Силы и моменты, действующие в двигателе

Рассмотрим силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме. Суммарная сила определяется из следующей формулы - , где  - силы инерции от возвратно-поступательно движущихся масс. Определяются они на основании выражения , т.е. произведения массы  на ускорение J. К этой массе относят: массу поршневого комплекта  и часть массы шатуна ( ), отнесенной к массе, совершающей возвратно-поступательное движение (для этого осуществляют приведение действительных масс элементов КШМ к динамически эквивалентным см. рис. 11).

Рис. 11. Силы инерции  и массы кривошипно-шатунного механизма, создающие их

Так же как и ускорение

J  =  =  

Газовая сила  задается свернутой индикаторной диаграммой или развернутой индикаторной диаграммой по углу поворота коленчатого вала (ПКВ). Суммируя затем ее с  получают  - основную нагрузку на элементы КШМ.

При испытаниях можно получить и развернутую индикаторную диаграмму по углу ПКВ, использую пневмоэлектрический датчик и специализированную аппаратуру, получив таким образом действующие газовые силы. Затем ее можно свернуть в координаты  для определения индикаторных показателей двигателя.

Давление газов  в цилиндре двигателя создает усилие на головке двигателя  и на поршне , которое, передаваясь через подвижные элементы КШМ, выходит на коренные опоры, но не передается на опоры двигателя и не требует уравновешивания. Она уравновешивается внутри двигателя за счет упругой деформации элементов формирующих внутрицилиндровое пространство.

В КШМ действует и еще одна значительная по величине сила инерции – центробежная сила инерции , создаваемая массами вращающихся элементов:  - массой колена и  частью массы шатуна, совершающей вращательное движение, и полученной в результате приведения масс

В результате получаем систему масс создающих силы инерции  и . Они выходят на опоры двигателя и требуют уравновешивания.

Вектор силы  прикладывается к оси поршневого и раскладывается на две составляющие: N и S.

- боковая сила, прижимающая направляющую часть поршня к зеркалу цилиндра и вызывающая их взаимный износ.

направлена по оси шатуна; сжимает или растягивает шатун.

Перенесем силу S по линии ее действия и приложим к оси шатунной шейки (обозначим ). Силу  разложим на две составляющие:

нормальная сила; направлена по радиусу кривошипа; сжимает и растягивает щеку кривошипа; нагружает шатунную и коренную шейки.

тангенциальная сила; вектор ее перпендикулярен радиусу кривошипа.

Силу К перенесем по линии ее действия и приложим к оси коренной шейки ( ). Одновременно к оси коленчатого вала приложим две противоположные по направлению, но равные по величине силы . Это соответствует параллельному переносу силы Т к оси коленчатого вала (метод Пуансо). При этом . Пара сил на плече r создает крутящий момент , направленный в сторону вращения коленчатого вала. Свободная сила  суммируется с силой . В результате получим силу . Силы равны. Сила , в свою очередь, раскладывается на две составляющие  и силу . Пара сил  на плече h создает опрокидывающий момент  равный по величине, но противоположный по направлению моменту .