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 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 Расчет показан при где ω – угловая скорость вращения коленчатого вала Рисунок 3 – скорость поршня Ускорение поршня. Расчет производится от 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 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 Показан расчет при Суммарные силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме Результаты расчетов сил 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 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 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 По развернутой диаграмме
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 Суммарные силы, действующие на шатунные шейки по радиусу кривошипа от двух смежных шатунов Условные нагрузки на 1, 2 и 3-ю шатунные шейки - 4-ю шатунную шейку -
Расчет сил По значениям сил 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 По значениям сил 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
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Читайте также: Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... ![]() ©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1611)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |