Πώς υπολογίζετε τις δυνάμεις που ενεργούν στο στρόφαλο;
Ακολουθεί μια κατανομή του τρόπου προσέγγισης αυτού του υπολογισμού:
1. Ορίστε το σύστημα:
* Τύπος κινητήρα: Είναι ένας παλινδρομικός κινητήρας (π.χ. βενζίνη, ντίζελ), περιστροφικός κινητήρας ή άλλος τύπος;
* Γεωμετρία στροφάλου: Προσδιορίστε την ακτίνα του στροφάλου, το μήκος της ράβδου σύνδεσης και οποιεσδήποτε άλλες σχετικές διαστάσεις.
* Συνθήκες λειτουργίας: Καθορίστε την ταχύτητα του κινητήρα (RPM), το φορτίο στον κινητήρα (ροπή) και τη θέση του εμβόλου στον κύκλο του.
2. Προσδιορίστε τις δυνάμεις:
* δύναμη πίεσης αερίου: Αυτή είναι η πρωταρχική δύναμη που ενεργεί στο έμβολο λόγω της διαδικασίας καύσης. Είναι συνάρτηση της πίεσης αερίου μέσα στον κύλινδρο και στην περιοχή του εμβόλου.
* Δύναμη αδράνειας: Η ράβδος εμβόλου και σύνδεσης έχουν μάζες και εμπειρία αδράνειας λόγω της επιτάχυνσης τους. Αυτή η δύναμη ποικίλλει ανάλογα με τη θέση του εμβόλου και την ταχύτητα του κινητήρα.
* Σύνδεση Rod Force: Αυτή η δύναμη μεταδίδεται μέσω της ράβδου σύνδεσης στον στρόφαλο. Είναι ένας συνδυασμός της δύναμης πίεσης αερίου, της δύναμης αδράνειας και των δυνάμεων τριβής στα ρουλεμάν σύνδεσης.
* Crankpin Force: Αυτή η δύναμη ασκείται από τη ράβδο σύνδεσης στο crankpin. Πρόκειται για ένα συστατικό της δύναμης σύνδεσης που ενεργεί κάθετα στον βραχίονα του στροφάλου.
* Δυνάμεις τριβής: Υπάρχουν δυνάμεις τριβής στα δαχτυλίδια εμβόλου, το Piston Pin και τα ρουλεμάν σύνδεσης, τα οποία συμβάλλουν στις συνολικές δυνάμεις του στροφαλοφόρου.
3. Χρησιμοποιήστε αναλυτικές ή αριθμητικές μεθόδους:
* Αναλυτικές μέθοδοι: Για απλές περιπτώσεις, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αναλυτικές εξισώσεις που προέρχονται από βασικές μηχανικές και κινηματικές αρχές για τον υπολογισμό των δυνάμεων. Αυτές οι εξισώσεις περιλαμβάνουν συχνά την τριγωνομετρία, τον λογισμό και την ανάλυση φορέα.
* αριθμητικές μέθοδοι: Για πιο σύνθετες περιπτώσεις, χρησιμοποιούνται αριθμητικές μέθοδοι όπως η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FEA) για την προσομοίωση των δυνάμεων και των πιέσεων μέσα στο στρόφαλο. Αυτές οι μέθοδοι είναι πιο υπολογιστικά εντατικές, αλλά παρέχουν μια ακριβέστερη αναπαράσταση των δυνάμεων.
4. Εξετάστε συγκεκριμένες θέσεις στο στρόφαλο:
* Crankpin: Οι δυνάμεις που δρουν στο crankpin είναι συνήθως οι πιο σημαντικές που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Επηρεάζουν άμεσα την κάμψη και τις στρεπτικές τάσεις του στροφάλου.
* βραχίονα στροφάλου: Ο βραχίονας του στροφάλου υποβάλλεται τόσο σε δυνάμεις κάμψης όσο και σε δυνάμεις διάτμησης, ανάλογα με τη δύναμη του στροφαλοφόρου και τη γωνία του στροφάλου.
* άξονας στροφάλου: Ο άξονας του στροφάλου υπόκειται σε στρεπτικές δυνάμεις λόγω της περιστροφής του στροφάλου.
Σημαντικές εκτιμήσεις:
* Δυναμική ανάλυση: Δεδομένου ότι οι δυνάμεις στο στρόφαλο αλλάζουν συνεχώς κατά τη διάρκεια του κύκλου του κινητήρα, είναι απαραίτητη μια δυναμική ανάλυση για την επίτευξη ακριβών αποτελεσμάτων.
* τριβή και φθορά: Οι δυνάμεις τριβής στα εξαρτήματα του κινητήρα μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τις δυνάμεις στον στρόφαλο. Η φθορά μπορεί να οδηγήσει σε αλλαγές σε αυτές τις δυνάμεις με την πάροδο του χρόνου.
* Σχεδιασμός κινητήρα: Ο συγκεκριμένος σχεδιασμός του κινητήρα και οι συνθήκες λειτουργίας του επηρεάζουν σημαντικά τις δυνάμεις που δρουν στον στρόφαλο.
Εργαλεία και πόροι:
* Λογισμικό μηχανικής (CAE): Το λογισμικό FEA όπως το Ansys, το Abaqus και το SolidWorks μπορούν να χρησιμοποιηθούν για λεπτομερή ανάλυση των δυνάμεων στο στρόφαλο.
* Βιβλία σχεδιασμού κινητήρα και εγχειρίδια: Αυτοί οι πόροι παρέχουν λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τις αρχές του κινητήρα, τον σχεδιασμό του στροφάλου και τις μεθόδους υπολογισμού της δύναμης.
Συνοπτικά, οι δυνάμεις υπολογισμού που δρουν σε ένα στρόφαλο απαιτούν μια ολοκληρωμένη κατανόηση της μηχανικής μηχανών, της κινηματικής και των ειδικών συνθηκών λειτουργίας. Οι αναλυτικές και αριθμητικές μέθοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό αυτών των δυνάμεων, αλλά τα ακριβή αποτελέσματα απαιτούν προσεκτική εξέταση διαφόρων παραγόντων και τη χρήση κατάλληλων εργαλείων και πόρων.
