5. ДИНАМИКА

5.1. Силы давления газов

Индикаторную диаграмму, полученную в тепловом расчете, развертывают по углу поворота кривошипа по методу Брикса.

Для этого под индикаторной диаграммой строят вспомогательную полуокружность радиусом R=S/2. От центра полуокружности (точка О) в сторону НМТ откладываем поправку Брикса равную

мм                                        (5.1)

где Мs=1мм в мм – масштаб хода поршня на индикаторной диаграмме.

Полуокружность делят лучами от центра О на несколько частей, а из центра Брикса (точка О¢) проводят линии, параллельные этим лучам. Точки, полученные на полуокружности, соответствуют определенным углам j (на лист 2 интервал между точками равен 30°). Из этих точек проводят вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторной диаграммы и полученные величины давлений откладывают на вертикали соответствующий углов j. Развертку индикаторной диаграммы начинаем от ВМТ в процессе хода выпуска. При этом следует учитывать, что на  свернутой индикаторной диаграмме давление отсчитывают от абсолютного нуля, а на развернутой показывают избыточное давление над поршнем ∆Pr= Pr  - Po. Следовательно, давления в цилиндре двигателя, меньшие атмосферного, на развернутой диаграмме будут отрицательными. Силы давления газов, направленные к оси коленчатого вала, считаются положительными, а от коленчатого вала – отрицательными.

Масштабы развернутой диаграммы: давлений и удельных сил Мр=0.05 МПа в мм; полных сил Мр = МрFn=0.05·0.00679291=0.00034 МН в мм;  угла поворота кривошипа Мj= 3° в мм, или

рад в мм                              (5.2)

где ОВ=240 мм – длина развернутой индикаторной диаграммы.

По развернутой диаграмме через каждые 10° угла поворота кривошипа определяют значения ∆рг и заносят в гр.2 сводной таблицы 5.1 динамического расчета (в таблице 5.1 значения даны через 10°).

5.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

С учетом диаметра цилиндра, отношения S/D, рядного расположения цилиндров и достаточно высокого значения рz устанавливают следующие значения масс частей КШМ:

масса поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава принято mn¢ = 100 кг/м2)

кг;                         (5.3)

масса шатуна (для стального кованного шатуна принято m¢ш = 150 кг/м2)

кг;                         (5.4)

масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (для литого чугунного вала принято m¢к =140 кг/м2)

кг;                        (5.5)

Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

кг;                       (5.6)

Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:

кг;                       (5.7)

Массы, совершающие возвратно-поступательное движение:

кг;                    (5.8)

Массы, совершающие вращательное движение:

кг;                   (5.9)

5.3 Удельные полные силы инерции

В гр. 3 табл. 5.1 заносим значения и определяем значения удельной силы возвратно-поступательно движущихся масс (гр. 4):

 кН                     (5.10)

Центробежная сила инерции вращающихся масс

кН             (5.11)

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна

кН            (5.12)

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа

кН.             (5.13)

5.4 Удельные суммарные силы

Удельная сила (МПа), сосредоточенная на оси поршневого пальца:

                                                       (5.14)

Удельная нормальная сила (МПа):

                                                          (5.15)

Значения tgb определяют для выбранного l и заносят в гр.6, а значения pN – в гр.7.

Удельная сила (МПа), действующая вдоль шатуна (гр.9):

                                                    (5.16)

Удельная сила (МПа), действующая по радиусу кривошипа (гр. 11):

                                              (5.17)

Удельная (гр.13) и полная (гр. 14) тангенциальные силы:

 МПа                               (5.18)

 кН                        (5.19)

По данным табл. 5.1 на листе миллиметровой бумаги строят графики изменения удельных сил  рj , р, ps, pN, pк и рТ  в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала j .

Среднее значение тангенциальной силы за цикл:

по данным теплового расчета:

Н       (5.20)

по площади, заключенной между кривой рТ  и осью абсцисс:

МПа                   (5.21)

Н                          (5.22)

ошибка   %                (5.23)

5.5 Крутящие моменты

Крутящий момент одного цилиндра (гр.15)

 Нм                                      (5.24)

Период изменения крутящего момента четырехтактного двигателя с равными интервалами между вспышками

                                             (5.25)

Суммирование значений крутящих моментов всех четырех цилиндров двигателя осуществляется табличным методом (табл.5.2) через каждые 10° угла поворота коленчатого вала и по полученным данным строится кривая Мкр в масштабе Мм = 10 Нм в мм.

Таблица 5.2

Крутящие моменты

Средний крутящий момент двигателя:

по данным теплового расчета

 Нм                               (5.26)

по площади, заключенной под кривой Мкр:

 Нм               (5.27)

ошибка %          (5.28)

Максимальный и минимальный крутящие моменты:

Мкр.max = 860 Hм;  Мкр min = -418 Hм.

5.6 Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала

Для проведения расчета результирующей силы, действующей на шатунную шейку рядного двигателя, составляют таблицу 5.3, в которую переносят значения силы Т.

Суммарная сила, действующая на шатунную шейку по радиусу кривошипа:

 кН                                     (5.29)

где:               кН                     (5.30)

Результирующая сила Rш.ш., действующая на шатунную шейку, подсчитывается графическим сложением векторов сил Т и Рк при построении полярной диаграммы. Масштаб сил на полярной диаграмме для суммарных сил Мр=0.1 кН в мм. Значения Rш.ш  для различных φ заносят в таблицу и по ним строят диаграмму Rш.ш  в прямоугольных координатах.

По развернутой диаграмме Rш.ш  определяют:

 кН                     (5.31)

Rш.ш.max=22.9 кН,             Rш.ш.min=4.85 кН,

где ОВ – длина диаграммы, мм

F – площадь под кривой Rш.ш , мм2 .

Таблица 5.3

Силы, действующие на шатунную шейку

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11