Perubahan gaya tangensial pada jurnal utama. mekanisme engkol

23.11.2021

2.1.1 Pemilihan panjang batang penghubung dan panjang Lsh

Untuk mengurangi ketinggian mesin tanpa peningkatan gaya inersia dan normal yang signifikan, rasio jari-jari engkol terhadap panjang batang penghubung diadopsi dalam perhitungan termal l = 0,26 mesin prototipe.

Dalam kondisi ini

dimana R radius engkol - R = 70 mm.

Hasil penghitungan perpindahan piston yang dilakukan dengan komputer disajikan pada Lampiran B.

2.1.3 Kecepatan sudut putaran poros engkol φ, rad/s

2.1.4 Kecepatan piston Vp, m/s

2.1.5 Percepatan piston j, m/s2

Hasil perhitungan kecepatan dan percepatan piston diberikan pada Lampiran B.

Dinamika

2.2.1 Informasi umum

Perhitungan dinamik mekanisme engkol terdiri dari penentuan gaya dan momen total yang timbul akibat tekanan gas dan gaya inersia. Dengan menggunakan gaya-gaya ini, dilakukan perhitungan bagian-bagian utama untuk kekuatan dan keausan, serta menentukan ketidakrataan torsi dan tingkat ketidakrataan mesin.

Selama pengoperasian mesin, bagian-bagian mekanisme engkol dipengaruhi oleh: gaya dari tekanan gas di dalam silinder; kekuatan inersia dari massa yang bergerak bolak-balik; kekuatan sentrifugal; tekanan pada piston dari bak mesin (kira-kira sama dengan tekanan atmosfer) dan gravitasi (biasanya tidak diperhitungkan dalam perhitungan dinamis).

Semua gaya yang bekerja pada mesin dirasakan oleh: tahanan berguna pada poros engkol; gaya gesekan dan dudukan mesin.

Selama setiap siklus operasi (720 untuk mesin empat langkah), gaya yang bekerja pada mekanisme engkol terus berubah besar dan arahnya. Oleh karena itu, untuk menentukan sifat perubahan gaya-gaya ini berdasarkan sudut putaran poros engkol, nilainya ditentukan untuk sejumlah posisi poros individu, biasanya setiap 10...30 0.

Hasil perhitungan dinamis dirangkum dalam tabel.

2.2.2 Kekuatan tekanan gas

Untuk menyederhanakan perhitungan dinamis, gaya tekanan gas yang bekerja pada area piston diganti dengan satu gaya yang diarahkan sepanjang sumbu silinder dan dekat dengan sumbu pin piston. Gaya ini ditentukan untuk setiap momen waktu (sudut μ) menggunakan diagram indikator nyata yang dibuat berdasarkan perhitungan termal(biasanya untuk daya normal dan kecepatan yang sesuai).

Rekonstruksi diagram indikator menjadi diagram detail berdasarkan sudut putaran poros engkol biasanya dilakukan menurut metode Prof. F. Brix. Untuk melakukannya, buatlah setengah lingkaran bantu dengan jari-jari R = S/2 di bawah diagram indikator (lihat gambar pada lembar 1 format A1 yang berjudul “Diagram indikator dalam koordinat P-S”). Selanjutnya dari pusat setengah lingkaran (titik O) menuju N.M.T. koreksi Brix sebesar Rl/2 ditunda. Setengah lingkaran dibagi oleh sinar-sinar dari pusat O menjadi beberapa bagian, dan dari pusat Brix (titik O) ditarik garis-garis sejajar dengan sinar-sinar tersebut. Titik-titik yang diperoleh pada setengah lingkaran sesuai dengan sinar c tertentu (pada gambar format A1, jarak antar titik adalah 30 0). Garis vertikal ditarik dari titik-titik ini hingga berpotongan dengan garis diagram indikator, dan nilai tekanan yang dihasilkan diplot secara vertikal.

sudut yang bersesuaian c. Pengembangan diagram indikator biasanya dimulai dari T.M.T. selama langkah masuk:

a) diagram indikator (lihat gambar pada lembar 1 format A1), diperoleh dalam perhitungan termal, dikerahkan menurut sudut putaran engkol menggunakan metode Brix;

Amandemen Brix

dimana Ms adalah skala langkah piston pada diagram indikator;

b) skala diagram yang diperluas: tekanan Мр = 0,033 MPa/mm; sudut putaran engkol = 2 g p.c. / mm;

c) menurut diagram yang diperluas, setiap 10 0 sudut putaran engkol ditentukan nilai Dr g dan dimasukkan ke dalam tabel perhitungan dinamis (dalam tabel, nilai diberikan setiap 30 0):

d) menurut diagram yang diperluas, setiap 10 0 harus diperhitungkan bahwa tekanan pada diagram indikator yang runtuh dihitung dari nol mutlak, dan pada diagram yang diperluas, tekanan berlebih di atas piston ditampilkan

MN/m 2 (2.7)

Akibatnya, tekanan dalam silinder mesin yang lebih kecil dari tekanan atmosfer akan bernilai negatif pada diagram yang diperluas. Gaya tekanan gas yang diarahkan ke sumbu poros engkol dianggap positif, dan dari poros engkol dianggap negatif.

2.2.2.1 Gaya tekanan gas pada piston Pr, N

R g = (rg - r 0)F P *10 6 N, (2.8)

dimana F P dinyatakan dalam cm 2, dan p g dan p 0 - dalam MN / m 2,.

Dari persamaan (139, ) dapat disimpulkan bahwa kurva gaya tekanan gas P g sepanjang sudut putaran poros engkol akan mempunyai sifat perubahan yang sama dengan kurva tekanan gas Dr g.

2.2.3 Pengurangan massa bagian mekanisme engkol

Menurut sifat geraknya, massa bagian-bagian mekanisme engkol dapat dibedakan menjadi massa yang bergerak bolak-balik (kelompok piston dan kepala bagian atas batang penghubung), massa yang melakukan gerak rotasi (poros engkol dan kepala bagian bawah). dari batang penghubung): massa yang melakukan gerak bidang-paralel kompleks ( batang penghubung).

Untuk menyederhanakan perhitungan dinamis, mekanisme engkol sebenarnya diganti dengan sistem massa gabungan yang setara secara dinamis.

Massa kelompok piston tidak dianggap terkonsentrasi pada sumbu

pin piston di titik A [2, Gambar 31, b].

Massa kelompok batang penghubung m Ш digantikan oleh dua massa, salah satunya m ШП terkonsentrasi pada sumbu pin piston di titik A - dan yang lainnya m ШК - pada sumbu engkol di titik B. Nilai dari massa ini ditentukan dari ekspresi:

dimana L ShK adalah panjang batang penghubung;

L, MK - jarak dari pusat kepala engkol ke pusat gravitasi batang penghubung;

L ШП - jarak dari pusat kepala piston ke pusat gravitasi batang penghubung

Dengan mempertimbangkan diameter silinder - rasio S/D mesin dengan susunan silinder segaris dan nilai rg yang cukup tinggi, massa kelompok piston (piston paduan aluminium) ditetapkan t P = m j

2.2.4 Gaya inersia

Gaya inersia yang bekerja pada mekanisme engkol, sesuai dengan sifat gerak massa tereduksi R g, dan gaya inersia sentrifugal dari massa yang berputar K R (Gambar 32, a; ).

