КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ
Для этой цели задаемся конструктивными массами поршневой и шатунной группы, рассчитывая, пользуясь таблицей 4.1.
Значения масс поршня, шатуна и коленчатого вала определить по формуле:
где - конструктивная масса детали, отнесенная к площади поршня, (табл. 4.1); - площадь поршня, .
Таблица 4.1 – Конструктивные массы деталей, отнесенные к площади поршня
№ п/п | Элементы КШМ | Конструктивная масса |
Двигатель с искровым зажиганием ДВС ( ) | ||
1 | Поршень (алюминиевый сплав) | 80-150 |
2 | Шатун | 100-200 |
3 | Колено вала без противовесов : | |
- стальной кованый вал со сплошными шейками; | 150-200 | |
- чугунный литой вал с полыми шейками | 100-200 |
Произвести расчет полного значения масс, .
Масса частей, движущихся возвратно-поступательно:
где - масса комплекта поршня (поршень + палец) ; – масса шатуна, приведенная к поршню.
Массу шатуна, приведенная к поршню определить по выражению:
Масса вращающихся деталей:
- в рядных ДВС:
где - масса колена без противовесов (масса кривошипа), ; - масса шатуна, приведенная к коленчатому валу.
Массу шатуна, приведенную к коленчатому валу определить по выражению:
|
|
Соответствие выбранных масс проверить по значению максимальной удельной силы инерции:
где – радиус кривошипа ( , ); - угловая скорость коленчатого вала ( , ); – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна (постоянная КШМ); - площадь поршня, .
Максимум удельной силы не должен превышать следующих интервалов:
- для двигателей с искровым зажиганием с числом оборотов , ;
Удельную силу инерции движущихся масс определить по формуле:
6. Произвести расчёт сил, действующих в КШМ
Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс:
Центробежной силы инерции вращающихся масс
Центробежная сила инерции является результирующей двух сил:
- силы инерции вращающихся масс шатуна
- силы инерции вращающихся масс кривошипа
Суммарной силы, действующей на поршень:
|
|
где – сила давления газов берется из развернутой индикаторной диаграммы.
Нормальной силы, перпендикулярной к оси цилиндра:
Силы, действующей вдоль шатуна:
Нормальной силы, действующей вдоль радиуса кривошипа
Тангенциальной силы, касательной окружности кривошипа:
Значения тригонометрических функций для выбранного значения берем из таблиц приложений методички. Расчет всех действующих сил производим через 20° поворота коленчатого вала.Расчеты значений силприведены в приложении 2, рассчитанные значения сил для различных углов сводятся в таблицу 4.2.
Таблица 4.2 - Расчетные данные давлений и сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме
п.к.в. | ΔрГ МПа | pj МПа | p∑ МПа | РГ кН (МН) | Рj кН (МН) | Р∑ кН (МН) | N кН (МН) | S кН (МН) | K кН (МН) | T кН (МН) |
0 | 0,1 | 1,39 | 1,49 | 0,58 | -8,07 | -7,49 | 0,00 | -7,49 | -7,49 | 0,00 |
