По характеру движения массы деталей кривошипно-шатунного механизма можно разделить на движущиеся возвратно-поступательно (поршневая группа и верхняя головка шатуна); совершающие вращательное (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 mП считают сосредоточенной на оси поршневого пальца в точке А (рис. 9а). 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, (4.2)
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. (4.3)
Массу кривошипа заменяют двумя массами, сосредоточенными на оси кривошипа в точке В (mК) 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:
mК = mШ. Ш + 2 ∙ mЩ ∙ρ/R,
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 в большинстве случаев ею можно 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 приблизительного определения значений mП, mШ и mК можно использовать конструктивные массы m' = m/FП (кг/м2 или г/см2), приведенные в табл. 8.
Таблица 5. Значения удельных масс элементов кривошипно-шатунного механизма бензиновых и дизельных двигателей
Элементы кривошипно-шатунного механизма
Конструктивные массы (кг/м2)
Бензиновые двигатели
Поршневая группа (m'П = mП/FП):
Алюминиевый поршень
80…150
Шатун (m'Ш = mШ/FП)
100…200
Неуравновешенные части одного колена вала без противовесов (m'К = mК/FП):
Сплошной кованный вал со сплошными шейками
150…200
Принимаем ; ;
При определении масс по табл. 8 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 6. Результаты динамического расчёта кривошипно-шатунного механизма
φ
ΔРг (Мпа)
Рг (Н)
Pj
P
sin\cos
T
cos\cos
K
tgβ
N
1\cosβ
S
Rш.ш.
0
0,01
63,61725
-16515
-16451
0
0
1
-16451
0,047
-773,199
1
-16451
32902,08
10
-0,01
-63,6173
-16105
-16169
0,22
-3557,1
0,997
-16120
0,093
-1503,69
1,001
-16184,8
32548,44
20
-0,02
-127,235
-14909
-15036
0,429
-6450,4
0,908
-13653
0,136
-2044,89
1,004
-15096,1
30814,71
30
-0,02
-127,235
-13017
-13144
0,618
-8122,9
0,798
-10489
0,176
-2313,33
1,009
-13262,2
27627,24
40
-0,02
-127,235
-10571
-10698
0,777
-8312,3
0,653
-6985,7
0,21
-2246,56
1,015
-10858,4
23103,42
50
-0,02
-127,235
-7749
-7876
0,901
-7096,4
0,482
-3796,3
0,239
-1882,39
1,022
-8049,39
17435,04
60
-0,02
-127,235
-4746
-4874
0,985
-4800,5
0,293
-1428
0,26
-1267,13
1,028
-5010,03
10987,73
70
-0,02
-127,235
-1758
-1885
1,029
-1940
0,098
-184,76
0,273
-514,695
1,033
-1947,55
4295,877
80
-0,02
-127,235
1042
914
1,032
943,619
-0,095
-86,864
0,287
262,421
1,037
948,1904
2087,943
90
-0,02
-127,235
3511
3384
1
3383,76
-0,278
-940,68
0,26
879,776
1,038
3512,338
7681,53
100
-0,02
-127,235
5556
5429
0,937
5087,19
-0,443
-2405,1
0,293
1590,76
1,037
5630,113
12173,27
110
-0,02
-127,235
7136
7009
0,851
5964,81
-0,586
-4107,4
0,26
1822,39
1,033
7240,48
15447,71
120
-0,02
-127,235
8257
8130
0,747
6073,18
-0,707
-5748
0,239
1943,09
1,028
8357,736
17570,77
130
-0,02
-127,235
8969
8841
0,631
5578,92
-0,804
-7108,5
0,21
1856,69
1,022
9035,904
18727,58
140
-0,02
-127,235
9351
9224
0,508
4685,64
-0,879
-8107,6
0,176
1623,37
1,015
9362,057
19167,31
150
-0,02
-127,235
9506
9378
0,382
3582,57
-0,934
-8759,5
0,136
1275,47
1,009
9462,851
19178,87
160
-0,02
-127,235
9530
9403
0,255
2397,8
-0,971
-9130,5
0,093
874,493
1,004
9440,765
18995,86
170
-0,02
-127,235
9507
9380
0,127
1191,23
-0,993
-9314,1
0,047
440,848
1,001
9389,125
18806,64
180
-0,02
-127,235
9493
9365
0
0
-1
-9365,4
0
0
1
9365,441
18730,88
Таблица 6 (продолжение). Результаты динамического расчёта кривошипно-шатунного механизма
φ
ΔРг (Мпа)
Рг (Н)
Pj
P
sin\cos
T
cos\cos
K
tgβ
N
1\cosβ
S
Rш.ш.
