Voici une ventilation de la façon d'approcher ce calcul:
1. Définissez le système:
* Type de moteur: Est-ce un moteur alternatif (par exemple, l'essence, le diesel), un moteur rotatif ou un autre type?
* Géométrie de manivelle: Déterminez le rayon de manivelle, la longueur de la tige de connexion et toute autre dimension pertinente.
* Conditions de fonctionnement: Spécifiez la vitesse du moteur (RPM), la charge sur le moteur (couple) et la position du piston dans son cycle.
2. Identifier les forces:
* Force de pression du gaz: Il s'agit de la force principale agissant sur le piston en raison du processus de combustion. Il est fonction de la pression de gaz à l'intérieur du cylindre et de la zone du piston.
* Force d'inertie: Le piston et la canne de connexion ont des forces d'inertie en masse et éprouvent des forces en raison de leur accélération. Cette force varie avec la position du piston et la vitesse du moteur.
* Force de canne de connexion: Cette force est transmise à travers la bielle à la manivelle. Il s'agit d'une combinaison de la force de pression de gaz, de la force d'inertie et des forces de frottement dans les roulements de bielle.
* Crankpin Force: Cette force est exercée par la bielle de connexion sur le carter. C'est un composant de la force de canne de connexion qui agit perpendiculairement au bras de manivelle.
* Forces de friction: Il y a des forces de friction dans les anneaux de piston, la broche de piston et les roulements de bielle, qui contribuent aux forces globales sur la manivelle.
3. Utilisez des méthodes analytiques ou numériques:
* Méthodes analytiques: Pour les cas simples, vous pouvez utiliser des équations analytiques dérivées de la mécanique de base et des principes cinématiques pour calculer les forces. Ces équations impliquent souvent une trigonométrie, un calcul et une analyse vectorielle.
* Méthodes numériques: Pour les cas plus complexes, des méthodes numériques comme l'analyse par éléments finis (FEA) sont utilisées pour simuler les forces et les contraintes dans la manivelle. Ces méthodes sont plus intensives en calcul, mais fournissent une représentation plus précise des forces.
4. Considérez des emplacements spécifiques sur la manivelle:
* Crankpin: Les forces agissant sur le carter sont généralement les plus importantes à considérer. Ils influencent directement les stress de flexion et de torsion de la manivelle.
* CRANK ARM: Le bras de manivelle est soumis à la fois à des forces de flexion et de cisaillement, selon la force de manivelle et l'angle de la manivelle.
* CRANK TAFF: Le vilebrequin est soumis à des forces de torsion en raison de la rotation de la manivelle.
Considérations importantes:
* Analyse dynamique: Étant donné que les forces sur la manivelle changent constamment pendant le cycle du moteur, une analyse dynamique est nécessaire pour obtenir des résultats précis.
* frottement et usure: Les forces de friction dans les composants du moteur peuvent influencer considérablement les forces sur la manivelle. L'usure peut entraîner des changements dans ces forces au fil du temps.
* Conception du moteur: La conception spécifique du moteur et ses conditions de fonctionnement affectent considérablement les forces agissant sur la manivelle.
Outils et ressources:
* Logiciel d'ingénierie assistée par ordinateur (CAE): Des logiciels FEA comme ANSYS, ABAQUS et SOLIDWORKS peuvent être utilisés pour une analyse détaillée des forces sur la manivelle.
* Livres et manuels de conception du moteur: Ces ressources fournissent des informations détaillées sur les principes du moteur, la conception de la manivelle et les méthodes de calcul de la force.
En résumé, le calcul des forces agissant sur une manivelle nécessite une compréhension complète de la mécanique des moteurs, de la cinématique et des conditions de fonctionnement spécifiques. Des méthodes analytiques et numériques peuvent être utilisées pour déterminer ces forces, mais les résultats précis nécessitent une attention particulière à divers facteurs et l'utilisation d'outils et de ressources appropriés.
