2.9. Полярная диаграмма силы , действующей на шатунную шейку коленчатого вала.

Полярная диаграмма показывает величину и направление силы . Она представляет собой геометрическую сумму силыS, действующей вдоль оси шатуна, и силы (центробежной силы, создаваемой массой), направленной по радиусу кривошипа.

, учитывая, что сила S равна геометрической сумме сил K и N

равенство принимает вид:

Геометрическое место конца вектора представляет собой полярную диаграмму, ориентированную относительно кривошипа неподвижного КВ, вращение которого заменяется вращением цилиндра в обратную сторону.

мм	кН		мм	кН	мм	кН
40,66	10,97		50,25	13,59	64,22	17,37

2.10. Диаграмма суммарного индикаторного крутящего момента

В многоцилиндровых двигателях кривошипы КВ воспринимают тангенциальные усилия, которые создают скручивающие моменты. Эти моменты суммируются последовательно по длине вала и дают на его хвостовике (в месте отбора мощности) суммарный индикаторный крутящий момент двигателя .

Величина суммарного индикаторного крутящего момента определяется графическим суммированием крутящих моментовот каждого цилиндра, действующих на КВ при данном значении его угла поворота ϕ.

Для четырехцилиндрового однорядного двигателя, обладающей зеркальной симметрией: (с учетом масштаба

По результатам теплового расчета средний индикаторный крутящий момент равен:

Абсолютная величина относительной разницы и:

Коэффициент неравномерности крутящего момента:

Момент инерции маховика должен быть минимально достаточным для обеспечения коэффициента неравномерности хода двигателя – .

Избыточная работа крутящего момента

где ₁, ₂ – углы ПКВ, соответственно, начала и конца участка с положительным избыточным моментом; - масштаб угла ПКВ врад/мм; F₁ – площадь участка с положительным избыточным моментом, мм².

Полагая, что момент инерции подвижных элементов КШМ при наличии маховика равен его моменту инерции

2.11. Анализ уравновешенности двигателя

В четырёхцилиндровом четырёхтактном двигателе неуравновешенными являются суммарная сила инерции второго порядкаи суммарный опрокидывающий момент ΣМ_опр.

Все остальные силовые факторы, ответственные за внешнюю неуравновешенность двигателя, в данном двигателе уравновешены:

- суммарная сила инерции первого порядка ;

_{- суммарная центробежная сила инерции}

- суммарный момент сил инерции первого порядка ;

- суммарный момент сил инерции второго порядка - ;

- суммарный момент центробежных сил- .

Степень неуравновешенности двигателя по суммарной силе инерции второго порядка может быть ориентировочно оценена по её амплитуде

Для уравновешивания возможно использовать механизм, состоящий из двух встречно вращающихся с угловой частотой ±2ω валов с противовесами массой.

Условие уравновешивания - _.

Для его выполнения необходимо, чтобы противовесы имели статический момент

Неуравновешенность двигателя по суммарному опрокидывающему моменту остаётся, так как практические методы уравновешивания ΣМ_опр в настоящее время практикой двигателестроения не освоены.

В проектируемом двигателе использован зеркально симметричный, плоский четырехколесный вал, кривошипы которого расположены в одной плоскости под углом δ=180. Такой вал самоуравновешен, т.е. для него условия статической и динамической уравновешенности выполняются автоматически без установки системы противовесов.

Однако, на продолжении щек самоуравновешенных валов практически всегда устанавливают противовесы. Их назначение – разгрузка коренных подшипников от действия центробежных сил и конструкции вала и картера от действия локальных изгибающих моментов.

Учитывая высокую форсированность по номинальной частоте вращения, на коленчатом валу разрабатываемого двигателя противовесы установлены на продолжении всех щёк (см. рис. 3), что позволяет максимально улучшить внутреннюю уравновешенность двигателя без ухудшения его внешней уравновешенности.

Статический момент противовесов определяется из условия равенства суммы сил, действующих на кривошип (центробежной силы кривошипа K_rк=m_кr² и центробежной силы массы шатуна, приведенной к кривошипной головке K_rш=m_шкr²) двум центробежным силам противовесов K_пр= М_пр.ст. ², откуда m_кr²+ m_шкr²=2 М_пр.ст.² и

М_пр.ст. =0,5r(m_к+ m_шк)= 0,5rF_п(m'_к+ m'_шк)= =0,5rF_п[m'_к+m'_ш(1-l_шп/l_ш)]=

=0,5∙0,04050,00541(200+149,40,74)=0,034кгм.

Конструктивная масса кривошипа определена по статистическим данным для аналогичных конструкций двигателей m'_к=200 кг/м².