Приведение масс частей кривошипно-шатунногомеханизма

По характеру движения массы деталей кривошипно-шатунного механизма можно разделить на движущиеся возвратно-поступательно (поршневая группа и верхняя головка шатуна); совершающие вращательное движение (коленчатый вал и нижняя головка шатуна) и совершающие сложное плоскопараллельное движение (стержень шатуна).

Для упрощения динамического расчета действительный кривошипно-шатунный механизм заменяется динамически эквивалентной системой сосредоточенных масс.

Массу поршневой группы тп считают сосредоточенной на оси поршневого пальца в точке А (рис. 8.2, а). Массу шатунной группы /Иш заменяют двумя массами, одна из которых (»!„, „) сосредоточена на оси поршневого пальца в точке А, а. другая (m^J) — на оси кривошипа в точке В. Величины этих масс (кг)

где Д, — длина шатуна; Д„ — расстояние от центра кривошипной головки до центра тяжести шатуна; Д,, — расстояние от центра поршневой головки до центра тяжести шатуна. '

Для большинства существующих конструкций автомобильных и тракторных двигателей тш.и=(0,2-ь0,3)/иш, а /ишл=(0,7-г0,8)тш. При расчетах можно принимать средние значения

Массу кривошипа заменяют двумя массами, сосредоточенными на оси кривошипа в точке В (/и,) и на оси коренной шейки в точке О (щ) (рис. 8.2, б). Масса коренной шейки с частью щек, расположенных симметрично относительно оси вращения, является уравновешенной. Масса (кг), сосредоточенная в точке В:

^]ЕП (Дп-ж/Д)^Ш,—(Дпл/-Дп)^ш J

(8.2)

«шл=0,275/Иш, /Мщ.*=0,725/Иш.

(8.3)

Щ,=>Иш.ш+2Шщр/R,

(8.4)

164

Рве. 8.2. Система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная кривошипно-

шатунному механизму:

а — приведенная система кривошипно-пштувного механизма,б — приведение масс кривошипа

где т— — масса шатунной шейки с прилегающими частями рдек; 1Ящ — масса средней части щеки по контуру abed, имеющей центр тяжести на радиусе р.

У современных короткоходных двигателей величина тщ мала по сравнению с и ею можно в большинстве случаев пренебречь. При расчетах пи™ и в необходимых случаях тш определяют, исходя из размеров кривошипа и плотности материала коленчатого вала.

Таким образом, система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная кривошипно-шатунному механизму, состоит из массы mJ=mn+mmn, сосредоточенной в точке А и имеющей возвратнопоступательное движение, и массы тц=т1+тЖ1, сосредоточенной в точке В и имеющей вращательное движение. В V-образных двигателях со сдвоенным кривошипно-шатунным механизмом тя= =/иж+2тшл.

При выполнении динамического расчета двигателя значения щ, н Шщ принимают по данным прототипов или же подсчитывают по чертежам.'

Для приближенного определения значений т„, тпш и тх, можно использовать конструктивные массы m'=m/FB (кг/м2 или г/см2), приведенные в табл. 8.1.

При определении масс по табл. 8.1 следует учитывать, что большие значения т' соответствуют двигателям с большим диаметрос цилиндра. Уменьшение S/D снижает и т^. V-образным двигателям с двумя шатунами на шейке соответствуют большие значения т^.

165

Таблица 8.1

1

Элементы кривоппгано-ш&тунного	1 Конструктивные мессы, кг/м1
	Бензиновые двигатели
	(Х)**б0ч-100 мм)	(D-80+120 им)
Поршневая группа (rrfn=mJF^):	80—150	150 — 300
поршень из алюминиевого сплава
чугунный поршень	150 — 250	250 — 400
Шатун Неуравновешенные части одного колена вала без противовесов (/и!= -mJFJ:	100 — 200	250 — 400
стальной кованый вал со сплошными твйгями	150 — 200	200 — 400
чугунный литой вал с Польши шейками	100 — 200	150 — 300

 

СИЛЫ ИНЕРЦИИ

Силы инерции, действующие в кривошипно-шатунном механизме, в соответствии с характером движения приведенных масс подразделяют на силы инерции поступательно движущихся масс Pj и центробежные силы инерции вращающихся масс Кл (рис. 8.3, а).

Сила инерции от возвратно-поступательно движущихся масс

Pj— —mj= — rrijRaj2 (cos<p+Я cos 2q>).(8.5)

Аналогично ускорению поршня сила Pj может быть представлена в виде суммы сил инерции первого Р» и второго Pjn порядков:

Pj=Pji+Pjn=—(mjRco2cos<i>+mjRai2XQO&2q>).(8.6)

В уравнениях (8.5) и (8.6) знак минус показывает, что сипа инерции направлена в сторону, противоположную ускорению. Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс действуют по оси цилиндра и как силы давления газов, являются положительными, если они направлены к оси коленчатого вала, и отрицательными, если они направлены от коленчатого вала.

Кривую силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс строят аналогично кривой ускорения поршня (см. рис. 7.5).

Расчеты Р3 должны производиться для тех же положений кривошипа (углов ф), для которых определялись Арг и Рт.

Центробежная сила инерции вращающихся масс

KR=-mRR(o2(8.7)

166

постоянна по величине (при(о=const), действует по радиусу кривошипа и направлена от оси коленчатоговала.

Центробежная сила инерции Кл является результирующей двух сил:

силы инерции вращающихся масс шатуна

ККт=-тшлЯа)2(8.8)

и силы инерции вращающихся масс кривошипа

KRl= —m^Rco2. (8.9)

Для V-образных двигателей

Рве. 8-3. Схема действия сил в кривошипно-шатунном механизме:

а — инерционных и газовых; 6 -— суммарных

К-XL—Kgm-\-Kitmjl+Kgmjl= — (т1+/иП1ЖД+/Яшлл)Лш2, (8.10)

где и КЛшл — силы инерции вращающихся масс левого и правого шатунов.

Для V-образных двигателей, у которых два одинаковых шатуна расположены рядом на одной шейке:

K^K^+IK^ — (т*+2mBIJC)i?GJ2 = -mizRai2.(8.11)