3.2.1. Определение поступательно и вращательно движущихся масс.

В кривошипно-шатунном механизме поступательное движение совершает комплект поршня (поршень, палец, кольца, верхняя головка шатуна), вращательное – кривошип коленчатого вала и нижняя головка шатуна, сложное плоскопараллельное движение – стержень шатуна. Массы этих деталей при движении образуют силы инерции, которые создают динамическую нагрузку в КШМ и их необходимо учитывать. Для расчетов эти массы принимают по аналогии с уже существующими конструкциями (табл.8 и 9).

Масса, совершающая возвратно-поступательное движение m_j сосредоточена в т.С. (см. рис.4.):

m_j=m_п+m_шп=3055+1101=4156 г

где m_п – масса комплекта поршня,

m_шп – масса верхней части шатуна, условно сосредоточенная в т.С. Принимаем

m_шп = 0,275 m_ш=0,275*4005=1101 г

, где m_ш – масса шатуна, тогда m_j=m_п+0,275m_п , кг.

Масса, совершающая вращательное движение m_R, сосредоточенна в точке А и включает массу не уравновешенных частей кривошипа m_к, приведенную к оси шатунной шейки вала и массу нижней части шатуна m_шк.

Принимаем m_шк=0,725m_ш=0,725*4005=2903 г

. Таким образом m_R=m_к+0,725 m_ш=2261+2903=5164 г

Таблица 8.

Массы поршневой и шатунной групп двигателей

Модель двигателя	Поршневая группа				Шатунная группа			λ=R/L
	Материал поршня	Абсолютная масса, г		Относительная масса, г/см2	Материал шатуна	Абсолютная масса, г	Относительная масса, г/см2
Дизели
СМД-14	Ал.сплав		3055	28,3	Сталь	4005	35,4	0,280

Таблица 9.

Конструктивные массы деталей КШМ

Тип двигателя	Материал поршня	mп/Fn, г/см2	Материал шатуна	mш/Fn, г/см2	Материал коленч. вала	mк/Fn, г/см2
Автотратор-ные дизели	Алюмин. сплав	25…40 15…30	Сталь	25…40	Стальной с полыми шейками	20…40
Тракторные дизели	Алюмин. сплав	35…45 25…30	Сталь	30…50	Чугунный с полыми шейками	15…30

3.2.2. Определение сил действующих в кшм.

Значения сил и давлений рассчитанные по приведенной в данном разделе методике заносят в таблицу 10. В конце раздела помещают кинематическую схему КШМ проектируемого двигателя (рис.4) с указанием инерционных масс и сил, действующих в соответсвующих точках механизма. Следует учитывать, что периодическое изменение знака ускорения j и угла β влияет и на знак действующих сил, зависящих от этих параметров.

1. Центробежная сила инерции

P_R = -m_R ^. R^. , кН

2. Избыточное давление газов на поршень

р_ги = р_ц – р_о , МПа

где р_ц – текущее значение давления цикла, в зависимости от угла поворота вала φ_пкв (определяется по индикаторной диаграмме).

3. Сила давления газов на поршень

P_Г = р_ги ^. F_п , кН

4. Силы инерции поступательно движущихся масс

P_j= m_j ^. j_п , кН

Значение ускорения поршня принимают из таблицы 7.

5. Суммарные силы, действующие на поршень

Р_Σ = P_j + P_{Г ,} кН

6. Нормальная сила N, направленная перпендикулярно оси цилиндра и прижимающая поршень стенке цилиндра

N = P_Σ ^. tgβ , кН

В зависимости от угла β сила N будет менять знак.

7. Сила, действующая вдоль шатуна, которая толкает кривошип и сжимает или растягивает шатун

Р_ш = , кН

8. От действия силы Р_ш на шатунную шейку вала возникают силы:

- радиальная Z^/; действующая по радиусу кривошипа

Z^/= , кН

- тангенциальная Т, направленная по касательной к окружности кривошипа радиусом R, толкающая кривошип и создающая крутящий момент

Т = , кН

9. На шатунной шейке вала в точке А радиальная сила Z^/ будет суммироваться с центробежной силой инерции P_R и давать результирующую радиальную силу

Z = Z^/+ Р_R , кН

10. Для контроля правильности вычислений следует сравнить среднее значение силы по данным таблицы 10 и среднее значение силыТ_ср, рассчитанной аналитическим методом.

= , кН

где k – число суммируемых сил.

При интервале φ = 30ْ пкв. для четырехтактного двигателя k=24.

Силу Т_ср рассчитывают по данным теплового расчета

Т_ср = , кН

Расхождения в расчетах иТ_ср не должно быть больше ±3%.

Таблица 10.

Силы, действующие в КШМ одного цилиндра двигателя

φ град.	рги МПа	PГ Н	Рj Н	РΣ Н	N Н	Рш Н	Т Н	Z Н
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720	0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,10 0,14 0,24 0,74 1,59 8,86 3,69 1,59 0,75 0,59 0,49 0,29 0,26 0,22 0,14 0,11 0,10 0,09	1017 1017 1017 1017 1017 1017 1017 1130 1582 2712 8362 17967 100118 41697 17967 8475 6667 5537 3277 2938 2486 1582 1243 1130 1017	11798 9273 3318 -2581 -5899 -6692 -6637 -6692 -5899 -2581 3318 9273 11798 9273 3318 -2581 -5899 -6692 -6637 -6692 -5899 -2581 3318 9273 11798	12815 10290 4335 -1564 -4882 -5675 -5620 -5562 -4317 131 11680 27240 111916 50970 21285 5894 768 -1155 -3360 -3754 -3413 -999 4561 10403 12815	0 1455 1084 -456 -1220 -802 0 786 1079 -38 -2919 -3852 0 7207 5320 1719 192 -163 0 531 853 291 -1140 -1471 0	12815 10392 4469 -1629 -5032 -5732 -5620 -5617 -4450 137 12040 27511 111916 51477 21940 6140 791 -1167 -3360 -3791 -3518 -1041 4702 10507 12815	0 6405 4296 -1564 -3618 -2143 0 2100 3199 -131 -11575 -16956 0 31726 21094 5894 569 -436 0 1417 2529 999 -4520 -6475 0	1315 -3316 -10271 -11044 -8002 -6184 -5880 -6290 -8407 -11538 -8188 10165 100416 29038 -5465 -13219 -12050 -10418 -8140 -7983 -9055 -11209 -10207 -3226 1315

Рис.4. Схема сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме.