Динамический расчет

Основная цель динамического расчета – построение зависимости индикаторного крутящего момента двигателя от угла поворота коленчатого вала и определение его средней величины. Кроме этого необходимо рассчитать зависимости сил, действующих в КШМ, которые требуются для прочностных расчетов деталей двигателя, и найти максимальное и среднее удельные давления на шатунную шейку коленчатого вала, которые определяют применимость конкретного материала шатунных вкладышей и их работоспособность. Расчет проводится на режиме максимальной мощности.

Исходные данные для динамического расчета:

mШ = 0,9 кг – масса шатуна;

lШ = 26 мм – длина рабочей части шатунного подшипника;

dШ = 56 мм – диаметр шатунной шейки коленчатого вала;

r = 43,5 мм – радиус противовеса для удобства вычислений выбираем равным радиусу кривошипа;

2 - число противовесов на одном кривошипе.

Для приближенного определения масс можно использовать конструктивные массы:

Масса поршневого комплекта и части шатуна отнесенная к оси поршневого пальца:

кг,

где mПК = 0,6 кг –масса поршневого комплекта; mШ.П = 0,2 кг – масса части шатуна, отнесенной к оси поршневого пальца;

mШК = 0,70 кг – масса части шатуна, отнесенной к оси шатунной шейки коленчатого вала;

mК = 1,5 кг – масса неуравновешенной части кривошипа приведенная к его радиусу определяется приближенно по чертежу коленчатого вала.

Масса шатуна:

.

Для упрощения расчетов кривошипно-шатунный механизм двигателя заменяют его двухмассовой моделью и определяют силы инерции возвратно – поступательно движущихся масс по приближенным формулам, что несущественно снижает точность расчетов, но значительно уменьшает их объем. Двухмассовая модель и схема действия сил в КШМ приведены на листе графической части ДП.

Массы совершающие вращательные движения:

.

Массы совершающие вращательно-поступательное движение:

.

Рис. 4.1 Схема действия сил в кривошипно-шатунном механизме

Силы и моменты, действующие в КШМ

Сила давления расширяющегося рабочего тела на поверхность поршня для упрощения динамического расчета, заменяют равнодействующей, направленной вдоль оси цилиндра и приложенной к оси поршневого пальца. Ее значение вычисляется как

,

где рГ – давление газов в цилиндре для данного угла п.к.в.; р0 – давление газов в картере двигателя принятое равным атмосферному давлению.

Силы инерции, действующие в КШМ, в соответствии с характером движения приведенных масс подразделяются на силы инерции поступательно движущихся масс Pj и центробежные силы вращающихся масс Кr.

Силы инерции поступательно движущихся масс вычисляют в зависимости от угла п.к.в. по формуле:

.

Силу Рj принято представлять как сумму сил инерции 1-го и 2-го порядков:

,

где c-1 – угловая скорость кривошипа; n,мин-1 – частота вращения коленчатого вала, jо – угол поворота кривошипа.

Центробежная сила инерции вращающихся масс:

.

Суммарная сила:

.

Нормальная сила, действующая на стенки цилиндра:

,

где - угол отклонения шатуна;

Сила, действующая вдоль оси шатуна:

.

Сила, направленная по радиусу кривошипа:

.

Тангенциальная сила, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа:

По величине Т определяют крутящий момент цилиндра:

МР (МОПР) – реактивный момент, стремиться опрокинуть двигатель, равен по величине крутящему моменту и противоположен ему по направлению МР = -МКР.

Сила, нагружающая шатунный подшипник:

.