Определение удельного давления на поверхности шатунной шейки

Описывается окружность (О’,1’ .11’,О’) радиусом, равным длине шатуна l (в масштабе), с центром в точке О" (Рис. 5). От точки О" вниз в том же масштабе откладывается отрезок O”О1 , равный радиусу кривошипа. Из точки 01, как из центра произвольным радиусом описывается вторая окружность (0,2 .10,0), которая делится, например, на 12 частей (через 30° поворота коленчатого вала). Точки пересечения лучей, проведенных из точки O1 через точки деления 1,2,3, и т.д., с первой окружностью соединяются с точкой О", полученные ломанные линии O1О" и (n’- порядковый номер точки, лежащей на окружности радиуса) изображают положение кривошипно-шатунного механизма двигателя при вращении цилиндра вокруг остановленного коленчатого вала.

На лучах О"n’ откладываются действующие вдоль шатуна силы Pt, взятые также через 30° поворота коленчатого вала из диаграммы : отрицательные- вдоль луча, положительные- на продолжении его за точку О". Плавная кривая, соединяющая все полученные точки, и есть полярная диаграмма сил Pt.

Сила, действующая на шатунную шейку, складывается из Pt и "удельной" центробежной силы инерции массы шатуна, отнесенной к вращающимся частям:

.

Сила Рс' имеет постоянное направление по радиусу кривошипа от центра О" и при данной угловой скорости постоянна по величине. Поэтому для сложения Pt и Рс достаточно отложить вниз от точки О" подсчитанную по формуле силу Рс' в масштабе сил диаграммы. Полученная точка О2 является полюсом диаграммы равнодействующих единичных сил R' на шатунную шейку, а вектор, соединяющий О2 с любой точкой диаграммы, - силой давления шатуна на шатунную шейку, отнесенной к единице площади поршня.

На графике рис.5, (полярная диаграмма) нанесены силы, действующие на шатунную шейку при α = 120° и треугольник сил, поясняющий правило получения сил R', на котором основано определение полюса диаграммы сил R'.

Для определения точки прилежания сил R' на диаграмме изображается шатунная шейка. Вектор силы R’ продолжается в сторону, противоположную его направлению, до пересечения с внешним диаметром шатунной шейки эта точка будет центром приложения силы R’.

Шатунная шейка проверяется на среднее удельное давление. Полярная диаграмма сил R' перестраивается в декартовых координатах, находится среднее значение силы Rср, по которой определяется действительное среднее усилие, действующее на шатунную шейку.

,

Среднее удельное давление находится по формуле:

,

где dш, lш- диаметр и длина шатунной шейки.

У выполненных конструкций двигателей qср изменяется в следующих пределах:

карбюраторные двигатели -2-6 МПа, дизельные двигатели -2-7 МПа.

Основное назначение полярной диаграммы - нахождение участка шатунной шейки для сверления маслоподводяшего отверстия. В книге "Теория, конструкция и расчет автомобильных и тракторных двигателей" академика В.Н. Болтинского для этого рекомендуется построить диаграмму износа. Для ее построения вычерчивается окружность произвольного радиуса ρ и делится также на 12 частей. Для данного положения коленчатого вала из полярной диаграммы находится вектор равнодействующей силы R и точка ее приложения на шатунной шейке. Кольцевая полоска, образованная основной окружностью и окружностью радиуса (где φ= 0,05… 0,1- коэффициент уменьшения), заштриховывается в обе стороны на 60° от точки приложения (усилие, действующее в данный момент на шейку, условно распространяется на 120°). Для каждого фиксированного положения шатуна относительно коленвала производятся такие построения.

Суммарная толщина заштрихованных полосок в каждой точке деления откладывается по лучам, соединяющим центр окружности с точками деления, к центру. Соединение полученных точек дает диаграмму износа, так как износ в конечном итоге пропорционален усилиям, действующим на изнашиваемую деталь. Лучше это делать на окружности увеличенного радиуса (рис 5).