2015-05-05
1419
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 150о с шагом 30о 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 ∆Pг, а по оси абсцисс – угол .
Сила давления газов 
в Н определяется по формуле
где рг – 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
.
Результаты расчетов сводятся в таблицу 3.2.
От действия суммарной силы возникают следующие силы:
- суммарная нормальная (боковая) сила 
в Н, направленная перпендикулярно оси цилиндра; определяется по формуле:
;
- суммарная радиальная сила 
в Н, направленная по радиусу кривошипа, определяется по формуле:
;
- суммарная тангенциальная сила 
в Н, направленная перпендикулярно к радиусу кривошипа, определяется по формуле:
;
- суммарная сила, действующая вдоль шатуна 
в Н определяется по формуле:
,
где β – угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра, β = arcsin(λ sinα).
Значения тригонометрических функций для различных α и λ приведены в приложении А. Результаты расчета сил K, N, T, Sш сводятся в таблицу 3.2.
Суммарный (индикаторный) крутящий момент Мкр в Н·м, развиваемый одним цилиндром двигателя
.
Центробежная сила инерции вращающей части шатуна 
в Н, направленная по радиусу кривошипа и нагружающая шатунную шейку (шатунный подшипник)
.
где 
– часть массы шатуна, отнесённая к вращающимся массам, кг, 
.
Результирующая сила 
, действующая на шатунную шейку представляет собой геометрическую сумму
Абсолютное значение этой силы в Н определяется по формуле
а ее направление относительно кривошипа определяется углом
.
Результаты вычисления силы и угла Ψ сводятся в таблицу 3.2.
Таблица 3.2 – Результаты вычисления сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме
| α | ∆Рг | Рj | P | Sш | N | K | T | Rш.ш | Ψ | ||||||||
| мм | Н | мм | Н | мм | Н | мм | Н | мм | Н | мм | Н | мм | Н | мм | Н | ||
