Заняття 4. Сили, що діють в кривошипно-шатунному механізмі

1. Вивчити порядок дії сил і моментів, що діють в кривошипно-шатунному механізмі.

2. Ознайомитись із нерівномірністю ходу двигуна.

3. Виховувати у студентів здатність до творчого мислення, прагнення до володіння знаннями, почуття відповідальності за знання теорії і матеріальної частини автомобіля та гордість за обраний фах.

1. Початковою для динамічного розрахунку КШМ є сумарна сила Р∑, що діє на поршень. Вона складається із сили тиску газів і сили інерції мас, що рухаються зворотно-поступально. Графік зміни цієї сили можна одержати, складаючи (аналітично або графічно) значення сил тиску газів і сил інерції при різних кутах φ обертання колінчатого валу (рис.4). Сила Р∑ і характер її зміни залежать від співвідношення сил тиску газів та сил інерції, котрі, в свою чергу, визначаються навантаженням і частотою обертання колінчатого валу.

2. Початковою для динамічного розрахунку КШМ є сумарна сила Р, що діє на поршень. Вона складається із сили тиску газів і сили інерції мас, що рухаються зворотно-поступально. Графік зміни цієї сили можна одержати, складаючи (аналітично або графічно) значення сил тиску газів і сил інерції при різних кутах  обертання колінчатого валу (рис.2.1). Сила Р і характер її зміни залежать від співвідношення сил тиску газів та сил інерції, котрі, в свою чергу, визначаються навантаженням і частотою обертання колінчатого валу.

Сумарні сили і моменти, що діють у КШМ.

Для їх визначення розкладемо сумарну силу Р на два напрямки (рис. 2.1), один з яких (сила N) перпендикулярний до осі циліндра, другий (сила Q) – вздовж осі шатуна. Бокова сила N притискає поршень до стінки циліндра, а сила S діє вздовж осі шатуна, стискуючи, або розтягуючи його.

Перенесемо силу Q у центр шатунної шийки і розкладемо на два напрямки: вздовж радіуса кривошипа (сила К) і перпендикулярно до нього (сила Т). Сила К стискує або розтягує кривошип, сила Т створює індикаторний обертовий момент (Мі).

Напрямки сил і моментів, приведені на рис. 4 вважаються позитивними, а протилежні їм – негативними. На рис.2.1 наведено характерні графіки сил, що діють у КШМ. Графік сили Т якісно відображає і характер змінювання індикаторного моменту.

Одночасно з появою індикаторного моменту в двигуні починає діяти перекидний момент. Він чисельно дорівнює індикаторному моменту, але має протилежний напрямок дії. Перекидний момент діє на опори двигуна, на яких виникає рівний йому, але протилежний за знаком, момент реакцій, що діють на опори двигуна з боку рами автомобіля.

Інерційна частина сумарної сили Р не врівноважується всередині двигуна і передається через корінні підшипники на його опори. Газова частина сил урівноважується всередині двигуна. У багатоциліндровому двигуні тангенціальні сили, які діють на кожній шатунній шийці, утворюють відповідні індикаторні моменти. В результаті їх підсумовування на кінці колінчатого валу утворюється сумарний індикаторний момент

. (2.1)

Індикаторний момент відрізняється від ефективного значенням механічних втрат.

3. Графіки сил, які діють у КШМ, є первинними для побудови полярних діаграм сил, що діють на шийки і підшипники колінчатого валу.

Полярні діаграми сил (рис. 11.6) (годографи навантаження), що діють на шийки або підшипники вала дозволяють підрахувати питоме навантаження на шийку і підшипник, побудувати умовні діаграми їх спрацювання і означити зону найменших навантажень, куди слід вивести канал для змащення підшипника.

До шатунної шийки при кожному значенні кута повороту кривошипу прикладено зусилля

, (11.26)

де

Кінець вектора R_шш можна представити як полярну діаграму навантаження на шийку, орієнтовану відносно кривошипа нерухомого валу, обертання якого замінюється обертанням шатуна з циліндром у зворотному напрямку, тобто із частотою -w. Такий метод дослідження називається інверсійним.

частотою -. Такий метод дослідження називається інверсійним.

Полярна діаграма сил, що діють на шатунний підшипник, будується за діаграмами навантажень шатунної шийки. При цьому враховується, що сила, яка діє на шатунний підшипник, однакова за значенням і протилежна за напрямом силі, що діє на шатунну шийку.

Полярні діаграми навантаження на корінні шийки і підшипники будуються так само, як і на шатунні шийки і підшипники.