20 | 0,1 | 1,26 | 1,36 | 0,58 | -7,29 | -6,71 | -0,62 | -6,74 | -6,09 | -2,89 |
40 | 0,1 | 0,89 | 0,99 | 0,58 | -5,17 | -4,59 | -0,81 | -4,66 | -3,00 | -3,57 |
60 | 0,1 | 0,4 | 0,5 | 0,58 | -2,32 | -1,74 | -0,42 | -1,79 | -0,51 | -1,71 |
80 | 0,1 | -0,09 | 0,01 | 0,58 | 0,51 | 1,09 | 0,30 | 1,13 | -1,03 | 1,12 |
100 | 0,1 | -0,47 | -0,37 | 0,58 | 2,72 | 3,30 | 0,90 | 3,42 | -1,46 | 3,09 |
120 | 0,1 | -0,7 | -0,6 | 0,58 | 4,04 | 4,62 | 1,10 | 4,75 | -3,27 | 3,45 |
140 | 0,1 | -0,79 | -0,69 | 0,58 | 4,57 | 5,15 | 0,90 | 5,23 | -4,53 | 2,62 |
160 | 0,1 | -0,8 | -0,7 | 0,58 | 4,66 | 5,24 | 0,49 | 5,26 | -5,09 | 1,34 |
180 | 0,1 | -0,8 | -0,7 | 0,58 | 4,64 | 5,22 | 0,00 | 5,22 | -5,22 | 0,00 |
200 | 0,1 | -0,8 | -0,7 | 0,58 | 4,66 | 5,24 | -0,49 | 5,26 | -5,26 | -1,34 |
220 | 0,11 | -0,79 | -0,68 | 0,64 | 4,57 | 5,21 | -0,90 | 5,29 | -4,58 | -2,65 |
240 | 0,13 | -0,7 | -0,57 | 0,75 | 4,04 | 4,79 | -1,14 | 4,92 | -3,39 | -3,58 |
260 | 0,16 | -0,47 | -0,31 | 0,93 | 2,72 | 3,65 | -1,00 | 3,78 | -1,62 | -3,42 |
280 | 0,23 | -0,09 | 0,14 | 1,33 | 0,51 | 1,84 | -0,50 | 1,91 | -1,75 | -1,90 |
300 | 0,38 | 0,4 | 0,78 | 2,2 | -2,32 | -0,12 | 0,03 | -0,12 | -0,03 | 0,12 |
320 | 0,72 | 0,89 | 1,61 | 4,18 | -5,17 | -0,99 | 0,81 | -1,00 | -0,65 | 0,77 |
340 | 1,6 | 1,26 | 2,86 | 9,28 | -7,29 | 1,99 | -0,18 | 2,00 | 1,81 | -0,85 |
360 | 8,47 | 1,39 | 9,86 | 49,13 | -8,07 | 41,06 | 0,00 | 41,06 | 41,06 | 0,00 |
380 | 6,85 | 1,26 | 8,11 | 39,73 | -7,29 | 32,44 | 3,02 | 32,58 | 29,45 | 13,92 |
400 | 3,31 | 0,89 | 4,2 | 19,2 | -5,17 | 14,03 | 2,47 | 14,24 | 9,16 | 10,90 |
420 | 1,82 | 0,4 | 2,22 | 10,56 | -2,32 | 8,24 | 1,97 | 8,47 | 2,41 | 8,12 |
440 | 1,16 | -0,09 | 1,07 | 6,73 | 0,51 | 7,24 | 1,98 | 7,51 | -6,88 | 7,47 |
460 | 0,84 | -0,47 | 0,37 | 4,87 | 2,72 | 7,59 | 2,07 | 7,87 | -3,36 | 7,11 |
φ п.к.в. | ΔрГ МПа | pj МПа | p∑ МПа | РГ кН (МН) | Рj кН (МН) | Р∑ кН (МН) | N кН (МН) | S кН (МН) | K кН (МН) | T кН (МН) |
480 | 0,68 | -0,7 | -0,02 | 3,94 | 4,04 | 7,98 | 1,91 | 8,20 | -5,64 | 5,96 |
500 | 0,59 | -0,79 | -0,2 | 3,42 | 4,57 | 7,99 | 1,41 | 8,11 | -7,02 | 4,06 |
520 | 0,54 | -0,8 | -0,26 | 3,13 | 4,66 | 7,79 | 0,72 | 7,82 | -7,56 | 1,99 |
540 | 0,53 | -0,8 | -0,27 | 3,07 | 4,64 | 7,71 | 0,00 | 7,71 | -7,54 | 0,00 |
560 | 0,52 | -0,8 | -0,28 | 3,02 | 4,66 | 7,68 | -0,71 | 7,71 | -7,46 | -1,96 |
580 | 0,49 | -0,79 | -0,3 | 2,84 | 4,57 | 7,41 | -1,30 | 7,52 | -6,51 | -3,76 |
600 | 0,44 | -0,7 | -0,26 | 2,55 | 4,04 | 6,59 | -1,57 | 6,77 | -4,66 | -4,92 |
620 | 0,38 | -0,47 | -0,09 | 2,20 | 2,72 | 4,92 | -1,34 | 5,10 | -2,18 | -4,61 |
640 | 0,3 | -0,09 | 0,21 | 1,74 | 0,51 | 2,25 | -0,61 | 2,33 | -2,14 | -2,32 |
660 | 0,23 | 0,4 | 0,63 | 1,33 | -2,32 | -0,99 | 0,24 | -1,02 | -0,29 | 0,97 |
680 | 0,16 | 0,89 | 1,05 | 0,93 | -5,17 | -4,24 | 0,75 | -4,30 | -2,77 | 3,46 |
700 | 0,12 | 1,26 | 1,38 | 0,7 | -7,29 | -6,59 | 0,52 | -6,62 | -5,98 | 2,83 |
720 | 0,1 | 1,39 | 1,49 | 0,58 | -8,07 | -7,49 | 0,00 | -7,49 | -7,49 | 0,00 |
7. По рассчитанным данным строим графики изменения сил в зависимости от угла поворота коленчатого вала.
|
|
|
|
На верхнем графике строим изменения сил давления газов , удельной силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс и суммарной силы:
Ниже строим значения сил (рекомендуемый масштаб , ):
- найденной ранее силы ;
- нормальной силы , действующей на стенку цилиндра и силы , действующей вдоль шатуна;
- нормальной силы , действующей по оси кривошипа и тангенциальной силы .
Все графики строим в одном масштабе сил, принятом при построении развернутой индикаторной диаграммы.
КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ
При расчете значений для двигателя с центральным кривошипно-шатунным механизмом воспользоваться формулами:
- перемещения поршня
- скорости поршня
- ускорения поршня
Значения тригонометрических функций для выбранного угла брать из таблиц приложений методички. Значение радиуса кривошипа брать в зависимости от рассчитанного ранее значения хода поршня . Значение брать из исходных данных. Расчеты значений силприведены в приложении 3, рассчитанные значения сил для построения графиков перемещения, скорости и ускорения поршня сводятся в таблицу 5.1.
Таблица 5.1 - Данные для построения графиков перемещения, скорости и ускорения поршня
φ п.к.в. | SI м | SII м | S м | WI м/с | WII м/с | W м/с | JI м/с2 | JII м/с2 | J м/с2 |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4239,63 | 1157,42 | 5397,05 |
20 | 0,0026 | 0,0007 | 0,0033 | 4,62 | 1,18 | 5,80 | 3985,25 | 891,21 | 4876,46 |
40 | 0,01 | 0,0025 | 0,0125 | 8,68 | 1,81 | 10,49 | 3264,51 | 201,39 | 3465,90 |
60 | 0,0215 | 0,0045 | 0,026 | 11,69 | 1,59 | 13,28 | 2119,81 | -578,71 | 1541,10 |
80 | 0,0355 | 0,0058 | 0,0413 | 13,29 | 0,63 | 13,92 | 737,69 | -1087,97 | -350,28 |
100 | 0,0505 | 0,0058 | 0,0563 | 13,29 | - 0,63 | 12,66 | -737,69 | -1087,97 | -1825,67 |
120 | 0,0645 | 0,0045 | 0,069 | 11,69 | - 1,59 | 10,1 | -2119,81 | -578,71 | -2698,52 |
140 | 0,0761 | 0,0025 | 0,0786 | 8,68 | -1,81 | 6,86 | -3264,51 | 201,39 | -3063,12 |
160 | 0,0834 | 0,0007 | 0,0841 | 4,62 | -1,18 | 3,43 | -3985,25 | 891,21 | -3094,04 |
180 | 0,086 | 0 | 0,086 | 0 | 0 | 0 | -4239,63 | 1157,42 | -3082,21 |
200 | 0,0834 | 0,0007 | 0,0841 | -4,62 | 1,18 | -3,43 | -3985,25 | 891,21 | -3094,04 |
220 | 0,0761 | 0,0025 | 0,0786 | -8,68 | 1,81 | -6,86 | -3264,51 | 201,39 | -3063,12 |
240 | 0,0645 | 0,0045 | 0,069 | -11,69 | 1,59 | -10,1 | -2119,81 | -578,71 | -2698,52 |
260 | 0,0505 | 0,0058 | 0,0563 | -13,29 | 0,63 | -12,66 | -737,69 | -1087,97 | -1825,67 |
280 | 0,0355 | 0,0058 | 0,0413 | -13,29 | -0,63 | -13,92 | 737,69 | -1087,97 | -350,28 |
