Кинематический и динамический расчет проектируемого двигателя
2.1 Кинематический расчёт двигателя. Кинематический и динамический расчет проводится для номинального режима при n = 2500 мин-1, так как на данном режиме сумма сил инерции от возвратно - поступательно движущихся масс и газовых сил наибольшая. Исходные данные: -диаметр поршня: D = 120 мм; - ход поршня: S = 120 мм; -радиус кривошипа: R = 60 мм; -частота вращения коленчатого вала: n = 2500 об/мин.
Рисунок 2.1- Схема кривошипно-шатунного механизма На рисунке 2.1. приведены основные обозначения центрального кривошипно-шатунного механизма: sx — текущее перемещение поршня (точка А — ось поршневого пальца); φ — угол поворота кривошипа (ОВ), отсчитываемый от оси цилиндра (А`О) в направлении вращения коленчатого вала по часовой стрелке (точка О — ось коленчатого вала; точка В — ось шатунной шейки; точка А` — ВМТ); β — угол отклонения оси шатуна (АВ) от оси цилиндра; ω — угловая скорость вращения коленчатого вала; R = ОВ — радиус кривошипа; S = 2R = A`A`` — ход поршня (точка А``— НМТ); Lш = АВ — длина шатуна; λ = R/Lш — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна; R+Lш = А`О — расстояние от оси коленчатого вала до ВМТ. Недостающие исходные данные Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна где длина шатуна . Площадь поршня Перемещение поршня в зависимости от угла поворота кривошипа двигателя с центральным кривошипно-шатунным механизмом. Расчет производится от , до через каждые 10 градусов. Расчет показан при Рисунок 2 – перемещение поршня Скорость поршня является величиной переменной и при постоянной частоте вращения коленчатого вала зависит только от изменения угла поворота кривошипа и отношения радиуса кривошипа к длине шатуна. Расчет производится от , до через каждые 10 градусов. Расчет показан при где ω – угловая скорость вращения коленчатого вала Рисунок 3 – скорость поршня Ускорение поршня. Расчет производится от , до через каждые 10 градусов. Показан расчет при Результаты кинематического расчета приведены в приложение таблица 1.
Рисунок 4 – ускорение поршня 2.2 Динамический расчёт Анализ сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме, необходим для расчета деталей двигателя на прочность и для определения нагрузок на подшипники. Его проводят для определенного режима работы двигателя. 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 и силы тяжести (пренебрегаем). Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма. Для дизелей конструктивная удельная масса шатуна примем
Конструктивная масса поршня примем В массу поршневого комплекта входит масса поршня, поршневых колец, поршневого пальца. Материал поршня – эвтектический алюминиевый сплав с содержанием кремния около 12%. Материал шатуна – легированная сталь 40Х. Масса шатуна и поршня (вместе с массой колец и пальца) Приведённая конструктивная масса неуравновешенных частей одного колена примем Масса неуравновешенных частей одного колена Масса шатуна, сосредоточенного на оси поршневого пальца Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа Массы, совершающие возвратно-поступательные движения Массы, совершающие вращательное движение Силы давления газов. Сила давления (МН) газов, действующие на площадь поршня, для упрощения динамического расчета заменяют одной силой, направленной по оси цилиндра и приложенной к оси поршневого пальца. Расчет производится от , до через каждые 10 градусов. Показан расчет при где P – давление газов в цилиндре в любой момент времени, МПа [из теплового расчета], Р0 – атмосферное давление, P0 = 0,101 МПа. Рисунок 5 – суммарная сила, сила давления газов и сила инерции Силы инерции. Силы инерции, действующие в кривошипно-шатунном механизме, в соответствии с характером движения приведенных масс подразделяют на силы поступательно движущихся масс и центробежные силы инерции вращающихся масс . Расчет производится от , до через каждые 10 градусов. Показан расчет при Суммарные силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме Результаты расчетов сил , и сведены в приложение таблица 2. Центробежная сила инерции вращающихся масс постоянная по величине (при Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа Удельные суммарные силы. Расчет производится от , до через каждые . Нормальная сила где β - угловое перемещение шатуна Сила, действующая вдоль шатуна Сила, направленная по радиусу кривошипа Тангенциальная сила, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа . Сила К считается положительной, если она сжимает щёки колена. Сила Т принимается положительной, если направление создаваемого ею момента совпадает с направлением вращения коленчатого вала. Результаты расчетов сил N, S, K, T сведены в таблицу 3. Рисунок 6 – график нормальной и действующей силы вдоль оси шатуна
