Расчет кинематики поршня. Расчет динамики кривошипно-шатунного механизма, страница 2

Задание №3. Расчет динамики кривошипно-шатунного механизма

Во время работы двигателя на кривошипно-шатунный механизм действуют силы давления газов в цилиндре, силы давления картерных газов, силы инерции, полезного сопротивления, трения и реакции опор.

Сила давления газов на поршень равна

, где  - площадь поршня,  - давление газов,  - атмосферное давление.

Для определения сил инерции необходимо привести действительный механизм к динамически подобному двухмассовому механизму (рис. 2).

Рис. 2. Расчетная модель кривошипно-шатунного механизма

Здесь точка А, имеющая массу , совершает возвратно-поступательное движение и заменяет собой поршень с пальцем и верхнюю головку шатуна, точка В с массой  совершает вращательное движение и заменяет шатунную шейку коленчатого вала, неуравновешенную часть щеки коленчатого вала и нижнюю головку шатуна.

Массы деталей определяем с помощью конструктивных масс:

поршневой группы , шатуна , шатунной шейки коленчатого вала .

Площадь поршня равна

.

Масса поршня .

Масса шатунной шейки .

Масса шатуна .

Принимаем массу верхней головки шатуна

, нижней – .

Окончательно находим , .

Сила инерции, действующая на возвратно-поступательно движущиеся массы:

;

, где  - силы инерции первого и второго порядков.

Сила инерции, действующая на вращающиеся массы:

.

Определяем силы, действующие внутри механизма, на опоры коленчатого вала и стенку цилиндра (рис. 3).

Рис. 3. Схема действия сил в кривошипно-шатунном механизме.

1 – кривошип, 2 – шатун, 3 – поршень.

Силы, представленные на рисунке, можно определить следующим образом:

сила давления на стенку цилиндра ;

сила, действующая вдоль шатуна, ;

тангенциальная сила, направленная по касательной к окружности кривошипа,

;

радиальная сила, направленная вдоль кривошипа,

.

Тангенциальная сила T создает на плече R крутящий момент :

.

Расчет сил – газовых, сил инерции, сил, действующих в механизме и на опоры – проводим в табличной форме через каждые поворота коленчатого вала с использованием редактора Microsoft Excel. Результаты расчета приведены в таблице.

Таблица 3.                    Расчет сил в кривошипно-шатунном механизме