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!

Поделиться с друзьями:




Мы поможем в написании ваших работ!