Построение индикаторной диаграммы дизельного двигателя

Индикаторная диаграмма дизеля строится аналогично индикаторной диаграмме карбюраторного двигателя. Различие заключается в том, что политропа расширения строится из точки Z удаленной от Z’ на отрезок, параллельный оси абсцисс и равный

где - степень предварительного расширения.

Отрезок Z'Z откладывается на диаграмме в масштабе .

После построения по диаграмме находят среднее индикаторное давление p_i расчетного цикла, которое сравнивают с полученным p’_i из теплового расчета. Определяют p_i планиметрированием площади свернутой индикаторной диаграммы

где F - площадь диаграммы;l - длина диаграммы; 7m 4p 0 - масштаб давления для диаграммы.

Значение p_i, найденное по расчетной индикаторной диаграмме, должно быть равно значению p’_i для нескругленной диаграммы в результате теплового расчета.

Значение p_i, найденное по действительной индикаторной диаграмме, сравнивают с p_i, полученным в результате теплового расчета, учитывая принятый коэффициент полноты диаграммы.

 

Вопросы для самоконтроля.

1. 1. Какой характер носит зависимость между ходом поршня и углом поворота кривошипа?

2. 2. Каким образом определяют среднее индикаторное давление?

ЛЕКЦИЯ 17

Кинематика КШМ

План

17.1. Получение зависимости перемещения поршня от угла поворота кривошипа.

17.2. Скорость поршня.

17.3. Ускорение поршня.

 

Получение зависимости перемещения поршня от угла поворота кривошипа.

Величина и характер изменения механических нагрузок, приходящихся на детали КШМ, определяются на основе кинематического и динамического исследования КШМ. Динамическому расчету предшествует тепловой расчет, обеспечивающий возможность выбора основных размеров двигателя и нахождения величины и характера изменения сил от давления газов.

Основной задачей кинематического расчета КШМ является определение перемещения, скорости и ускорения поршня.

Кинематика КШМ зависит от его конструктивной схемы. В автомобильных поршневых двигателях применяются в основном кривошипно-шатунные механизмы трех конструктивных схем:

а) центральный КШМ, у которого ось цилиндра пересекается с осью коленвала;

б) смещенный КШМ, имеющий смещение оси цилиндра относительно оси коленвала на некоторое расстояние а;

в) V- образный КШМ ( в том числе кшм с прицепным шатуном), в котором два шатуна, работающие на левый и правый цилиндры, размещены на одном кривошипе коленвала.

Наибольшее распространение в автомобильных двигателях получил центральный КШМ. Проанализируем кинематику и динамику его работы.

Будем считать, что коленвал вращается с постоянной угловой скоростью не только в течение длительного времени, но и в течение одного оборота. В современных многоцилиндровых быстроходных двигателях колебания угловой скорости вращения коленвала в течение одного оборота, вызываемые неравномерностью крутящего иоиента, при установившемся скоростном режиме работы двигателя незначительны.

При = const угол поворота вала пропорционален времени:

где n - частота вращения вала, об/мин; t - время, с.

Это позволяет все кинематические величины выразить как функции одного аргумента- угла .

- относительное смещение.

 

Рис. 17.1 Схемы кривошипно-шатунных механизмов:

а) центрального; б) дезаксиального; с) V-образного.

- угол поворота кривошипа в рассматриваемый момент времени, отсчитываемой от оси цилиндра в направлении вращения коленвала по часовой стрелке.

В центральном КШМ при = 0 поршень занимает крайнее положение А₁(вмт), при =180 - поршень занимает положение А₂(нмт).

- угол отклонения шатуна от оси цилиндра в плоскости его качания (отклонение в сторону вращения вала - положительное);

- угловая скорость кривошипа;

- радиус кривошипа;

L=AB - длина шатуна;

- безразмерный параметр КШМ; для автомобильных двигателей ; S = A₁ A₂ = 2R - полный ход поршня.

При повороте кривошипа на угол 7a 0 перемещение поршня от его начального положения в ВМТ определяется отрезком АА₁.

.

Т.к. A₁O = R+L; ; ,

То

Из треугольников ОСВ и АСВ имеем . Откуда

Следовательнo:

Последнее выражение представляет собой бином Ньютона, которой можно разложить в ряд

Пренебрегая членами ряда выше второго порядка, принимаем с достаточной для практики точностью

Используя это выражение получим

или

(*)

Последнее выражение является уравнением движения кривошипно-шатунного механизма, описывающим перемещение поршня в зависимости от угла поворота кривошипа и геометрических размеров КШМ.

Перемещение поршня можно представить как сумму гармонических перемещений первого и второго порядка:

и

Из анализа выражения (*) следует, что

при S_П=0

при S_П=2R

при S_П=R

Отсюда следует, что при повороте кривошипа из положения, соответствующего верхней мертвой точке, на первую четверть оборота ( от до ) поршень проходит на больший путь, чем при его повороте на вторую четверть оборота (от до ). Это вызвано тем, что перемещение поршня складывается из двух слагаемых: первое обслуживается движением шатуна вдоль оси цилиндра, а второе - угловым его отклонением от оси цилиндра. Эти слагаемые в первой четверти оборота кривошипа складываются, а во второй четверти - вычитаются.