300 | 0,0215 | 0,0045 | 0,026 | -11,69 | -1,59 | -13,28 | 2119,81 | -578,71 | 1541,10 |
320 | 0,01 | 0,0025 | 0,0125 | -8,68 | -1,81 | -10,49 | 3264,51 | 201,39 | 3465,90 |
340 | 0,0026 | 0,0007 | 0,0033 | -4,62 | -1,18 | -5,80 | 3985,25 | 891,21 | 4876,46 |
360 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4239,63 | 1157,42 | 5397,05 |
По рассчитанным данным строим графики изменения перемещения, скорости и ускорения поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала.
Масштаб графиков выбирать с таким расчетом, чтобы равномерно заполнить имеющееся место.
На графиках обозначить составляющие первого и второго порядков, а также их суммарные значения.
ПРИЛОЖЕНИЯ:
Приложение 1 – расчеты для построения свернутой индикаторной диаграммы
Для политропы сжатия:
Для политропы расширения:
Приложение 2 – для динамического расчета двигателя
Удельные силы инерции движущихся масс:
Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс
Суммарные силы, действующие на поршень:
Силы давления газов:
Нормальные силы, перпендикулярные к оси цилиндра:
Силы действующие вдоль шатуна
Нормальной силы, действующих вдоль радиуса кривошипа:
Тангенциальной силы, касательной окружности кривошипа:
Приложение 3 – для кинематического расчета двигателя
Перемещения поршня:
,
,
,
,
Скорости поршня
Ускорения поршня:
Рисунок, приложение 1 - Исходные параметры для теплового расчета двигателя с распределенным впрыском топлива
Рисунок, приложение 2 – Номограмма для определения показателя адиабаты сжатия
Рисунок, приложение 3 - Номограмма для определения показателя
адиабаты расширения для бензинового двигателя
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Автомобильные и тракторные двигатели. Курсовое проектирование [Текст] : учебное пособие / под ред. А. П. Уханова. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2005. - 192 с.
2. Автомобильные двигатели внутреннего сгорания [Текст] : учебное пособие для студ. вузов / Н. В. Зайцев, А. П. Акимов, В. М. Попов. - Киров : Кировский филиал МГИУ, 2006. - 214 с.
3. Двигатели внутреннего сгорания [Текст] : учебник для вузов. В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов / под ред.: В. Н. Луканина, М. Г. Шатрова. - 3-е изд., перераб. и испр. - М. :Высш. шк., 2007. - 479 с.
4. Расчет автомобильных и тракторных двигателей [Текст] : учебное пособие для вузов / А. И. Колчин, В. П. Демидов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 2003. - 496 с.
5. Совершенствование конструкции, теории и расчета тракторов, автомобилей и двигателей внутреннего сгорания [Текст] : межвузовский сборник научных трудов юбилейной XV региональной научно-практической конференции вузов Поволжья и Предуралья. - Киров : Вятская ГСХА, 2004.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1800; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!