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 m_П считают сосредоточенной на оси поршневого пальца в точке А (рис. 3, а). 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 (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.

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. (3)

Массу кривошипа заменяют двумя массами, сосредоточенными на оси кривошипа в точке В (m_К) 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:

m_К = m_Ш.Ш + 2 ∙ m_Щ ∙ρ/R, (4)

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 ею можно в большинстве случаев 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 приближенного 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. 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 р_Г = р_Г.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 Р_J и центробежные силы инерции вращающихся масс P_S (рис. 4, а).

Сила инерции от возвратно-поступательно движущихся масс:

Р,= - m_J ∙ 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 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 ∙ w², (6)

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

Центробежная сила инерции P_S является результирующей двух сил:

силы инерции вращающихся масс шатуна

P_S.Ш = - m_S.Ш ∙R ∙ w², (7)

и силы инерции вращающихся масс кривошипа

P_S.К = - m_S.К ∙R ∙ w², (8)

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

P_SΣ = P_S.K + 2 ∙ P_S.Ш = - (m_K + 2 ∙ m_Ш.К) ∙R ∙ w², (9)

 

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: