Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

 

По характеру движения массы деталей кривошипно-шатунного механизма можно разделить на движущиеся возвратно-поступательно (поршневая группа и верхняя головка шатуна); совершающие вращатель-ное (коленчатый вал и нижняя головка шатуна) и сложное плоско-параллельное движение (стержень шатуна).

Для упрощения динамического расчета действительный кривошипно-шатунный механизм заменяется динамически эквивалентной системой сосредоточенных масс.

Массу поршневой группы m _П считают сосредоточенной на оси поршневого пальца в точке А (рис. 9а). Массу шатунной группы m _Ш заменяют двумя массами, одна из которых (m _{Ш. П}) сосредоточена на оси поршневого пальца в точке А, а другая (m _Ш.К) – на оси кривошипа
в точке В. Величины этих масс (кг)

m _{Ш. П} = (L _{Ш. К} / L _Ш)∙m _Ш ,

m _{Ш. К} = (L _{Ш. П} / L _Ш)∙m _Ш,                            (4.2)

где L _Ш – длина шатуна; L _{Ш. К} – расстояние от центра кривошипной головки до центра тяжести шатуна; L _{Ш. П} – расстояние от центра поршневой головки до центра тяжести шатуна.

 

 

Рис. 9. Система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная кривошипно-шатунному механизму: а – приведенная система кривошипно-шатунного механизма; б – приведение масс механизма

 

Для большинства существующих конструкций автомобильных и тракторных двигателей m _{Ш. П} = (0,2…0,3)∙m _Ш, а m _{Ш. К} = (0,7…0,8)∙m _Ш.
При расчетах можно принимать средние значения

m _{Ш. П} = 0,275 ∙ m _Ш, m _{Ш. К} = 0,725 ∙ m _Ш.       (4.3)

Массу кривошипа заменяют двумя массами, сосредоточенными
на оси кривошипа в точке В (m _К) и на оси коренной шейки в точке О (m₀) (см. рис. 9б). Масса коренной шейки с частью щек, расположенных симметрично относительно оси вращения, является уравновешенной.

Масса (кг), сосредоточенная в точке В:

m _К = m _{Ш. Ш} + 2 ∙ m _Щ ∙ρ/ R,

где m _Ш.Ш – масса шатунной шейки с прилегающими частями щек;
m _Щ – масса средней части щеки по контуру abcd, имеющей центр тяжести на радиусе ρ.

У современных короткоходных двигателей величина m _Щ мала
по сравнению с m _{Ш. Ш}, и в большинстве случаев ею можно пренебречь.
При расчетах m _{Ш. Ш} и в необходимых случаях m _Щ определяют исходя
из размеров кривошипа и плотности материала коленчатого вала.  

Таким образом, система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная кривошипно-шатунному механизму, состоит из массы        m_j = m _П + m _{Ш. П}, сосредоточенной в точке А и имеющей возвратно-поступательное движение, и массы m _S = m _K + m _{Ш. К}, сосредоточенной
в точке В и имеющей вращательное движение. В V-образных двигателях
со сдвоенным кривошипно-шатунным механизмом m _SΣ = m _K + 2∙m _{Ш. К} .

При выполнении динамического расчета двигателя значения m _П и m _К принимают по данным прототипов или же подсчитывают по чертежам.

Для приблизительного определения значений m _П, m _Ш и m _К можно использовать конструктивные массы m ' = m / F _П (кг/м² или г/см²), приведенные в табл. 8.

 

Таблица 8. Значения удельных масс элементов
кривошипно-шатунного механизма бензиновых и дизельных двигателей

Элементы кривошипно-шатунного механизма	Конструктивные массы (кг/м2)
	Бензиновые двигатели	Дизельные двигатели
Поршневая группа (m ' П = m П / F П):
поршень из алюминиевого сплава	80…150	150…300
чугунный поршень	150…250	250…400
Шатун (m ' Ш = m Ш / F П)	100…200	250…400
Неуравновешенные части одного колена вала без противовесов (m ' К = m К / F П):
сплошной  кованый  вал со  сплошными  шейками	150…200	200…400
чугунный литой вал с полыми шейками	100…200	150…300

При определении масс по табл. 8 следует учитывать, что
большие значения m ' соответствуют двигателям с большим диа-
метром цилиндра. Уменьшение S / D снижает m ' _Ш и m ' _К. V-образным двигателям с двумя шатунами на шейке соответствуют большие значе-
ния  m ' _К.

