2.2.2. Силовой расчет структурной группы звеньев 2-3

Строим в масштабе схему структурной группы звеньев 2-3 (рис. 6.32). Прилагаем к звеньям схемы все внешние и внутренние нагрузки. Рассматриваем цилиндр 1 двигателя, в котором идет такт рабочего хода.

Давление газов в цилиндре определяется длиной ординаты

на индикаторной диаграмме двигателя внутреннего сгорания (рис. П.7).

.

Сила давления газов на ползун 3 в цилиндре 1

Здесь s – площадь днища поршня, которая найдена была ранее при силовом расчете структурной группы звеньев 4-5. Эта сила является силой движущей, приложена к ползуну 3 (см. рис. 6.32) и направлена вниз вдоль направляющей ВО движения ползуна 3 относительно стойки (см. рис. П.7).

а) б)

Рис. 6.32. Схема структурной группы звеньев 2-3 (а) и план ускорений (б)

для механизма первого цилиндра двигателя

Вычисляем силы тяжести звеньев 2 и 3:

(Н),

(H).

Прилагаем силы тяжести в центрах тяжести звеньев вертикально вниз (см. рис. 6.32,а).

Силы инерции звеньев

(H);

(Н).

Каждую силу инерции звена прилагаем в центре тяжести этого звена (см. рис. 6.32, а) и направляем вектор этой силы параллельно, но противоположно вектору ускорения центра тяжести, имеющемуся на плане ускорений (см. рис. 6.32, б).

Моменты сил инерции звеньев и определяем через моменты инерции , и угловые ускорения звеньев и .

Вычисляем величину углового ускорения шатуна 2:

(с^-2).

Для определения направления проводим на схеме структурной группы звеньев 2-3 (см. рис. 6.32, а) пунктирной линией из точки В вектор ускорения точки В относительно условно неподвижной точки А.

Угловое ускорение звена ВА направлено в ту же сторону, что и вектор , то есть по направлению движения часовой стрелки.

Момент инерции шатуна дан по заданию: = 0,075 ( ).

(Нм).

Момент сил инерции шатуна 2 направляем противоположно направлению углового ускорения звена 2, то есть против направления движения часовой стрелки (см. рис. 6.32, а).

Для ползуна 3 имеем

, так как .

Определяем теперь внутренние силы, то есть силы реакций в кинематических парах структурной группы звеньев 2-3. Найдем силы реакций во вращательной кинематической паре А (см. рис. 6.32, а) соединения звеньев 1 и 2 и в поступательной паре соединения ползуна 3 со стойкой 6.

Реакцию во вращательной кинематической паре А раскладываем на две составляющие: тангенциальную , которую проводим перпендикулярно линии шатуна АВ, и нормальную , которую проводим параллельно линии шатуна АВ. Направления стрелок векторов этих составляющих выбираем произвольно, и в дальнейшем эти направления уточняются.

Реакцию прилагаем к ползуну 3 в точке В перпендикулярно боковой стенке ползуна. Направление стрелки вектора этой реакции также выбираем произвольно, и в дальнейшем это направление уточняется.

Определение реакций производим в принятой последовательности для рассматриваемого вида структурной группы звеньев.

1. Сумму всех моментов сил, действующих относительно центра вращательной кинематической пары В на звено 2, приравниваем нулю: . Вычисляется тангенциальная составляющая реакции во вращательной паре А.

;

( ).

2. Векторная сумма всех сил, действующих на звенья 4 и 5, приравнивается нулю: .

.

В соответствии с уравнением в масштабе сил строится план сил, на котором находят нормальную составляющую реакции и полную реакцию в крайней вращательной кинематической паре А и реакцию в поступательной паре: , и . План сил (рис. 6.33) строим в масштабе .

Чтобы определить длину вектора силы, величину этой силы делим на этот масштаб. Например, силу давления газов на ползун 3 в цилиндре 1 откладываем на плане сил в виде отрезка длиной:

Векторы известных сил откладываем один за другим. Силы тяжести звеньев отсутствуют на плане сил, так как длина их векторов в выбранном масштабе сил получилась менее одного миллиметра.

Рис. 6.33. План сил структурной группы звеньев 2-3

Из начальной точки построения см. рис 6.33) проводим прямую линию, параллельную линии вектора реакции , а из конечной точки построения проводим прямую линию, параллельную вектору .

Находим точку пересечения этих линий. Эта точка определяет величины неизвестных реакций. В соответствии с векторным уравнением сил изображаем стрелки векторов этих реакций. Проводим также линию вектора полной реакции , которая равна сумме ее нормальной и тангенциальной составляющих.

Находим на плане неизвестные реакции, умножая измеренные на плане длины соответствующих векторов на масштаб плана сил:

(Н);

(Н);