2.5 Силы, действующие на шатунные шейки коленвала

Результирующую силу R_шш, нагруженную шатунную шейку, находят графическим сложением силы S, действующей по оси шатуна, с центробежной силой инерции вращающихся масс шатуна К_Rш:

Вначале строят полярную диаграмму силы S, так как она является суммирующей двух сил К и Т:

В прямоугольных координатах вправо откладываются положительные значения силы Т, вверх - отрицательные значения К. Начинают построение от угла б=0. Отложив в масштабе значения сил Т₀ и К₀, взятые из таблицы получают, точку S₁. Точка 2 наносят, напротив значения Т₃₀ и К₃₀, т.е. для угла б=30° и т.д. Точки 1, 2 и другие соединяют плавной линией в порядке нарастания углов. Полученная диаграмма представляет собой полярную диаграмму изменения силы S. Соединив полюс 0 диаграммы с любой точкой ее контура, получим величину силы, S для данного угла б, например вектор S₂, для б=30°.

Затем в полученной полярной диаграмме из полюса 0 в масштабе отрезок, равной силе К_Rш, и на оси ординат наносят новый полюс 0_ш. Такое сложение векторов возможно, так как при постоянной угловой скорости центробежная сила К_Rш постоянна по величине и всегда направлена по радиусу кривошипа.

Кривая с точками 1, 2 и т.д., имеющая полюс в точке 0_ш, представляет собой полярную диаграмму нагрузки R_шш на шатунную шейку в зависимости от углов поворота коленвала.

Суммарную силу, действующую на колено и вызывающую изгиб шатунной шейки, определяют как сумму сил

где К_Rk - сила инерции вращающихся масс кривошипа.

Полярную диаграмму достраивают. По вертикали вниз от полюса 0_ш величину центробежной силы инерции К_Rk в масштабе, находят новый полюс 0_к. При этом диаграмма превращается в полярную для суммарной силы, действующей на колено. Векторы, соединяющие полюс 0_к с соответствующими точками полярной диаграммы, в масштабе выражают силы R_к, изгибающей шатунные шейки.

Для расчета коленчатого вала на прочность необходимо определить средние R_{шш ср} и максимальное R_{шш мах} значения сил, действующих на шатунную шейку.

Для этого полярную диаграмму с полюсом в точке 0_ш перестраивают в прямоугольные координаты. На оси абсцисс наносят точки от 0° до 720° через 30° и через них проводят линии, параллельные оси ординат. На них откладывают величины векторов R_шш от центра 0_ш полярной диаграммы в соответствии с определенными углами б. При построении развернутой диаграммы все векторы должны быть положительными. Концы отложенных векторов соединяют плавной линией. На полученном графике наносят максимальное, минимальное и среднее значения R_шш. Последнюю определяют по площади, заключенной между кривой, графика, осью абсцисс и ординатами с помощью планиметра. Площадь можно с достаточной точностью подсчитать по клеткам, если диаграмма построена на миллиметровке:

где F - площадь диаграммы (мм²); ОА - отрезок от 0° до 720° (мм); М_р - масштаб давлений.

На диаграмме проводят линию на расстоянии R_{шш ср} от оси абсцисс.