Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

Масса поршневой группы

 

;

Масса шатуна

;

Масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов

;

Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца

;

Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа

;

Массы, совершающие возвратно-поступательное движение

Массы, совершающие вращательное движение

 

Удельные и полные силы инерции

Удельная сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс

 

Центробежная сила инерции вращающихся масс

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа

 

Удельные суммарные силы

Удельная сила, сосредоточенная на оси поршневого пальца

 

Удельная нормальная сила

 

 

Значение tgβ определяем по таблице [1. табл.8.2.] для λ=0,264.

Удельная сила, действующая вдоль шатуна

 

Значение (1/сosβ) определяем по таблице [1. табл.8.3]

Удельная сила, действующая по радиусу кривошипа

 

 

Значение (сos (φ+β) /cos β) определяем по таблице [1. табл.8.4]

Удельная тангенциальная сила

 

 

Значение (sin (φ+β) /cos β) определяем по таблице [1. табл.8.5]

Полная тангенциальная сила

 

 

По данным таблицы 6 строим график изменения удельных сил в зависимости от угла поворота коленчатого вала φ

Среднее значение тангенциальной силы за цикл

по данным теплового расчета

 

 

по площади, заключенной между кривой р_т и осью абсцисс

 

ошибка

Крутящие моменты

Крутящий момент одного цилиндра

 

Период изменения крутящего момента

 

 

Суммирование значений крутящих моментов всех 6 цилиндров двигателя осуществляется через каждые 30˚ угла поворота коленчатого вала. Все значения сводятся в таблицу 7. По полученным значениям строится кривая М_кр, в масштабе М_М=0,035Нм в мм.

 

Таблица 7.