Gaya inersia dari massa yang bergerak bolak-balik

2.2.4.1 Dari perhitungan yang diperoleh di komputer, ditentukan nilai gaya inersia massa yang bergerak bolak-balik:

Mirip dengan percepatan piston, gaya P j: dapat direpresentasikan sebagai jumlah gaya inersia orde pertama P j1 dan P j2 kedua

Pada persamaan (143) dan (144), tanda minus menunjukkan bahwa gaya inersia arahnya berlawanan dengan percepatan. Gaya inersia dari massa yang bergerak bolak-balik bekerja sepanjang sumbu silinder dan, seperti gaya tekanan gas, dianggap positif jika diarahkan ke sumbu poros engkol, dan negatif jika diarahkan menjauhi poros engkol.

Konstruksi kurva gaya inersia massa yang bergerak bolak-balik dilakukan dengan menggunakan metode yang mirip dengan konstruksi kurva percepatan

piston (lihat Gambar 29,), tetapi pada skala M r dan M n dalam mm, yang menggambarkan diagram gaya tekanan gas.

Perhitungan PJ harus dilakukan untuk posisi engkol yang sama (sudut q) yang menentukan Dr dan Drg

2.2.4.2 Gaya inersia sentrifugal dari massa yang berputar

Gaya K R besarnya konstan (at u = const), bekerja sepanjang jari-jari engkol dan selalu diarahkan dari sumbu poros engkol.

2.2.4.3 Gaya inersia sentrifugal dari massa berputar batang penghubung

2.2.4.4 Gaya sentrifugal yang bekerja pada mekanisme engkol

2.2.5 Gaya total yang bekerja pada mekanisme engkol:

a) gaya total yang bekerja dalam mekanisme engkol ditentukan oleh penambahan aljabar gaya tekanan gas dan gaya inersia dari massa yang bergerak bolak-balik. Gaya total terkonsentrasi pada sumbu pin piston

P=P Г +P J ,Н (2.17)

Secara grafis, kurva gaya total diplot menggunakan diagram

Pr = f(t) dan P J = f(t) (lihat Gambar 30, ) Saat menjumlahkan kedua diagram ini, yang dibuat pada skala MP yang sama, diagram P yang dihasilkan akan berada pada skala yang sama Mp.

Gaya total P, seperti gaya P g dan P J, diarahkan sepanjang sumbu silinder dan diterapkan pada sumbu pin piston.

Pukulan gaya P diteruskan ke dinding silinder yang tegak lurus sumbunya, dan ke batang penghubung searah sumbunya.

Gaya N yang bekerja tegak lurus sumbu silinder disebut gaya normal dan dirasakan oleh dinding silinder N, N

b) gaya normal N dianggap positif jika momen yang ditimbulkannya terhadap sumbu jurnal poros engkol mempunyai arah yang berlawanan dengan arah putaran mesin.

Nilai gaya normal Ntgв ditentukan untuk l = 0,26 menurut tabel

c) gaya S yang bekerja sepanjang batang penghubung bekerja padanya dan selanjutnya diteruskan* ke engkol. Dianggap positif jika menekan batang penghubung, dan negatif jika meregangkannya.

Gaya yang bekerja sepanjang batang penghubung S, N

S = P(1/cos masuk),H (2.19)

Dari aksi gaya S pada pin engkol, timbul dua komponen gaya:

d) gaya yang diarahkan sepanjang jari-jari engkol K, N

e) gaya tangensial yang diarahkan secara tangensial terhadap lingkaran jari-jari engkol, T, N

Gaya T dianggap positif jika menekan pipi lutut.

2.2.6 Rata-rata gaya tangensial per siklus

dimana R T adalah indikator tekanan rata-rata, MPa;

F p - luas piston, m;

f - laju langkah mesin prototipe

2.2.7 Torsi:

a) berdasarkan besarnya d) torsi satu silinder ditentukan

M cr.c =T*R, m (2.22)

Kurva perubahan gaya T bergantung pada c juga merupakan kurva perubahan M cr.c, tetapi dalam skala

M m = M p *R, N*m dalam mm

Untuk membuat kurva torsi total M cr dari mesin multi-silinder, dilakukan penjumlahan grafis dari kurva torsi setiap silinder, menggeser satu kurva relatif terhadap yang lain dengan sudut putaran engkol di antara kedipan. Karena besaran dan sifat perubahan torsi pada sudut putaran poros engkol adalah sama untuk semua silinder mesin, mereka hanya berbeda dalam interval sudut yang sama dengan interval sudut antara kedipan pada masing-masing silinder, maka untuk menghitung total torsi mesin cukup memiliki kurva torsi satu silinder

b) untuk mesin dengan interval kedipan yang sama, torsi total akan berubah secara berkala (i adalah jumlah silinder mesin):

Untuk mesin empat langkah melalui O -720 / L derajat. Saat membuat kurva Mcr secara grafis (lihat lembar Whatman 1, format A1), kurva Mcr satu silinder dibagi menjadi beberapa bagian sama dengan 720 - 0 (untuk mesin empat langkah), semua bagian kurva direduksi menjadi satu dan menyimpulkan.

Kurva yang dihasilkan menunjukkan perubahan torsi total mesin sebagai fungsi sudut poros engkol.

c) nilai rata-rata torsi total Mcr.avg ditentukan oleh luas daerah yang berada di bawah kurva Mcr.

di mana F 1 dan F 2 masing-masing adalah luas positif dan luas negatif dalam mm 2, terletak di antara kurva Mcr dan garis AO dan setara dengan usaha yang dilakukan oleh torsi total (untuk i ? 6, luas negatif, sebagai suatu aturan, tidak ada);

OA - panjang interval antara kedipan pada diagram, mm;

Mm - skala momen. N*m dalam mm.

Momen M cr.sr mewakili momen rata-rata indikator

mesin. Torsi efektif sebenarnya dikeluarkan dari poros motor.

dimana z m adalah efisiensi mekanik mesin

Data perhitungan utama tentang gaya-gaya yang bekerja pada mekanisme engkol sepanjang sudut putaran poros engkol diberikan dalam Lampiran B.

Mekanisme engkol (KSM) merupakan mekanisme utama mesin pembakaran dalam piston yang menerima dan mentransmisikan beban yang signifikan. Oleh karena itu, menghitung kekuatan KShM menjadi penting. Pada gilirannya perhitungan banyak bagian mesin bergantung pada kinematika dan dinamika poros engkol. Analisis kinematik poros engkol menetapkan hukum gerak bagian-bagiannya, terutama piston dan batang penghubung.

11.1. Jenis roda gila

Tiga jenis poros engkol yang digunakan pada mesin pembakaran dalam piston:

pusat (aksial);

campuran (disaksial);

dengan batang penghubung yang dibuntuti.

DI DALAM KShM pusat sumbu silinder berpotongan dengan sumbu poros engkol (Gbr. 11.1).

Beras. 11.1. Diagram poros engkol pusat: φ - sudut putaran poros engkol saat ini; β adalah sudut deviasi sumbu batang penghubung dari sumbu silinder (bila batang penghubung dibelokkan searah putaran engkol, sudut β dianggap positif, sebaliknya - negatif); S - langkah piston;
R- radius engkol; L - panjang batang penghubung; x - gerakan piston;

ω - kecepatan sudut poros engkol

Kecepatan sudut dihitung menggunakan rumus

Parameter desain penting poros engkol adalah rasio jari-jari engkol dengan panjang batang penghubung:

Telah ditetapkan bahwa dengan penurunan λ (karena peningkatan aku) terjadi penurunan gaya inersia dan gaya normal. Pada saat yang sama, tinggi mesin dan bobotnya bertambah mesin mobil ambil λ dari 0,23 menjadi 0,3.

Nilai λ untuk beberapa mesin mobil dan traktor diberikan dalam tabel. 11.1.

Tabel 11. 1. Nilai parameter λ untuk berbagai mesin

DI DALAM CVSM disaksial(Gbr. 11.2) sumbu silinder tidak memotong sumbu poros engkol dan relatif bergeser terhadapnya dengan jarak tertentu A.

