3 ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КРИВОШИПНО-
ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ
Динамический расчёт кривошипно-шатунного механизма заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и от сил инерции. По этим силам производятся расчёты основных деталей на прочность и износ, а также определение неравномерности вращения коленчатого вала.
Во время работы двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют: силы от давления газов в цилиндре; силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс; центробежные силы; силы от давления на поршень со стороны картера и силы тяжести.
В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для определения характера изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда отдельных положений вала.
Методика динамического расчета представлена в литературе [3].
3.1 Исходные данные для динамического расчёта
Диаметр цилиндра Dц = 0,088 м.
Ход поршня S = 0,082 м.
Длина шатуна L = 0,136 м.
Частота вращения коленчатого вала двигателя n = 3000 мин-1.
Масса поршневого комплекта mП. = 0,88 кг.
Масса шатуна в сборе mL. = 1,02 кг.
Безразмерная координата центра масс шатуна LB/L = 0,338.
Наружный диаметр шатунной шейки d = 0,046 м.
Диаметр полости в шатунной шейке d1 = 0,018 м.
Длина шатунной шейки с = 0,035 м.
Диаметр отверстия в коренной шейке D1 = 0 м.
Диаметр коренной шейки D = 0,051 м.
Длина коренной шейки a = 0,032 м.
Ширина щеки h = 0,09 м.
Высота щеки Н = 0,114 м.
Безразмерная координата центра масс щеки ХЩ./R = 0,5.
Толщина щеки b = 0,02 м.
Плотность материала коленчатого вала ρ = 7300.
3.2 Вспомогательные расчёты
Площадь поршня
м2.
Радиус кривошипа
м.
Кинематический коэффициент
Угловая частота вращения коленчатого вала
с-1.
Прямолинейно движущаяся масса в цилиндре двигателя
кг.
Вращающаяся масса шатуна в отсеке двигателя
кг.
Масса шатунной шейки, приведенная к её оси
кг.
Масса щеки, приведенная к оси шатунной шейки
кг.
Приведенная масса кривошипа
кг.
Вращающаяся масса в отсеке двигателя
кг.
Сила инерции вращающейся массы
кН.
3.3 Расчёт сил и крутящего момента в отсеке двигателя
Этот расчет выполняется на основе схемы сил, показанной на рис. 3.1. Для расчета сил и крутящего момента используют следующие зависимости.
Сила давления газов, кН
,
где р – текущее значение давления газов в цилиндре, МПа. Значение р выбирается для текущего значения угла поворота кривошипа из расчёта рабочего процесса (табл. 2.2).
Рисунок № 3.1 − Силы в аксиальном КШМ
Ускорение прямолинейно движущейся массы, м/с2
,
где α – угол поворота кривошипа, градусы.
Сила инерции прямолинейно движущейся массы, кН
.
Суммарная сила, действующая в точке сочленения поршня с шатуном, кН
.
Нормальная сила, передаваемая поршнем на стенку цилиндра, кН
,
где β – угол отклонения шатуна от вертикали, градусы
.
Сила, передаваемая по шатуну на кривошип, кН
.
Радиальная составляющая силы QA на кривошипе, кН
.
Полная радиальная сила в отсеке, кН
.
Тангенциальная составляющая силы QA на кривошипе, кН
.
Крутящий момент на кривошипе, кН∙м
.
Расчёт сил и крутящего момента в отсеке двигателя на интервале углов поворота кривошипа от нуля до 710º с шагом Δα = 10º приведен в таблице 3.1. На рисунках 3.2 и 3.3 изображены графики зависимостей рассчитанных сил от угла поворота кривошипа. Для наглядности, зависимости крутящего момента на кривошипе и общего крутящего момента, рассчитываемого ниже, от угла поворота кривошипа, изображены на одном графике (рис. 3.4).
Важным средством контроля расчетов является сравнение среднего крутящего момента Мср, определяемого как среднее алгебраическое из всех значений М в табл. 3.1 с моментом Мi , определяемым по формуле
,
где 
− среднее индикаторное давление, МПа ;
и 
− среднее по ходу поршня давление при
наполнении и выпуске,
МПа;
− рабочий объем цилиндра, равный 
м2;
− число цилиндров в отсеке, равное 1;
− тактность двигателя, равная 4.
0,02719
кН∙м.
=0,02611 кН∙м.
Погрешность вычислений составляет
٪=
=4,15 ٪ <
[∆]=5 ٪ .
Полученная погрешность вычислений в пределах допускаемой и с достаточной точностью можно считать результаты вычислений правильными.
3.4 Расчёт крутящих моментов, передаваемых коренными шейками
В расчетах, связанных с коленчатым валом, элементы коленчатого вала – кривошипы и коренные шейки должны быть пронумерованы. Кривошипы нумеруют в направлении от носка коленчатого вала до фланца отбора мощности, присваивая им последовательный ряд чисел от 1 до ZK. Коренную шейку, находящуюся между кривошипами К и К+1, обозначают двумя числами К,К+1, разделяя их запятой
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.