3.3. Удельные суммарные силы, действующие в кшм (Приложение 7).

На рисунке 2 приведены силы, действующие в КШМ поршневого двигателя: суммарная сила P_s как результат сложения газовой P_r и инерционной P_j сил; а после разложения этой силы получает боковую силу N, действующие на стенки цилиндра, и силу S, действующую вдоль оси шатуна. После разложение силы S на две получаем нормальную K, действующую в плоскости кривошипа, а также тангенциальную T, действующую перпендикулярно этой плоскости. Тангенциальная сила T создает индикаторный крутящий момент М_кр, передающийся потребителю. Кроме того, в КШМ действует опрокидывающий момент М_оп, равный и противоположно направленный М_кр.

Обычно вычисляют и строят графики удельных сил (в МПа), действующих в КШМ, определяемых как отношение величины силы (Н) к площади поршня F_п (м²).Это позволяет сравнивать нагрузки для двигателей, имеющих различные значения D и S. При выполнении курсового проекта удельные силы P_s, P_r, P, N_уд=N/F_п, S_уд=S/F_п, K_уд=K/F_п, и T_уд=T/F_п определяем по разработанной на кафедре программе Dinn.

Рис. 2 Силы действующие в КШМ:

Ps – суммарная;

N-боковая;

K-нормальная;

T-тангенциальная.

3.4. Крутящие моменты (Приложение 7).

Крутящий момент одного цилиндра равен: M_кр=T*r=0,038T Н*м.

Период изменения крутящего момента четырехтактного однорядного четырехцилиндрового двигателя с равными интервалами между вспышками:

Θ=720⁰/i=720⁰/4=180⁰

В соответствии с порядком работы цилиндров 1-3-4-2 величина крутящего момента от каждого кривошипа изменяется с периодом 180⁰.

Значения суммарного крутящего момента:

M_кр= , где M_iц- крутящий момент от i-ого кривошипа. В приложении 7 приведены значения крутящих моментов M_iц от каждого цилиндра, а также индикаторный крутящий момент двигателя M_iц по углу поворота коленчатого вала (суммируется по строкам).

Эффективный крутящий момент исследуемого двигателя по данным расчета цикла 125,98 Н*м (см. приложение 1) по данным динамического расчета 124,37 Н*м (см. приложение 5).

Погрешность вычисления составляет:

∆=[(125,98-124,37)/125,98]*100%=1,27%.

Максимальное и минимальные значения крутящего момента двигателя (см. лист 2 и прил. 7) равны M_крmax=300 Н*м; М_крmin=-7 Н*м, а размах крутящего момента ΔМ_кр=307 Н*м.

3.5. Силы, действующие на шатунные шейки коленчатого вала.

Действительная нагрузка на шатунную шейку определяется как векторная сумма сил R_ш.ш.=K+T+K_r.ш., где K_rш=m₂rω² – центробежная сила части шатуна, отнесенной к оси шатунной шейки. Поскольку при расчетах используют удельные силы, то удельная сила: K׳_rш=K_rш/F_п=(0,3015*0,038*586,1²)/ 0,00528=0,745 МПа.

Полярную диаграмму нагрузок на шатунную шейку R׳_ш.ш (в удельных силах) строим следующим образом.

Рис. 3 Схема построения полярной

диаграммы нагрузок на шатунную шейку.

Выбрав произвольную точку О за начало координат, откладываем на оси ординат K_уд (положительное направление оси вниз) удельные силы K_iуд, а по оси абсцисс T_уд (положительное направление ее – слева направо) удельные силы T_iуд для соответствующего угла поворота коленчатого вала. Графическим сложением векторов сил K_уд и T_уд (см. приложение 6) определяем суммарный вектор сил по углу поворота коленчатого вала S׳_i=K_iуд+T_iуд. Так как на шатунную шейку действует сила K׳_rш , которая постоянна по величине и направлению (отрицательна), то начало координат О смещаем вниз в точку О_ш.ш) в положительном направлении оси K_уд , так как в этом случае учитывается что она отрицательная). Если теперь из нового начала координат О_ш.ш провести вектор R׳_iш.ш , соединив О_ш.ш и конец вектора S^׳_I , то это и будет нагрузка на шатунную шейку при некотором значении угла поворота коленчатого вала φ_i. В действительности построение полярной диаграммы нагрузок на шатунную шейку проводим, используя программу Microsoft Office Excel. Для рассчитанных двух столбцов, выбрав K_уд и T_уд выбираем в меню «Мастер диаграмм», а тип диаграммы «Точечная». После построения диаграммы начало координат не смещаем на величину K׳_rш так как К_д=К-К_rш

В Листе №3 построена полярная диаграмма нагрузок на шатунную шейку в удельных силах K_уд и T_уд.

В прил.8 приведены расчетные значения сил R^׳_iш.ш для различных значений φ ПКВ, вычисленные по программе Dinn, а на листе 3 построена развернутая диаграмма удельной силы R^׳_iш.ш , на основании которой определяют максимальную и минимальную нагрузки на шатунную шейку:

R_{ш.ш max}=3,72 ∙ 10⁶ ∙ 0,00528 ∙ 10^-3 =19,6 кН;

R_{ш.ш min}=0,65 ∙ 10⁶ ∙ 0,00528 ∙ 10^-3 =3,43 кН.

Развернутая диаграмма R^׳_iш.ш позволяет найти среднее значение удельной силы R_ш.шер.=1,98кН.

На основании полярной диаграммы нагрузок на шатунную шейку (см. лист№3) строят условную диаграмму ее износа. При построении диаграммы износа принимаются допущения, что износ пропорционален только усилиям, действующим на шейку, и распространяется от точки приложения силы по окружности в обе стороны на одинаковый угол (например 60⁰).

Условная диаграмма износа построена по точкам. Для этого окружность, представляющую собой шатунную шейку коленчатого вала, поделили шестью диаметральными лучами на равные 12 частей (см. лист №3). Вокруг шейки наносят направление векторов R^׳_iш.ш. В таблицу распределения векторов по лучам в графу каждого луча вписывают величины векторов R_ш.ш, находящихся в пределах сектора (см. прил 8), ограниченного линиями под углом 60⁰ в обе стороны от этого луча. Найденные для каждого суммы R_∑i=∑(R_ш.шφ)_i откладывают в выбранном масштабе от окружности к центру.

Найденные для каждого луча суммы R^׳_∑i=∑(R^׳_ш.шφ)_i откладывают в выбранном масштабе (µ=3 МПа/мм) от окружности к центру. Концы отрезков соединяют плавной кривой, характеризующей износ шейки (см. лист№3).

По диаграмме износа шатунной шейки определяем место наименьших давлений на нее, где должно находится отверстие для подвода масла к шатунному подшипнику. В соответствии с условной диаграммой износа (см. лист№3) канал для подвода масла к шатунному подшипнику должен располагаться под углом α=90⁰ от вертикальной оси.