Beras. 11.2. Skema poros engkol disaksial

Poros engkol disaksial memiliki beberapa keunggulan dibandingkan poros engkol sentral:

peningkatan jarak antara poros engkol dan poros bubungan, sehingga menambah ruang untuk pergerakan kepala batang penghubung bawah;

keausan silinder mesin yang lebih seragam;

dengan nilai yang sama R dan λ langkah piston lebih panjang sehingga membantu mengurangi kandungan zat beracun pada gas buang mesin;

peningkatan perpindahan mesin.

Pada Gambar. 11.3 ditampilkan KShM dengan batang penghubung yang membuntuti. Batang penghubung yang dihubungkan secara pivot langsung ke jurnal poros engkol disebut batang utama, dan batang penghubung yang dihubungkan ke batang utama melalui pin yang terletak di kepalanya disebut batang belakang. Desain poros engkol ini digunakan pada mesin dengan jumlah silinder yang banyak, ketika ingin memperkecil panjang mesin. Piston yang dihubungkan ke batang penghubung utama dan batang penghubung belakang tidak mempunyai langkah yang sama, karena sumbu kepala engkol batang penghubung belakang selama operasi menggambarkan elips, yang sumbu semi utamanya lebih besar dari jari-jari engkol. . Pada mesin dua belas silinder berbentuk D-12 V, perbedaan langkah piston adalah 6,7 mm.

Beras. 11.3. KShM dengan batang penghubung yang dibuntuti: 1 - piston; 2 - cincin kompresi; 3 - pin piston; 4 - sumbat pin piston; 5 - selongsong kepala bagian atas batang penghubung; 6 - batang penghubung utama; 7 - batang penghubung yang membuntuti; 8 - selongsong kepala bagian bawah batang penghubung belakang; 9 - pin pemasangan batang penghubung belakang; 10 - pin pemasangan; 11 - liner; pin 12 lancip

11.2. Kinematika poros engkol pusat

Dalam analisis kinematik poros engkol diasumsikan bahwa kecepatan sudut poros engkol adalah konstan. Tugas perhitungan kinematik meliputi menentukan pergerakan piston, kecepatan dan percepatannya.

11.2.1. Pergerakan piston

Perpindahan piston tergantung pada sudut putaran engkol untuk mesin dengan poros engkol pusat dihitung dengan rumus

Analisis persamaan (11.1) menunjukkan bahwa pergerakan piston dapat direpresentasikan sebagai jumlah dari dua gerakan:

X 1 - gerakan orde pertama, sesuai dengan gerakan piston dengan batang penghubung yang panjangnya tak terhingga (L = ∞ pada λ = 0):

x 2 - gerakan orde kedua, mewakili perubahan panjang akhir batang penghubung:

Nilai x 2 bergantung pada λ. Untuk λ tertentu, nilai ekstrim x 2 akan terjadi jika

yaitu, dalam satu putaran, nilai ekstrim x 2 akan sesuai dengan sudut rotasi (φ) 0; 90; 180 dan 270°.

Perpindahan akan mencapai nilai maksimumnya pada φ = 90° dan φ = 270°, yaitu pada cos φ = -1. Dalam kasus ini, pergerakan piston yang sebenarnya adalah

BesarnyaλR/2, disebut koreksi Brix dan merupakan koreksi panjang akhir batang penghubung.

Pada Gambar. Gambar 11.4 menunjukkan ketergantungan gerakan piston pada sudut putaran poros engkol. Ketika engkol diputar 90°, piston bergerak lebih dari setengah langkahnya. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa ketika engkol diputar dari TMA ke BDC, piston bergerak di bawah pengaruh batang yang bergerak sepanjang sumbu silinder dan penyimpangannya dari sumbu ini. Pada seperempat lingkaran pertama (dari 0 hingga 90°), batang penghubung, bersamaan dengan gerakannya menuju poros engkol, menyimpang dari sumbu silinder, dan kedua gerakan batang penghubung berhubungan dengan pergerakan piston dalam waktu yang sama. arah, dan piston bergerak lebih dari separuh lintasannya. Ketika engkol bergerak pada seperempat lingkaran kedua (dari 90 hingga 180°), arah pergerakan batang penghubung dan piston tidak bersamaan, piston menempuh jarak terpendek.

Beras. 11.4. Ketergantungan pergerakan piston dan komponennya pada sudut putaran poros engkol

Perpindahan piston untuk setiap sudut putaran dapat ditentukan secara grafis, yang disebut metode Brix. Untuk melakukan ini, dari pusat lingkaran dengan jari-jari R=S/2, koreksi Brix diterapkan menuju BDC, dan pusat baru ditemukan TENTANG 1 . Dari pusat TENTANG 1, melalui nilai φ tertentu (misalnya setiap 30°) ditarik vektor jari-jari hingga berpotongan dengan lingkaran. Proyeksi titik potong pada sumbu silinder (garis TDC-BDC) memberikan posisi piston yang diinginkan untuk nilai sudut tertentu. Penggunaan alat komputasi otomatis modern memungkinkan Anda mendapatkan ketergantungan dengan cepat X=F(φ).

11.2.2. Kecepatan piston

Turunan dari gerakan piston - persamaan (11.1) terhadap waktu putaran memberikan kecepatan gerakan piston:

Mirip dengan pergerakan piston, kecepatan piston juga dapat direpresentasikan dalam dua komponen:

Di mana V 1 – komponen kecepatan piston orde pertama:

V 2 - komponen kecepatan piston orde kedua:

Komponen V 2 mewakili kecepatan piston dengan batang penghubung yang panjangnya tak terhingga. Komponen V Gambar 2 adalah koreksi kecepatan piston untuk panjang akhir batang penghubung. Ketergantungan perubahan kecepatan piston pada sudut putaran poros engkol ditunjukkan pada Gambar. 11.5.

Beras. 11.5. Ketergantungan kecepatan piston pada sudut putaran poros engkol

Kecepatan mencapai nilai maksimumnya pada sudut putaran poros engkol kurang dari 90 dan lebih dari 270°. Nilai pasti sudut-sudut ini bergantung pada nilai λ. Untuk λ dari 0,2 hingga 0,3, kecepatan piston maksimum sesuai dengan sudut putaran poros engkol dari 70 hingga 80° dan dari 280 hingga 287°.

Kecepatan rata-rata piston dihitung sebagai berikut:

Kecepatan rata-rata piston pada mesin mobil biasanya berkisar antara 8 hingga 15 m/s. Nilai kecepatan piston maksimum dapat ditentukan dengan ketelitian yang cukup seperti

11.2.3. Akselerasi piston

Percepatan piston didefinisikan sebagai turunan pertama kecepatan terhadap waktu atau sebagai turunan kedua perpindahan piston terhadap waktu:

dimana dan - komponen harmonik percepatan piston orde pertama dan kedua J 1 dan j 2. Dalam hal ini, komponen pertama menyatakan percepatan piston dengan panjang batang penghubung yang tak terhingga, dan komponen kedua menyatakan koreksi percepatan untuk panjang batang penghubung yang terbatas.

Ketergantungan perubahan percepatan piston dan komponennya pada sudut putaran poros engkol ditunjukkan pada Gambar. 11.6.

