Бщие положения и исходные параметры к расчету кинематики и динамических сил кривошипно-шатунного механизма двигателя

Основной задачей кривошипно-шатунного механизма является превращение прямолинейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Условия работы элементов кривошипно-шатунного механизма характеризуются широким диапазоном и высокой частотой повторения знакопеременных нагрузок в зависимости от положения поршня, характера происходящих процессов внутри цилиндра и частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Расчет кинематики и определение динамических сил, возникающих в кривошипно-шатунном механизме, выполняем для заданного номинального режима, с учетом полученных результатов теплового расчета и ранее принятых конструктивных параметров прототипа. Результаты кинематического и динамического расчета будут использоваться для расчета на прочность и определения конкретных конструктивных параметров или размеров основных узлов и деталей двигателя.

Основной задачей кинематического расчета является определение перемещения, скорости и ускорения элементов кривошипно-шатунного механизма.

Задачей динамического расчета является определение и анализ сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме.

Угловую скорость вращения коленчатого вала принимаем постоянной, в соответствии с заданной частотой вращения.

В расчете рассматриваются нагрузки от сил давления газов и от сил инерции движущихся масс.

Текущие значения силы давления газов определяем на основе результатов расчета давлений в характерных точках рабочего цикла после построения и развертки индикаторной диаграммы в координатах по углу поворота коленчатого вала.

Силы инерции движущихся масс кривошипно-шатунного механизма делят на силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс P_j и силы инерции вращающихся масс K_R.

Силы инерции движущихся масс кривошипно-шатунного механизма определяем с учетом размеров цилиндра, конструктивных особенностей КШМ и масс его деталей.

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

Все детали КШМ по характеру их движения делятся на три группы:

1) Детали, совершающие возвратно-поступательное движения. К ним относим массу поршня, массу поршневых колец, массу поршневого пальца и считаем сосредоточенной на оси поршневого пальца - m_n.;

2) Детали, совершающие вращательное движение. Массу таких деталей заменяют общей массой, приведенной к радиусу кривошипа R_кp, и обозначаем m_к. В нее входит масса шатунной шейки m_шш и приведенная масса щек кривошипа m_щ, сосредоточенная на оси шатунной шейки;

3) Детали, совершающие сложное плоскопараллельное движение (шатунная группа). Для упрощения расчетов ее заменяют системой 2-х статически замещающих разнесенных масс: массы шатунной группы, сосредоточенной на оси поршневого пальца - m_шп и массы шатунной группы, отнесенной и сосредоточенной на оси шатунной шейки коленчатого вала - m_шк.

Принимаем:

(70)

0,455 кг;

(71)

0,601 кг;

Таким образом, систему масс кривошипно-шатунного механизма замещаем системой 2-х сконцентрированных масс:

Масса в точке А - совершающая возвратно-поступательное движение:

(72)

1,124 кг;

и масса в точке В, совершающая вращательное движение:

(73)

2,235 кг;

Конструктивные массы, отнесенные к единице площади поршня F_n:

Конструктивная масса поршневой группы:

116 кг/м²; (74)

Конструктивная масса шатуна:

162 кг/м²; (75)

Конструктивная масса колена кривошипа:

200 кг/м²; (76)

0,28; (77)

где D - диаметр цилиндра в мм;

L_ш - длина шатуна, L_ш=R/l (мм).

Принятые значения заносим в таблицу исходных данных (см. таблицу 4).