Силы, действующие в КШМ

На КШМ действуют следующие силы:

1) От давления газов Р_Г на поршень со стороны камеры сгорания и от давления газов Р_КК со стороны картера (Это давление обычно равно атмосферному р_о). Результирующая сила газов, или давление на поршень определяется разностью

ΔР_Г = Р_Г - Р_КК.

2) Сила инерции возвратно-поступательно движущихся частей Р_J, равная произведению массы возвратно-поступательно движущихся деталей на их ускорение в данный момент времени.

3) Суммарная сила, воспринимаемая поршнем и передаваемая через шатун на коленчатый вал Р= ΔР_Г + Р_j. Сила Р, приложенная к оси поршневого пальца и направленная по оси цилиндра, может быть разложена на силу N, действующую перпендикулярно оси цилиндра, и силу S, действующую по оси шатуна.

Сила S, перенесенная на ось шатунной шейки, раскладывается на тангенциальную силу Т, действующую перпендикулярно кривошипу коленчатого вала, и нормальную силу К, направленную по кривошипу. Произведение тангенциальной силы Т на радиус кривошипа дает крутящий момент М.

Сила, действующая на шатунную шейку коленвала R_ШШ, представляет собой векторную сумму тангенциальной силы Т и силы, действующей на ШШ по кривошипу P_K = K + K_RШ, где К_RШ – сила инерции вращающихся масс шатуна. Результирующая сила, действующая на колено вала и изгибающая шатунную шейку, R_К - векторная сумма тангенциальной силы Т и силы, действующей на колено вала по кривошипу К_РК. Либо R_К можно представить в виде векторной суммы сил R_ШШ и К_RK, где К_RK – сила инерции вращающихся масс кривошипа. K_R – центробежная сила инерции, является результирующей двух сил: К_RШ и К_RK.

Сила, действующая на подшипник коренной шейки - P_ПОДШ, представляет собой векторную сумму сил реакции опоры Т^/ и К^/ .

27. Конструкция и прочностной расчет шатуна.

Конструкция шатунов, применяемых в автомобильных и трак­торных двигателях, разнообразна и зависит в основном от типа двигателя и расположения цилиндров. Расчетными элементами ша­тунной группы являются поршневая и кривошипная головки, стержень шатуна и шатунные болты. На рис. 2 приведена расчетная схема шатуна.

При работе двигателя шатун подвергается воз­действию знакоперемен­ных газовых и инерцион­ных сил, а в отдельных случаях эти силы создают ударные нагрузки.

Поршневая головка шатуна (см. рис. 2) рассчитывается на:

а) усталостную прочность в сечении I-I от действия инерцион­ных сил (без учета запрессованной втулки)

б) напряжения, возникающие в головке от воздействия на нее запрессованной втулки;

в) усталостную прочность в сечении А-А (место перехода головки шатуна в стержень — заделка головки) от действия суммарных (газовых и инерционных) сил и запрессованной втулки. Точный расчет кривошипной головки весьма затруднен вследст­вие невозможности полного учета влияния конструктивных фак­торов. Приближенный расчет кривошипной головки шатуна сводит­ся к определению напряжения изгиба в среднем, сечении II—II крышки головки от инерционных сил Р_jp (МН).

Основными конструктивными параметрами стержня шатуна кроме длины L_ш=R/λ являются размеры его среднего сечения В-В (см. рис. 2). Стержень шатуна рассчитывают на усталостную прочность в среднем сечении В-В от действия знакопеременных суммарных сил (газовых и инерционных). Обычно расчет ведется для режима максимальной мощности. Запас прочности сечения определяется в плоскости качания шатуна и в перпендикулярной плоскости.

В четырехтактных двигателях болты, стягивающие половинки кривошипной головки шатуна, подвергаются растяжению от действия сил инерции поступательно движущихся масс поршня и шатуна, расположенных над плоскостью разъема кривошипной головки. Кроме того, болты испытывают растяжение от предварительной затяжки.

Основные требования: высокая прочность, малая масса и габариты, достаточная жесткость, минимальная концентрация напряжений, возможность прохождения нижней головки через цилиндр при монтаже (ДВС с блок-картером).

Типы шатунов: рядные, прицепные, вильчатые.

Сечение стержня шатуна: двутавр, круглое, Н-образное, прямоугольное и др.

Материалы: стали марганцовистые, хромистые, хромоникелевые; чугуны; титан; алюминиевые; композиты.

Рис. 2 Расчетная схема шатунной группы