4.1.5. Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала

Результирующая сила R_ш.ш., действующая на шатунную шейку:

(4.20)

где Р_к=К+К_r.ш. – суммарная сила, действующая на шатунную шейку по радиусу кривошипа; К=р_кF_п.

Для проведения расчета результирующей силы R_ш.ш. составляют таблицу 4.7, в которую из таблицы 4.1 переносят значения силы Т.

Таблица. 4.7

	Полные силы, кН
	Т	К	Рк	Rш.ш.
0
10
…
…
710
720

Результирующая сила R_ш.ш. может быть подсчитана графическим сложением векторов сил Т и Р_к при построении полярной диаграммы нагрузки на шатунную шейку.

Полярная диаграмма строится на 1-м листе ватмана формата А1 графической части КП (см. Приложение, рис I), крупным планом диаграмма показана на рис. 4.3, а.

Построение полярной диаграммы нагрузки на шатунную шейку (рис. 4.3, а) рекомендуется выполнять следующим образом:

1. Проводятся оси координат. По горизонтальной оси откладываются значения силы Т: влево – отрицательные, вправо – положительные. По вертикальной оси – значения силы К: вверх – отрицательные, вниз – положительные. Масштаб сил: М_р=0,1…0,5 кН/мм.

2. Пользуясь данными таблицы 4.7 откладывают по осям значения сил Т_i и Р_i, восстанавливают перпендикуляры к концам векторов этих сил и находят точки пересечения для всех углов поворота  кривошипа.

3. Последовательно соединяя все точки плавной кривой и в порядке возрастания значений углов  получают полярную диаграмму силы S, действующей по шатуну с полюсом в точке О.

4. Откладывая по вертикали вниз от точки О отрезок, равный К_r.ш.М_р, получают полюс полярной диаграммы О_ш результирующей силы R_ш.ш.

5. Измеряя отрезки лучей, соединяющих полюс О_ш с точками на кривой полярной диаграммы, с учетом масштаба определяют значения сил и заносят в таблицу 4.7.

Для определения среднего значения результирующей силы за цикл , а также ее максимального R_ш.ш.^max и минимального величин полярную диаграмму нагрузки на шатунную шейку на листе А1 (см. Приложение, рис. I) перестраивают в прямоугольные координаты в функции угла поворота коленчатого вала (показано на рис. 4.3, б).

По полученной прямоугольной диаграмме нагрузки на шатунную шейку методом планиметрирования площади под кривой R_ш.ш=f() получают среднюю величину силы:

(4.21)

Величина площади F находится аналогично, как и в предыдущих случаях определения среднего индикаторного давления или средней удельной тангенциальной силы.

Диаграммы износа шеек коленчатого вала дают возможность определить наиболее и наименее нагруженные участки шеек, что необходимо для правильного определения местоположения масляного отверстия. Кроме того, они дают представление о характере износа шейки по всей окружности в предположении, что износ пропорционален усилиям, действующим на шейку.

Диаграмму износа шатунной шейки (рис. 4.4) строят по полярной диаграмме (рис. 4.3, а) следующим образом:

1) проводят окружность радиусом 60…70 мм., изображающую в произвольном масштабе шатунную шейку;

2) делят ее на равное число участков (обычно 12) лучами О_ш1, О_ш2 и т.д.;

3) переносят луч (например, О_ш11) с диаграммы износа параллельно самому себе на полярную диаграмму;

4) определяют по полярной диаграмме сектор на шатунной шейке (по 60^о в каждую сторону от луча О_ш11), в котором действующие силы R_ш.ш.i создают нагрузку (износ) по направлению луча;

5) определяют величину каждой силы R_ш.ш.i, действующей в рассматриваемом секторе (например, в секторе луча О_ш11 действуют силы R_ш.ш.13, R_ш.ш.14 и R_ш.ш.15) и с учетом масштаба заносят значения в таблицу 3.5;

6) выполняют расчет результирующей силы R_ш.шi для рассматриваемомого луча (например, для О_ш11 R_ш.ш=R_ш.ш.13+R_ш.ш.14+R_ш.ш.15);

7) откладывают силу R_ш.ш.i в масштабе М_R=40…50 кН/мм на диаграмме износа по рассматриваемому лучу (О_ш11) от окружности к центру;

8) выполняют вышеописанные операции 3-6 для всех остальных лучей;

9) полученные отрезки на лучах диаграммы износа соединяют плавной кривой, характеризующей износ шейки;

10) переносят на диаграмму износа ограничительные касательные к полярной диаграмме О_шА и О_шВ и, проведя от них лучи О_шА’ и О_шВ’ под углом 60, определяют граничные точки (А’’ и В’’) на кривой износа шатунной шейки, между которыми обычно располагается ось масляного отв ерстия.

Таблица 4.8

Rш.ш.i	Значения Rш.ш.i, кН, для лучей
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Rш.ш.0
Rш.ш.30
…
…
Rш.ш.660
Rш.ш.690