Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма

Динамический расчет КШМ состоит в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов в цилиндре и сил инерции движущихся масс деталей КШМ. По найденным силам рассчитывают детали КШМ на прочность и износ, определяют неравномерность крутящего момента и степень неравномерности вращения двигателя. В ходе расчета должны быть определены:

• инерционные pj и суммарные РΣ силы, действующие на поршневой палец;

• сила N, действующая на стенку цилиндра,

• сила Рш, действующая по шатуну и составляющие этой силы: тангенциальная сила Т, направленная по касательной окружности радиуса кривошипа, и нормальная (радиальная) сила Z, направленная по радиусу кривошипа.

• Центробежная сила инерции Рц неуравновешенных вращающихся масс кривошипа.

Эти силы определяются для положении коленчатого вала

от 0° до 720° через каждые 10°.

Порядок расчета и построений

1. Выбираются и обосновываются:

масса поршневой группы mп = 534 г;

масса шатунной группы mш = 826 г;

масса неуравновешенных вращающихся частей колена кривошипа mк = 1088 г;

Эти массы выбираются по прототипу или аналогичному двигателю. Также могут быть использованы приводимые в литературе так называемые конструктивные массы, представляющие отношение массы и площади поршня. Площадь поршня Fп = π*D2/4 = 3,14*9,22/4 = 66,44 см2;

Конструктивные массы деталей КШМ для карбюраторного двигателя:

Материал поршня – алюминиевый сплав; mп/ Fп = 8…15 = 14 г/см2;

Материал шатуна – сталь; mш/ Fп = 10…20 = 18 г/см2;

Материал коленчатого вала – чугун; mк/ Fп = 10…20 = 18 г/см2;

Массу шатунной группы заменяют двумя массами, сосредоточенными на оси поршневого пальца и на оси шатунной шейки. Для расчетов принимают:

mшп = 0,275* mш = 0,275*0,826 = 0,227 кг

mшк = 0,725* mш = 0,725*0,826 = 0,599 кг

Тогда масса возвратно-поступательно движущихся частей КШМ будет равна:

m = mп + mшп = 0,534 + 0,227 = 0,761 кг

Масса, совершающая вращательное движение, включает массу неуравновешенных частей кривошипа, приведенную к оси шатунной шейки и массу шатунной группы, отнесенную к оси шатунной шейки

mR = mк + mшк = 1,088 + 0,761 = 1,849 кг

2. Перестраивается индикаторная диаграмма в развернутую по углу поворота коленчатого вала φ, которая затем используется для нахождения графическим путем суммарных сил, действующих на поршне.

3. Определяются силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс по уравнению

Pj = - m*j = -m*R*ω2*(cos φ + λ*соs2 φ), Н, где

J - ускорение поршня, м/с

Сила инерции, отнесенная к единице площади поршня, будет

pj = Pj/Fn = -m*j/Fn H/м2,(Пa)

4. Суммарные силы, действующие на поршень, определяются алгебраическим сложением сил давления газов и сил инерции возвратно - поступательно движущихся масс.

PΣ =Pr+Pj, Н и pΣ = pr+Pj, H/м2 (Па)

Для принятых углов поворота коленчатого вала определяются силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме.

Нормальная сила, действующая перпендикулярно к оси цилиндра:

N= PΣ tg β, H; n =N/Fn= pΣ * tg β, Н/м2 (Па);

- угол отклонения шатуна от оси цилиндра.

Тангенциальная сила, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа и создающая момент вращения:

Т= PΣ * , Н;

t = pΣ * , Па;

Еще по теме:

Гибриды сегодня в мире
Toyota лидирует по количеству гибридов и активно выпускает эти автомобили с 1997 года, причём в модификациях как обычных автомобилей серии Prius, джипов-внедорожников серии Lexus RX 400h, так и автомобилей люкс-класса — Lexus LS 600h. По итогам 2006 года во всём мире было продано более полумиллиона ...

Баланс мощности и потенциальная тяговая характеристика
При расчете баланса мощности принимают идеальные предпосылки в использовании трактора: - автоматическое и бесступенчатое изменение передаточного числа трансмиссии, и, следовательно, тягового усилия и скорости движения; - загрузка двигателя постоянна, не зависит от тягового усилия и соответствует но ...

Определение динамических показателей тепловоза
При своем движении тепловоз оказывает воздействие на путь, которое зависит от конструкции ходовых частей. При движении могут возникнуть не только повышенное динамическое напряжение, но и явления, опасные для движения: разгрузка колес, всползание направляющего колеса на головку рельса с последующим ...