7. Динамический анализ кривошипно-шатунного механизма

К основным силам, действующим в кривошипно-шатунном механизме, относят: силы давления газов на поршень, силы инерции масс движущихся частей и полезное сопротивление на колесах заднего моста автомобиля. Силами трения в кривошипно-шатунном механизме пренебрегаем из-за их небольшой величины.

Силы давления газа на поршень находятся в прямой зависимости от рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания (см. индикаторные диаграммы (рис. 3, рис. 4)).

Давление газа на поршень изменяется в зависимости от угла поворота кривошипа и для любого положения поршня определяется по индикаторной диаграмме для данного варианта исходных данных и заносится в таблицу 3.

Силы инерции зависят от масс движущихся деталей и числа оборотов двигателя. График зависимости сил инерции от угла поворота кривошипа коленчатого вала представлен на развернутой индикаторной диаграмме (рис. 4).

Мгновенная сила от давления газов, действующая на поршень:

Р = Р_г * F = Р_г * (π*Д² / 4); МН;

где Д – диаметр цилиндра, м;

F – площадь поршня, м²;

Р_г – давление газов, МПа;

Движущее усилие Р_д = Р + Р_и равно сумме силы от давления газов на поршень Р и сил инерции движущихся частей Р_и.

Р_д = Р_*F = π*Д² / 4 * Р_;

Сила давления газов на поршень Р (см. рис. 5.) разлагается на силу, направленную по оси шатуна Р_ш, и силу, перпендикулярную оси цилиндра Р_н.

Р_ш = Р_д / Cos.; и Р_н = Р_д * tg;

Сила Р_ш стремится сжать или растянуть шатун, а сила Р_н прижимает поршень к стенке цилиндра и направлена в сторону, противоположную вращению двигателя.

Сила Р_ш может быть перенесена по линии её действия в центр шейки кривошипа и разложена на тангенциальную силу Р_т, касательную к окружности, и радиальную силу Р_р, действующую по радиусу кривошипа Р_р = Р_ш*Cos ( + ) = P_д * (Cos( + ) / Cos);

Силы Р_т и Р’_т образуют на коленчатом валу пару сил с плечом R, момент которой приводит во вращение коленчатый вал и называется крутящим моментом двигателя.

М_дв = Р_т*R = Р_д * (Sin( + ) / Cos) * R;

где Р_т = Р_д * (Sin( + ) / Cos);

R – радиус кривошипа в м.

На подшипники коленчатого вала действует сила Р’_ш, которая может быть разложена на силу P’ = P и Р’_н = Р_н.

Значение расчетных величин Р_д, Р_ш, Р_н, Р_р, Р_т и М_дв занести в табл. 3 и построить зависимости от .

Таблица 3

При  = 0,25

, град. ПКВ		Cos	P мПа	Рд мн	Рш Мн	tg	Pp мн	Cos( + ) / Cos	Pн мн	Sin( + ) / Cos	Pт мн	Мкр мн*м
0	0'	1,0				0		1,0		0
30	7° 11'	0,99				0,13		0,8		0,61
60	120 30'	0,98				0,22		0,31		0,98
90	140 29'	0,97				0,26		-0,26		1,0
120	120 30'	0,98				0,22		-0,69		0,75
150	70 11'	0,99				0,13		-0,93		0,39
180	0	1,0				0		-1,0		0
210	-70 11’	-0,99				-0,13		-0,93		-0,39
240	-120 30’	-0,98				-0,22		-0,69		-0,75
270	-140 29’	-0,97				-0,26		-0,26		-1,0
300	-120 30’	-0,98				-0,22		0,31		-0,98
330	-70 11’	-0,99				-0,13		0,8		-0,61
360	0’	-1,0				0		1,0		0
390	-70 11’	-0,99				-0,13		0,8		-0,61
420	-120 30’	-0,98				-0,22		0,31		-0,98
450	-140 29’	-0,97				-0,26		-0,26		-1,0
480	-120 30’	-0,98				-0,22		-0,69		-0,75
510	-70 11’	-0,99				-0,13		-0,93		-0,39
540	0’	1,0				0		-1,0		0
570	70 11'	0,99				0,13		-0,93		0,39
600	120 30'	0,98				0,22		-0,69		0,75
630	140 29'	0,97				0,26		-0,26		1,0
660	120 30'	0,98				0,22		0,31		0,98
690	70 11'	0,99				0,13		0,8		0,61
720	0’	1,0				0		1,0		0