Beras. 11.6. Ketergantungan perubahan percepatan piston dan komponennya
dari sudut poros engkol

Akselerasi mencapai nilai maksimum pada saat piston berada pada TMA, dan nilai minimum pada atau dekat TMB. Perubahan kurva j pada area 180 hingga ±45° bergantung pada nilai λ. Untuk λ > 0,25, kurva j berbentuk cekung terhadap sumbu φ (sadel), dan percepatan mencapai nilai minimumnya dua kali. Pada λ = 0,25, kurva percepatan berbentuk cembung dan percepatan hanya mencapai nilai negatif terbesarnya satu kali. Akselerasi piston maksimum pada mesin pembakaran dalam mobil adalah 10.000 m/s 2 . Kinematika poros engkol disaksial dan poros engkol dengan batang penghubung agak berbeda dari kinematika poros engkol pusat dan tidak dibahas dalam publikasi ini.

11.3. Rasio langkah piston terhadap diameter silinder

Rasio pukulan S ke diameter silinder D merupakan salah satu parameter utama yang menentukan ukuran dan berat mesin. Dalam mesin mobil nilai-nilainya S/D dari 0,8 hingga 1,2. Mesin dengan S/D > 1 disebut langkah panjang, dan dengan S/D< 1 - короткоходными. Rasio ini secara langsung mempengaruhi kecepatan piston, dan juga tenaga mesin. Dengan menurunnya nilai S/D, manfaat berikut akan terlihat:

ketinggian mesin berkurang;

dengan mengurangi kecepatan rata-rata piston, kerugian mekanis berkurang dan keausan suku cadang berkurang;

kondisi penempatan katup ditingkatkan dan prasyarat diciptakan untuk meningkatkan ukurannya;

menjadi mungkin untuk meningkatkan diameter jurnal batang utama dan batang penghubung, yang meningkatkan kekakuan poros engkol.

Namun, ada juga poin negatifnya:

panjang mesin dan panjang poros engkol bertambah;

beban pada bagian-bagian dari gaya tekanan gas dan gaya inersia meningkat;

ketinggian ruang bakar berkurang dan bentuknya memburuk, yang pada mesin karburator menyebabkan peningkatan kecenderungan ledakan, dan pada mesin diesel - penurunan kondisi pembentukan campuran.

Dianggap bijaksana untuk mengurangi nilainya S/D dengan bertambahnya putaran mesin. Hal ini sangat bermanfaat untuk mesin berbentuk V, di mana peningkatan langkah pendek memungkinkan Anda memperoleh massa dan dimensi keseluruhan yang optimal.

Nilai S/D untuk berbagai mesin:

Mesin karburator - 0,7-1;

Mesin diesel kecepatan sedang - 1,0-1,4;

Mesin diesel berkecepatan tinggi - 0,75-1,05.

Saat memilih nilai S/D, harus diperhitungkan bahwa gaya yang bekerja pada roda gigi penggerak poros engkol lebih bergantung pada diameter silinder dan lebih sedikit pada langkah piston.

Kinematika KShM

Tiga jenis mekanisme engkol (mekanisme engkol) berikut ini terutama digunakan pada mesin pembakaran internal mobil dan traktor: pusat(aksial), terlantar(disaksial) dan mekanisme dengan batang penghubung yang dibuntuti(Gbr. 10). Dengan menggabungkan skema ini, dimungkinkan untuk membentuk poros engkol dari mesin pembakaran internal multi-silinder linier dan multi-baris.

Gambar 10. Skema kinematik:

A- KShM pusat; B- poros engkol tergeser; V- mekanisme dengan batang penghubung belakang

Kinematika poros engkol dapat dijelaskan secara lengkap jika hukum perubahan waktu gerak, kecepatan dan percepatan pada sambungan-sambungannya diketahui: engkol, piston, dan batang penghubung.

Selama pengoperasian mesin pembakaran dalam, elemen utama poros engkol melakukan berbagai jenis gerakan. Piston bergerak maju mundur. Batang penghubung membuat gerak bidang-paralel yang kompleks pada bidang ayunannya. Engkol poros engkol berputar relatif terhadap porosnya.

Dalam proyek kursus, parameter kinematik dihitung untuk poros engkol pusat, diagram desainnya ditunjukkan pada Gambar 11.

Beras. 11. Diagram desain poros engkol pusat:

Sebutan berikut digunakan dalam diagram:

φ - sudut putaran engkol, diukur dari arah sumbu silinder searah putaran jarum jam dengan arah putaran poros engkol, bila φ = 0 piston berada pada titik mati atas (TDC – titik A);

β - sudut defleksi sumbu batang penghubung pada bidang gelindingnya menjauhi arah sumbu silinder;

ω - kecepatan sudut putaran poros engkol;

S=2r- langkah piston; R- radius engkol;

aku w- panjang batang penghubung; - rasio jari-jari engkol dengan panjang batang penghubung;

x φ– pergerakan piston saat memutar engkol secara miring φ

Parameter geometri utama yang menentukan hukum gerak elemen-elemen poros engkol pusat adalah jari-jari poros engkol. R dan panjang batang penghubung aku w.

Parameter λ = r/l w adalah kriteria kesamaan kinematik mekanisme pusat. Apalagi untuk poros engkol yang ukurannya berbeda-beda, namun dengan ukuran yang sama λ hukum gerak unsur-unsur yang sejenis adalah serupa. Mesin pembakaran internal otomotif menggunakan mekanisme dengan λ = 0,24...0,31.

Parameter kinematik poros engkol dalam proyek kursus dihitung hanya untuk mode daya pengenal mesin pembakaran internal dengan pengaturan sudut engkol diskrit dari 0 hingga 360º dengan kelipatan 30º.

Kinematika engkol. Gerak putaran poros engkol ditentukan jika ketergantungan sudut putaran diketahui , kecepatan sudut ω dan akselerasi ε dari waktu T.

Saat menganalisis poros engkol secara kinematis, biasanya diasumsikan bahwa kecepatan sudut (kecepatan putaran) poros engkol adalah konstan. ω, rad/s. Lalu φ = ωt, ω=konstan dan ε = 0. Kecepatan sudut dan kecepatan putaran poros engkol n (rpm) dihubungkan oleh relasi tersebut ω=πn/tigapuluh. Asumsi ini memungkinkan kita untuk mempelajari hukum gerak elemen poros engkol dalam bentuk parametrik yang lebih nyaman - sebagai fungsi dari sudut rotasi engkol dan, jika perlu, berpindah ke bentuk sementara menggunakan hubungan linier φi T.

Kinematika piston. Kinematika piston bolak-balik digambarkan oleh ketergantungan pergerakannya X, kecepatan V dan akselerasi J dari sudut engkol φ .

Perpindahan piston x φ(m) ketika engkol diputar membentuk sudut φ, ditentukan sebagai jumlah perpindahannya dari memutar engkol melalui sudut φ (X SAYA ) dan dari deviasi batang penghubung sebesar sudut β (X II ):

Nilai-nilai xφ ditentukan hingga nilai kecil inklusif orde kedua.

Kecepatan piston V φ(m/s) didefinisikan sebagai turunan pertama pergerakan piston terhadap waktu

, (7.2)

Kecepatan mencapai nilai maksimumnya pada φ + β = 90°, sedangkan sumbu batang penghubung tegak lurus terhadap jari-jari engkol dan

(7.4)

Banyak digunakan untuk evaluasi desain mesin pembakaran internal kecepatan piston rata-rata, yang didefinisikan sebagai V n.sr. = Sn/30, berhubungan dengan kecepatan piston maksimum dengan rasio yang mana untuk λ yang digunakan sama dengan 1,62...1,64.

· Akselerasi piston j(m/s 2) ditentukan oleh turunan kecepatan piston terhadap waktu, yang bersesuaian dengan tepat

(7.5)

dan kira-kira

Pada mesin pembakaran internal modern J= 5000...20000m/s 2.

