Силовые нагрузки на детали

Расчеты нагрузок на детали поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) выполняются на этапе эскизного проекта и являются неотъемлемой частью процесса проектирования. Задачей динамического расчета кривошипно-шатунного механизма (КШМ) двигателя является определение сил и моментов, нагружающих детали КШМ. Полученные результаты используются для расчетов на прочность деталей двигателя и анализа их нагруженности, поэтому очень важно при выполнении динамического расчета КШМ не допустить ошибок, иначе это приведет к ошибкам в прочностных расчетах и неверным выводам при оценке нагруженности деталей.

Кинематика КШМ

КШМ служит для преобразования поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала (КВ).

Задачей кинематического исследования КШМ является установление законов движения шатуна и поршня.

Координация кинематических и динамических процессов в КШМ выполняется по углу поворота <�р кривошипа КВ. Обычно угол ф отсчитывают от положения кривошипа, при котором ось кривошипа совпадает с осью цилиндра двигателя, а поршень находится в положении верхней «мертвой» точки (ВМТ). При выполнении динамического расчета КШМ угловая скорость вращения кривошипа принимается постоянной (со = const), а значение угла ф изменяется пропорционально времени т.

Различают КШМ центральный, дезаксиальный, а также КШМ с главным и прицепным шатунами.

Центральный КШМ. В центральном КШМ ось цилиндра пересекает ось КВ и ось поршневого пальца (рис. 1.1). Для этого вида КШМ применяются индивидуальные, вильчатый с внутренним, а также сочлененные (для многоблочных 2-тактных ДВС) шатуны. Центральный КШМ устанавливается в двигателях различного назначения, а для автомобильных двигателей этот КШМ является основным.

КШМ с вильчатым и внутренним шатунами применяется в V-образных двигателях специального назначения, к которым предъявляются жесткие требования по габаритным размерам, в частности по длине.

Дезаксиальный КШМ. В таком КШМ ось цилиндра смещена и не пересекает ось КВ. Это смещение (дезаксаж) может составлять примерно 10% от хода поршня. Применение дезаксиального КШМ позволяет уменьшить перекладку поршня в ВМТ и за счет этого снизить шум работы двигателя. Аналогичный эффект достигается также путем смещения оси поршневого пальца от оси цилиндра. Обычно такой КШМ применяют в высокооборотных нефорсированных двигателях.

КШМ с главным и прицепным шатунами. Как и КШМ с вильчатым и внутренним шатунами, такой КШМ применяется в V-образных двигателях специального назначения. В зависимости от количества блоков двигателя прицепных шатунов может быть несколько. Например, в авиационном девятиблочном поршневом двигателе имеется 8 прицепных шатунов. Крепление прицепных шатунов к главному шатуну осуществляется с помощью цилиндрических пальцев. Схема КШМ с прицепным шатуном для двухблочного V-образного двигателя показана на рис. 1.2.

Поскольку в автомобильных двигателях применяется преимущественно центральный КШМ, в данном учебном пособии рассматривается кинематика только этого вида КШМ.

Рис. 1.2. КШМ с главным и прицепным шатунами.

Рис. 1.1. Схема центрального КШМ