Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(МОСКОВСКИЙ ПОЛИТЕХ)
Кафедра «Энергетические установки для транспорта и малой энергетики»
Дисциплина «Динамика двигателей внутреннего сгорания»
РЕФЕРАТ
Тема: Динамика кривошипно-шатунного механизма.
Выполнил студент___________________________________/Фомин М.Ю./
Преподаватель____________________________________/Апелинский Д.В./
Оценка____________________________
Дата______________________________
Москва 2021
Реферат на тему «Динамика кривошипно-шатунного механизма».
Оглавление
Реферат на тему динамика кривошипно-шатунного механизма. 1
Общие сведения. 1
§1 Силы давления газов. 1
§2. Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма. 3
§3. Силы инерции. 6
Вопросы для самопроверки. 7
Общие сведения
Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и сил инерции. По этим силам рассчитывают основные детали на прочность и износ, а также определяют неравномерность крутящего момента и степень неравномерности хода двигателя. Во время работы двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют силы давления газов в цилиндре, силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, центробежные силы, давление на поршень со стороны картера (приблизительно равное атмосферному давлению) и силы тяжести (силы тяжести в динамическом расчете обычно не учитывают).
|
|
|
Все действующие в двигателе силы воспринимаются полезным сопротивлением на коленчатом валу, силами трения и опорами двигателя.
В течение каждого рабочего цикла (720° для четырехи 360° для двухтактного двигателя) силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для определения характера изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда отдельных положений вала обычно через каждые 10 — 30°. Результаты динамического расчета сводят в таблиц
Силы давления газов
Силы давления газов, действующие на площадь поршня, для упрощения динамического расчета заменяют одной силой, направленной по оси цилиндра и приложенной к оси поршневого пальца. Ее определяют для каждого момента времени (угла q>) по действительной индикаторной диаграмме, снятой с двигателя, или по индикаторной диаграмме, построенной на основании теплового расчета (обычно для номинальной мощности и соответствующей ей частоты вращения коленчатого вала).
|
|
|
Перестроение индикаторной диаграммы в развернутую по углу поворота коленчатого вала обычно осуществляют по методу проф. Ф. А. Брикса[2]. Для этого под индикаторной диаграммой строят вспомогательную полуокружность радиусом R=S/2 (рис. 1)
Рис. 1 Перестроение (развертка) индикаторной диаграммы в координаты р — <р
Далее от центра полуокружности (точка 0) в сторону н.м.т. откладывают поправку Брикса, равную Ш/2. [1] Полуокружность делят лучами из центра 0 на несколько частей, а из центра Брикса (точка (У) проводят линии, параллельные этим лучам. Точки, полученные на полуокружности, соответствуют определенным углам <р (на рис. 1 интервал между точками равен 30°)i Из этих точек проводят вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторной диаграммы и полученные величины давлений откладывают на вертикали соответствующих углов <р. Развертку индикаторной диаграммы обычно начинают от в.м.т. в процессе хода впуска. [4] При этом следует учесть, что на свернутой индикаторной диаграмме давление отсчитывают от абсолютного нуля, а на развернутой показывают избыточное давление над поршнем Арг= —Рт—РоСледовательно, давления в цилиндре двигателя, меньшие атмосферных, на развернутой диаграмме будут отрицательными. Силы давления газов, направленные к оси коленчатого вала, считаются положительными, а от коленчатого вала — отрицательными.
|
|
|
Сила давления (МН) на поршень:
Pv=(PT-Po)Fn, (1)
где Fn — площадь поршня, м2; рт и р0 — давление газов в любой момент времени и атмосферное давление, МПа.
Из уравнения (1) следует, что кривая сил давления газов по углу поворота коленчатого вала будет иметь тот же характер изменения, что и кривая давления газов Арт.
Для определения газовых сил Рт по развернутой диаграмме давлений Арт необходимо пересчитать масштаб. Если кривая Арт построена в масштабе Мр МПа в мм, то масштаб этой же кривой для Рт будет MP=MpFn МН в мм.
Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма
По характеру движения массы деталей кривошипно-шатунного механизма можно разделить на движущиеся возвратно-поступательно (поршневая группа и верхняя головка шатуна); совершающие вращательное движение (коленчатый вал и нижняя головка шатуна) и совершающие сложное плоскопараллельное движение (стержень шатуна).
Для упрощения динамического расчета действительный кривошипно-шатунный механизм заменяется динамически эквивалентной системой сосредоточенных масс.
|
|
|
Рис. 2 Система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная кривошипно-шатунному механизму:
а – приведенная система кривошино-шатунного механизма,
б – приведение масс кривошипа
Массу поршневой группы тп считают сосредоточенной на оси поршневого пальца в точке А (рис. 2, а). Массу шатунной группы /Иш заменяют двумя массами, одна из которых (»!„, „) сосредоточена на оси поршневого пальца в точке А, а. другая (m^J) — на оси кривошипа в точке В. Величины этих масс (кг)
где Д, — длина шатуна; Д„ — расстояние от центра кривошипной головки до центра тяжести шатуна; Д,, — расстояние от центра поршневой головки до центра тяжести шатуна. '
Для большинства существующих конструкций автомобильных и тракторных двигателей тш.и=(0,2-ь0,3)/иш, а /ишл=(0,7-г0,8)тш. При расчетах можно принимать средние значения. [2]
У современных короткоходных двигателей, сосредоточенными на оси кривошипа в точке В (/и,) и на оси коренной шейки в точке О (щ) (рис. 2, б). Масса коренной шейки с частью щек, расположенных симметрично относительно оси вращения, является уравновешенной. Масса (кг), сосредоточенная в точке В:
^]ЕП (Дп-ж/Д)^Ш, —(Дпл/-Дп)^ш J
(2)
«шл=0,275/Иш, /Мщ.*=0,725/Иш.
