Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме

Изменение давления газов на днище поршня представляется в виде индикаторной диаграммы или . Для удобства выполнения последующих расчетов индикаторная диаграмма перестраивается в координаты ( – угол поворота кривошипа). Перестроение индикаторной диаграммы производится графически по методу профессора Ф.А. Брикса, взяв значение давления через каждые 30º угла поворота кривошипа. Для этого в соответствии с рисунком 2 под индикаторной диаграммой строится вспомогательная полуокружность радиусом , равным половине отрезка на индикаторной диаграмме, соответствующего ходу поршня. От центра О полуокружности в сторону НМТ откладывается поправка проф. Ф.А. Брикса, равная в мм.

Рисунок 2 – Перестроение (развертка) индикаторной диаграммы в координаты р – α и построение сил, действующих в КШМ, по углу поворота кривошипа α

Из полученной точки проводятся лучи до пересечения с полуокружностью под углами от 30 до 150^о с шагом 30^о к горизонтали. Точки, полученные на полуокружности, соответствуют определенным углам . Из этих точек проводятся вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторной диаграммы.

Справа от индикаторной диаграммы проводятся оси координат, где по оси ординат откладываются сила ∆P_г, а по оси абсцисс – угол .

Сила давления газов в Н определяется по формуле

где р_г – индикаторное давление газов (давление над поршнем) при заданном угле поворота кривошипа, МПа;

– давление в картере двигателя (под поршнем), МПа; принимается равным атмосферному – МПа;

– площадь поршня, м²; определяется из выражения .

Поскольку силу на поршень создает избыточное давление газов, отсчет ординат на индикаторной диаграмме при перестроении следует производить от атмосферного давления. Развернутая индикаторная диаграмма в соответствующем масштабе является графиком изменения сил давления газов . Масштаб этих сил в Н/мм , где – масштаб давления в МПа/мм, принятый при построении индикаторной диаграммы. Определение силы давления газов таким образом сводится к умножению ординат графика на масштаб сил . Результаты расчета сводятся в таблицу 3.1.

Для определения сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс необходимо определить массу в кг частей кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение:

где – масса поршневого комплекта (поршень, палец, поршневые кольца, детали стопорения пальца), кг;

– часть массы шатуна в сборе, отнесенная к поступательно движущимся массам, кг.

Для большинства существующих конструкций автомобильных двигателей , где – масса шатуна в сборе.

Массы и рассчитываются по чертежам деталей или выбираются по статистическим данным по следующим зависимостям

где и - удельные массы соответственно поршневого комплекта и шатуна, значения которых приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Удельная масса в кг/м² элементов КШМ

Элемент КШМ	Карбюраторные двигатели при диаметре поршня, мм	Дизельные двигатели при диаметре поршня, мм
60…80	80…120	80…100	100…140
Поршневой комплект: - алюминиевый сплав - чугун	80…120 150…200	100…150 180…250	150…220 250…320	200…300 300…400
Шатун	100…150	130…200	250…320	300…400

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс в Н определяется по формуле

где R – радиус кривошипа, м; R = 0,5 S (S – ход поршня);

ω – угловая скорость коленчатого вала, , рад/c.

Значения для различных α и λ приведены в приложении А. Расчеты проводятся для тех же значений α, для которых определялась . Результаты расчета сводятся в таблицу 3.2.

Суммарная сила в Н, действующая на поршневой палец, определяется алгебраическим сложением сил давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс по формуле