Для расчета деталей кривошипно-шатунного механизма на прочность и выявление нагрузок на трансмиссию машин необходимо определить величины и характер изменения сил и моментов, действующих в двигателе. С этой целью проводят динамический расчет кривошипно-шатунного механизма:
3.1 Строится индикаторная диаграмма.
3.2. Строится диаграмма фаз газораспределения, а под нею схема кривошипно-шатунного механизма с указанием точек приложения и знаков (+,-) действия сил.
3.3 Построенная скругленная индикаторная диаграмма, пользуясь методом Брикса, развёртывается в диаграмму избыточных сил давления газов DРгазов (МПа) по углу поворота коленчатого вала в масштабе 1мм=2о.
3.4. Строятся графики перемещения, скорости и ускорения поршня, ширина графиков равна 2R.
3.5. Руководствуясь найденными размерами двигателя, определяется масса частей, движущихся возвратно-поступательно, и масса частей, совершающих вращательное движение.
Значение масс поршня, шатуна и коленчатого вала определяються по формуле
m = m 
· F 
,кг (3.1)
F =8,82·10 
м
Масса поршня (алюминиевый сплав): mп=140·8,82·10 =1,234 кг
Масса шатуна: mш=155·8082·10 =1,645 кг
Масса колена вала без противовесов(стальной кованый вал со сплошными шейками): mк=155·8,82·10 =1,375 кг
Масса частей, движущихся возвратно-поступательно:
mj = mп + mшп, кг (3.2)
Масса шатуна, приведенная к поршню:
mшп=(0,2…0,3)· mш, кг (3.3)
mшп=0,25·1,645=0,344 кг
mj = 1,294+0,344=1,578 кг
Масса вращающихся деталей:
mR= mк +2·mшк, кг (3.4)
масса шатуна, приведённая к коленчатому валу,
mшк=(0,7…0,8)· mш, кг (3.5)
mшк=0,75·1,375=1,031 кг
mR=1,375+2·1,031 =3,437 кг
Проверяем соответствие выбранных масс по значению удельной силы инерции по формуле
Рj max=
, МПа (3.6)
Рj max=
=0,813<2,4 МПа
Производится расчёт сил, действующих в КШМ, Н:
- силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс
Рj =-mJ R·w2(cos j+l·cos2j); (3.7)
- центробежной силы инерции вращающихся масс
KR =-mR R·w2; (3.8)
KR =-3,437·0,052·261,7 =-12311 Н
- силы инерции вращающихся масс шатуна
KR.Ш =-mШ.К R· w2; (3.9)
KR.Ш =-1,031·0,052·261,7 =-3671,7 Н
- суммарной силы, действующей на поршень
РS =РГ+РJ; (3.10)
- боковой силы, перпендикулярной оси цилиндра
N = P
·tgb; (3.11)
- силы, действующей вдоль шатуна
S = P/cosb; (3.12)
- нормальной силы, действующей вдоль радиуса кривошипа
K=P·cos(j+b)/соsb; (3.13)
- тангенциальной силы, касательной окружности кривошипа
Т=Р·sin(j+b)/соsb; (3.14)
Данные расчетов сил для различных углов сводятся в таблицу.
Таблица 3.1 – Расчётные данные давлений и сил, действующих в кривошипно- шатунном механизме
|
п.к.в. |
Рj МПА |
РΣ МПА |
Pj, кН |
PΣ, кН |
N, кН |
S, кН |
К, кН |
Т, кН |
Mj, кНм |
|
0 |
-0,76 |
-0,76 |
-5,52 |
-5,52 |
0 |
-5,520 |
-5,520 |
0 |
0 |
|
20 |
-0,69 |
-0,69 |
-4,97 |
-4,97 |
-0,497 |
-4,995 |
-4,503 |
-2,167 |
-0,997 |
