Суммарные силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

Суммарные силы (кН), действующие в кривошипно-шатунном механизме, определяют алгебраическим сложением сил давления газов и сил возвратно-поступательно движущихся масс:

Р = Р_Г + Р_J, (2.10)

При проведении динамических расчетов двигателей целесообразно пользоваться не полными, а удельными силами, отнесенными к единице площади поршня. В этом случае удельные суммарные силы (МПа) определяют путем сложения избыточного давления над поршнем Δ р_г (МПа) и удельных сил инерции р_J (МН/м² = МПа):

. (2.11)

Графически кривую удельных суммарных сил р строят с помощью диаграмм Δ р_г = f (φ) и p_J = f (φ) (см. рис. 8). При суммировании этих диаграмм, построенных в одном масштабе М_р, полученная диаграмма р будет в том же масштабе.

Суммарная сила Р_Σ , как и силы Р_г и Р_J, направлена по оси цилиндра и приложена к оси поршневого пальца (рис. 10, б). Воздействие от силы Р_Σ передается на стенки цилиндра перпендикулярно его оси и на шатун по направлению его оси.

Сила N (кН), действующая перпендикулярно оси цилиндра, называется нормальной силой и воспринимается стенками цилиндра:

, Н, (2.12)

, Н/м² = Па.

Нормальная сила N считается положительной, если создаваемый ею момент относительно оси коленчатого вала направлен противоположно направлению вращения вала двигателя.

Сила S (кН), действующая вдоль шатуна, воздействует на него и далее передается кривошипу. Она считается положительной, если сжимает шатун, и отрицательной, если его растягивает:

, Н, (2.13)

, МПа.

От действия силы S на шатунную шейку возникают две составляющие силы (рис. 10, б):

- сила, направленная по радиусу кривошипа (кН):

, Н, (2.14)

, МПа.

- тангенциальная сила, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа (кН):

, Н, (2.15)

, МПа.

Сила К считается положительной, если она сжимает щеки колена.

Сила Т принимается положительной, если направление создаваемого ею момента совпадает с направлением вращения коленчатого вала.

Значения тригонометрических выражений, входящих в формулы для расчетного отношения , можно взять из приложений 7…10.

По данным расчета на одном графике должны быть по­строены диаграммы сил T, N, K и S (отнесенных к единице пло­щади поршня) по углу поворота коленчатого вала (рис. 11). Масштаб сил принимается таким же, как для сил р_Г, р_J и p_Σ .