2. Силовой расчет механизма

1.2.1. Силовой расчет структурной группы звеньев 4-5

Строим вначале кинематическую схему механизма для заданного значения угла поворота кривошипа первого цилиндра =30^о. Показываем звенья лишь двух цилиндров двигателя – первого и третьего (рис. П.4).

Рядом со схемой механизма располагаем индикаторную диаграмму карбюраторного двигателя внутреннего сгорания. Горизонтально располагаем ось давлений P газов в цилиндре двигателя, а вертикально – ось перемещений S ползуна. Диаграмму располагаем так, чтобы начало координат было на уровне крайнего верхнего положения точки В, а крайняя нижняя точка диаграммы на оси перемещений ползуна S была на уровне нижнего крайнего положения точки В. Строим диаграмму в произвольном масштабе по оси давления газов Р.

Давление газов в цилиндре двигателя в конце периода сгорания топлива дано по заданию: P =4,4 МН/м . Этому давлению соответствует на диаграмме отрезок у_max = 92 мм. Поэтому масштаб по оси давлений газов Р:

.

Строим в масштабе схему структурной группы звеньев 4-5 (рис. 6.9). Прилагаем к звеньям схемы все внешние и внутренние нагрузки. Рассматриваем цилиндр 2 двигателя, в котором идет такт выпуска. Считаем, что во время этого такта давление газов в цилиндре 2 постоянное :

p₂= 0,1 . Площадь днища поршня:

=0,005278 (м²).

Сила давления газов на ползун 5 в цилиндре 2

Эта сила является силой сопротивления газов выталкиванию их из цилиндра и направлена вертикально вниз.

Вычисляем силы тяжести звеньев 4 и 5:

(Н),

(H).

Прилагаем силы тяжести в центрах тяжести звеньев вертикально вниз.

Силы инерции звеньев

(H);

(Н).

Каждую силу инерции звена прилагаем в центре тяжести этого звена и направляем вектор этой силы параллельно, но противоположно вектору ускорения центра тяжести, имеющемуся на плане ускорений.

а)

б)

Рис. 6.9. Схема структурной группы звеньев 4-5 (а) и план ускорений (б)

для механизма второго цилиндра двигателя

Моменты сил инерции звеньев и определяем через моменты инерции и и угловые ускорения звеньев и .

Вычисляем величину углового ускорения шатуна 4:

(c^-2).

Для определения направления проводим на схеме структурной группы звеньев 4-5 (см. рис. 6.9) пунктирной линией из точки В вектор ускорения точки В относительно условно неподвижной точки А. Угловое ускорение звена ВА направлено в ту же сторону, что и вектор , то есть против направления движения часовой стрелки.

Момент инерции шатуна дан по заданию: = 0,022 ( ).

(Нм).

Момент сил инерции шатуна 4 направляем противоположно направлению углового ускорения звена 4, то есть по направлению движения часовой стрелки (см. рис. 6.9).

Для ползуна 5 имеем , так как .

Определяем теперь внутренние силы, то есть силы реакций в кинематических парах структурной группы звеньев 4-5. Найдем силы реакций во вращательной кинематической паре А (см. рис. 6.9) соединения звеньев 1 и 4 и в поступательной паре соединения ползуна 5 со стойкой 6.

Реакцию во вращательной кинематической паре А раскладываем на две составляющие: тангенциальную , которую проводим перпендикулярно линии шатуна АВ, и нормальную , которую проводим параллельно линии шатуна АВ. Направления стрелок векторов этих составляющих выбираем произвольно, и в дальнейшем эти направления уточняются.

Реакцию прилагаем к ползуну 5 в точке В перпендикулярно боковой стенке ползуна. Направление стрелки вектора этой реакции также выбираем произвольно, и в дальнейшем это направление уточняется.

Определение реакций производим в принятой последовательности для рассматриваемого вида структурной группы звеньев.

1.Сумму всех моментов сил, действующих относительно центра вращательной кинематической пары В на звено 4, приравниваем нулю: . Вычисляется тангенциальная составляющая реакции во вращательной паре А.

;

( ).

2. Векторная сумма всех сил, действующих на звенья 4 и 5, приравнивается нулю: .

.

В соответствии с уравнением в масштабе сил строится план сил, на котором находят нормальную составляющую реакции и полную реакцию в крайней вращательной кинематической паре А и реакцию в поступательной паре: , и . План сил (рис. 6.10) строим в масштабе . Чтобы определить длину вектора силы, величину этой силы делим на этот масштаб. Например, силу давления газов на ползун 5 в цилиндре 2 откладываем на плане сил в виде отрезка длиной

( ).

Векторы известных сил откладываем один за другим. Силы тяжести звеньев отсутствуют на плане сил, так как длина их векторов в выбранном масштабе сил получилась менее одного миллиметра.

Из начальной точки построения проводим горизонтальную прямую линию вектора реакции , а из конечной точки построения проводим прямую линию, параллельную вектору . Находим точку пересечения этих линий. Эта точка определяет величины неизвестных реакций. В соответствии с векторным уравнением сил изображаем стрелки векторов этих реакций. Проводим также линию вектора полной реакции , которая равна сумме ее нормальной и тангенциальной составляющих.

Находим на плане неизвестные реакции, умножая измеренные на плане длины соответствующих векторов на масштаб плана сил:

(Н);

(Н).