углы	М1	М2	М3	М4	М5	М6, кН*м
0	0	2,43336	-4,5012	4,1295	6,3395	-2,7912
10	-2,5896	3,70616	-4,4728	2,8974	5,5381	-3,6058
20	-4,7025	4,37246	-3,8908	1,3296	4,4816	-4,2741
30	-5,9888	4,47235	-2,683	0	3,2833	-4,6435
40	-6,1456	4,12605	-1,0882	3,2364	2,144	-4,5628
50	-5,2674	3,47838	0,8323	4,3234	1,0282	-3,9155
60	-3,5932	2,66982	2,6993	3,8301	0	-2,6566
70	-1,4952	1,78885	3,97605	3,1437	-0,9674	-0,8569
80	0,62674	0,89157	4,41926	2,6636	-1,9003	1,266
90	2,43336	0	4,12951	2,4893	-2,7912	3,3738
100	3,70616	-0,8916	2,89736	3,6399	-3,6058	5,0669
110	4,37246	-1,7889	1,3296	4,9656	-4,2741	5,9727
120	4,47235	-2,6698	0	6,1139	-4,6435	5,8546
130	4,12605	-3,4792	3,23643	6,7872	-4,5628	4,6619
140	3,47838	-4,1337	4,32341	6,8352	-3,9155	2,5803
150	2,66982	-4,5012	3,8301	6,3395	-2,6566	0
160	1,78885	-4,4728	3,14368	5,5381	-0,8569	-2,5896
170	0,89157	-3,8908	2,66357	4,4816	1,266	-4,7025
180	0	-2,683	2,48931	3,2833	3,3738	-5,9888
190	-0,8916	-1,0882	3,6399	2,144	5,0669	-6,1456
200	-1,7889	0,8323	4,96557	1,0282	5,9727	-5,2674
210	-2,6698	2,6993	6,11389	0	5,8546	-3,5932
220	-3,4792	3,97605	6,78717	-0,967	4,6619	-1,4952
230	-4,1337	4,41926	6,83515	-1,9	2,5803	0,6267
240	-4,5012	4,12951	6,33953	-2,791	0	2,4334
250	-4,4728	2,89736	5,53811	-3,606	-2,5896	3,7062
260	-3,8908	1,3296	4,48155	-4,274	-4,7025	4,3725
270	-2,683	0	3,28332	-4,644	-5,9888	4,4724
280	-1,0882	3,23643	2,14396	-4,563	-6,1456	4,1261
290	0,8323	4,32341	1,02824	-3,916	-5,2674	3,4784
300	2,6993	3,8301	0	-2,657	-3,5932	2,6698
310	3,97605	3,14368	-0,9674	-0,857	-1,4952	1,7889
320	4,41926	2,66357	-1,9003	1,266	0,6267	0,8916
330	4,12951	2,48931	-2,7912	3,3738	2,4334	0
340	2,89736	3,6399	-3,6058	5,0669	3,7062	-0,8916
350	1,3296	4,96557	-4,2741	5,9727	4,3725	-1,7889
360	0	6,11389	-4,6435	5,8546	4,4724	-2,6698
370	3,23643	6,78717	-4,5628	4,6619	4,1261	-3,4792
380	4,32341	6,83515	-3,9155	2,5803	3,4784	-4,1337
390	3,8301	6,33953	-2,6566	0	2,6698	-4,5012
400	3,14368	5,53811	-0,8569	-2,59	1,7889	-4,4728
410	2,66357	4,48155	1,26597	-4,703	0,8916	-3,8908
420	2,48931	3,28332	3,37381	-5,989	0	-2,683
430	3,6399	2,14396	5,06685	-6,146	-0,8916	-1,0882
440	4,96557	1,02824	5,97272	-5,267	-1,7889	0,8323
450	6,11389	0	5,85463	-3,593	-2,6698	2,6993
460	6,78717	-0,9674	4,66193	-1,495	-3,4792	3,9761
470	6,83515	-1,9003	2,58034	0,6267	-4,1337	4,4193
480	6,33953	-2,7912	0	2,4334	-4,5012	4,1295
490	5,53811	-3,6058	-2,5896	3,7062	-4,4728	2,8974
500	4,48155	-4,2741	-4,7025	4,3725	-3,8908	1,3296
510	3,28332	-4,6435	-5,9888	4,4724	-2,683	0
520	2,14396	-4,5628	-6,1456	4,1261	-1,0882	3,2364
530	1,02824	-3,9155	-5,2674	3,4784	0,8323	4,3234
540	0	-2,6566	-3,5932	2,6698	2,6993	3,8301
550	-0,9674	-0,8569	-1,4952	1,7889	3,9761	3,1437
560	-1,9003	1,26597	0,62674	0,8916	4,4193	2,6636
570	-2,7912	3,37381	2,43336	0	4,1295	2,4893
580	-3,6058	5,06685	3,70616	-0,892	2,8974	3,6399
590	-4,2741	5,97272	4,37246	-1,789	1,3296	4,9656
600	-4,6435	5,85463	4,47235	-2,67	0	6,1139
610	-4,5628	4,66193	4,12605	-3,479	3,2364	6,7872
620	-3,9155	2,58034	3,47838	-4,134	4,3234	6,8352
630	-2,6566	0	2,66982	-4,501	3,8301	6,3395
640	-0,8569	-2,5896	1,78885	-4,473	3,1437	5,5381
650	1,26597	-4,7025	0,89157	-3,891	2,6636	4,4816
660	3,37381	-5,9888	0	-2,683	2,4893	3,2833
670	5,06685	-6,1456	-0,8916	-1,088	3,6399	2,144
680	5,97272	-5,2674	-1,7889	0,8323	4,9656	1,0282
690	5,85463	-3,5932	-2,6698	2,6993	6,1139	0
700	4,66193	-1,4952	-3,4792	3,9761	6,7872	-0,9674
710	2,58034	0,62674	-4,1337	4,4193	6,8352	-1,9003
720	0	2,43336	-4,5012	4,1295	6,3395	-2,7912

Средний крутящий момент двигателя. П о данным теплового расчета

 

 

по площади, заключенной под кривой М_кр.

