Динамический расчет кривошипно – шатунного механизма.

Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и сил инерции. По этим силам рассчитывают основные детали на прочность и износ, а также определяют неравномерность крутящего момента и степень неравномерности хода двигателя.

Во время работы двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют силы давления газов в цилиндре, силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, центробежные силы, давление на поршень со стороны картера (приблизительно равное атмосферному давлению) и силы тяжести (последние в динамическом расчете обычно не учитывают).

Все действующие в двигателе силы воспринимаются полезным сопротивлением на коленчатом валу, силами трения и опорами двигателя.

В течение каждого рабочего цикла (720° для четырех- и 360° – для двухтактного двигателя) силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для того чтобы установить характер изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала, их величины определяют для ряда отдельных положений вала обычно через каждые 10…30°. Результаты динамического расчета сводят в таблицы.

В ходе расчета должны быть определены:

инерционные Pj и суммарные РΣ силы, действующие на поршневой палец;

сила N, действующая на стенку цилиндра;

сила S, действующая по шатуну и ее составляющие: тангенциальная сила Т, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа,

и сила K, направленная по радиусу кривошипа;

центробежная сила РS.

Эти силы определяются для положений коленчатого вала от 0° до 720° через 10° поворота коленчатого вала (п.к.в.).

Силы давления газов.

Силы давления газов, действующие на площадь поршня, для упрощения динамического расчета заменяют одной силой, направленной по оси цилиндра и приложенной к оси поршневого пальца. Ее определяют для каждого момента времени (угла φ) по действительной индикаторной диаграмме, снятой с двигателя, или по индикаторной диаграмме, построенной на основании теплового расчета (обычно для номинальной мощности и соответствующей ей частоты вращения коленчатого вала).

Перестроение индикаторной диаграммы в развернутую по углу поворота коленчатого вала обычно осуществляют по методу Ф.А. Брикса. Для этого под индикаторной диаграммой строят вспомогательную полуокружность радиусом R = S/2 (рис. 8). Далее от центра полу-окружности (точка O) в сторону н.м.т. откладывают поправку Брикса, равную R∙λ/2. Полуокружность делят лучами из центра O на несколько частей, а из центра Брикса (точка О') проводят линии, параллельные этим лучам. Точки, полученные на полуокружности, соответствуют определенным углам φ (на рис. 8 интервал между точками равен 30°). 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 отсчитывают от абсолютного нуля, а на развернутой показывают избыточное давление над поршнем Δрг = рг – р0. Следовательно, давление в цилиндре двигателя, меньшее атмосферных, на развернутой диаграмме будет иметь отрицательные значения. Силы давления газов, направленные к оси коленчатого вала, считаются положительными, а от коленчатого вала – отрицательными.

Сила давления (МН) на поршень

    ,    (4.1)

где FП – площадь поршня (м2); рг – давление газов в любой момент времени (МПа); р0 – атмосферное давление (МПа).

Как следует из уравнения (4.1), кривая сил давления газов по углу поворота коленчатого вала будет иметь тот же характер изменения, что и кривая давления газов Δрг.

Для определения газовых сил Рг по развернутой диаграмме давлений Δрг необходимо пересчитать масштаб. Если кривая Δрг построена в масштабе μр МПа в 1 мм, то масштаб этой же кривой для Рг будет:  

μР = μр ∙ Fп , МН в 1 мм.

Масштаб