- •Расчет теплового двигателя
- •Введение
- •1.Тепловой расчет двигателя
- •1.1. Процессы впуска и выпуска
- •Процесс сжатия
- •Процесс сгорания
- •Процесс расширения
- •Индикаторные показатели цикла
- •Эффективные показатели двигателя
- •Определение основных размеров двигателя
- •2. Построение расчетной индикаторной диаграммы
- •Точки политропы соединяются плавной кривой. После планиметрирования площади индикаторной диаграммы расчетного цикла соответствующего двигателя определяют среднее индикаторное давление газов:
- •3. Построение эксплуатационных характеристик двигателя
- •3.1. Построение внешней скоростной характеристики двигателя
- •Коэффициенты для построения скоростной характеристики
- •Показатели двигателя для построения скоростной характеристики
- •3.2.Построение регуляторной характеристики дизеля
- •3.3. Построение нагрузочной характеристики двигателя
- •4. Кинематический расчет двигателя
- •5. Динамический расчет двигателя
- •Расчет сил, действующих в кшм двигателя
- •Компоновка двигателя
- •Компоновка кривошипно-шатунного механизма (кшм) двигателя
- •Компоновка механизма газораспределения
- •Компоновка корпуса двигателя
- •Пример теплового расчета двигателя
- •Расчет процессов впуска и выпуска
- •1.2. Процесс сжатия
- •1.3. Процесс сгорания
- •1.4. Процесс расширения
- •Индикаторные показатели цикла
- •Эффективные показатели двигателя
- •Определение основных размеров двигателя
- •Приложение 4
- •Литература
4. Кинематический расчет двигателя
Конечной целью кинематического расчета двигателя является определение ускорения поршня.
Основными геометрическими параметрами, определяющими законы движения элементов КШМ, являются: r – радиус кривошипа коленчатого вала,
lш – длина шатуна. Параметр = r/ lш является критерием кинематического подобия КШМ, его значения для некоторых двигателей приведены в Приложении 2 . В существующих автотракторных двигателях применяются КШМ с = 0,24…0,31. Порядок кинематического расчета двигателя следующий.
а). Определяют по формулам перемещение Sx, скорость Cп и ускорение поршня jп в зависимости от угла поворота коленчатого вала (с интервалом 30о).
(50)
(51)
(52)
б). Полученные значения кинематических параметров оформляют в табличной форме.
Таблица 8
Кинематические параметры двигателя
-
Sх, мм
Сп ,
0
30
…
360
в). Строят графики перемещения, скорости и ускорения поршня в интервале от 0о до 360о (рис.7).
Рис.7. Кинематические параметры двигателя
5. Динамический расчет двигателя
В ходе динамического расчета определяют силы и моменты, действующие на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ).
а). Строят развернутую диаграмму давления газов в координатах
рг - о п.к.в, используя построенную свернутую индикаторную диаграмму действительного цикла в ходе теплового расчета двигателя. Перестроение индикаторной диаграммы в развернутую выполняется графическим путем по методу проф. Ф.А. Брикса. Для чего под индикаторной диаграммой проводится полуокружность радиусом r=S/2 (рис. 8). Из центра этой полуокружности (точка 0) в сторону НМТ в масштабе диаграммы откладывается поправка Брикса - отрезок . Из нового центра 01 полуокружность делят лучами на равные углы. Точки пересечения, полученные на полуокружности, соответствуют определенным углам
(на рис.8. интервал между точками равен 30°).
Рис. 8. Диаграмма давлений, приведенных к оси поршневого пальца
Из этих точек проводят вертикальные линии до пересечения с контуром индикаторной диаграммы. Полученные значения давлений сносятся на ординаты соответствующих углов . Развертку индикаторной диаграммы начинают от ВМТ в процессе хода впуска. На этой диаграмме наносят также давление от инерционных сил ( рj ) и давление от суммарных сил (р1 ),
р1 = рг рj,
где рj = Fj /D2/4 , ( Fj определяется согласно п. б).
б). Определяют силу инерции, действующую на детали КШМ, движущихся поступательно по формуле:
Fj = - mj jn, (53)
где mj – масса деталей КШМ, движущихся поступательно:
, (54)
где -масса поршневой группы, -масса шатуна, отнесенная к поршневому пальцу: , -масса шатуна,
jn – ускорение поршня, определяется по формуле (52).
Массы поршневой группы и шатуна при расчете двигателя можно ориентировочно принимать из табл. 9.
Таблица 9
Приближенные значения масс деталей кривошипно-шатунного механизма
Тип двигателя |
Масса поршневой группы (поршень из алюмин. сплава) () , |
Масса шатуна
(), |
Бензиновый (газовый) (D=60…100мм) |
10…15 |
12…20 |
Дизель (D=80…150мм) |
20…35 |
25…40 |
в). Определяют и строят суммарную силу, действующую на поршень.
Рис. 9. Диаграмма суммарной силы
, (55)
где численные значения суммарного давленияберутся из диаграммы, представленной на рис. 8.
г). Определяют силы FN ; Fs ; Fк и F с интервалом 30о, оформляют их значения в табличной форме и строят развернутые диаграммы сил, действующих в КШМ двигателя (рис.10.)
Боковая сила, прижимающая поршень к цилиндру:
FN = F tg. (56)
Сила, действующая вдоль шатуна:
Fs=F /cos. (57)
Сила, направленная по радиусу кривошипа:
. (58)
Тангенциальная сила, создающая вращающий момент на коленчатом валу:
. (59)
Численные значения тригонометрических функций, входящих в уравнения (56)…(59), для различных углов и приведены в приложении.
Результаты расчета сводятся в табл. 10.
Таблица 10