|
40 |
-0,48 |
-0,48 |
-3,49 |
-3,49 |
-0,660 |
-3,553 |
-2,251 |
-2,750 |
-12,65 |
|
60 |
-0,21 |
-0,21 |
-1,52 |
-1,52 |
-0,406 |
-1,569 |
-0,421 |
-1,512 |
-9,6 |
|
80 |
0,058 |
0,058 |
0,423 |
0,423 |
0,125 |
0,441 |
-0,472 |
0,438 |
20,1 |
|
100 |
0,26 |
0,26 |
1,91 |
1,91 |
0,554 |
1,992 |
-0,944 |
1,784 |
82,1 |
|
120 |
0,38 |
0,38 |
2,76 |
2,76 |
0,709 |
2,848 |
-1,995 |
2,034 |
93,6 |
|
140 |
0,42 |
0,42 |
3,06 |
3,06 |
0,578 |
3,115 |
-2,714 |
1,524 |
70,1 |
|
160 |
0,42 |
0,42 |
3,07 |
3,07 |
0,307 |
3,085 |
-2,990 |
0,761 |
35,1 |
|
180 |
0,42 |
0,42 |
3,04 |
3,04 |
0 |
3,040 |
-3,040 |
0 |
0 |
|
200 |
0,42 |
0,42 |
3,07 |
3,07 |
-0,307 |
3,085 |
-2,990 |
-2,315 |
-106,5 |
|
220 |
0,42 |
0,43 |
3,06 |
3,13 |
-0,592 |
3,186 |
-2,776 |
-1,559 |
-71,7 |
|
240 |
0,386 |
0,40 |
2,76 |
2,86 |
-0,735 |
2,952 |
-2,068 |
-2,096 |
-96,4 |
|
260 |
0,26 |
0,30 |
1,91 |
2,20 |
-0,638 |
2,295 |
-1,087 |
-2,055 |
-94,5 |
|
280 |
0,08 |
0,15 |
0,423 |
1,10 |
-0,325 |
1,147 |
-1,229 |
-1,140 |
-52,4 |
|
300 |
-0,21 |
-0,004 |
-1,52 |
-0,03 |
0,008 |
-0,031 |
-0,008 |
0,03 |
1,38 |
|
320 |
-0,48 |
-0,027 |
-3,49 |
-0,20 |
0,038 |
0,20 |
-0,129 |
0,158 |
7,26 |
|
340 |
-0,69 |
0,13 |
-4,97 |
0,95 |
-0,095 |
0,955 |
0,861 |
-0,414 |
-19,0 |
|
360 |
-0,76 |
0,54 |
-5,52 |
3,88 |
0 |
3,88 |
3,88 |
0 |
0 |
|
365 |
-0,74 |
4,45 |
-5,38 |
32,2 |
6,247 |
32,23 |
31,43 |
7,181 |
330,3 |
|
380 |
-0,69 |
3,34 |
-4,97 |
24,15 |
2,415 |
24,27 |
21,88 |
10,53 |
484,4 |
|
400 |
-0,48 |
1,61 |
-3,49 |
11,68 |
2,208 |
11,89 |
7,534 |
9,20 |
423,2 |
|
420 |
-0,21 |
0,99 |
-1,52 |
7,16 |
1,840 |
7,389 |
1,983 |
6,838 |
314,5 |
|
440 |
0,058 |
0,82 |
0,423 |
5,91 |
1,743 |
6,164 |
-6,601 |
6,123 |
281,7 |
|
460 |
0,26 |
0,80 |
1,91 |
5,82 |
1,688 |
6,070 |
-2,875 |
5,436 |
250,1 |
|
480 |
0,38 |
0,80 |
2,76 |
5,77 |
1,483 |
5,955 |
-4,172 |
4,252 |
195,6 |
|
500 |
0,42 |
0,78 |
3,06 |
5,63 |
1,064 |
5,731 |
-4,994 |
2,804 |
129,0 |
|
520 |
0,42 |
0,76 |
3,07 |
5,52 |
0,552 |
5,548 |
-5,376 |
1,289 |
63,0 |
|
540 |
0,42 |
0,73 |
3,04 |
5,28 |
0 |
5,280 |
-5,280 |
0 |
0 |
|
560 |
0,42 |
0,71 |
3,07 |
5,16 |
-0,516 |
5,186 |
-5,026 |
-1,280 |
-58,9 |
|
580 |
0,42 |
0,69 |
3,06 |
5,01 |
-0,947 |
5,100 |
-4,444 |
-2,495 |
-114,8 |
|
600 |
0,38 |
0,62 |
2,76 |
4,50 |
-1,157 |
4,644 |
-3,254 |
-3,317 |
-152,6 |
|
620 |
0,26 |
0,46 |
1,91 |
3,36 |
-0,974 |
3,504 |
-1,660 |
-3,138 |
-144,3 |
|
640 |
0,058 |
0,21 |
0,423 |
1,49 |
-,0440 |
1,554 |
-1,664 |
-1,544 |
-71,0 |
|
660 |
-0,21 |
-0,11 |
-1,52 |
-0,83 |
0,213 |
-0,857 |
-0,230 |
0,826 |
38 |
|
680 |
-0,48 |
-0,43 |
-3,49 |
-3,14 |
0,594 |
-3,197 |
-2,025 |
2,474 |
113,8 |
|
700 |
-0,69 |
-0,68 |
-4,97 |
-4,88 |
0,489 |
-4,914 |
-4,421 |
2,128 |
97,9 |
|
720 |
-0,76 |
-0,76 |
-5,52 |
-5,52 |
0 |
-5,520 |
-5,520 |
0 |
0 |
,