 

ошибка

Максимальный и минимальный крутящие моменты

 

Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала

Полярную диаграмму строят графическим сложением векторов сил К и Т

 

Результирующая сила R_{ш. ш.,} действующая на шатунную шейку, подсчитывается графическим сложением векторов сил Т и Р_к. при построении полярной диаграммы. Масштаб сил на полярной диаграмме для суммарных сил М_р= 0,53кН в мм

Все рассчитанные силы сводятся в таблицу 8. Также туда переносятся значения Т из таблицы 6.

Таблица 8.

φ0	р	tg β	p N	1/cosβ	p s	cos (φ+β) /cosβ	p к	К кН	sin (φ+β) /cosβ	p T	Т кН	М кр. Ц
0	-1,48	0,00	0,00	1,00	-1,48	1,00	-1,48	-19,65	0,00	0,00	0,00	0,00
30	-1,17	0,13	-0,16	1,01	-1,18	0,80	-0,94	-12,42	0,62	-0,72	-9,56	-621,43
60	-0,43	0,23	-0,10	1,03	-0,44	0,30	-0,13	-1,69	0,98	-0,42	-5,61	-364,84
90	0,31	0,27	0,08	1,04	0,32	-0,27	-0,09	-1,13	1,00	0,31	4,15	269,47
120	0,74	0,23	0,17	1,03	0,76	-0,70	-0,52	-6,96	0,75	0,56	7,41	481,49
150	0,87	0,13	0,12	1,01	0,87	-0,93	-0,81	-10,71	0,39	0,33	4,42	287,28
180	0,87	0,00	0,00	1,00	0,87	-1,00	-0,87	-11,51	0,00	0,00	0,00	0,00
210	0,89	-0,13	-0,12	1,01	0,89	-0,93	-0,83	-10,97	-0,39	-0,34	-4,53	-294,25
240	0,79	-0,23	-0,18	1,03	0,81	-0,70	-0,56	-7,40	-0,75	-0,59	-7,87	-511,87
270	0,40	-0,27	-0,11	1,04	0,42	-0,27	-0,11	-1,47	-1,00	-0,40	-5,37	-348,82
300	-0,14	-0,23	0,03	1,03	-0,15	0,30	-0,04	-0,57	-0,98	0,14	1,88	122,45
330	0,07	-0,13	-0,01	1,01	0,07	0,80	0,05	0,71	-0,62	-0,04	-0,54	-35,29
360	2,21	0,00	0,00	1,00	2,21	1,00	2,21	29,38	0,00	0,00	0,00	0,00
370	7,01	0,05	0,32	1,00	7,01	0,98	6,85	90,84	0,22	1,53	20,34	1322,32
380	3,40	0,09	0,31	1,00	3,41	0,91	3,09	40,95	0,43	1,45	19,26	1251,83
390	1,73	0,13	0,23	1,01	1,74	0,80	1,38	18,31	0,62	1,06	14,09	915,86
420	0,44	0,23	0,10	1,03	0,45	0,30	0,13	1,73	0,98	0,43	5,73	372,52
450	0,73	0,27	0, 20	1,04	0,75	-0,27	-0, 20	-2,64	1,00	0,73	9,64	626,56
480	1,01	0,23	0,24	1,03	1,04	-0,70	-0,71	-9,47	0,75	0,76	10,08	655,37
510	1,06	0,13	0,14	1,01	1,07	-0,93	-0,99	-13,16	0,39	0,41	5,43	353,03
540	0,98	0,00	0,00	1,00	0,98	-1,00	-0,98	-13,02	0,00	0,00	0,00	0,00
570	0,91	-0,13	-0,12	1,01	0,92	-0,93	-0,85	-11,23	-0,39	-0,35	-4,63	-301,22
600	0,75	-0,23	-0,17	1,03	0,77	-0,70	-0,53	-6,98	-0,75	-0,56	-7,44	-483,43
630	0,32	-0,27	-0,09	1,04	0,33	-0,27	-0,09	-1,15	-1,00	-0,32	-4, 19	-272,05
660	-0,43	-0,23	0,10	1,03	-0,44	0,30	-0,13	-1,68	-0,98	0,42	5,57	362,30
690	-1,17	-0,13	0,16	1,01	-1,18	0,80	-0,93	-12,39	-0,62	0,72	9,54	619,84
720	-1,48	0,00	0,00	1,00	-1,48	1,00	-1,48	-19,65	0,00	0,00	0,00	0,00

По полярной диаграмме строим диаграмму износа шатунной шейки. Сумму сил R_{ш. ш.,} действующих по каждому лучу диаграммы износа, определяем с помощью таблицы 9. По данным этой же таблицы в масштабе М_р= 30кН в мм по каждому лучу откладываем величины суммарных сил R_{ш. ш.,} от окружности к центру.

