Сутність динамічного розрахунку зводиться до визначення сумарних сил і моментів, що виникають від тисків газів і від сил інерції у кривошипно-шатуному механізмі. По цих силах і моментах розраховують основні деталі на міцність та спрацювання, а також возначають нерівномірність крутного моменту і ступінь нерівномірності ходу поршня. Під час роботи двигуна на деталі кривошипно-шатуного механізму діють сили тиску газів в циліндрі, сили інерції возвратно-поступово рухачих газів мас, ценробіжні сили, тиск на поршень (приблизно рівне атмосферному тиску) та сили ваги (сили ваги в динамічному розрахунку не враховують. Всі діючі в двигуні сили сприймаються корисним опором на колінчатому валу, силами тертя та опорами двигуна.

Аналітичне та графічне визначення сумарних сил, які діють на КШМ

Сили тиску газів

Сили тиску газів, які діють на площу поршня, для спрощення динамічного розрахунку змінюють однією силою, яка направленя по осі циліндра та прикладеної по осі поршневого пальця. Її визначають для кожного моменту дії (кута φ) по індикаторній діпграмі, побудованій на основі теплового розрахунку.

Перебудова індикаторної діаграми у розгорнуту по куту обертання здійснюють по методу Брікса. Для цього під індикаторною діаграмою будують допоміжне напівколо радіуса R = S/2 = 58/2 = 29 мм. Від центра кола у бік НМТ відкладають поправку Брікса. На півколо поділяють променями із центру на частини (через 30˚), а з точки О̀ проводять лінії, паралельні цим променям. Отримані точки на півколі, перенесені по вертикалях на індикаторну діаграму, відповідають дійсним положенням поршня для визначених кутів повороту кривошипа φ. Масштаби розгорнутої індикаторної діаграми сил Мр = МРF = 0,083 * 0,008 = 0,00066 МН/мм = 0,66кН/мм; кут повороту кривошипа Мφ = 3,3 град/мм або Мφ = 0,058 рад/мм.

Приведення мас частин кривошипно-шатуного механізму

Значення маси поршневої групи mn і маси шатунної групи mш приймаю використовуючи табличні дані. Згідно цим таблицям у відповідності з D = 80 мм приймаю: m΄n = 150кг/м³; m΄ш = 220 кг/м²

По прийнятих даних встановлюємо:

Масу поршневої групи mn = m΄n * Fn = 150 * 0,008 = 1,2 кг;

Масу шатуна mш = m΄ш * Fn = 220 * 0,008 = 1,76 кг;

Неврівноважених частин одного колеса вала mк = m΄к * Fn = 200 * 0,008 = 1,6кг.

Маса шатуна, зосереджена на осі, кг:

поршеневого пальця mшп = 0,275 mш = 0,275 * 1,76 = 0,484;

кривошипа mшк = 0,725 * mш = 0,725 * 1,76 = 1,276;

Маси, що чинять рух, кг:

зворотньо-поступальний mj = mn + mшп = 1,2 + 0,484 = 0,5808;

обертальний mR = mk + mшк = 1,6 + 1,276 = 2,876.

Сили інерції

Графічним шляхом за методом дотичних напружень визначаємо сили інерції від зворотно-поступальних мас у залежності від переміщення поршня. Для цього з точки А у масштабі сил відкладаємо униз, Н:

Рjmax = – mj * R * ω²(1 + λ) = – 0,5808 * 0,04 * 455,3² * (1 + 0,25) = 6094,9;

а з точки В уверх, Н:

Рjmin = mj * R * ω²(1 – λ) = 0,5808 * 0,04 * 455,3² * (1 – 0,25) = 3611,9

Отримані точки з’єднуємо, з точки Е перетинання цієї прямої з відрізком АВ відкладаємо уверх розмір 3 mj Rω²λ = 3 * 0,5808 * 0,04 * 455,3² * 0,25 = 3611,9 Н.

Таким чином після необхідних креслень ми отримаємо діаграму Рj = f(Sn).

Діаграму сил інерції розвертають по куту повороту кривошипа за методом Брікса, одержуючи Рj = f(φ).

Сумарні сили

Початковою силою, що обумовлює динамічне навантаження на кривошипний механізм, є сумарна сила Р, чинна по осі циліндра і рівна алгебраїчній сумі сил, Н: Р = РГ + Рі.

Побудова кривої зміни сумарної сили Р від кута повороту кривошипа проводиться графічним підсумовавунням ординат кривих Рr = f(φ) і Рj = f(φ). Аналітичне визначення сил, що діють у кривошипно-шатунному механізмі, проводяться по формулах, Н:

Сила, що діє уздовж шатуна S = Р/(1/cosβ)

Нормальна сила N = Рtg β

Сила, що діє по радіусу кривошипа К = Р[cos (φ + β)/cosβ]

Тангенціальна сила Т = Р[sin(φ + β)/cosβ]

Значення цих сил у ньютонах в залежності від кута повороту кривошипа зведені у Таблиці 5, кН:

Графічно виконую визначення значення і знака тангенціальних сил.