 

Построение развернутой индикаторной диаграммы

 

Индикаторная диаграмма перестраивается в развернутую диа-
грамму по углу поворота коленчатого вала, которая затем использу-
ется для нахождения графическим путем сум­марных сил, дей-
ствующих на поршень. Перестроение осуществляют по методу Ф.А. Брикса. Для этого под индикаторной диаграммой строят вспомогательную полуокружность радиусом R = S/2 (см. рис. 8).
Далее от центра полуокружности (точка О) в сторону н.м.т. от-
кладывают поправку Брикса, равную R · λ/2. Полуокружность делят
лучами из центра О на несколько частей, а из центра Брикса
(точка О') проводят линии, параллельные этим лучам. Точки, полученные на полуокружности, соответствуют определенным
углам φ.

Из этих точек проводят вертикальные линии до пересечения
с линиями индикаторной диаграммы и полученные величины давле-
ний откладывают на вертикали соответствующих углов φ. Развертку индикаторной диаграммы обычно начинают от в.м.т. в процессе
хода впуска. При этом следует учесть, что на свернутой индикатор-
ной диаграмме давление откладывается от абсолютного нуля,
а на развернутой показывают избыточное давление над поршнем
р _Г = р _{Г. ИНД} – р₀. Следовательно, давление в цилиндре двигателя,
меньшее атмосферных, на развернутой диаграмме будет иметь отри-цательные значения. Силы давления газов, направленные к оси колен-чатого вала, считаются положительными, а от коленчатого вала – отрица-тельными.

При построении развернутой диаграммы масштаб давления при-нимается таким же, как на свернутой диаграмме, масштаб углов пово-
рота – в 1 мм 2° п.к.в. В этом случае длина диаграммы для четырех-тактного двигателя равна 360 мм.

 

Силы инерции

 

Силы инерции, действующие в кривошипно-шатунном ме-
ханизме, в соответствии с характером движения приведенных
масс подразделяют на силы инерции поступательно движущихся
масс Р _j и центробежные силы инерции вращающихся масс P_S (рис. 10а).

Сила  инерции  от  возвратно-поступательно  движущихся  масс

Р _j  =  –m_j ∙ j _П.                                   (4.4)

Минус в уравнении (4.4) показывает, что сила инерции направлена
в сторону, противоположную ускорению. Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс действуют по оси цилиндра и, как
силы давления газов, являются положительными, если направлены
к оси коленчатого вала, или отрицательными – в противном
случае.

Кривую силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс строят  аналогично  кривой  ускорения  поршня.

 

а                                                            б

 

Рис. 10. Схема действия сил в кривошипно-шатунном механизме: а – инерционных
и газовых;  б – суммарных

 

Расчеты Р _j должны производиться для тех же положений кривошип (углов φ), для которых определялись Δр_г  и  Р_г.

Центробежная сила инерции вращающихся масс

P_S = –m_S ∙R ∙ ω²,                                    (4.5)

постоянна по величине (при ω = const), действует по радиусу кривошипа
и   направлена  от  оси   коленчатого  вала.

Центробежная сила инерции P_S является результирующей силы инерции  вращающихся  масс  шатуна,  вычисляемой  по  формуле

P _{S . Ш} = – m _{S . Ш} ∙ R ∙ ω²,                                (4.6)

и   силы  инерции  вращающихся  масс   кривошипа

P _{S . К} = – m _{S . К} ∙ R ∙ ω².                                   (4.7)

Для V-образных двигателей, у которых два одинаковых шатуна расположены рядом на одной шейке:

P _{S , Σ} = P _{S . K} + 2 ∙ P _{S . Ш} = –(m _K + 2 ∙ m _{Ш. К}) ∙R ∙ ω².     (4.8)

Суммарные  силы,

---

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 316; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!