Рисунок 7 – график силы, действующей по радиусу кривошипа и полной тангенциальной силы
Рисунок 8 – диаграммы сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала
Рисунок 9 – диаграммы сил, действующих на коренную шейку коленчатого вала Крутящие моменты. По величине Т определяют крутящий момент одного цилиндра:
Результат расчета крутящего момента одного цилиндра сведен в таблицу 3. Для построения кривой суммарного крутящего момента Mкр двигателя графически суммируют кривые моментов каждого цилиндра, сдвигая одну кривую относительно другой на угол поворота кривошипа между вспышками. Так как величина и характер изменения крутящего момента по углу поворота коленчатого вала всех цилиндров двигателя одинаковы и отличаются лишь угловыми интервалами, равными угловым интервалам между вспышками в отдельных цилиндрах, то для подсчета суммарного крутящего момента двигателя достаточно иметь кривую крутящего момента одного цилиндра. Период изменения крутящего момента четырехтактного двигателя с равными интервалами между вспышками, с числом цилиндров i = 8: Расчет крутящего момента двигателя сведен в таблицу 4.4. Максимальное и минимальное значения крутящего момента двигателя
Силы, действующие на шатунные шейки коленчатого вала от одного шатуна. Полярную диаграмму силы S, действующей на шатунную шейку, строят графическим сложением векторов сил К и Т (Рис 4.9.). Диаграмма силы S с центром в точке Ош является полярной диаграммой нагрузки Rш.ш на шатунную шейку от действия одного шатуна. По значениям силы Rш.ш для различных φ , снятых с полярной диаграммы или вычисленных по формуле, строят диаграмму Rш.ш в прямоугольных координатах (Рис 4.10.). Результирующая сила, действующая на шатунную шейку
Результаты расчета результирующей силы сведены в таблицу 3. По развернутой диаграмме (Рис 4.10) определяют , ,
По полярной диаграмме строят диаграмму износа шатунной шейки. По диаграмме износа определяют положение оси масляного отверстия Условные силы, действующие на шатунные шейки от двух смежных шатунов. В соответствии с порядком работы двигателя на 1, 2 и 3-ю шатунные шейки одновременно действуют силы от левого и правого шатунов, смещенные одна относительно другой на 90°, а на 4-ю шейку действуют силы от левого и правого шатунов, смещенные на 450°. Суммарные тангенциальные силы, действующие на шатунные шейки от двух смежных шатунов кН. Суммарные силы, действующие на шатунные шейки по радиусу кривошипа от двух смежных шатунов кН. Условные нагрузки на 1, 2 и 3-ю шатунные шейки - и на 4-ю шатунную шейку - рассчитываются по формулам
Расчет сил сведен в таблицу 4.5. , а - таблицу 4.6. По значениям сил и для различных φ, вычисленных по формуле, строят диаграммы и . По развернутым диаграммам определяют:
Силы, действующие на колена вала. Суммарные силы, действующие на колена вала по радиусу кривошипа Нагрузки на колена вала рассчитывают по формулам Силы, действующие на коренные шейки. Силы, действующие на 1-ю и 5-ю коренные шейки: Силы, действующие на 2-ю и 3-ю коренные шейки и ориентированные относительно первого кривошипа:
В соответствии с порядком работы двигателя силы, действующие на 2-й кривошип, смещены относительно сил, действующих на 1-й кривошип, на 270° УПКВ, а силы, действующие на 3-й кривошип – на 450° УПКВ. Сила, действующая на 4-ю коренную шейку Результаты расчетов сил , , , сведены в таблицу 4.7. По значениям сил , , , для различных φ, вычисленных по формуле, строят диаграммы , , , По этим диаграммам определяют: - для 1-й коренной шейки
- для 2-й коренной шейки
- для 3-й коренной шейки
- для 4-й коренной шейки
- для 5-й коренной шейки
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... ©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1781)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |