Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала

Полярную диаграмму строят графическим сложением векторов сил К и Т

 

Результирующая сила R_{ш. ш.,} действующая на шатунную шейку, подсчитывается графическим сложением векторов сил Т и Р_к. при построении полярной диаграммы. Масштаб сил на полярной диаграмме для суммарных сил М_р= 0,53кН в мм

Все рассчитанные силы сводятся в таблицу 8. Также туда переносятся значения Т из таблицы 6.

Таблица 8.

φ0	р	tg β	p N	1/cosβ	p s	cos (φ+β) /cosβ	p к	К кН	sin (φ+β) /cosβ	p T	Т кН	М кр. Ц
0	-1,48	0,00	0,00	1,00	-1,48	1,00	-1,48	-19,65	0,00	0,00	0,00	0,00
30	-1,17	0,13	-0,16	1,01	-1,18	0,80	-0,94	-12,42	0,62	-0,72	-9,56	-621,43
60	-0,43	0,23	-0,10	1,03	-0,44	0,30	-0,13	-1,69	0,98	-0,42	-5,61	-364,84
90	0,31	0,27	0,08	1,04	0,32	-0,27	-0,09	-1,13	1,00	0,31	4,15	269,47
120	0,74	0,23	0,17	1,03	0,76	-0,70	-0,52	-6,96	0,75	0,56	7,41	481,49
150	0,87	0,13	0,12	1,01	0,87	-0,93	-0,81	-10,71	0,39	0,33	4,42	287,28
180	0,87	0,00	0,00	1,00	0,87	-1,00	-0,87	-11,51	0,00	0,00	0,00	0,00
210	0,89	-0,13	-0,12	1,01	0,89	-0,93	-0,83	-10,97	-0,39	-0,34	-4,53	-294,25
240	0,79	-0,23	-0,18	1,03	0,81	-0,70	-0,56	-7,40	-0,75	-0,59	-7,87	-511,87
270	0,40	-0,27	-0,11	1,04	0,42	-0,27	-0,11	-1,47	-1,00	-0,40	-5,37	-348,82
300	-0,14	-0,23	0,03	1,03	-0,15	0,30	-0,04	-0,57	-0,98	0,14	1,88	122,45
330	0,07	-0,13	-0,01	1,01	0,07	0,80	0,05	0,71	-0,62	-0,04	-0,54	-35,29
360	2,21	0,00	0,00	1,00	2,21	1,00	2,21	29,38	0,00	0,00	0,00	0,00
370	7,01	0,05	0,32	1,00	7,01	0,98	6,85	90,84	0,22	1,53	20,34	1322,32
380	3,40	0,09	0,31	1,00	3,41	0,91	3,09	40,95	0,43	1,45	19,26	1251,83
390	1,73	0,13	0,23	1,01	1,74	0,80	1,38	18,31	0,62	1,06	14,09	915,86
420	0,44	0,23	0,10	1,03	0,45	0,30	0,13	1,73	0,98	0,43	5,73	372,52
450	0,73	0,27	0, 20	1,04	0,75	-0,27	-0, 20	-2,64	1,00	0,73	9,64	626,56
480	1,01	0,23	0,24	1,03	1,04	-0,70	-0,71	-9,47	0,75	0,76	10,08	655,37
510	1,06	0,13	0,14	1,01	1,07	-0,93	-0,99	-13,16	0,39	0,41	5,43	353,03
540	0,98	0,00	0,00	1,00	0,98	-1,00	-0,98	-13,02	0,00	0,00	0,00	0,00
570	0,91	-0,13	-0,12	1,01	0,92	-0,93	-0,85	-11,23	-0,39	-0,35	-4,63	-301,22
600	0,75	-0,23	-0,17	1,03	0,77	-0,70	-0,53	-6,98	-0,75	-0,56	-7,44	-483,43
630	0,32	-0,27	-0,09	1,04	0,33	-0,27	-0,09	-1,15	-1,00	-0,32	-4, 19	-272,05
660	-0,43	-0,23	0,10	1,03	-0,44	0,30	-0,13	-1,68	-0,98	0,42	5,57	362,30
690	-1,17	-0,13	0,16	1,01	-1,18	0,80	-0,93	-12,39	-0,62	0,72	9,54	619,84
720	-1,48	0,00	0,00	1,00	-1,48	1,00	-1,48	-19,65	0,00	0,00	0,00	0,00

По полярной диаграмме строим диаграмму износа шатунной шейки. Сумму сил R_{ш. ш.,} действующих по каждому лучу диаграммы износа, определяем с помощью таблицы 9. По данным этой же таблицы в масштабе М_р= 30кН в мм по каждому лучу откладываем величины суммарных сил R_{ш. ш.,} от окружности к центру.

 

Таблица 9.

Значение Rш. ш. i, кН, для лучей
φ0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0	29,6	29,6	29,6								29,6	29,6
30	24,3	24,3	24,3									24,3
60	12,9	12,9	12,9									12,9
90	11,8	11,8									11,8	11,8
120	18,4	18,4									18,4	18,4
150	21,1	21,1									21,1	21,1
180	21,4	21,4	21,4								21,4	21,4
210	21,3	21,3	21,3									21,3
240	19	19	19									19
270	12,6	12,6	12,6	12,6								12,6
300	10,6	10,6	10,6									10,6
330	9,2	9,2	9,2	9,2
360			19,5		19,5	19,5	19,5	19,5	19,5
390							16,4	16,4	16,4	16,4
420									10	10	10	10
450	15,9									15,9	15,9	15,9
480	21,9	21,9									21,9	21,9
510	23,7	23,7									23,7	23,7
540	22,9	22,9	22,9								22,9	22,9
570	21,7	21,7	21,7									21,7
600	18,5	18,5	18,5									18,5
630	11,8	11,8	11,8									11,8
660	12,9	12,9	12,9								12,9	12,9
690	24,3	24,3	24,3								24,3	24,3
сумма	385,8	369,9	292,5	21,8	19,5	19,5	35,9	35,9	45,9	42,3	233,9	386,6
на диаг	9,645	9,2475	7,3125	0,545	0,4875	0,4875	0,8975	0,8975	1,1475	1,0575	5,8475	9,665

Уравновешивание двигателя

 

Центробежные силы инерции рассчитываемого двигателя и их моменты полностью уравновешены: ∑К_R =0; ∑М_R =0.

Суммарный момент центробежных сил.

 

∑М_R =

∑М_R=3.16 (3.96+2*3.28) 0.06*0,230*0,230*160=16.88

 

Суммарный момент сил инерции.

 

∑М_j = , ∑М_j =3.16*5.2*0.06*0.053*160=8.34

 

Суммарные моменты действуют в одной плоскости, поэтому:

 

∑М_j +∑М_R=16.88+8.34=25.22

 

Масса общего противовеса.

 

м_пр= , м_пр=160*60*3.16* (5.2+3.96+2*3.28) / (125*720) =5.29

 

Подбор маховика

 

Равномерность крутящего момента

 

Избыточная работа крутящего момента

 

где F_abc=2239 мм² - площадь над прямой среднего крутящего момента;

Масштаб угла поворота вала на диаграмме М_кр

 

в мм

Равномерность хода двигателя принимаем d=0,01.

Момент инерции движущихся масс двигателя, приведенных к оси коленчатого вала

 

Момент инерции маховика

 

Средний диаметр маховика

 

d D_cp D_m

Маховый момент

 

,

 

откуда, масса маховика

 

По результатам расчета внешний диаметра маховика принимаем:

D_м=0,26 м.

Плотность чугуна  кг/м³

Объем маховика ;

Масса маховика ;

Площадь маховика

Т.к. ранее мы высчитали массу маховика, можем составить квадратное уравнение из которого найдем диметр выреза в маховике:

 

 

где Н - толщина маховика.

 

 

откуда d=0,054м.

Таким образом мы подобрали маховик со следующими габаритами:

Диаметр маховика D=0,26м;

Диаметр выреза в маховике d=0,054м;

Ширина маховика Н=0,048;

Маховик выполнен из чугуна.

Конструктивный расчет

Основные размеры проходных сечений в горловинах и клапанах

Площади проходного сечения и диаметра клапана при их максимальном подъеме:

 

Площадь проходного сечения и диаметр горловины:

Максимальная высота подъема клапана при угле фаски