ОСНОВЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ДВИГАТЕЛЯ
3.1. Силы, действующие в КШМ при заданном угле поворота кривошипа φ Кривошипно-шатунный механизм при работе двигателя нагружают два вида сил: силы от давления газов в цилиндре и силы инерции (рис. 2).
Рис.2 Схема разложения сил в кривошипно-шатунном механизме
Сила от давления газов на поршень Рг всегда направлена по оси цилиндра и её принимают приложенной к центру поршневого пальца. Зная величину давления газов в цилиндре, можно определить эту силу по выражению Рr = (рц - ро) Fп ·106, Н (3.1) где рц - текущее значение давления газов в цилиндре, взятое по индикаторной диаграмме, МПа; ро - давление газов в картере, условно принятое равным давлению окружающей среды, ро = 0,1 МПа; Fп - площадь поршня, м2 (Fп = p·D2 /4); D - диаметр цилиндра, м. Для определения рц при различных углах поворота кривошипа коленвала необходимо под индикаторной диаграммой построить полуокружность с диаметром, равным ходу поршня S (рис.1). Затем от ее центра точки О отложить в сторону НМТ поправку Ф.Брикса 00¢, рассчитанную по формуле 00¢ = R· lк /2, м где R = S/2 - радиус кривошипа, м; lк = R/L- конструктивный параметр КШМ; L - длина шатуна, м; и разделить полуокружность на части через 30о п.к.в. Физический смысл поправки Ф.Брикса заключается в том, что она учитывает несколько большие перемещения поршня при повороте кривошипа от 0 до 90о п.к.в., при котором поршень проходит больше половины своего полного хода S = R(1+lк /2) по сравнению с перемещением при повороте от 90 до 180о п.к.в. Из полученного центра 0¢ проводят лучи через 30опараллельно первым. Из полученных новых точек проводят вертикально вверх лучи до пересечения с линиями индикаторной диаграммы. Проекции полученных точек на ось давления будут соответствовать искомому давлению газов в цилиндре при соответствующих углах поворота кривошипа, которые заносят в таблицу3.1. Силы инерции подразделяются на силы инерции от возвратно-поступательно движущихся масс и силы от вращающихся масс. Данные силы инерции создают вибрацию двигателя в плоскости оси цилиндра и плоскости кривошипа. В многоцилиндровых двигателях эти силы образуют моменты, также вызывающие вибрацию двигателя. Для снижения вибрации в КШМ большинства двигателей устанавливаются механизмы для уравновешивания сил инерции первого и второго порядков, центробежных сил, а также моментов этих сил. Уравновешивающие механизмы конструктивно выполняют в виде противовесов, устанавливаемых на коленчатом валу или на дополнительных валах. Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс всегда направлена по оси цилиндра противоположно Рг и приложена в центре поршневого пальца. Ее определяют по выражению: Рj = - m·j = - mj R w2 (cosj + lк cos2j), Н (3.2)
где mj - масса возвратно-движущихся частей КШМ, приведенная к центру пальца,кг; j - ускорение поршня mj = mпк + 0,275 mш , где mпк - масса поршневого комплекта в сборе, кг (см. прилож.1); mш - масса шатуна, кг (табл.); - угловая частота вращения коленчатого вала, рад/с, где n - частота вращения коленчатого вала, об/мин. Для упрощения расчетов Рj считают по формуле: Рj = mj R w2А, Н где А - приведена в приложении 2. Суммарная сила, действующая на поршень по оси цилиндра, считается приложенной к оси поршневого пальца и определяется алгебраическим сложением силы давления газа и силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс P = Рг + (± Рj), Н (3.3) Разложив по правилу параллелограмма эту силу на две составляющие по оси шатуна Рш и нормали N к стенке цилиндра получим: Н (3.4) N = P · tgb, Н (3.5) Первая сила Рш будет нагружать шатун и передаваться на шатунную шейку коленвала, а вторая N прижимать поршень к стенке цилиндра, вызывая износ и повышенные потери на трение. От действия силы Рш через шатун на шатунную шейку коленчатого вала возникают радиальная сила Z, действующая по радиусу кривошипа: Н (3.6)
и тангенциальная сила Т, направленная перпендикулярно радиусу окружности R: Н (3.7) Если радиальную силу Z перенести в центр О (Z¢) коренной шейки и приложить две взаимно уравновешенные силы Т¢ и Т², параллельные и равные силе Т, то в результате получим пару сил Т и Т¢, которые приводят во вращение коленчатый вал. Момент этой пары сил называют крутящим моментом (Мк.ц) двигателя одного цилиндра: Мк.ц = Т · R, Н·м (3.8) Если сложить оставшиеся силы Т΄΄ и Ζ΄, то получим равнодействующую рш΄΄, равную силе рш, которую можно разложить на составляющие р΄Ν и р΄. Силы р΄Ν и р Ν образуют пару сил, момент которой называется опрокидывающим моментом Мопр.; Мопр.= ΝН, Н∙м. (3.9) Максимальное значение силы Т наблюдается при j = 390...4000. Для карбюраторных двигателей Тmax = 0,4рz , а для дизелей Тmax = 0,6рz. Максимальное значение силы инерции рj определяется из формулы (3.2) при j = 0, то есть когда поршень находится в ВМТ в конце такта сжатия или выпуска. Максимальное значение сил давления газов обычно принимается для положения поршня (8…15 п.к.в.) после ВМТ. Равнодействующая от сил инерции вращающихся масс направлена по радиусу кривошипа и приложена к центру шатунной шейки: Pс = - mв · R · w2, Н где mв - масса вращающихся частей КШМ, кг; mв = mшк + mк , mшк = 0,725 mш, масса шатуна , отнесенная к кривошипной головке (приводится в таблице); mк - неуравновешенная масса кривошипа, которую можно определить по эмпирическим зависимостям: mк = (150...200)·F п - для бензиновых ДВС с диаметром центра Dц = 60-100 мм; mк = (200...400)·F п - для дизелей c Dц = 80-120 мм; F п - площадь поршня, F п = p · D2/4, м2. Определение всех сил при заданном положении кривошипа наиболее просто проводится графо-аналитическим методом: а) начертить в масштабе схему КШМ (Мкшм 1:1; 1:2 или др.) при заданном положении кривошипа j (по заданию); б) определить силы Рг , Рj и Рс при заданном положении кривошипа и нанести векторы этих сил на схему КШМ в выбранном масштабе на схему КШМ; в) графически разложить векторы сил, действующих в КШМ согласно рис.; г) по построенным векторам определить графически силы Рс, N, Рш, Т, Z; д) рассчитать силы Рс, N, Рш, Т, Z по формулам и сравнить затем их аналитические и графические значения.
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (542)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |