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:

Характеристика местной работы на станции
Местная работа на станции включает: - маневровую работу с вагонами, поступающими под выгрузку, погрузку, сортировку; - выполнение грузовых операций на контейнерной и тяжеловесной площадках. Характеристика грузовых фронтов, затрата времени на погрузку, выгрузку определяется договором на обслуживание ...

Технологический процесс устранения выплесков комплекса машин с участием Фатры-17000
На дистанции пути 2012 году планируются работы по вырезке выплесков машиной Фатра в объеме 96 метров. Работы по устранению выплесков на участке главного пути, а также очистки в местах наносов засорителей в железобетонном лотке выполняются в «технологическое» окно продолжительностью 3,5 часа произво ...

Назначение, устройство и принцип работы
Стартер типа СТ-221 служит для пуска двигателя, устанавливается с правой его стороны и крепится фланцем к картеру сцепления тремя болтами. Стартер СТ-221 представляет собой четырёхщеточный, четырёхполюсный электродвигатель постоянного тока со смешанным возбуждением и состоит из: корпуса 20 с обмотк ...