Влияние отклонения шатуна от оси цилиндра на перемещение поршня тем больше, чем больше и R.

График перемещения поршня в зависимости от угла поворота кривошипа имеет вид:

 

Рис. 17.2.График зависимости перемещения поршня от угла поворота

Одним из методов графического определения перемещения поршня является метод Брикса, сущность которого заключается в следующем.

Описывается окружность радиусом равным радиусу кривошипа R. На вертикальном диаметре от центра О откладывается в направлении НМТ отрезок ОО₁, равный .

Для определения перемещения поршня при повороте кривошипа на некоторый угол через точку О₁ проводится под углом к вертикали луч ОС₁ до пересечения его с окружностью.

Проекция точки С на вертикальном диаметре (точка С₁) определяет положение порш ня, а отрезок АС₁- пройденный им путь.

Рис.17.3. Графическое определение перемещений поршня

методом Брикса

Отрезок АВ₁ представляет ту часть перемещения поршня, которая вызвана вертикальным перемещением первого порядка, а отрезок В₁С₁ - перемещение поршня второго порядка, вызванное отклонением шатуна от оси цилиндра. Нетрудно доказать, что и в этом случае:

Скорость поршня

Выражение для определения скорости поршня как функции угла поворота кривошипа можно получить путем дифференцирования уравнения движения кривошипно - шатунного механизма.

В результате получится

Скорость поршня можно представить как сумму скоростей первого и второго порядка:

,

где

Зависимость скорости поршня и ее составляющих от угла поворота имеют вид:

 

Рис. 17.4.Зависимость скорости поршня от угла поворота кривошипа

Видно, что составляющие скорости поршня представляют собой гармонические функции угла поворота кривошипа, причем с разными периодами.

В инженерной практике для оценки быстроходности и долговечности поршневых двигателей используется средняя скорость поршня .

Cредняя скорость ограничивается условиями надежной работы деталей цилиндро-поршневой группы и составляет 8-16 м/с.

Отношение .

Следовательно, с достаточной для инженерной практики точность можно считать, что

Ускорение поршня

Ускорение поршня находится дифференцированием выражения для определения скорости по времени:

Видно, что ускорение поршня .

- ускорение первого порядка

- ускорение второго порядка.

Аналогично со скоростью можно построить график изменения ускорения.

Максимальное ускорение поршня для автомобильных двигателей 6000-20000 м/с .

Вопросы для самоконтроля.

1. 1. Какие основные конструктивные схемы КШМ применяют в автомобильных ДВС?

2. 2. Какие значения скорости поршня у современных автомобильных ДВС?

3. 3. Какая величина ускорения достигается у современных автомобильных ДВС?

Лекция 18.

Динамика КШМ

 

План

18.1. Общие сведения.

18.2. Силы давления газов.

18.3. Массы движущихся деталей КШМ.

18.4. Силы инерции КШМ.

18.5. Суммарные силы в КШМ.

 

Общие сведения

При работе двигателя на детали КШМ действуют силы от давления газов в цилиндре и силы инерции движущихся масс механизма, а также силы трения и силы сопротивления на валу двигателя. Силы инерции движущихся масс на силы инерции возвратно - поступательно движущихся делятся масс и силы инерции вращающихся масс.

Анализ сил, действующих в КШМ, необходим для выявления нагруженности деталей двигателя, определения нагрузок на подшипники и прогнозирования их износа, исследования колебаний и виброактивности двигателя и т.д.

Силы давления газов

Сила давления газов на поршень:

где р_r -давление газов в цилиндре (давление над поршнем); p_o- давление газов под поршнем, т.е. в картере двигателя; F_n- площадь сечения цилиндра.

Для четырехтактных двигателей с вентиляцией картера давление газов под поршнем принимается равным атмосферному давлению, а для двухтактных с кривошипно-камерной продувкой - давлению продувки р_к.

Поскольку давление газов переменно, то сила давления газов тоже является переменной величиной, т.е.

Р_Г= f ( S_n )

Давление газов на поршень при различных значениях его хода определяется по индикаторной диаграмме. Индикаторную диаграмму перестраивают по методу Брикса в развернутую индикаторную диаграмму по углу поворота кривошипа . Развернутая индикаторная диаграмма в соответствующем масштабе представляет собой график зависимости силы давления газов от угла поворота кривошипа

Для графического перестроения индикаторной диаграммы в развернутую индикаторную диаграмму по углу поворота коленвала вычисляют по формуле (*) и откладывают на диаграмме перемещение поршня от в.м.т., соответствующее определенным углам поворота коленвала (практически через 15 или ЗО ).

Сила давления газов считается приложенной к оси поршневого пальца и имеет положительный знак; если она направлена к оси кривошипа, и отрицательный, если она направлена в противоположную сторону. Последнее имеет место лишь при давлении газов в цилиндре меньше атмосферного.

Сила давления газов имеет максимальное значение, когда поршень находится вблизи в.м.т. Сила давления газов вызывает основные нагрузки в деталях КШМ двигателя внутреннего сгорания.

---

Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 764; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!