,1216 |
-0,45726834 |
280 |
0,2375 |
0,003131 |
0,078263 |
0,239101 |
0,247148 |
-0,06255203 |
-0,02008 |
-0,24633058 |
290 |
0,2375 |
-0,0067 |
-0,16742 |
-0,00658 |
-0,00678 |
0,00163711 |
-0,00071 |
0,006741453 |
300 |
0,2375 |
-0,01714 |
-0,4285 |
-0,26766 |
-0,27455 |
0,06110541 |
-0,08091 |
0,262353116 |
310 |
0,2375 |
-0,0276 |
-0,68993 |
-0,5291 |
-0,53966 |
0,106244192 |
-0,25871 |
0,47360326 |
320 |
0,2375 |
-0,0374 |
-0,93505 |
-0,77421 |
-0,785 |
0,129678845 |
-0,50973 |
0,596994026 |
330 |
0,2375 |
-0,04588 |
-1,14711 |
-0,98627 |
-0,99452 |
0,127795687 |
-0,79024 |
0,60381127 |
340 |
0,2375 |
-0,05244 |
-1,31095 |
-1,15011 |
-1,15458 |
0,101486302 |
-1,04604 |
0,488725799 |
350 |
0,2375 |
-0,05658 |
-1,41446 |
-1,25362 |
-1,25487 |
0,056001776 |
-1,22485 |
0,272839624 |
360 |
0,2375 |
-0,05799 |
-1,44986 |
-1,28902 |
-1,28902 |
8,11729E-17 |
-1,28902 |
3,15848E-16 |