Avtomobilnye_dvigateli_Kursovoe_proektirovanie

диус кривошипа, м; со — скорость вращения, рад/с; тр — масштаб давлений, МПа/мм.

Значения конструктивных масс т'к для коленчатых валов без противовесов приведены в табл. 2.5.

Для большей наглядности в полюсе 02 диаграммы изображают коренную шейку KB и заканчивают очертания кривошипа.

При построении полярной диаграммы для средних (промежуточных) коренных шеек необходимо выполнить геометрическое сложение полярных диаграмм смежных шатунных шеек с учетом фазового сдвига (порядка работы цилиндров).

Построение полярной диаграммы нагрузок на коренные шейки однорядного двигателя. Рассмотрим построение полярной диаграммы нагрузок на коренную шейку на примере шестицилиндрового однорядного двигателя с порядком работы цилиндров 1—5—3— 6 — 2 — 4 (см. рис. 2.9). При этом рекомендуется следующий порядок построения:

•вычерчиваются колена вала, расположенные по обе стороны коренной шейки;

•полярные диаграммы нагрузок на смежные шатунные шейки ориентируются относительно колен до совпадения их полюсов в

2;

•определяется фазовый сдвиг рабочих процессов в цилиндрах, между которыми расположена коренная шейка. (В нашем случае фазовый сдвиг рабочих процессов в 5-м и 6-м цилиндрах, между которыми находится рассматриваемая 6-я коренная шейка, составляет 480°ПКВ.);

•складываются векторы сил, одновременно действующих на кривошипы. (В нашем примере вектор силы в точке О пятого кривошипа суммируется с вектором силы в точке 16 шестого кривошипа, после чего соответственно суммируются векторы сил в точках 1 и 17 и т.д.);

•концы результирующих векторов соединяются плавной кривой,

которая является полярной диаграммой силы RK ш.

Следует обратить внимание, что на каждую коренную шейку действует только половина нагрузки от смежных кривошипов. Поэтому

для полярной диаграммы силы RK ш необходимо в 2 раза уменьшить численное значение масштаба сил тР.

Метод построения диаграммы износа коренной шейки аналогичен методу построения диаграммы износа шатунной шейки (см. подразд. 2.6). Только в этом случае векторы полярной диаграммы прикладываются к диаграмме износа развернутыми на 180°.

Для определения среднего значения полной нагрузки на коренную шейку ЛК Шсри среднего значения нагрузки в петле максимальных нагрузок R'KUS ср строится развернутая по углу ПКВ диаграмма нагрузок. Методика построения этой диаграммы такая же, как и в случае построения развернутой диаграммы нагрузок на шатунную шейку (см. подразд. 2.6).

Особенности построения полярных диаграмм нагрузок на шатунные и коренные шейки двигателей со сложными компоновочными схемами. В двигателях со сложными компоновочными схемами (двухрядных, трехрядных и т. д.) на каждую шатунную шейку KB передается усилие от двух, трех и более шатунов в зависимости от компоновочной схемы. Кроме того, на шейке KB шатуны могут устанавливаться различными способами. Например, могут быть сочлененные шатуны (центрального сочленения и прицепные), смещенные шатуны (два одинарных шатуна, кривошипные головки которых установлены рядом на одной шатунной шейке) и т.д. Это обстоятельство определяет некоторые особенности построения полярной диаграммы суммарной силы RK ш1, действующей на шатунную шейку.

Рекомендуется следующий порядок построения такой диаграммы:

•по методике, изложенной ранее, выполняется построение нагрузок от действия каждого шатуна, связанного с заданной шейкой

КВ. При этом рекомендуется подбирать отношение /ш к//ш таким образом, чтобы при разнесении масс всех шатунов получить одинаковые

значения массы тш п. В этом случае можно ограничиться построением одной полярной диаграммы нагрузок, которая будет одинаковой для всех цилиндров двигателя. Если по каким-либо причинам по-

лучить равные значения масс т ш п не удается, то необходимо строить полярные диаграммы от действия каждого цилиндра;

•определяется фазовый сдвиг рабочих процессов в цилиндрах, нагружающих одну шатунную шейку KB;

•выполняется геометрическое суммирование векгоррв диаграмм

сучетом сдвига рабочих процессов по фазе, и концы суммарных векторов обводятся плавной кривой;

•полюс диаграммы переносится из точки О в точку Ох. При этом расстояние ООь мм чертежа, определяется с учетом конструктивных масс тш к от всех шатунов, связанных с данной шатунной шейкой KB:

гсо2 тр Л06

где /Ищ kS = 2/Иш.к/» кг/м2; тр — масштаб давлений, МПа/мм; г — радиус кривошипа, м; ю — скорость вращения, рад/с.