Nilai maksimum terjadi di φ = 0 dan 360°. Sudut φ = 180° untuk mekanisme dengan λ< 0,25 sesuai dengan nilai akselerasi minimum . Jika λ> 0,25, maka ada dua ekstrem lagi pada . Interpretasi grafis dari persamaan perpindahan, kecepatan dan percepatan piston ditunjukkan pada Gambar. 12.

Beras. 12. Parameter kinematik piston:

A- bergerak; B- kecepatan, V- akselerasi

Kinematika batang penghubung. Gerakan kompleks bidang paralel batang penghubung terdiri dari pergerakan kepala bagian atas dengan parameter kinematik piston dan kepala engkol bagian bawah dengan parameter ujung engkol. Selain itu, batang penghubung melakukan gerakan rotasi (goyang) relatif terhadap titik artikulasi batang penghubung dengan piston.

· Gerakan sudut batang penghubung . Nilai-nilai ekstrim terjadi pada φ = 90° dan 270°. Pada mesin mobil dan traktor

· Kecepatan sudut ayunan batang penghubung(rad/dtk)

atau . (7.7)

Nilai ekstrim diamati pada φ = 0 dan 180°.

· Percepatan sudut batang penghubung(rad/dtk 2)

Nilai-nilai ekstrim dicapai pada φ = 90° dan 270°.

Perubahan parameter kinematik batang penghubung menurut sudut putaran poros engkol ditunjukkan pada Gambar. 13.

Beras. 13. Parameter kinematik batang penghubung:

A- gerakan sudut; B- kecepatan sudut, V- percepatan sudut

Dinamika poros engkol

Analisis semua gaya yang bekerja pada mekanisme engkol diperlukan untuk menghitung kekuatan bagian-bagian mesin, menentukan torsi dan beban pada bantalan. Dalam proyek kursus, ini dilakukan untuk mode daya terukur.

Gaya-gaya yang bekerja pada mekanisme engkol mesin dibagi menjadi gaya tekanan gas di dalam silinder (indeks g), gaya inersia massa mekanisme yang bergerak, dan gaya gesekan.

Gaya inersia massa yang bergerak pada mekanisme engkol, pada gilirannya, dibagi menjadi gaya inersia massa yang bergerak bolak-balik (indeks j), dan gaya inersia massa yang bergerak secara rotasi (indeks R).

Selama setiap siklus operasi (720º untuk mesin empat langkah), gaya yang bekerja pada poros engkol terus berubah besar dan arahnya. Oleh karena itu, untuk menentukan sifat perubahan gaya-gaya ini menurut sudut putaran poros engkol, nilainya ditentukan untuk masing-masing posisi poros yang berurutan dengan kelipatan 30º.

Kekuatan tekanan gas. Gaya tekanan gas timbul akibat adanya siklus kerja di dalam silinder mesin. Gaya ini bekerja pada piston, dan nilainya ditentukan sebagai produk dari penurunan tekanan pada piston dan luasnya: P G =(r G - R Hai )F hal, (N) . Di Sini R g - tekanan dalam silinder mesin di atas piston, Pa; R o - tekanan bak mesin, Pa; F n - luas piston, m2.

Untuk menilai beban dinamis elemen CVM, ketergantungan gaya menjadi penting P g dari waktu (sudut putaran engkol). Hal ini diperoleh dengan membangun kembali diagram indikator dari koordinat p - V masuk koordinat R -φ. Saat menata ulang secara grafis pada sumbu x diagram hal - V menunda gerakan xφ piston dari TMA atau perubahan volume silinder V φ = X φ F p (Gbr. 14) sesuai dengan sudut rotasi poros engkol tertentu (hampir setelah 30°) dan tegak lurus dikembalikan hingga berpotongan dengan kurva langkah yang dipertimbangkan pada diagram indikator. Nilai ordinat yang dihasilkan ditransfer ke diagram R- φ untuk sudut putaran engkol yang dipertimbangkan.

Gaya tekanan gas yang bekerja pada piston memuat elemen penggerak poros engkol, disalurkan ke bantalan utama poros engkol dan diseimbangkan di dalam mesin karena deformasi elastis elemen yang membentuk ruang intra-silinder, gaya R g dan R g" yang bekerja pada kepala silinder dan piston, seperti ditunjukkan pada Gambar 15. Gaya-gaya ini tidak disalurkan ke penyangga mesin dan tidak menyebabkan ketidakseimbangan.

Beras. 15. Pengaruh gaya gas pada elemen desain poros engkol

Kekuatan inersia. CVM sebenarnya adalah sistem dengan parameter terdistribusi, yang elemen-elemennya bergerak tidak merata, yang menyebabkan munculnya gaya inersia.

Analisis rinci tentang dinamika sistem seperti itu pada prinsipnya mungkin dilakukan, tetapi memerlukan banyak perhitungan.

Dalam hal ini, dalam praktik teknik, sistem yang setara secara dinamis dengan parameter yang disatukan, disintesis berdasarkan metode massa substitusi, banyak digunakan untuk menganalisis dinamika CVM. Kriteria kesetaraan adalah kesetaraan dalam setiap fase siklus kerja dari total energi kinetik model ekuivalen dan mekanisme yang digantikannya. Metode untuk mensintesis model yang setara dengan CSM didasarkan pada penggantian elemen-elemennya dengan sistem massa yang dihubungkan satu sama lain melalui sambungan kaku mutlak tanpa bobot (Gbr. 16).

Bagian-bagian mekanisme engkol mempunyai pola gerak yang berbeda-beda, sehingga menyebabkan munculnya gaya inersia yang bermacam-macam jenisnya.

Beras. 16. Pembentukan model dinamis poros engkol yang setara:

A- KShM; B- model poros engkol yang setara; c - gaya di poros engkol; G- massa poros engkol;

D- massa batang penghubung; e- massa engkol

Bagian-bagian kelompok piston melakukan gerakan bolak-balik bujursangkar sepanjang sumbu silinder dan ketika menganalisis sifat inersianya dapat digantikan oleh massa yang sama T P , terkonsentrasi pada pusat massa, yang posisinya praktis bertepatan dengan sumbu pin piston. Kinematika titik ini dijelaskan oleh hukum gerak piston, yang mengakibatkan gaya inersia piston hal n = -M P J, Di mana J- percepatan pusat massa sama dengan percepatan piston.

Di mana K r sst, K r sekolah dan R, ρ u - gaya sentrifugal dan jarak dari sumbu rotasi ke pusat massa jurnal dan pipi batang penghubung, masing-masing, T sh.sh dan M w masing-masing adalah massa jurnal dan pipi batang penghubung. Saat mensintesis model yang setara, engkol digantikan oleh massa M untuk, terletak di kejauhan R dari sumbu putaran engkol. Ukuran M k ditentukan dari kondisi bahwa gaya sentrifugal yang dihasilkannya sama dengan jumlah gaya sentrifugal massa elemen engkol, yang darinya, setelah transformasi, kita peroleh M Ke = t sh.sh +m sekolah ρ sekolah /R.

Unsur-unsur kelompok batang penghubung melakukan gerak bidang-paralel yang kompleks, yang dapat direpresentasikan sebagai gabungan gerak translasi dengan parameter kinematik pusat massa dan gerak rotasi pada suatu sumbu yang melalui pusat massa tegak lurus bidang ayunan batang penghubung. Dalam hal ini, sifat inersianya dijelaskan oleh dua parameter - gaya inersia dan momen. Setiap sistem massa dalam parameter inersianya akan setara dengan kelompok batang penghubung jika gaya inersia dan momen inersianya sama. Yang paling sederhana (Gbr. 16, G) terdiri dari dua massa, salah satunya M sh.p =m w aku sh.k /l w terkonsentrasi pada sumbu pin piston, dan lainnya M sh.k =m w aku sh.p /l w - di tengah jurnal batang penghubung poros engkol. Di Sini aku sh.p dan aku sh.k - jarak dari titik penempatan massa ke pusat massa.

