Главная | Обратная связь
МегаЛекции

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 вращательное движение (коленчатый вал и нижняя головка шатуна) и совершающие сложное плоскопараллельное движение (стержень шатуна).

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

Массу поршневой группы mП считают сосредоточенной на оси поршневого пальца в точке А (рис. 3, а). Массу шатунной группы mШ заменяют двумя массами, одна из которых (mШ.П) сосредоточена на оси поршневого пальца в точке А, а другая (mШ.К) — на оси кривошипа в точке В. Величины этих масс (кг)

mШ.П = (LШ.К / LШ) ∙ mШ

mШ.К = (LШ.П / LШ) ∙ mШ (2)

где LШ - длина шатуна;

LШ.К - расстояние от центра кривошипной головки до центра тяжести шатуна;

LШ.П - расстояние от центра поршневой головки до центра тяжести шатуна.

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

mШ.П = 0,275 ∙ mШ, mШ.К = 0,725 ∙ mШ. (3)

Массу кривошипа заменяют двумя массами, сосредоточенными на оси кривошипа в точке В (mК) и на оси коренной шейки в точке О (m0) (рис. 3, б). Масса коренной шейки с частью щек, расположенных симметрично относительно оси вращения, является уравновешенной.

Масса (кг), сосредоточенная в точке В:

mК = mШ.Ш + 2 ∙ mЩ ∙ρ/R, (4)

где mШ.Ш - масса шатунной шейки с прилегающими частями щек;

mЩ - масса средней части щеки по контуру abcd, имеющей центр тяжести на радиусе ρ.

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

Таким образом, система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная кривошипно-шатунному механизму, состоит из массы mJ = mП + mШ.П, сосредоточенной в точке А и имеющей возвратно-поступательное движение, и массы ms = mK + mШ.К, сосредоточенной в точке В и имеющей вращательное движение. В V-образных двигателях со сдвоенным кривошипно-шатунным механизмом msΣ = mK + 2 ∙ mШ.К.



При выполнении динамического расчета двигателя значения mП и mК принимают по данным прототипов или же подсчитывают по чертежам.

Для приближенного определения значений mП, mШ и mК, можно использовать конструктивные массы m' = m /FП (кг/м2 или г/см2), приведенные в табл. 3.

При определении масс по табл. 3 следует учитывать, что большие значения m' соответствуют двигателям с большим диаметром цилиндра. Уменьшение S/D снижает m’Ш и m’К. V-образным двигателям с двумя шатунами на шейке соответствуют большие значения m’К.

Таблица 3. 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 = mП/FП):    
поршень из алюминиевого сплава 80…150 150…300
чугунный поршень 150…250 250…400
Шатун (m’Ш = mШ/FП): 100…200 250…400
Неуравновешенные части одного колена вала без противовесов (m’К = mК/FП):    
сплошной кованный вал со сплошными шейками 150…200 200…400
чугунный литой вал с полыми шейками 100…200 150…300

 

Построение развернутой индикаторной диаграммы

Перестраивается индикаторная диаграмма в разверну­тую диаграмму по углу поворота коленчатого вала, которая затем используется для нахождения графическим путем сум­марных сил, действующих на поршень. Перестроение осушествляют по методу Ф.А. Брикса. Для этого под индикаторной диаграммой строят вспомогательную полуокружность радиусом R = S/2 (рис. 2). Далее от центра полуокружности (точка О) в сторону н.м.т. откладывают 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 давлений 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 индикаторной диаграмме давление откладывается от абсолютного нуля, а на разверноутой показывают избыточное давление над поршнем рГ = рГ.ИНД – р0. Следовательно, давления в цилиндре двигателя, меньшие атмосферных, на развернутой диаграмме будут отрицательными. Силы давления газов, направленные к оси коленчатого вала, считаются положительными, а от коленчатого вала – отрицательными.

При построении развернутой диаграмма масштаб давле­ния принимается таким же, как на свернутой, диаграмме, масштаб углов поворота – в 1 мм 2 градуса. В этом случае длина диаграммы для четырехтактного двигателя равна 360 мм.

 

Силы инерции

Силы инерции, действующие в кривошипно-шатунном механизме, в соответствии с характером движения приведенных масс подразделяют на силы инерции поступательно движущихся масс РJ и центробежные силы инерции вращающихся масс PS (рис. 4, а).

Сила инерции от возвратно-поступательно движущихся масс:

Р,= - mJ ∙ j, (5)

В уравнении (5) знак минус 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 они направлены к оси коленчатого вала, и отрицательными, если они направлены от коленчатого вала.

Кривую силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс строят аналогично кривой ускорения поршня (см. рис. 1).

Рис. 4. Схема действия сил в кривошипно-шатунном механизме:

а – инерционных и газовых; б – суммарных

 

Расчеты РJ должны производиться для тех же положений кривошип (углов φ), для которых определялись Δрг и Рг.

Центробежная сила инерции вращающихся масс

PS = - mS ∙R ∙ w2, (6)

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

Центробежная сила инерции PS является результирующей двух сил:

силы инерции вращающихся масс шатуна

PS = - mS ∙R ∙ w2, (7)

и силы инерции вращающихся масс кривошипа

PS = - mS ∙R ∙ w2, (8)

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

P = PS.K + 2 ∙ PS = - (mK + 2 ∙ mШ.К) ∙R ∙ w2, (9)

 





Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015- 2021 megalektsii.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.