Пояснительная записка. 1. Введение Тепловой расчет двигателя
 Скачать 0.66 Mb.
|
|
3. Динамический расчет Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма выполняется с целью определения суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и от сил инерции. Результаты динамического расчета используются при расчете деталей двигателя на прочность и износ. В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для характера изменения сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда различных положений вала через каждые 30 град. поворота коленчатого вала. 3.1 Построение индикаторной диаграммы Индикаторная диаграмма строится в координатах p-V. Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится на основании теплового расчета. В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе ms, который в зависимости от величины хода поршня проектируемого двигателя может быть принят 1:1,1,5:1. Принимаем 1:1. Отрезок ОА, соответствует объему камеры сгорания, определяется из соотношения  мм.При построении диаграммы выбираем масштаб давления mр=0,04 МПа/мм. Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках а, с, z’, z, b, r. Таблица 1
По наиболее распространенному графическому методу Бауэра политропы сжатия и расширения строим следующим способом. Из начала координат проводим луч ОК под углом а0 = 20° к оси координат. Далее из начала координат проводим лучи ОД и ОЕ под углами 1и 2 к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений:       Политропу сжатия строим с помощью лучей ОК и ОД. Из точки С проводим горизонталь до пересечения с осью ординат; из точки пересечения – линию под углом 45° к вертикали до пересечения с лучом ОД, а из этой точки – вторую горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс. Затем из точки С проводим вертикальную линию до пересечения с лучом ОК. Из этой точки пересечения под углом 45° к вертикали проводим линию до пересечения с осью абсцисс, а из этой точки – вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат, до пересечения со второй горизонтальной линией. Точка пересечения этих линий будет промежуточной точкой 1 политропы сжатия. Точку 2 находим аналогично, принимая точку 1 за начало построения. Политропу расширения строим с помощью лучей ОК и ОЕ, начиная от точки z, аналогично построению политропы сжатия. Критерием правильности построения политропы расширения является приход ее в ранее нанесенную точку b. После построения политропы сжатия и расширения производим скругление индикаторной диаграммы с учетом предварения открытия выпускного клапана, опережения зажигания и скорости нарастания давления, а также наносим линии впуска и выпуска. Для этой цели под осью абсцисс проводим на длине хода поршня S как на диаметре полуокружность радиусом R=S/2. Из геометрического центра О' в сторону н.м. т. откладываем отрезок  мм.Величина O'O'1представляет собой поправку Брикса. Из точки O'1 под углом γ0= =45° (угол предварения открытия выпускного клапана, который выбирается из таблицы или по прототипу) проводим луч O1B1. По учебнику [4], стр. 44 угол предварения открытия выпускного клапана равен 42 - 47°. Полученную точку В1 соответствующую началу открытия выпускного клапана, сносим на политропу расширения (точка b1)/ Луч O'C1 проводим под углом θ0, соответствующим углу опережения зажигания (θ0 = 27° поворота кривошипного вала до в. м. т.), а точку С1 сносим на политропу сжатия, получая точку с'1. По справочникам угол опережения зажигания θ0 =25 - 27°. Затем проводят плавные кривые c1’c” изменяя линии сжатия в связи с опережением зажигания и b1’b” изменения линии расширения в связи с предварением открытия выпускного клапана. При этом можно считать, что точка b” находиться на середине расстояния bа , а ордината точки с” находится из соотношения рс”=1,2рс и откладывается на линии AZ’. Развертку индикаторной диаграммы в координаты р-φ выполняем справа от индикаторной диаграммы. Ось абсцисс развернутой диаграммы располагаем по горизонтали на уровне линии р0 индикаторной диаграммы. Длина графика (720° поворота кривошипного вала) делим на 24 равных участка, которые соответствуют определенному углу поворота коленчатого вала. Каждую точку на линии абсцисс нумеруем (0º, 30º, 60° ПКВ). По наиболее распространенному способу Ф. А. Брикса дальнейшее перестроение индикаторной диаграммы ведем в следующей последовательности. Полученную полуокружность делим вспомогательными лучами из центра О' на 6 равных частей, а затем из центра Брикса (точка Oi') проводим линии, параллельные вспомогательным лучам, до пересечения с полуокружностью. Вновь полученные точки на полуокружности соответствуют определенным углам φ ПКВ. Из этих точек проводим вертикали до пересечения с соответствующими линиями индикаторной диаграммы. Развертку индикаторной диаграммы начинаем, принимая за начало координат положение поршня в в.м.т. в начале такта впуска. Далее для каждого значения угла φ на индикаторной диаграмме определяем величину давления в надпоршневой полости и заносим в табл.1. Для проверки правильности построений и дальнейших расчетов сил производим аналитический расчет политроп сжатия и растяжения через каждые 30º поворота кривошипа по следующим формулам: политропа сжатия  ,где АВ и АО – определены в разделе 3.1; Si – перемещение поршня в i-ое положение из положения начала сжатия.  политропа расширения  ,где Si – перемещение поршня в i-ое положение из положения начала расширения.  Результаты расчетов сведены в таблицу 2. АВ = 95 мм.; АО = 11,18 мм.; n1 = 1.38; n2 = 1.3 Таблица 2
3.2 Силы, действующие в КШМ. Определяем силу давления газов на днище поршня для положений коленчатого вала, отстоящих друг от друга на 30 град. поворота коленчатого вала в пределах (0...720)0 поворота коленчатого вала. За начало отсчета принимаем такое положение кривошипа, когда поршень находится в начале такта впуска. Силу давления газов на днище поршня определяем по формуле:  (1)где рг – индикаторное давление в каждом рассчитываемом положении, определяемое по построенной индикаторной диаграмме. Результаты расчета заносятся в табл. 3. Определяем силу инерции от возвратно-поступательно движущихся масс:  (2)где λ = 0,25 – отношение длины кривошипа к длине шатуна Масса поступательно движущихся частей кривошипно-шатунного механизма определяется из выражения:  , (3)где  доля массы шатуна, отнесенная к возвратно-поступательно движущимся массам.Значения mnиmшвычисляются:  кг. кг.где  м2Теперь  кг.Угловая скорость кривошипа  мин-1(4)Радиус кривошипа  м. (5)Результаты расчета заносятся в табл. 3. Находим суммарную силу, действующую в кривошипно-шатунном механизме. Определение этой силы ведем путем алгебраического сложения сил давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс:  (6)Результаты расчетов заносим в таблицу 3.  Определяем нормальную силу К, направленную по радиусу кривошипа (7)где  l – длина шатуна  Определяем тангенциальную силу Т, направленную по касательной к окружности радиуса кривошипа  (8)Результаты расчетов К и Т заносим в таблицу 4. Графики сил Рг и Рjстроим в одинаковом масштабе и на той же координатной сетке. На основании полученных графиков Рг и Рj на той же координатной сетке и в том же масштабе строим график суммарной силы РΣ. Определение модуля силы РΣ для различных значений угла φ выполняем путем суммирования в каждой точке ординат графиков  и  с учетом их знаков и модулей сил Рг и Pj из табл. 3.Таким же образом строим графики сил Ти К. Масштабные коэффициенты тРг = тРj = тРΣ =400 Н/мм тК = тТ =250 Н/мм. Результаты расчета сил Рг, Рjи РΣ Таблица 3
Результаты расчета сил Ти К Таблица 4
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||