180
-0,02
-127,235
9493
9365
0
0
-1
-9365,4
0
0
1
9365,441
18730,88
190
-0,02
-127,235
9507
9380
-0,127
-1191,2
-0,993
-9314,1
-0,047
-440,848
1,001
9389,125
18806,64
200
-0,015
-95,4259
9530
9435
-0,255
-2405,9
-0,971
-9161,3
-0,093
-877,451
1,004
9472,701
19060,12
210
-0,01
-63,6173
9506
9442
-0,382
-3606,9
-0,934
-8818,9
-0,136
-1284,12
1,009
9527,041
19308,97
220
-0,005
-31,8086
9351
9319
-0,508
-4734,1
-0,879
-8191,5
-0,176
-1640,17
1,015
9458,914
19365,61
230
0
0
8969
8969
-0,631
-5659,2
-0,804
-7210,8
-0,21
-1883,41
1,022
9165,938
18997,08
240
0
0
8257
8257
-0,747
-6168,2
-0,707
-5837,9
-0,239
-1973,5
1,028
8488,533
17845,75
250
0,01
63,61725
7136
7200
-0,851
-6127,2
-0,586
-4219,2
-0,26
-1872,01
1,033
7437,63
15868,33
260
0,025
159,0431
5556
5716
-0,937
-5355,4
-0,443
-2532
-0,273
-1560,33
1,037
5926,983
12815,16
270
0,06
381,7035
3511
3893
-1
-3892,7
-0,278
-1082,2
-0,278
-1082,17
1,038
4040,616
8836,88
280
0,08
508,938
1042
1551
-1,032
-1600,1
-0,095
-147,3
-0,273
-423,295
1,037
1607,901
3540,646
290
0,12
763,407
-1758
-995
-1,029
1023,53
0,098
-97,479
-0,26
258,619
1,033
-1027,51
2266,478
300
0,2
1272,345
-4746
-3474
-0,985
3421,88
0,293
-1017,9
-0,239
830,284
1,028
-3571,26
7832,301
310
0,3
1908,518
-7749
-5840
-0,901
5262,17
0,482
-2815,1
-0,21
1226,48
1,022
-5968,85
12928,58
320
0,44
2799,159
-10571
-7772
-0,777
6038,47
0,653
-5074,8
-0,176
1367,79
1,015
-7888,09
16783,52
330
0,68
4325,973
-13017
-8691
-0,618
5370,85
0,798
-6935,2
-0,136
1181,93
1,009
-8768,91
18267,02
340
0,9
5725,553
-14909
-9183
-0,429
3939,57
0,908
-8338,3
-0,093
854,033
1,004
-9219,88
18819,99
350
1,2
7634,07
-16105
-8471
-0,22
1863,61
0,997
-8445,6
-0,047
398,136
1,001
-8479,44
17052,55
360
1,66
10560,46
-16515
-5954
0
0
1
-5954,2
0
0
1
-5954,19
11908,38
Таблица 6 (продолжение). Результаты динамического расчёта кривошипно-шатунного механизма
φ
ΔРг (Мпа)
Рг (Н)
Pj
P
sin\cos
T
cos\cos
K
tgβ
N
1\cosβ
S
Rш.ш.
360
1,66
10560,46
-16515
-5954
0
0
1
-5954
0,047
-279,847
1
-5954,19
11908,38
370
1,82
11578,34
-16105
-4527
0,22
-995,874
0,997
-4513
0,093
-420,983
1,001
-4531,23
9112,508
373
1,95
12405,36
-15895
-3490
380
1,5
9542,588
-14909
-5366
0,429
-2302,06
0,908
-4872
0,136
-729,792
1,004
-5387,58
10997,34
390
1,06
6743,429
-13017
-6273
0,618
-3876,86
0,798
-5006
0,176
-1104,09
1,009
-6329,7
13185,76
400
0,75
4771,294
-10571
-5799
0,777
-4506,12
0,653
-3787
0,21
-1217,87
1,015
-5886,38
12524,46
410
0,51
3244,48
-7749
-4504
0,901
-4058,47
0,482
-2171
0,239
-1076,55
1,022
-4603,5
9971,215
420
0,38
2417,456
-4746
-2329
0,985
-2293,95
0,293
-682
0,26
-605,509
1,028
-2394,09
5250,589
430
0,28
1781,283
-1758
23
1,029
23,85987
0,098
2
0,273
6,33017
1,033
23,95262
52,83444
440
0,19
1208,728
1042
2250
1,032
2322,332
-0,095
-214
0,287
645,8422
1,037
2333,583
5138,619
450
0,15
954,2588
3511
4465
1
4465,248
-0,278
-1241
0,26
1160,965
1,038
4634,928
10136,65
460
0,1
636,1725
5556
6193
0,937
5802,503
-0,443
-2743
0,293
1814,443
1,037
6421,766
13884,97
470
0,08
