Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

По характеру движения массы деталей кривошипно-шатунного механизма можно разделить на движущиеся возвратно-поступательно (поршневая группа и верхняя головка шатуна); совершающие вращательное движение (коленчатый вал и нижняя головка шатуна) и совершающие сложное плоскопараллельное движение (стержень шатуна).

Для упрощения динамического расчета действительный кривошипно-шатунный механизм заменяется динамически эквивалентной системой сосредоточенных масс.

Массу поршневой группы m_П считают сосредоточенной на оси поршневого пальца в точке А (рис. 9, а). Массу шатунной группы m_Ш заменяют двумя массами, одна из которых (m_Ш.П) сосредоточена на оси поршневого пальца в точке А, а другая (m_Ш.К) - на оси кривошипа в точке В. Величины этих масс (кг)

m_Ш.П = (L_Ш.К / L_Ш)∙ m_Ш

m_Ш.К = (L_Ш.П / L_Ш)∙ m_Ш (2.2)

где L_Ш - длина шатуна;

L_Ш.К - расстояние от центра кривошипной головки до центра тяжести шатуна;

L_Ш.П - расстояние от центра поршневой головки до центра тяжести шатуна.

Рис. 9. Система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная кривошипно-шатунному механизму:

а – приведенная система кривошипно-шатунного механизма;

б - приведение масс механизма

Для большинства существующих конструкций автомобильных и тракторных двигателей m_Ш.П = (0, 2…0, 3)∙ m_Ш, а m_Ш.К = (0, 7…0, 8)∙ m_Ш. При расчетах можно принимать средние значения

m_Ш.П = 0, 275 ∙ m_Ш, m_Ш.К = 0, 725 ∙ m_Ш. (2.3)

Массу кривошипа заменяют двумя массами, сосредоточенными на оси кривошипа в точке В (m_К) и на оси коренной шейки в точке О (m₀) (рис. 8.2, б). Масса коренной шейки с частью щек, расположенных симметрично относительно оси вращения, является уравновешенной.

Масса (кг), сосредоточенная в точке В:

m_К = m_Ш.Ш + 2 ∙ m_Щ ∙ ρ /R,

где m_Ш.Ш - масса шатунной шейки с прилегающими частями щек;

m_Щ - масса средней части щеки по контуру abcd, имеющей центр тяжести на радиусе ρ.

У современных короткоходных двигателей величина m_Щ мала по сравнению с m_Ш.Ш и ею можно в большинстве случаев пренебречь. При расчетах m_Ш.Ш и в необходимых случаях m_Щ определяют, исходя из размеров кривошипа и плотности материала коленчатого вала.

Таким образом, система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная кривошипно-шатунному механизму, состоит из массы m_J = m_П + m_Ш.П, сосредоточенной в точке А и имеющей возвратно-поступательное движение, и массы m_s = m_K + m_Ш.К, сосредоточенной в точке В и имеющей вращательное движение. В V-образных двигателях со сдвоенным кривошипно-шатунным механизмом m_sΣ = m_K + 2∙ m_Ш.К.

При выполнении динамического расчета двигателя значения m_П и m_К принимают по данным прототипов или же подсчитывают по чертежам.

Для приближенного определения значений m_П, m_Ш и m_К, можно использовать конструктивные массы m' = m/F_П (кг/м² или г/см²), приведенные в табл. 7.

Таблица 7. Значения удельных масс элементов кривошипно-шатунного механизма бензиновых и дизельных двигателей

При определении масс по табл. 7 следует учитывать, что большие значения m' соответствуют двигателям с большим диаметром цилиндра. Уменьшение S/D снижает m’_Ш и m’_К. V-образным двигателям с двумя шатунами на шейке соответствуют большие значения m’_К.