5. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма.

Целью динамического расчета является определение сил и моментов, действующих на детали кривошипно-шатунного механизма при работе дизеля. Значение сил и моментов необходимо для расчета деталей проектируемого двигателя на прочность, анализа надежности и долговечности узлов и деталей в эксплуатации, оценки уравновешенности двигателя и сравнения его нагруженности с аналогичными эксплуатируемыми дизелями.

5.1 Расчет сил, действующих на детали к.Ш.М.

Во время работы дизеля на его к.ш.м. действуют три силы:

- сила от давления газов на поршень, приложенная к верней головке шатуна:

;

- сила инерции от возвратно-поступательно движущихся масс, приложенная к верхней головке шатуна:

;

- сила инерции от вращающихся масс, приложенная к нижней головке шатуна:

;

Силы и всегда имеют направление действие вдоль оси цилиндра, поэтому их можно складывать алгебраически:

Сила направлена от оси вращения вдоль радиуса кривошипа.

Силы и считаются положительными, если они направлены к днищу поршня, а сила – если от оси вращения коленчатого вала.

Схема действия сил на кривошипно-шатунный механизм представлена на рис. 3.

Суммарная сила приложена к поршню и ее можно разложить на силу , действующую вдоль оси шатуна, а силу , направленную перпендикулярно к боковой стенке цилиндра. Сила определяет величину силы трение поршня о поверхность цилиндровой втулки. В проектном динамическом расчете величина силы трения не учитывается. Силу можно перенести вдоль линии ее действия и принять за точку приложения центр шатунной шейки коленчатого вала. Эту силу также можно разложить на две составляющие: силу , направленную тангенциально, и силу ,

направленную вдоль радиуса кривошипа коленчатого вала.

Рис. 3. Расчетная схема аксиального кривошипно-шатунного механизма и силы, действующие на его элементы.

Сила считается положительной, если она сжимает стержень шатуна, сила - если действует по направлению вращения коленчатого вала, а сила - если она сжимает щеку кривошипа коленчатого вала.

При выполнении динамического расчета к.ш.м. дизеля обычно находят не абсолютные значения этих сил, а их удельные значения, т.е. относят силы к единице площади поперечно сечения поршня. Для определения абсолютного значения, необходимо удельную силу умножить на площадь поршня. Удельная сила давления газов алгебраически складывается из давления газов на поршень со стороны камеры сгорания и со стороны кривошипной камеры , т.е.:

В проектном расчете принимаем

Удельная сила инерции от возвратно-поступательного движущихся масс:

Масса включает массу комплекта поршня (поршень, вставка, палец, поршневые кольца и др.) и часть массы шатуна , участвующую в поступательном движении:

Массу шатуна условно делят на две части. Одну из них считают сосредоточенной на оси поршневого пальца и относят к поступательно движущимся частям, а другую на оси кривошипа и относят к вращающимся частям. Распределение масс производят по правилам разложения равнодействующей на две параллельные силы:

- расстояние от центра масс шатуна до центра нижней головки шатуна.

Сложив алгебраически соответствующие ординаты и , получим зависимость удельной суммарной силы от угла .

Для построения зависимостей от угла используются следующие соотношения:

При вычислении принимаем от 0^° до 270^° (для 4-х тактного дизеля).

В диапазоне

В диапазоне

При величине принимаем два значения:

В диапазоне , но не более

При величине принимаем:

В диапазоне

Результаты расчетов заносим в таблицу 3.

Таблица 3.