Selama pengoperasian mesin, faktor gaya utama berikut ini bekerja pada poros engkol: gaya tekanan gas, gaya inersia dari massa mekanisme yang bergerak, gaya gesekan, dan momen resistensi yang berguna. Dalam analisis dinamik poros engkol, gaya gesek biasanya diabaikan.

8.2.1. Kekuatan tekanan gas

Gaya tekanan gas timbul akibat adanya siklus kerja di dalam silinder mesin. Gaya ini bekerja pada piston, dan nilainya ditentukan sebagai produk dari penurunan tekanan pada piston dan luasnya: P G = (hal G -P HAI )F P . Di Sini R d – tekanan dalam silinder mesin di atas piston; R o – tekanan di dalam bak mesin; F p adalah luas bagian bawah piston.

Untuk menilai beban dinamis elemen CVM, ketergantungan gaya menjadi penting R g dari waktu. Biasanya diperoleh dengan membangun kembali diagram indikator dari koordinat R–V dalam koordinat R-φ dengan mendefinisikan V φ =x φ F P Dengan menggunakan ketergantungan (84) atau metode grafis.

Gaya tekanan gas yang bekerja pada piston memuat elemen penggerak poros engkol, disalurkan ke bantalan utama bak mesin dan diseimbangkan di dalam mesin karena deformasi elastis elemen-elemen yang membentuk ruang intra-silinder oleh gaya-gaya tersebut. R g dan R/g, bekerja pada kepala silinder dan piston. Gaya-gaya ini tidak disalurkan ke dudukan mesin dan tidak menyebabkan ketidakseimbangan mesin.

8.2.2. Gaya inersia massa KShM yang bergerak

CVM sebenarnya adalah sistem dengan parameter terdistribusi, yang elemen-elemennya bergerak tidak merata, yang menyebabkan munculnya gaya inersia.

Dalam praktik teknik, sistem yang setara secara dinamis dengan parameter yang disatukan, disintesis berdasarkan metode substitusi massa, banyak digunakan untuk menganalisis dinamika CVM. Kriteria kesetaraan adalah kesetaraan dalam setiap fase siklus kerja dari total energi kinetik model ekuivalen dan mekanisme yang digantikannya. Metode untuk mensintesis model yang setara dengan CSM didasarkan pada penggantian elemen-elemennya dengan sistem massa yang saling berhubungan oleh ikatan kaku mutlak tanpa bobot.

Bagian-bagian kelompok piston melakukan gerakan bolak-balik bujursangkar sepanjang sumbu silinder dan ketika menganalisis sifat inersianya dapat digantikan oleh massa yang sama M n, terkonsentrasi di pusat massa, yang posisinya praktis bertepatan dengan sumbu pin piston. Kinematika titik ini dijelaskan oleh hukum gerak piston, yang mengakibatkan gaya inersia piston hal P = –m P J, Di mana J - percepatan pusat massa sama dengan percepatan piston.

Gambar 14 – Skema mekanisme engkol Mesin V dengan batang penghubung yang membuntuti

Gambar 15 – Lintasan titik suspensi batang penghubung utama dan belakang

Engkol poros engkol membuat gerakan rotasi yang seragam. Secara struktural, terdiri dari kombinasi dua bagian jurnal utama, dua pipi dan jurnal batang penghubung. Sifat inersia engkol digambarkan dengan jumlah gaya sentrifugal unsur-unsur yang pusat massanya tidak terletak pada sumbu rotasinya (pipi dan pin engkol): K k = K r sh.sh +2К r ь =т w . w rω 2 +2t sekolah ρ sekolah ω2, Di mana K r w . w K r sekolah dan r, ρ u - gaya sentrifugal dan jarak dari sumbu rotasi ke pusat massa jurnal dan pipi batang penghubung, masing-masing, M sh.sh dan M w masing-masing adalah massa jurnal dan pipi batang penghubung.

Sistem ekuivalen yang menggantikan CSM adalah sistem dari dua massa yang saling berhubungan secara kaku:

Suatu massa terkonsentrasi pada sumbu pin dan melakukan gerak bolak-balik sepanjang sumbu silinder dengan parameter kinematik piston, mj =m P +m w . P ;

Suatu massa yang terletak pada sumbu jurnal batang penghubung dan melakukan gerakan rotasi mengelilingi sumbu poros engkol, t r =t Ke +t w . k (untuk mesin pembakaran dalam berbentuk V dengan dua batang penghubung yang terletak pada satu pin engkol pada poros engkol, t r = m k+ M sh.k.

Sesuai dengan model poros engkol yang dianut, massa mj menyebabkan gaya inersia Pj = -mjj, dan massa t r menciptakan gaya inersia sentrifugal K r = - a sh.sh t r =t r rω 2 .

Gaya inersia P j diseimbangkan oleh reaksi dari tumpuan dimana mesin dipasang. Karena besaran dan arahnya bervariasi, kecuali jika dilakukan tindakan khusus untuk menyeimbangkannya, hal ini dapat menjadi penyebab ketidakseimbangan eksternal pada mesin, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16, A.

Saat menganalisis dinamika mesin pembakaran internal dan terutama keseimbangannya, dengan mempertimbangkan ketergantungan percepatan yang diperoleh sebelumnya J dari sudut engkol φ kekuatan inersia hal akan lebih mudah untuk menyatakannya sebagai jumlah dari dua fungsi harmonik, yang berbeda dalam amplitudo dan laju perubahan argumen dan disebut gaya inersia yang pertama ( hal saya) dan kedua ( hal II) urutan:

hal= – m j rω 2(kos φ+λ cos2 φ ) = C karena φ + λC karena 2φ=Pf SAYA +Pj II ,

Di mana DENGAN = –m j rω 2 .

Gaya sentrifugal inersia K r =m r rω 2 massa berputar poros engkol adalah vektor yang besarnya konstan, diarahkan dari pusat putaran sepanjang jari-jari engkol. Memaksa K r ditransmisikan ke dudukan mesin, menyebabkan reaksi bervariasi (Gambar 16, B). Jadi kekuatannya K r seperti gaya R J, dapat menyebabkan ketidakseimbangan pada mesin pembakaran internal.

A - memaksa hal;memaksa K r ; K x =K r karena φ = Kr karena( ωt); K y = K r dosa φ = Kr dosa( ωt)

Beras. 16 - Dampak gaya inersia pada dudukan mesin.

Selama pengoperasian mesin, poros engkol terkena gaya-gaya berikut: dari tekanan gas pada piston, inersia massa mekanisme yang bergerak, gravitasi masing-masing bagian, gesekan pada tautan mekanisme, dan hambatan penerima energi.

Penentuan gaya gesekan secara komputasional sangat sulit dan biasanya tidak diperhitungkan saat menghitung gaya pembebanan poros engkol.

Dalam VOD dan SOD, gaya gravitasi suatu bagian biasanya diabaikan karena besarnya yang tidak signifikan dibandingkan gaya lainnya.

Dengan demikian, gaya-gaya utama yang bekerja pada poros engkol adalah gaya-gaya dari tekanan gas dan gaya-gaya inersia massa yang bergerak. Gaya dari tekanan gas bergantung pada sifat siklus kerja, gaya inersia ditentukan oleh besarnya massa bagian yang bergerak, besarnya langkah piston dan kecepatan putaran.

Menemukan gaya-gaya ini diperlukan untuk menghitung kekuatan bagian-bagian mesin, mengidentifikasi beban pada bantalan, menentukan tingkat putaran poros engkol yang tidak merata, dan menghitung poros engkol untuk getaran puntir.

