12.2.2. Определение сил инерции

Силы инерции, действующие в КШМ, в соответствии с характером движения приведенных масс, делятся на силы инерции поступательно движущихся масс P_j и центробежные силы инерции вращающихся масс Р_ц.

Сила инерции от возвратно-поступательно движущихся масс может быть определена по формуле

(12.1)

Знак минус указывает на то, что сила инерции направлена в сторону противоположную ускорению. Ее можно рассматривать, как состоящую из двух сил (аналогично ускорению).

Первая составляющая

(12.2)

• сила инерции первого порядка.

Вторая составляющая

(12.3)

• сила инерции второго порядка.

Таким образом,

.

Центробежная сила инерции вращающихся масс постоянна по величине и направлена от оси коленчатого вала. Ее величина определяется по формуле

(12.4)

Полное представление о нагрузках, действующих в деталях КШМ, может быть получено лишь в результате совокупности действия различных сил, возникающих при работе двигателя.

12.3. Суммарные силы, действующие в кшм

Рассмотрим работу одноцилиндрового двигателя. Силы, действующие в одноцилиндровом двигателе, показаны на рис. 12.4. В КШМ действуют сила давления газов Р_г, сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс P_j и центробежная сила Р_ц. Силы Р_г и P_j приложены к поршню и действуют по его оси. Сложив эти две силы, получим суммарную силу, действующую по оси цилиндра:

(12.5)

Перемещенная сила Р в центр поршневого пальца раскладывается на две составляющие:

(12.6)

• сила, направленная по оси шатуна;

(12.7)

• сила, перпендикулярная стенке цилиндра.

Рис. 12.4. Силы, действующие в КШМ одноцилиндрового двигателя

Сила P_N воспринимается боковой поверхностью стенки цилиндра и обусловливает износ поршня и цилиндра. Она считается положительной, если создаваемый ею момент относительно оси коленчатого вала направлен противоположно направлению вращения вала двигателя.

Сила Р_ш считается положительной, если сжимает шатун, и отрицательной, если растягивает его.

Сила Р_ш, приложенная к шатунной шейке (Р'_ш), раскладывается на две составляющие:

(12.8)

• тангенциальную силу, касательную к окружности радиуса кривошипа;

(12.9)

• нормальную силу (радиальную), направленную по радиусу кривошипа.

Сила Z считается положительной, если она сжимает щеки кривошипа. Сила Т считается положительной, если направление создаваемого ею момента совпадает с направлением вращения коленчатого вала.

По величине Т определяют индикаторный крутящий момент одного цилиндра:

(12.10)

Нормальная и тангенциальная силы, перенесенные в центр коленчатого вала (Z' и Т'), образуют равнодействующую силу Р''_ш, которая параллельна и равна по величине силе Р_ш. Сила Р''_ш нагружает коренные подшипники коленчатого вала. В свою очередь силу Р''_ш можно разложить на две составляющие: силу P'_N, перпендикулярную к оси цилиндра, и силу Р', действующую по оси цилиндра. Силы P'_N и P_N образуют пару сил, момент которой называется опрокидывающим. Его величина определяется по формуле

(12.11)

Данный момент равен индикаторному крутящему моменту и направлен в противоположную ему сторону:

Так как , то

(12.12)

Крутящий момент передается через трансмиссию ведущим колесам, а опрокидывающий момент воспринимается опорами двигателя. Сила Р' равна силе Р, и аналогично последней ее можно представить как

Составляющая P'_г уравновешивается силой давления газов, приложенной к головке цилиндра, a P'_j является свободной неуравновешенной силой, передающейся на опоры двигателя.

Центробежная сила инерции прикладывается к шатунной шейке кривошипа и направлена в сторону от оси коленчатого вала. Она так же как и сила P'_j является неуравновешенной и передается через коренные подшипники на опоры двигателя.