(3)
Щ,=>Иш.ш+2Шщр/R,
(4)
где т — масса шатунной шейки с прилегающими частями рдек; 1Ящ — масса средней части щеки по контуру abed, имеющей центр тяжести на радиусе р.
Силы инерции, действующие в кривошипно-шатунном механизме величина тщ мала по сравнению с и ею можно в большинстве случаев пренебречь[1]. При расчетах пи™ и в необходимых случаях тш определяют, исходя из размеров кривошипа и плотности материала коленчатого вала.
Таким образом, система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная кривошипно-шатунному механизму, состоит из массы mJ=mn+mmn, сосредоточенной в точке А и имеющей возвратнопоступательное движение, и массы тц=т1+тЖ1, сосредоточенной в точке В и имеющей вращательное движение. В V-образных двигателях со сдвоенным кривошипно-шатунным механизмом тя= =/иж+2тшл.
При выполнении динамического расчета двигателя значения щ, н Шщ принимают по данным прототипов или же подсчитывают по чертежам.'
Для приближенного определения значений т„, тпш и тх, можно использовать конструктивные массы m'=m/FB (кг/м2 или г/см2), приведенные в таблице 1.
При определении масс по табл. 1 следует учитывать, что большие значения т' соответствуют двигателям с большим диаметрос цилиндра[3]. Уменьшение S/D снижает и т^. V-образным двигателям с двумя шатунами на шейке соответствуют большие значения т^.
Таблица 1.
| Элементы кривоппгано-шатунного | 1 Конструктивные мессы, кг/м1 | |
| Бензиновые двигатели | ||
| (Х)**б0ч-100 мм) | (D-80+120 им) | |
| Поршневая группа (rrfn=mJF^): | 80—150 | 150 — 300 |
| поршень из алюминиевого сплава | ||
| чугунный поршень | 150 — 250 | 250 — 400 |
| Шатун Неуравновешенные части одного колена вала без противовесов (/и!= -mJFJ: | 100 — 200 | 250 — 400 |
| стальной кованый вал со сплошными твйгями | 150 — 200 | 200 — 400 |
| чугунный литой вал с Польши шейками | 100 — 200 | 150 — 300 |
Силы инерции
Силы инерции, действующие в кривошипно-шатунном механизме, в соответствии с характером движения приведенных масс подразделяют на силы инерции поступательно движущихся масс Pj и центробежные силы инерции вращающихся масс Кл (рис. 3, а).
Сила инерции от возвратно-поступательно движущихся масс
Pj— —mj= — rrijRaj2 (cos<p+Я cos 2q>). (5)
Аналогично ускорению поршня сила Pj может быть представлена в виде суммы сил инерции первого Р» и второго Pjn порядков:
Pj=Pji+Pjn=—(mjRco2cos<i>+mjRai2XQO&2q>). (6)
В уравнениях (5) и (6) знак минус показывает, что сипа инерции направлена в сторону, противоположную ускорению. Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс действуют по оси цилиндра и как силы давления газов, являются положительными, если они направлены к оси коленчатого вала, и отрицательными, если они направлены от коленчатого вала.
Кривую силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс строят аналогично кривой ускорения поршня.
Расчеты Р3 должны производиться для тех же положений кривошипа (углов ф), для которых определялись Арг и Рт.
Центробежная сила инерции вращающихся масс
KR=-mRR(o2 (7)
постоянна по величине (при (о=const), действует по радиусу кривошипа и направлена от оси коленчатого вала[5].
Центробежная сила инерции Кл является результирующей двух сил:
силы инерции вращающихся масс шатуна
ККт=-тшлЯа)2 (8)
и силы инерции вращающихся масс кривошипа
KRl= —m^Rco2. (9)
Для V-образных двигателей
Рве. 3. Схема действия сил в кривошипно-шатунном механизме:
а — инерционных и газовых; 6 -— суммарных
К-XL—Kgm-\-Kitmjl+Kgmjl= — (т1+/иП1ЖД+/Яшлл)Лш2, (10)
где и КЛшл — силы инерции вращающихся масс левого и правого шатунов[3].
Для V-образных двигателей, у которых два одинаковых шатуна расположены рядом на одной шейке:
K^K^+IK^ — (т*+2mBIJC)i?GJ2 = -mizRai2. (11)
Вопросы для самопроверки
1. Определения характера изменения сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме.
2. Сила давления (МН) на поршень.
3. Определение газовых сил Рт.
4. Разделение деталей кривошипно-шатунного механизма по характеру движения массы.
5. Масса поршневой группы тп.
6. Масса кривошипа.
7. Величина тщ у современных короткоходных двигателей.
8. Силы инерции, действующие в кривошипно-шатунном механизме.
9. Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс.
10. Построение кривой силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс.
Список используемой литературы
1. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей/Под ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова.
2. Двигатели внутреннего сгорания Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных/Под ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова.
3. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей.
4. Конструкция и расчет автотракторных двигателей/Под ред. проф. Ю.А. Степанова.
5. Автомобильные двигатели/Под ред. М.С. Ховаха.
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 23; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!