Pengurangan massa bagian dan sambungan poros engkol

Untuk menyederhanakan perhitungan, massa sebenarnya dari sambungan poros engkol yang bergerak diganti dengan massa tereduksi, terkonsentrasi pada titik-titik karakteristik poros engkol dan secara dinamis atau, dalam kasus ekstrim, setara secara statis dengan massa terdistribusi nyata.

Pusat-pusat pin piston, jurnal batang penghubung, dan suatu titik pada sumbu poros engkol diambil sebagai titik-titik karakteristik poros engkol. Pada mesin diesel crosshead, alih-alih bagian tengah pin piston, titik karakteristik diambil sebagai titik karakteristik bagian tengah crosshead.

Massa bergerak translasi (SMM) M s pada mesin diesel bagasi meliputi massa piston dengan ring, pin piston, ring piston dan sebagian massa batang penghubung. Pada mesin crosshead, massa yang dikurangi meliputi massa piston dengan ring, rod, crosshead dan sebagian massa batang penghubung.

LPM M S yang diberikan dianggap terkonsentrasi di tengah pin piston (mesin pembakaran internal bagasi) atau di tengah anggota silang kepala bab (mesin kepala silang).

Massa putar tak seimbang (URM) M R terdiri dari sisa massa batang penghubung dan sebagian massa engkol yang direduksi hingga ke sumbu jurnal batang penghubung.

Massa engkol yang terdistribusi secara konvensional digantikan oleh dua massa. Satu massa terletak di tengah jurnal batang penghubung, yang lain terletak di sumbu poros engkol.

Massa putaran engkol yang seimbang tidak menimbulkan gaya inersia, karena pusat massanya terletak pada sumbu putaran poros engkol. Namun momen inersia massa ini dimasukkan sebagai komponen momen inersia tereduksi seluruh poros engkol.

Jika terdapat penyeimbang, maka massa terdistribusinya digantikan oleh massa terkonsentrasi tereduksi yang terletak pada jarak jari-jari engkol R dari sumbu putaran poros engkol.

Mengganti massa terdistribusi pada batang penghubung, lutut (engkol) dan beban penyeimbang dengan massa terkonsentrasi disebut reduksi massa.

Dengan cara mempertemukan massa batang penghubung

Model dinamis batang penghubung adalah suatu ruas lurus (batang kaku tak berbobot) yang panjangnya sama dengan panjang batang penghubung L dengan dua massa terkonsentrasi di ujungnya. Pada sumbu pin piston terdapat massa bagian batang penghubung yang bergerak translasi M ШS, pada sumbu jurnal batang penghubung terdapat massa bagian batang penghubung yang berputar M ШR.

Beras. 8.1

M w - massa sebenarnya dari batang penghubung; ts.m. - pusat massa batang penghubung; L - panjang batang penghubung; L S dan L R - jarak dari ujung batang penghubung ke pusat massanya; M wS - massa bagian batang penghubung yang bergerak maju; M wR - massa bagian batang penghubung yang berputar

Untuk kesetaraan dinamis yang lengkap antara batang penghubung nyata dan model dinamisnya, tiga kondisi harus dipenuhi:

Untuk memuaskan semua orang tiga kondisi perlu dibuat model dinamis batang penghubung dengan tiga massa.

Untuk menyederhanakan perhitungan, model dua massa dipertahankan, dibatasi hanya pada kondisi kesetaraan statis

Pada kasus ini

Terlihat dari rumus yang diperoleh (8.3), untuk menghitung M wS dan M wR perlu diketahui L S dan L R, yaitu. letak pusat massa batang penghubung. Nilai-nilai ini dapat ditentukan dengan metode perhitungan (grafik-analitis) atau secara eksperimental (dengan metode goyang atau penimbangan). Anda dapat menggunakan rumus empiris Prof. V.P.Terskikh

dimana n adalah putaran mesin, min -1.

Anda juga bisa mengambil secara kasar

M adalah? 0,4 Mw; M wR? 0,6 M w.

Pengurangan massa engkol

Model dinamis engkol dapat direpresentasikan sebagai radius (batang kaku tanpa bobot) dengan dua massa di ujung Mk dan Mk0.

Kondisi kesetaraan statis

dimana massa pipi; - bagian dari massa pipi direduksi menjadi sumbu jurnal batang penghubung; - bagian massa pipi direduksi menjadi sumbu poros; c adalah jarak dari pusat massa pipi ke sumbu putaran poros engkol; R - radius engkol. Dari rumus (8.4) kita peroleh

Akibatnya, massa engkol yang berkurang akan terbentuk

dimana massa jurnal batang penghubung;

Berat leher bingkai.

Beras. 8.2

Membawa massa penyeimbang

Model dinamis penyeimbang mirip dengan model engkol.

Gambar.8.3

Mengurangi massa penyeimbang yang tidak seimbang

dimana massa sebenarnya dari penyeimbang;

c 1 - jarak dari pusat massa penyeimbang ke sumbu rotasi poros engkol;

R - radius engkol.

Massa penyeimbang tereduksi dianggap terletak pada suatu titik pada jarak R menuju pusat massa relatif terhadap sumbu poros engkol.

Model poros engkol yang dinamis

Model dinamis CVM secara keseluruhan disusun berdasarkan model tautannya, sementara massa yang terkonsentrasi pada titik-titik dengan nama yang sama diringkas.

1. Massa translasi tereduksi terkonsentrasi pada bagian tengah pin piston atau kepala bab

M S = M P + M SHT + M KR + M ShS , (8.9)

dimana MP adalah massa set piston;

M ШТ - massa batang;

M KR - massa judul bab;

M ШS - PDM bagian batang penghubung.

2. Mengurangi massa putaran tidak seimbang yang terkonsentrasi di tengah pin engkol

MR = M K + M ШR, (8.10)

dimana M K adalah bagian massa lutut yang berputar tidak seimbang;

M ШR - НВМ bagian dari batang penghubung;

Biasanya, untuk memudahkan perhitungan, massa absolut diganti dengan massa relatif.

dimana F p adalah luas piston.

Faktanya adalah bahwa gaya inersia dijumlahkan dengan tekanan gas dan jika massa digunakan dalam bentuk relatif, dimensi yang sama diperoleh. Selain itu, untuk mesin diesel sejenis, nilai m S dan m R bervariasi dalam batas yang sempit dan nilainya diberikan dalam literatur teknis khusus.

Jika perlu memperhitungkan gaya gravitasi bagian-bagiannya, mereka ditentukan oleh rumus

dimana g adalah percepatan gravitasi, g = 9,81 m/s 2 .

Kuliah 13.8.2. Gaya inersia satu silinder

Ketika poros engkol bergerak, gaya inersia timbul dari massa poros engkol yang bergerak translasi dan berputar.

Gaya inersia PDM (disebut F P)

mesin piston termodinamika kelautan

q S = -m S J. (8.12)

Tandanya “-” karena arah gaya inersia biasanya berlawanan dengan vektor percepatan.

Mengetahui bahwa kita akan mendapatkan

DI TDC (b = 0).

BDC (b = 180).

Mari kita nyatakan amplitudo gaya inersia orde pertama dan kedua

P I = - m S Rsch 2 dan P II = - m S l Rsch 2

q S = P I cosб+ P II cos2b, (8.14)

dimana P I cosb adalah gaya inersia orde pertama PDM;

P II cos2b adalah gaya inersia orde kedua dari PDM.

Gaya inersia q S diterapkan pada pin piston dan diarahkan sepanjang sumbu silinder kerja, besar dan tandanya bergantung pada b.

