Определение сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала

На шатунную шейку действую две силы:

- , действующая по шатуну;

-центробежная сила инерции .

Сила действующая по шатуну, определяется по уравнению:

где β – угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра при повороте коленчатого вала на угол α.

Центробежная сила инерции равна:

Где

- неуравновешенная часть коленчатого вала, кг;

- масса шатуна, кг.

Геометрическая сумма сил и образует результирующую силу , действующую на шатунную шейку.

Сила раскладывается на две составляющие:

Сила Z – радиальная, действующая по радиусу кривошипа:

Сила Т – тангенциальная, перпендикулярная радиусу кривошипа:

Сила Т считается положительной, если ее действие совпадает с направлением вращения коленвала, и отрицательной, если она направлена в противоположную сторону. Результирующая сила подсчитывается по формуле:

Полученные значения всех сил при разных углах поворота заносим в таблицу.

Построение диаграммы тангенциальных сил

Для многоцилиндровых двигателей строится суммарная диаграмма тангенциальных усилий, действующих в каждом цилиндре. На суммарной диаграмме тангенциальных усилий четырехтактного двухцилиндрового двигате­ля наносятся две диаграммы, сдвинутые одна относительно другой на 180°, если порядок ра­боты цилиндров 1-2-0-0, и на 540⁰ - при порядке работы 1-0-0-2. Для четырехцилиндровых четы­рехтактных двигателей отдельные диаграммы должны быть сдвинуты по фазе одна относитель­но другой на 180⁰, у шестицилиндровых - на 120°. У четырехцилиндровых четырехтактных двигателей на одном участке суммарной диаграммы строятся четыре отдельных графика, на остальных участках - только их результирующие. Суммарная диаграмма тангенциальных сил может быть получена аналитически.

Расчет маховика проектируемого двигателя

Избыточная работа крутящего момента рассчитывается по формуле:

– максимальная избыточная площадка над прямой средней тангенциальной силы;

– масштаб моментов;

– масштаб угла поворота коленчатого вала на диаграмме;

– длина диаграммы.

Момент инерции маховика, способного обеспечить требуемую равномерность хода двигателя, рассчитывается по формуле:

Где – степень неравномерности вращения коленчатого вала;

– расчетная угловая скорость коленчатого вала, .

Задаемся диаметром обода маховика:

Массу маховика определяем по следующей формуле:

Полученное значение массы маховика учитывает конструкционные и динамические параметры проектируемого двигателя.

Расчет подшипника кривошипной головки шатуна

Конструктивные размеры шатунной шейки коленчатого вала и подшипника кривошипной головки шатуна определяются с учетом основных размеров двигателя ( диаметра и хода поршня) и характера изменения результирующей силы Rш=f(ɑ), приведенной к оси шатунной шейки, по следующим соотношениям:

Диаметр шатунной шейки:

Толщина стенки вкладыша:

Тонкостенного:

Толстостенного:

Расстояние между шатунными болтами:

Длина кривошипной головки:

Радиус галтели шатунной шейки:

Рабочая ширина шатунного вкладыша:

Удельное давление на поверхности шатунных шеек:

Минимально допустимый смазочный слой в подшипнике на основе гидродинамической теории смазки на режиме максимальной мощности:

Где – динамическая вязкость масла, ;

– диаметральный зазор между валом и подшипником, ;

– относительный зазор, ;

– коэффициент, учитывающий геометрию вала и подшипника, ;

Критическая толщина масляного слоя:

где – величина микронеровностей поверхности вала;

– величина микронеровностей поверхности подшипника;

– искажение геометрических форм сопряжения;

Коэффициент запаса надежности подшипника характеризуется отношением:

Вывод: При расчете показателей двигателя внутреннего сгорания были построена индикаторная диаграмма , которая показывает состояние газов в цилиндре двигателя.

Произведен расчет подшипника кривошипной головки шатуна, рассчитан коэффициент запаса прочности подшипника , что говорит о рациональном выборе конструктивных и технологических параметров.