В случае когда шатуны устанавливаются на шейке рядом, геометрическое суммирование векторов сил можно производить, пренебрегая смещением шатунов.

Построение полярной диаграммы нагрузок на коренную шейку для двигателей со сложными компоновочными схемами выполняется геометрическим сложением векторов полярных диаграмм нагрузок на смежные шатунные шейки с учетом фазового сдвига, как это было рассмотрено ранее.

Построение развернутых по углу ПКВ диаграмм нагрузок на коренные и шатунные шейки KB и диаграммы износа шеек выполняется так же, как и для однорядного двигателя.

В качестве примера рассмотрим восьмицилиндровый четырехтактный V-образный двигатель с равномерным чередованием рабочих ходов и порядком работы цилиндров 1—5 — 4 — 2 — 6 — 3 — 7 — 8. В этом случае для построения векторной диаграммы нагрузок на шатунную шейку необходимо геометрически суммировать относительно полюса О векторы полярной диаграммы Яш ш в точках 0 и 21, 1 и 22, 2 и 23 и т. д., так как здесь первый цилиндр по фазе рабочего цикла отстает от левого цилиндра на 90 °ПКВ (рис. 2.10).

Данная диаграмма для этих двигателей является условной и используется только при расчете шатунной шейки на прочность и построении диаграмм нагрузок на коренные шейки, для чего, как уже отмечалось при построении диаграммы однорядного двигателя, следует сместить полюс из точки О в точку Оь рассчитав данное расстояние по соответствующей формуле.

Построение диаграммы износа шатунной шейки и расчет шатунного подшипника V-образных двигателей с последовательным расположением шатунов следует производить по полярной диаграмме нагрузок на шатунную шейку одного цилиндра.

Полярную диаграмму нагрузок на промежуточные коренные шейки V-образного двигателя необходимо строить с учетом формы KB и чередования рабочих ходов. В этом случае относительно полюса Ох каждого кривошипа наносится в тонких линиях суммарная диаграмма от левого и правого цилиндров, а затем геометрически складываются векторы. В частности, при построении диаграммы нагрузок на вторую коренную шейку восьмицилиндрового четырехтактного V-образного двигателя с равномерным чередованием рабочих ходов и порядком работы цилиндров 1 — 5—4—2 — 6—3 — 7 — 8 суммируются векторы в точках 0 и 15, 1 и 16, 2 и 17 и т.д. (см. рис. 2.10). В этом случае нагрузки на промежуточные коренные шейки

Рис. 2.10. Полярная диаграмма нагрузок на вторую коренную шейку V-образ- ного восьмицилиндрового четырехтактного двигателя с равномерным чередованием рабочих ходов:

Пк ш — центр, относительно которого определяется нагрузка на коренные шейки

Для расчета коренных подшипников каждую полярную диаграмму необходимо развернуть в координатах UK11I—ср и на развернутых

диаграммах нанести значения /гк.ш.ср, Я'к.ш.ср и При построении диаграммы износа коренных шеек следует пом-

нить, что реакция со стороны коренного подшипника направлена от точки полярной диаграммы к полюсу Ov

2.11. Диаграммы набегающих крутящих моментов на коренные и шатунные шейки

Коренные шейки. Построение диаграмм набегающих крутящих моментов, передаваемых коренными шейками (КШ), производится графическим суммированием моментов от действия отдельных цилиндров.

На рис. 2.11 в качестве примера приведены диаграммы набегающих крутящих моментов на коренные шейки шестицилиндрового четырехтактного двигателя с порядком работы цилиндров 1 — 5 — 3 — 6 — 2 — 4. Третья коренная шейка передает крутящие моменты от первого (Мп) и второго (Mi2) цилиндров. Второй цилиндр отстает по фазе

Мц= Мк2

Ф , ° п к в

<р,°ПКВ

ср,°ПКВ

Ф , ° п к в

ф,° ПКВ

Рис. 2.11. Кривые набегающих крутящих моментов на коренные шейки шестицилиндрового четырехтактного двигателя

от первого на 480 °ПКВ, и суммировать необходимо значения моментов в точках 0 и 8, 1 и 9, 2 и 10 и т.д.

