Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

Анализ сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме, необходим для расчета деталей двигателя на прочность и для определения нагрузок на подшипники. Его проводят для определенного режима работы двигателя. В соответствии с методом кинетостатики в кривошипно-шатунном механизме двигателя рассматривают нагрузки от силы давления газов в цилиндре и сил инерции движущихся масс; силами трения пренебрегают. Картер двигателя считается неподвижным, а коленчатый вал вращающимся с постоянной угловой скоростью. При этом силы инерции движущихся масс кривошипно-шатунного механизма делят на силы инерции масс, движущихся возвратно-поступательно (индекс /), и силы инерции вращательно-движущихся масс (индекс В).

(где площадь поршня) определяют

по индикаторной диаграмме, которую строят по данным теплового

341

по формуле (258) вычисляют и откладывают на диаграмме перемещения s поршня от в. м. т. (рис. 218, а и б), соответствующие определенным углам поворота коленчатого вала (практически через 15 или 30°).

действующей на поршень.

Для определения сил инерции необходимо знать массы деталей кривонпшногаатунного механизма. При этом для упрощения динамического расчета действительный кривошипный механизм динамически заменяют эквивалентной системой сосредоточенных масс. Все движущиеся детали по характеру их движения делят на три группы.

2. Части коленчатого вала, совершающего вращательное движение. Массы этих частей заменяют массой, приведенной к радиусу кривошипа R и обозначаемой m#; приведение проводят с соблюдением условия равенства центробежных сил инерции действительных масс и приведенной массы.

шатунной шейки с прилежащими частями щек (рис. 220, а) принимается сосредоточенной по середине оси шейки и, так как центр тяжести ее удален от оси вала на расстояние, равное R, приведения этой массы не требуется.

имеем

Приведенная масса всего кривошипа

Для получения динамически замещающей системы должны быть соблюдены три условия:

3) неизменность момента инерции относительно центра масс. В данном случае момент инерции замещающей системы

шатуна.

В точной теории необходимо приложить к замещающей системе поправочный момент сил инерции

направлен по угловому ускорению шатуна (в первой четверти в сторону вращения кривошипа). Ввиду того, что значения этого момента малы, им обычно пренебрегают и соблюдают лишь два первых условия эквивалентности.

Таким образом, весь кривошипно-шатунный механизм (рис. 220, в) приближенно заменяют системой двух сосредоточенных масс, связанных жесткими невесомыми звеньями: массой в точке А, имеющей возвратно-поступательное движение:

и массой в точке В, совершающей вращательное движение:

В V-образных двигателях с коленом вала сочленяются два шатуна противолежащих цилиндров, поэтому

Величинами тп и тт задаются исходя из данных существующих конструкций.

приведены в табл. 25.

вращающихся масс.

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс

в соответствующем масштабе и с обратным знаком являются кривыми сил инерции (см. рис. 218, б).

в системе кривошипно-шатунного механизма проявляется в виде свободной силы, действующей вдоль оси цилиндра и переменной по величине и знаку.

направлена вдоль прямой, проходя-

п между осью цилиндра и осью

относительно оси поршневого пальца. Под действием этого момента благоприятно изменяется распределение нагрузки на стенку поршня и устраняется зазор между поршнем и цилиндром.

Для наглядности определения величины и направления сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс целесообразно пользоваться методом вращающихся векторов.

, вращающегося с угловой скоростью со коленчатого вала.

можно перенести по линии ее действия в центр О вала и разложить на две составляющие по координатным осям:

Рассмотрим подробнее действие сил давления газов па поршень и сил инерции движущихся масс. Исходной силой является суммарная сила Р, действующая на поршень:

(см. рис. 218, а) видно, что силы инерции в конце хода сжатия и в начале рабочего хода уменьшают усилия, действующие на поршень от давления газа.

Сила Р, действующая вдоль осп цилиндра (рис. 221), может быть разложена на две составляющие:

боковую силу N, перпендикулярную к оси цилиндра:

(263)

и силу S, направленную вдоль оси шатуна:

несколько уменьшает нормальную силу N в такте расширения.

> и разложить на две составляющие:

нормальную силу К, направленную по радиусу кривошипа:

и тангенциальную силу Т, касательную к окружности радиуса кривошипа:

с моментом Мкр, называемым крутящим моментом. Крутящий момент передается через коленчатый вал к маховику и трансмиссии.

. . , , действующую параллельно оси цилиндра.

1 на ось вращения кривошипа.

Действительно, как видно на рис. 221:

Указанные силы уравновешиваются реакциями опор и частично внутренними усилиями между отдельными механизмами и деталями двигателя.

Направления всех сил и моментов, показанные на рис. 221, принимаются за положительные.

одного цилиндра в другом масштабе.

и т. д. последовательно в порядке углов соединяют плавной кривой, которая является полярной диаграммой силы S с полюсом в точке О.

и т. д. Такая диаграмма, построенная по точкам через 30° угла поворота вала для быстроходного четырехтактного карбюраторного двигателя, изображена на рис. 223, а. Проекция на вертикаль любого вектора полярной диаграммы дает значе-

действующей на шатунную шейку и направленную по радиусу кривошипа.

icp, а следовательно, и среднюю удельную нагрузку на подшипник, отнесенную к единице площади его диаметральной проекции:

рабочая ширина вкладыша.

. Суммарная площадь зтих полосок в итоге представляет собой условную диаграмму износа (рис. 224, б). На диаграмме износа шейки видна зона наименьших давлений на нее. В этом месте шейки должно выводиться отверстие для подвода масла к подшипнику.

Эти отрезки

и

используются при расчете шатунной шейки на изгиб.

воздействия коренной шейки пол-

Тогда

т может быть построена графически с использованием для этого двух полярных диаграмм нагрузки на шатунную шейку.

... плавной кривой, получают полярную диаграмму сил, передающихся коренной шейкой опоре.

Полярную диаграмму нагрузки на коренную шейку, вызванной реакцией подшипника, получают поворотом диаграммы (см. рис. 225) относительно неподвижного вала на 180°. Эту диаграмму используют для построения соответствующей диаграммы износа.

где i число цилиндров двигателя (для двухтактных

соответствующего углу 6, для четырехцилиндрового

четырехтактного двигателя показано на рис. 226. При этом использована кривая крутящего момента для одного цилиндра (рис. 218, 8). Среднее значение суммарного крутящего момента двигателя

положительная и отрицательная площади диаграммы.

, снимаемый с вала, меньше полученного среднего суммарного крутящего момента:

ср представляет собой средний индикаторный момент двигателя; он изменяется пропорционально работе газов за цикл, так как работа сил инерции за каждый оборот коленчатого вала двигателя равна нулю.

Реклама