2. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма (КШМ) заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и от сил инерции.

Во время работы двигателя на детали КШМ действуют:

- силы давления газов в цилиндре;

- силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс;

- центробежные силы.

В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в КШМ, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для определения характера изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для различных положений кривошипа через 30°. Результата динамического расчета сводятся в таблицы.

За время полного рабочего цикла сила от давления газов, силы инерции и эффективный крутящий момент изменяются по величине и направлению. Центробежная сила от вращающихся масс изменяется только по направлению. В многоцилиндровых двигателях возникают продольные моменты от сил инерции возвратно-поступательно и вращательно движущихся масс (рис.1).

Рис.1. Схема сил и моментов, действующих в КШМ.

Р - суммарная сила; N - нормальная сила; S - сила, действующая по шатуну; К - сила, направленная по радиусу кривошипа; Т - тангенциальная сила; щ - угловая скорость; б - угол поворота кривошипа; в - угол наклона шатуна от оси цилиндра.

Основные исходные данные для динамического расчета - ход поршня, диаметр цилиндра и индикаторная диаграмма - получают в тепловом расчете. Дополнительно необходимо выбрать и обосновать длину шатуна, массы поршневой и шатунной групп.

Для определения длины шатуна пользуются величиной л=R/L_ш, равной отношению радиуса кривошипа R (половина хода поршня S) к длине шатуна. Для предварительных расчетов принимаются л=0,25 - 0,30.

Массы поршневой группы m_ш и неуравновешенных частей кривошипа m_k (кг) принимают по заданным удельным конструктивным массам, приходящимся на единицу площади поршня F_n

где F_n - площадь поршня, м²

D=60 - 100 мм

Удельная масса поршня m_n=100 - 150 кг/м²

Удельная масса шатуна m_ш=120 - 200 кг/м²

Удельная масса m_k=150 - 200 кг/м²

Большие значения m соответствуют двигателям с большим диаметром цилиндра. V - образные двигатели с двумя шатунами на шатунной шейке имеют большие значения m_k.