Четвертая коренная шейка передает крутящий момент Мк3 и момент от действия третьего цилиндра Мв, отстающий по фазе на 240 °ПКВ, и суммировать необходимо значение кривой Мкг в точке 0

0,5

ф,° ПКВ

ср,°ПКВ

ф,° ПКВ

Ф,°пкв

Ф,°пкв

Рис. 2.12. Кривые набегающих крутящих моментов на шатунные шейки шестицилиндрового четырехтактного двигателя

со значением кривой Мп в точке 16. Далее суммируются соответственно значения в точках 1 и 17, 2 и 18, 3 и 19 и т. д. Аналогично определяется передаваемый крутящий момент для 5, 6 и 7-й коренных шеек.

Диаграмма крутящего момента МкЪ передаваемого седьмой коренной шейкой, является диаграммой суммарного крутящего момента, содержащей шесть (по числу цилиндров) участков с одинаковыми законами изменения значения.

Для V-образных двигателей диаграммы набегающих крутящих моментов строят следующим образом:

•с учетом сдвига по фазе рабочего цикла между левым и правым рядами цилиндров строится суммарная диаграмма момента, передаваемого кривошипом (для однорядного двигателя это будет диаграмма момента, передаваемая второй коренной шейкой);

•с учетом порядка работы цилиндров определяется сдвиг по фазе рабочего цикла между соседними по порядку работы цилиндрами;

•суммируются отдельные точки диаграммы момента в той последовательности, которая изложена применительно к однорядному двигателю.

Шатунные шейки. Диаграммы набегающих крутящих моментов, передаваемых шатунными шейками (ШШ), строятся аналогично диаграммам набегающих крутящих моментов, передаваемых коренными шейками. Разница заключается лишь в том, что в этом случае значения суммируемых крутящих моментов составляют 0,5М{. При этом сдвиг по фазе рабочего цикла остается таким же, как и при расчете коренных шеек.

На рис. 2.12 в качестве примера приведены диаграммы набегающих крутящих моментов, передаваемых на шатунные шейки шестицилиндрового четырехтактного двигателя.

После построения диаграмм набегающих крутящих моментов (см. рис. 2.11 и 2.12) определяют по значению размаха Mt наиболее нагруженные коренную и шатунную шейки, которые и подлежат последующему прочностному расчету.

Глава 3

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ДВИГАТЕЛЯ

3.1.Эскизное проектирование двигателя

3.1.1.Общие предпосылки эскизной проработки

конструкции двигателя

Эскизное проектирование сводится к выполнению поперечного и продольного разрезов двигателя с обоснованием принятых решений и необходимыми расчетами, представленными в пояснительной записке.

Исходными материалами для конструктивной разработки являются: параметры двигателя, указанные в задании на курсовой проект; параметры, полученные в результате теплового и динамического расчетов; поперечный и продольный разрезы прототипа разрабатываемого двигателя.

Разрезы прототипа являются лишь основой при проектировании двигателя, определяющей общую компоновку и взаимное расположение деталей, узлов и агрегатов. В отдельных случаях в них могут иметься графические ошибки и отступления от ЕСКД. Следовательно, требуется критический подход к чертежам прототийа при выполнении курсового проекта.

В процессе проектирования допускается обоснованное изменение или замена на более совершенные конструкции отдельных деталей и узлов двигателя, таких как поршень, шатун, жидкостный и масляный насосы, механизм газораспределения и др.

Размеры основных деталей двигателя, которые задаются по статистическим данным, должны проверяться расчетом. Предварительные расчеты и принятые решения необходимо заносить в черновик расчетно-пояснительной записки.

В процессе проектирования следует широко использовать различные справочные материалы, альбомы и чертежи отечественных и зарубежных двигателей, близких к прототипу, в целях уточнения отдельных конструктивных решений.

Элементы и узлы двигателя предварительно разрабатываются на миллиметровой бумаге, их чертежи согласовываются с консультантом проекта, а затем поперечный (рис. 3.1) и продольный (рис. 3.2) раз-

резы двигателя выполняются карандашом в тонких линиях на листах чертежной бумаги формата А1 в масштабе 1:1с соблюдением всех правил ЕСКД. При больших габаритных размерах двигателя допускается использование чертежных листов большего формата. Оба разреза желательно располагать на листах в вертикальном положении. Выполнять поперечный и продольный разрезы рекомендуется параллельно, что в значительной степени упрощает проектирование.

Вцелях сокращения объема графических работ по согласованию

сконсультантом допускается не вычерчивать обслуживающие агре-

Рис. 3.1. Размещение поперечного разреза рядного двигателя