Кривошип

Наиболее часто встречающийся случай, когда к кривошипу присоединяется несколько структурных групп – это коленчатый вал, приводящий в движение несколько шатунно-ползунных групп. На рис. 3.11 представлен пример такого механизма с двумя группами. Задача в данном случае состоит в определении реакций в опорах кривошипа.

Тип силового расчета кривошипа зависит от того, как на него передается крутящий момент с вала двигателя. На рис. 3.12 представлены наиболее распространенные варианты.

Вариант 1. Крутящий момент на кривошип передается через зубчатую или фрикционную пару (рис. 3.12,а).

В этом случае крутящий момент, действующий на кривошипе создается усилием в зацеплении и при силовом расчете учитывается так называемой уравновешивающей силой “F_у”, приложение которой уравновешивает кривошип, что и позволяет использовать уравнения равновесия. Плоская расчетная схема для этого варианта представлена на рис. 3.13.

Уравновешивающая сила определяется из условия равновесия моментов всех сил, действующих на кривошип:

 

(3.27)

 

где: h _i – плечи, на которых соответствующие

силы создают крутящие моменты, на

рис. 3.13 показаны плечи h₂ и h_у .

n – количество структурных групп,

присоединенных к кривошипу.

 

Если момент передается через зубчатую пару, то a_w (см. рис. 3.13) это угол зацепления, а если через фрикционную – то a_w = 0.

Если силовой расчет производится после динамического исследования характера движения кривошипа (см. гл. 5), то при вычислении уравновешивающей силы появляется возможность учесть и инерционную нагрузку:

(3.27,б)

 

где: M_И = J ^пр e₁ – инерционный момент, действующий на кривошип в

данном положении,

J ^пр – значение приведенного момента инерции машины,

e₁ – значение углового ускорения кривошипа.

Реакцию в опоре кривошипа (обозначим ее R₀₁) найдем из условия равновесия в виде равенства нулю суммы всех сил, действующих на кривошип:

где: G ₁ – вес кривошипа.

 

Или в проекциях на оси НСК X₀Y₀:

 

 

(3.28)

 

 

Характерными особенностями данного варианта являются:

1. Уравновешивающая сила создает дополнительную составляющую реакции в опоре кривошипа.

2. Величина этой дополнительной составляющей зависит от характера внешних сил, диаметра колеса 1 на валу кривошипа и расположения шестерни 2 относительно колеса 1.

Вариант 2. Крутящий момент на кривошип передается через планетарный или волновой механизм (рис. 3.12,б). Соответствующая плоская расчетная схема представлена на рис. 3.14. При этом, на рис. 3.14,а – схема с двумя сателлитами как на рис. 3.12,б, а на рис. 3.14,б – с тремя.

В этом случае крутящий момент, действующий на кривошип создается несколькими усилиями тоже называемыми уравновешивающими силами, но возникающими в осях сателлитов F у _i (i =1, 2,... n_w ; где: n_w – количество сателлитов). Обычно в силовых механизмах сателлитов не меньше трех. Однако, для силового расчета это не имеет значения, поскольку усилия Fу _j в сумме не создают дополнительной реакции в опоре кривошипа т.к.

Поэтому в данном случае достаточно определить уравновешивающий момент “Mу” из условия равновесия моментов всех сил, действующих на кривошип:

(3.29)

 

где: h _i – плечи, на которых силы R _i создают крутящие моменты,

n_СГ – количество структурных групп, присоединенных к кривошипу.

Слагаемое “M_И” поставлено в скобках т.к. оно учитывается или нет в зависимости от стадии, на которой производится силовой расчет (см. комментарии к уравнениям 3.27).

Реакцию в опоре кривошипа R₀₁ находим из условия равновесия в виде равенства нулю суммы всех сил, действующих на кривошип:

 

или в проекциях на оси НСК X₀Y₀:

 

(3.30)

(3.30)

 

 

Характерной особенностью данного варианта является то, что в опоре кривошипа не возникает дополнительных составляющих реакции, что можно отнести к достоинствам планетарных и волновых механизмов.