3. Силовой анализ кривошипно-шатунного механизма двигателя

3.1 Цель силового анализа двигателя

Силовой анализ кривошипно-шатунного механизма (КШМ) выполняется с целью определения сил, действующих в элементах механизма, для их последующего прочностного расчета, оценки удельных нагрузок на подшипники и степени неравномерности вращения коленчатого вала.

3.2 Методика расчета

Методика реализована в компьютерной программе КРУИС. Исходным материалом расчета являются параметры индикаторной диаграммы (ИД), постоянная КШМ, фазы газораспределения и некоторые общие характеристики двигателя (коэффициент тактности, число цилиндров в двигателе, число цилиндров, работающих на оду шейку коленчатого вала, порядок работы цилиндров).

В результате расчета динамики программа выдает четыре таблицы, из которых в данном проекте используются только таблицы 1 и 3. Указанные таблицы представлены в приложении В. В них для каждого углового положения КШМ ( в ) с шагом, заданным в исходных данных, указаны силы, отнесенные к площади поршня (поэтому размерность сил – МПа) и действующие на элементы КШМ, включая коленчатый вал.

Первая таблица «Усилия в деталях КШМ» содержит следующие столбцы:

1. текущее положение КШМ, ;

2. давление газов на поршень , МПа;

3. избыточное давление газов на поршень (для Ч-ДВС: ), МПа;

4. движущая сила , МПа;

5. нормальная сила или ( ), МПа;

6. сила, действующая по оси шатуна , МПа;

7. «вертикальная сила», действующая на поршневой палец, МПа;

8. полное давление в поршневом (головном) подшипнике, МПа;

9. радиальное составляющая на шатунной шейке, МПа;

10. тангенциальная составляющая на шатунной шейке , МПа;

11. полное давление в шатунном подшипнике, МПа;

12. текущее положение КШМ (дублирование столбца «0»), ;

В третьей таблице «Усилия в коренных шейках коленчатого вала» для каждого расчетного углового положения кривошипа первого цилиндра указаны значения «набегающей» тангенциальной силы, скручивающей коренный шейки вала, принадлежащие различным цилиндрам многоцилиндрового двигателя. Номер столбца таблицы означает номер цилиндра, которому соответствует коренная шейка коленчатого вала. Таким образом, в крайнем правом столбце результатов вычислений даны значения суммарной тангенциальной силы , МПа, скручивающей последнюю коренную шейку (действующей на выходном фланце двигателя и определяющей его крутящий момент).

С использованием диаграммы и эмпирической зависимости для момента инерции КШМ может быть рассчитана степень неравномерности вращения коленчатого вала.

3.3 Исходные данные расчета

Раздел характеристик двигателя

– тактность двигателя (в используемой программе: для Ч-ДВС);

– число цилиндров двигателя;

– число цилиндров, работающих на одну шатунную шейку коленчатого вала (для рядного двигателя );

– число нащечных противовесов коленчатого вала (в данном расчете противовесы не учитываются).

Раздел порядка вспышек в цилиндрах

Принят следующий порядок работы цилиндров 1-5-3-6-2-4;

Раздел характеристик КШМ

– частота вращения коленчатого вала, ;

– постоянная КШМ (отношения радиуса кривошипа к длине шатуна; значение определено по чертежу);

– расчетный интервал, ;

Давления , а также параметры приняты по результатам расчета рабочего цикла двигателя (см. 2-ой раздел проекта):

– давление в цилиндре в процессе сжатия, МПа;

– давление в конце процесса сжатия, МПа;

– максимальное давление цикла, МПа;

– давление в конце процесса расширения, МПа;

– давление в подпоршневой полости (для Ч-ДВС ), МПа;

– степень сжатия;

– степень предварительного расширения;

– показатель политропы сжатия;

– показатель политропы расширения;

– доля хода поршня, потерянная при сжатии за счет газораспределительных органов (для Ч-ДВС );

– доля хода поршня, потерянная при расширении за счет газораспределительных органов;

– диаметр цилиндра, см;

– радиус кривошипа, см;

– масса поршня, кг;

– масса шатуна, кг;

– масса колена вала, кг.