Gaya inersia orde pertama cosb PDM P I dapat direpresentasikan sebagai proyeksi ke sumbu silinder dari vektor tertentu yang diarahkan sepanjang engkol dari pusat poros engkol dan bertindak seolah-olah mewakili gaya sentrifugal inersia massa m S terletak di tengah pin engkol.

Beras. 8.4

Proyeksi vektor pada sumbu horizontal merupakan nilai fiktif P I sinb, karena pada kenyataannya nilai tersebut tidak ada. Sesuai dengan ini, vektor itu sendiri, yang mirip dengan gaya sentrifugal, juga tidak ada dan oleh karena itu disebut gaya inersia fiktif orde pertama.

Pengenalan gaya inersia fiktif, yang hanya memiliki satu proyeksi vertikal nyata, adalah teknik konvensional yang memungkinkan seseorang menyederhanakan perhitungan PDM.

Vektor gaya inersia fiktif orde pertama dapat direpresentasikan sebagai jumlah dari dua komponen: gaya nyata P I cosБ, diarahkan sepanjang sumbu silinder dan gaya fiktif P I sinБ, diarahkan tegak lurus terhadapnya.

Gaya inersia orde kedua P II cos2b juga dapat direpresentasikan sebagai proyeksi ke sumbu silinder dari vektor P II gaya inersia fiktif PDM orde kedua, yang membentuk sudut 2b dengan sumbu silinder dan berputar dengan kecepatan sudut 2.

Beras. 8.5

Gaya inersia fiktif orde kedua PDM juga dapat direpresentasikan sebagai jumlah dari dua komponen, salah satunya adalah P II cos2b nyata, diarahkan sepanjang sumbu silinder, dan P II sin2b fiktif kedua, diarahkan tegak lurus terhadap yang pertama.

Gaya Inersia NVM (disebut F P)

Gaya q R diterapkan pada sumbu jurnal batang penghubung dan diarahkan sepanjang engkol menjauhi sumbu poros engkol. Vektor gaya inersia berputar bersama poros engkol dalam arah dan kecepatan yang sama.

Jika digerakan sedemikian rupa sehingga permulaannya berimpit dengan sumbu poros engkol, maka dapat diuraikan menjadi dua komponen.

Vertikal;

Horisontal.

Beras. 8.6

Total kekuatan inersia

Total gaya inersia PDM dan NVM pada bidang vertikal

Jika kita mempertimbangkan secara terpisah gaya inersia orde pertama dan kedua, maka pada bidang vertikal gaya inersia total orde pertama

Gaya inersia orde dua pada bidang vertikal

Komponen vertikal gaya inersia orde pertama cenderung mengangkat atau menekan mesin ke pondasi satu kali per putaran, dan gaya inersia orde kedua - dua kali per putaran.

Gaya inersia orde pertama pada bidang horizontal cenderung menggerakkan motor dari kanan ke kiri dan mundur lagi satu kali dalam satu putaran.

Efek gabungan gaya tekanan gas pada piston dan gaya inersia poros engkol

Tekanan gas yang dihasilkan selama pengoperasian mesin bekerja pada piston dan penutup silinder. Hukum perubahan P = f(b) ditentukan dari diagram indikator yang diperluas yang diperoleh secara eksperimental atau dengan perhitungan.

1) Dengan asumsi bahwa tekanan atmosfer bekerja di sisi belakang piston, kita menemukan kelebihan tekanan gas pada piston

P g = P - P 0 , (8.19)

dimana P adalah tekanan gas absolut saat ini dalam silinder, diambil dari diagram indikator;

P 0 - tekanan sekitar.

Gambar.8.7 - Gaya yang bekerja pada poros engkol: a - tidak memperhitungkan gaya inersia; b - dengan mempertimbangkan gaya inersia

2) Dengan memperhitungkan gaya inersia, gaya vertikal yang bekerja pada bagian tengah pin piston akan ditentukan sebagai gaya penggerak

Pd = Pr + qs. (8.20)

3) Mari kita menguraikan gaya penggerak menjadi dua komponen - gaya normal P n dan gaya yang bekerja sepanjang batang penghubung P w:

P n = P d tgv; (8.21)

Gaya normal P n menekan piston ke liner silinder atau penggeser crosshead ke pemandunya.

Gaya yang bekerja pada batang penghubung P w menekan atau meregangkan batang penghubung. Kerjanya sepanjang sumbu batang penghubung.

4) Mari kita pindahkan gaya P w sepanjang garis aksi ke pusat pin engkol dan menguraikannya menjadi dua komponen - gaya tangensial t, diarahkan secara tangensial ke lingkaran yang dibatasi oleh jari-jari R

dan gaya radial z diarahkan sepanjang jari-jari engkol

Selain gaya P w, gaya inersia q R akan diterapkan pada pusat jurnal batang penghubung.

Maka gaya radial total

Mari kita pindahkan gaya radial z sepanjang garis aksinya ke pusat leher rangka dan terapkan pada titik yang sama dua gaya yang saling seimbang dan, sejajar dan sama dengan gaya tangensial t. Sepasang gaya t menyebabkan poros engkol berputar. Momen pasangan gaya ini disebut torsi. Nilai torsi absolut

M cr = tF p R. (8.26)

Jumlah gaya dan z yang diterapkan pada sumbu poros engkol memberikan gaya yang dihasilkan yang membebani bantalan rangka poros engkol. Mari kita menguraikan gaya menjadi dua komponen - vertikal dan horizontal. Gaya vertikal, bersama dengan gaya tekanan gas pada penutup silinder, meregangkan bagian-bagian rangka dan tidak diteruskan ke pondasi. Gaya-gaya yang berlawanan arah membentuk sepasang gaya dengan lengan H. Pasangan gaya ini cenderung memutar rangka pada sumbu horizontal. Momen pasangan gaya ini disebut torsi guling atau balik M def.

Momen guling disalurkan melalui rangka mesin ke tumpuan rangka pondasi dan ke badan pondasi kapal. Konsekuensinya, M def harus seimbang dengan momen reaksi eksternal r f pondasi kapal.

Tata cara penentuan gaya-gaya yang bekerja pada poros engkol

Gaya-gaya ini dihitung dalam bentuk tabel. Langkah perhitungan harus dipilih menggunakan rumus berikut:

Untuk dua langkah; - untuk empat langkah,

dimana K adalah bilangan bulat: i adalah jumlah silinder.

			P n = P d tgv

Tenaga penggerak dibagi luas piston

P d = P g + q s + g s +P tr. (8.20)

Kita mengabaikan gaya gesekan P tr.

Jika ya? 1,5% P z , maka kita abaikan juga.

Nilai P g ditentukan dengan menggunakan tekanan diagram indikator P.

P g = P - P 0 . (8.21)

Kami menentukan kekuatan inersia secara analitis

Beras. 8.8

Kurva gaya penggerak Pd merupakan titik awal pembuatan diagram gaya Pн = f(b), Psh = f(b), t = f(b), z = f(b).

Untuk memeriksa kebenaran pembuatan diagram tangensial, perlu ditentukan gaya tangensial rata-rata t rata-rata pada sudut putaran engkol.

Dari diagram gaya tangensial terlihat jelas bahwa t cf ditentukan sebagai perbandingan luas antara garis t = f(b) dan sumbu x terhadap panjang diagram.

Luasnya ditentukan dengan planimeter atau dengan integrasi menggunakan metode trapesium

dimana n 0 adalah jumlah bagian yang membagi luas yang diperlukan;

y i - ordinat kurva pada batas bagian;

Setelah menentukan t cp dalam cm, dengan menggunakan skala sepanjang sumbu ordinat, ubah menjadi MPa.