 

Таблица 9.

Значение Rш. ш. i, кН, для лучей
φ0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0	29,6	29,6	29,6								29,6	29,6
30	24,3	24,3	24,3									24,3
60	12,9	12,9	12,9									12,9
90	11,8	11,8									11,8	11,8
120	18,4	18,4									18,4	18,4
150	21,1	21,1									21,1	21,1
180	21,4	21,4	21,4								21,4	21,4
210	21,3	21,3	21,3									21,3
240	19	19	19									19
270	12,6	12,6	12,6	12,6								12,6
300	10,6	10,6	10,6									10,6
330	9,2	9,2	9,2	9,2
360			19,5		19,5	19,5	19,5	19,5	19,5
390							16,4	16,4	16,4	16,4
420									10	10	10	10
450	15,9									15,9	15,9	15,9
480	21,9	21,9									21,9	21,9
510	23,7	23,7									23,7	23,7
540	22,9	22,9	22,9								22,9	22,9
570	21,7	21,7	21,7									21,7
600	18,5	18,5	18,5									18,5
630	11,8	11,8	11,8									11,8
660	12,9	12,9	12,9								12,9	12,9
690	24,3	24,3	24,3								24,3	24,3
сумма	385,8	369,9	292,5	21,8	19,5	19,5	35,9	35,9	45,9	42,3	233,9	386,6
на диаг	9,645	9,2475	7,3125	0,545	0,4875	0,4875	0,8975	0,8975	1,1475	1,0575	5,8475	9,665

Уравновешивание двигателя

 

Центробежные силы инерции рассчитываемого двигателя и их моменты полностью уравновешены: ∑К_R =0; ∑М_R =0.

Суммарный момент центробежных сил.

 

∑М_R =

∑М_R=3.16 (3.96+2*3.28) 0.06*0,230*0,230*160=16.88

 

Суммарный момент сил инерции.

 

∑М_j = , ∑М_j =3.16*5.2*0.06*0.053*160=8.34

 

Суммарные моменты действуют в одной плоскости, поэтому:

 

∑М_j +∑М_R=16.88+8.34=25.22

 

Масса общего противовеса.

 

м_пр= , м_пр=160*60*3.16* (5.2+3.96+2*3.28) / (125*720) =5.29

 

Подбор маховика

 

Равномерность крутящего момента

 

Избыточная работа крутящего момента

 

где F_abc=2239 мм² - площадь над прямой среднего крутящего момента;

Масштаб угла поворота вала на диаграмме М_кр

 

в мм

Равномерность хода двигателя принимаем d=0,01.

Момент инерции движущихся масс двигателя, приведенных к оси коленчатого вала

 

Момент инерции маховика

 

Средний диаметр маховика

 

d D_cp D_m

Маховый момент

 

,

 

откуда, масса маховика

 

По результатам расчета внешний диаметра маховика принимаем:

D_м=0,26 м.

Плотность чугуна  кг/м³

Объем маховика ;

Масса маховика ;

Площадь маховика

Т.к. ранее мы высчитали массу маховика, можем составить квадратное уравнение из которого найдем диметр выреза в маховике:

 

 

где Н - толщина маховика.

 

 

откуда d=0,054м.

Таким образом мы подобрали маховик со следующими габаритами:

Диаметр маховика D=0,26м;

Диаметр выреза в маховике d=0,054м;

Ширина маховика Н=0,048;

Маховик выполнен из чугуна.

Конструктивный расчет