Суммарные силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

Суммарные силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, определяют алгебраическим сложением сил давления газов и сил возвратно-поступательно движущихся масс:

При проведении динамических расчетов двигателей целесообразно пользоваться не полными, а удельными силами, отнесенными к единице площади поршня. В этом случае удельные суммарные силы определяют путем сложения избыточного давления над поршнем и удельных сил инерции : ,

где .

Графически кривую удельных суммарных сил строят с помощью диаграмм и (см. рис. 9). При суммировании этих диаграмм, построенных в одном масштабе, полученная диаграмма будет в том же масштабе.

Суммарная сила , как и силы и направлена по оси цилиндра и приложена к оси поршневого пальца (рис. 8). Воздействие от силы передается на стенки цилиндра перпендикулярно его оси и на шатун по направлению его оси.

Рис. 8 – Схема действия сил в КШМ:

а – инерционных и газовых; б – суммарных

Произведем расчет суммарных сил через каждые поворота кривошипа, полученные данные сведем в таблицу №7.

Таблица №7 – Значения удельных сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс, избыточного давления и суммарных сил


0,0237	-3,5500	-3,5263
-0,0183	-3,0744	-3,0927
-0,0203	-1,7750	-1,7953
-0,0193	0,0000	-0,0193
-0,0143	1,7750	1,7607
-0,0093	3,0744	3,0651
-0,0145	3,5500	3,5355
0,0505	3,0744	3,1248
0,1242	1,7750	1,8992
0,2053	0,0000	0,2053
0,4844	-1,7750	-1,2906
0,6951	-3,0744	-2,3793
1,7963	-3,5500	-1,7537
6,9783	-3,4961	3,4823
3,0874	-3,0744	0,0131
2,3032	-1,7750	0,5282
1,2255	0,0000	1,2255
0,8992	1,7750	2,6742
0,5940	3,0744	3,6684
0,3150	3,5500	3,8650
0,3020	3,0744	3,3764
0,2453	1,7750	2,0203
0,1886	0,0000	0,1886
0,1319	-1,7750	-1,6431
0,0752	-3,0744	-2,9992
0,0185	-3,5500	-3,5315

Рис. 9 – Зависимость суммарных сил от угла поворота КВ

Сила , действующая перпендикулярно оси цилиндра, называется нормальной силой и воспринимается стенками цилиндра:

где - угол между осью цилиндра и положением шатуна при данном угле поворота коленчатого вала. Значение возьмем из справочника [2]. Нормальная сила считается положительной, если создаваемый ею момент относительно оси коленчатого вала направлен противоположно направлению вращения вала двигателя.

Сила , действующая вдоль шатуна, воздействует на него и далее передается кривошипу. Она считается положительной, если сжимает шатун, и отрицательной, если его растягивает:

Вычислим значения удельной нормальной силы и , данные сведем в таблицу №8. По данным этой таблицы построим зависимости: и (рис. 10).

Таблица №8 – Значения удельных сил и


	-3,52629	0,163666	3,485746
-0,4206	-3,12051	0,001775	0,01317
-0,42907	-1,84556	0,126244	0,543007
-0,00537	-0,02003	0,340697	1,272098
0,420806	1,809992	0,639136	2,749086
0,416851	3,092664	0,4989	3,701399
	3,535513		3,865
-0,42498	3,152953	-0,45919	3,406765
-0,45391	1,952386	-0,48285	2,076861
-0,05708	0,213137	-0,05243	0,195767
0,308446	-1,3267	0,392699	-1,6891
0,32358	-2,40068	0,407888	-3,02617
	-1,75371		-3,53149

Рис. 10 – Зависимость составляющих суммарных сил от угла поворота КВ

От действия силы на шатунную шейку возникают две составляющие силы (рис. 11б):

сила, направленная по радиусу кривошипа: и тангенциальная сила, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа: .

Сила считается положительной, если она сжимает щеки колена. Сила Т принимается положительной, если направление создаваемого ею момента совпадает с направлением вращения коленчатого вала.

Решив данные уравнения построим графики удельных сил: и в зависимости от угла поворота коленчатого вала (рис. 11). Данные сведем в таблицу №12.

Таблица №9 – Значения удельных сил и


-2,4353	0,0000	4,6107	1,0393
-1,5220	-1,1847	0,2808	0,2186
-0,1935	-0,6784	0,1671	0,5858
-0,1544	0,5233	-0,4072	1,3802
-0,8724	0,9064	-1,3092	1,3602
-1,2769	0,5200	-1,7135	0,6978
-1,3396	0,0000	-1,7107	0,0000
-1,2914	-0,5259	-1,5695	-0,6392
-0,9023	-0,9375	-1,0519	-1,0928
-0,1859	-0,6301	-0,2150	-0,7287
-0,1370	0,4801	-0,1533	0,5374
-1,1726	0,9127	-1,4579	1,1347
-0,8979	0,0000	-2,4168	0,0000