508,938
7136
7645
0,851
6506,193
-0,586
-4480
0,26
1987,791
1,033
7897,646
16849,79
480
0,06
381,7035
8257
8639
0,747
6453,356
-0,707
-6108
0,239
2064,728
1,028
8880,924
18670,69
490
0,06
381,7035
8969
9350
0,631
5900,059
-0,804
-7518
0,21
1963,57
1,022
9556,039
19805,59
500
0,03
190,8518
9351
9542
0,508
4847,228
-0,879
-8387
0,176
1679,355
1,015
9684,915
19828,31
510
0,02
127,2345
9506
9633
0,382
3679,773
-0,934
-8997
0,136
1310,076
1,009
9719,61
19699,26
520
0,02
127,2345
9530
9658
0,255
2462,693
-0,971
-9378
0,093
898,1588
1,004
9696,252
19509,93
530
0,015
95,42588
9507
9602
0,127
1219,506
-0,993
-9535
0,047
451,3131
1,001
9612,008
19253,08
540
0,01
63,61725
9493
9556
0
0
-1
-9556
0
0
1
9556,293
19112,59
Таблица 6 (продолжение). Результаты динамического расчёта кривошипно-шатунного механизма
φ
ΔРг (Мпа)
Рг (Н)
Pj
P
sin\cos
T
cos\cos
K
tgβ
N
1\cosβ
S
Rш.ш.
540
0,01
63,61725
9493
9556
0
0
-1
-9556
0
0
1
9556,293
19112,59
550
0,01
63,61725
9507
9571
-0,127
-1215,47
-0,993
-9504
-0,047
-449,818
1,001
9580,168
19189,3
560
0,01
63,61725
9530
9594
-0,255
-2446,47
-0,971
-9316
-0,093
-892,242
1,004
9632,38
19381,41
570
0,01
63,61725
9506
9569
-0,382
-3655,47
-0,934
-8938
-0,136
-1301,42
1,009
9655,421
19569,17
580
0,01
63,61725
9351
9415
-0,508
-4782,59
-0,879
-8275
-0,176
-1656,96
1,015
9555,772
19563,91
590
0,01
63,61725
8969
9032
-0,631
-5699,35
-0,804
-7262
-0,21
-1896,77
1,022
9230,955
19131,83
600
0,01
63,61725
8257
8321
-0,747
-6215,75
-0,707
-5883
-0,239
-1988,71
1,028
8553,931
17983,24
610
0,01
63,61725
7136
7200
-0,851
-6127,22
-0,586
-4219
-0,26
-1872,01
1,033
7437,63
15868,33
620
0,01
63,61725
5556
5620
-0,937
-5266,02
-0,443
-2490
-0,273
-1534,28
1,037
5828,027
12601,2
630
0,01
63,61725
3511
3575
-1
-3574,61
-0,278
-994
-0,278
-993,741
1,038
3710,442
8114,786
640
0,01
63,61725
1042
1105
-1,032
-1140,58
-0,095
-105
-0,273
-301,723
1,037
1146,104
2523,754
650
0,01
63,61725
-1758
-1694
-1,029
1743,618
0,098
-166
-0,26
440,5644
1,033
-1750,4
3861,006
660
0,01
63,61725
-4746
-4683
-0,985
4612,48
0,293
-1372
-0,239
1119,17
1,028
-4813,84
10557,44
670
0,01
63,61725
-7749
-7685
-0,901
6924,426
0,482
-3704
-0,21
1613,906
1,022
-7854,34
17012,56
680
0,01
63,61725
-10571
-10507
-0,777
8163,988
0,653
-6861
-0,176
1849,243
1,015
-10664,7
22691,25
690
0,01
63,61725
-13017
-12953
-0,618
8004,986
0,798
-10337
-0,136
1761,615
1,009
-13069,6
27226,09
700
0,01
63,61725
-14909
-14845
-0,429
6368,542
0,908
-13479
-0,093
1380,593
1,004
-14904,5
30423,58
710
0,01
63,61725
-16105
-16041
-0,22
3529,113
0,997
-15993
-0,047
753,9469
1,001
-16057,5
32292,31
720
0,01
63,61725
-16515
-16451
0
0
1
-16451
0
0
1
-16451
32902,08
Заключение
В курсовой работе произведены тепловой и кинематический расчеты двигателя, построены его индикаторная диаграмма, диаграмма фаз газораспределения, скоростная характеристика. Также был выполнен динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя. Прототипом для проектируемого двигателя является бензиновый двигатель 412Э.