2 Динамический расчет

2.1 Исходные данные

Силы и моменты, действующие в кривошипно-шатунном механизме двигателя, показаны на рисунок 1 (а – инерционные и газовые силы; б – суммарные силы).

Рисунок 1. Силы и моменты, действующие в КШМ

P_г – сила давления газов;

P_j – сила инерции возвратно - поступательно движущихся масс;

P – суммарная сила;

S – сила, действующая по оси шатуна;

N – боковая сила, прижимающая поршень к стенке цилиндра;

K – нормальная сила, направленная по радиусу кривошипа;

T – тангенциальная сила, касательная к окружности радиуса кривошипа;

K_R – центробежная сила инерции неуравновешенных масс, приведенных к оси кривошипа;

M_ц – крутящий момент;

M_опр – опрокидывающий момент.

Основные исходные данные для динамического расчета – ход поршня, диаметр цилиндра и индикаторную диаграмму – берем по данным теплового расчета. Дополнительно выбираем длину шатуна, а также массу поршневой и шатунной групп.

Длину шатуна (L_ш) определяем по выбранной величине . Массы поршневой группы m_п (кг) и шатуна m_ш (кг) определяем по удельным

конструктивным массам, приходящимся на единицу площади поршня F_п, кг/м²:

,	(1;2.1)
,
,	(1;2.2)
,

где F_n = = 0,007 м² ; удельные массы поршня и шатуна принимаем m’_n = 80 кг/м, m’_ш = 100 кг/м.

2.2 Силы давления газов на поршень

Их условно заменяют одной силой, приложенной к оси поршневого пальца. Ее определяем для ряда последовательных положений кривошипно-шатунного механизма (через 30⁰). Для этого перестраиваем индикаторную диаграмму: вместо координат p-S (давление-ход поршня) берут координаты p-α (давление-угол поворота кривошипа). Диаграмма сил представлена на рисунке 2

Рисунок 2. Диаграмма сил, действующих на поршень

Построение развернутой индикаторной диаграммы начинаем от верхней мертвой точки – точки начала впуска. Для этого величины давлений, полученные при построении индикаторной диаграммы, подставляют в формулу:

,

(1;2.3)

где Р_г - сила давления газа на поршень, кН;

р_г – давление газов на поршень при различных углах поворота коленчатого вала, МПа;

р₀ – атмосферное давление, МПа;

F_п – площадь поршня, м².

Таким образом, получаем значения силы давления газов от угла поворота коленчатого вала. Точку z_д действительного давления сгорания отмечают на диаграмме p-α отдельно, имея ввиду, что ее положение соответствует 370˚ угла поворота кривошипа. Полученные точки соединяем плавной кривой.

Для определения газовых сил по развернутой диаграмме пересчитываем масштаб этой диаграммы, кН в мм:

	(1;2.4)
,

где M_д – масштаб давлений, МПа в мм.

Составляем сводную таблицу динамического расчета (табл. 2).

Таблица 2 – Сводная таблица динамического расчета