2. Динамика кривошипно-шатунного механизма.

2.1. Общие сведения.

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 равно атмосферному давлению) и силы тяжести (силы тяжести 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^о для четырехтактного двигателя) силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для определения характера изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда отдельных положений вала обычно через каждые 10 – 30^о. Результаты динамического расчета сводят в таблицы.

2.2. 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 ) 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). При этом следует учесть, что на свернутой диаграмме давление отсчитывается от абсолютного нуля, а на развернутой показывают избыточное давление над поршнем . Следовательно, давления в цилиндре двигателя, меньше атмосферного, на развернутой диаграмме будут отрицательными. Силы давления газов, направленные к оси коленчатого вала, считаются положительными, а от коленчатого вала – отрицательными. Значения избыточных давлений над поршнем для соответствующих углов поворота коленчатого вала приведены в таблице 2.

2.3. Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма.

По характеру движения массы деталей кривошипно-шатунного механизма можно разделить на движущиеся возвратно-поступательно (поршневая группа и верхняя головка шатуна); совершающие вращательное движение (коленчатый вал и нижняя головка шатуна) и совершающие сложное плоскопараллельное движение (стержень шатуна).

Для упрощения динамического расчета действительный кривошипно-шатунный механизм заменяется динамически эквивалентной системой сосредоточенных масс.

Массу поршневой группы m_п считают сосредоточенной на оси поршневого пальца. Массу шатунной группы m_ш заменяют двумя массами, одна из которых (m_ш.п.) сосредоточена на оси поршневого пальца, а другая (m_ш.к.) – на оси кривошипа. Величины этих масс для большинства существующих автомобильных двигателей m_ш.п.=(0,2…0,3)m_ш, а m_ш.к.=(0,7…0,8)m_ш. При расчетах принимаем средние значения. Для приближенного определения значений m_п, m_ш, m_к, можно использовать конструктивные массы m’=m/F_п, где F_п – площадь поршня в кг/м².

,

,

,

Таким образом, система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная кривошипно-шатунному механизму, состоит из массы , сосредоточенной на оси поршневого пальца и имеющей возвратно-поступательное движение, и массы (т.к. двигатель рядный, то имеем одну массу m_ш.к. сосредоточенной на оси кривошипа) сосредоточенной на оси кривошипа и имеющей вращательное движение.