Расчет динамики кривошипно-шатунного механизма двигателя АЗЛК-412

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра

«Двигатели внутреннего сгорания»

Курсовая работа

по дисциплине «Динамика ДВС»

«Расчет динамики кривошипно-шатунного механизма двигателя АЗЛК-412»

2014

СОДЕРЖАНИЕ

• ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. РАСЧЕТ СИЛ ДЕЙСТВУЮЩИХ В КШМ
• 2. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
• 3. ПОСТРОЕНИЕ ПОЛЯРНОЙ ДИАГРАММЫ НАГРУЗОК НА ШАТУННУЮ ШЕЙКУ
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Ne кВТ	n, об/мин	ф	н	S/D	б	е	Прототип
50	5800	4	4Р	1	0,93	9	АЗЛК-412

• Основные параметры дизеля, принятые для расчета.
• Отношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D=1.
• Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна =0,261.
• Радиус кривошипа R=0,0375 м.
• Масса поршневой группы в сборе m_П.Г.=0,376 кг.
• Масса шатуна в сборе m_Ш=0,546 кг.
• Доля массы шатуна, отнесенная к возвратно-поступательно движущимся деталям ч=0,250.
• ВВЕДЕНИЕ
• Задачей динамического расчета является определение сил, действующих в механизмах преобразования энергии рабочего тела в механическую работу двигателя.

При работе двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ) действуют силы от давления газов в цилиндре, силы инерции движущихся масс механизма, силы трения и силы полезного сопротивления на валу двигателя. Силы инерции движущихся масс КШМ в свою очередь разделяются на силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс и силы инерции вращательно движущихся масс.

Анализ сил, действующих в КШМ, необходим для проведения расчета элементов двигателя на прочность, определения нагрузок на подшипники, анализа крутильных колебаний коленчатого вала и других расчетов.

Как правило, тепловой и динамический расчеты выполняются для режима номинальной мощности.

1. РАСЧЕТ СИЛ ДЕЙСТВУЮЩИХ В КШМ

Схема сил действующих в кривошипно-шатунном механизме представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема сил, действующих в КШМ.

За начало отсчета принимаем такое положение кривошипа, когда поршень находится в начале такта впуска.

Построение индикаторной диаграммы

Построение индикаторной диаграммы производим по данным полученным в результате теплового расчета в координатах P-V.

Перестроение индикаторной диаграммы

Развертку индикаторной диаграммы в координаты p-ц выполняем справа от индикаторной диаграммы. Ось абсцисс развернутой диаграммы располагаем по горизонтали на уровне линии р₀ индикаторной диаграммы. Длину графика (720° ПКВ) делим на 24 равных участка, которые соответствуют определенному углу поворота коленчатого вала. Каждую точку на линии абсцисс нумеруем (0°, 30°, 60° ПКВ). По наиболее распространенному способу Брикса дальнейшее перестроение индикаторной диаграммы ведем в следующей последовательности. Полученную полуокружность делим вспомогательными лучами из центра О' на 6 равных частей, а затем из центра Брикса (точка О₁') проводим линии, параллельные вспомогательным лучам, до пересечения с полуокружностью.

Вновь полученные точки на полуокружности соответствует определенным углам ц ПКВ. Из этих точек проводим вертикали до пересечения с соответствующими линиями индикаторной диаграммы. Развертку индикаторной диаграммы начинаем строить, принимая за начало координат положение поршня в ВМТ в начале такта впуска. Далее для каждого значения угла ц на индикаторной диаграмме определяем величину давления в надпоршневой области и заносим в таблицу 1.

Определение газовой силы

Модуль газовой силы находится по формуле (1) и также заносится в таблицу 1. По данным этой таблицы строим зависимость Р_г=f(ц). Полученные точки на графике соединяем плавной кривой.

,Н(1)

Построение диаграмм сил и

Определяем силу инерции от возвратно-поступательно движущихся масс:

,Н(2)

Масса поступательно движущихся частей КШМ определяется из выражения:

, кг(3)

m_j = 0,376 + 0,250•0,546 = 0,512 кг

где - доля массы шатуна, отнесенная к возвратно-поступательно движущимся массам, ч=0,250.

Угловая скорость щ, входящая в формулу (2) определяется:

,(4)

При известной из теплового расчета величине хода поршня S радиус кривошипа можно найти по формуле:

(5)

Находим суммарную силу, действующую в кривошипно-шатунном механизме. Определение этой силы ведем путем алгебраического сложения сил давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс:

(6)

Результаты определения Р_У, а также Р_г и Р_J заносятся в таблицу 1.

График силы инерции Р_j строим в том же масштабе и на той же координатной сетке, где выстроен график газовой силы Р_г. На основании полученных графиков сил Р_г и Р_j на той же координатной сетке и в том же масштабе строим график суммарной силы Р_У.

Построение диаграмм сил и

Определяем нормальную силу К, направленную по радиусу кривошипа (см. схему сил, действующих в КШМ, рисунок 1):

(7)

Определяем тангенциальную силу Т, направленную по касательной к окружности радиуса кривошипа (см. схему сил, действующих в КШМ, рисунок 1):

(8)

Угол качания шатуна:

(9)

Результаты определения К и Т заносим в таблицу 2.

Координатную сетку для графика сил Т и К размещаем под координатной сеткой сил Р_г, Р_j, Р_У. График сил Т и К строим в том же масштабе, что и предыдущий график.

Таблица 1. Результаты расчета P_Г, P_j, P_У

f, град	Рг, мм	рr, МПа	Рr, Н	cosц+лcos2ц	Знак силы	Рj, Н	Знак силы	Рs, Н	Знак силы
0	3,08	0,123	102,5	1,261	+	-8932,1	-	-8829,6	-
30	2,57	0,100	0,0	0,997	+	-7058,8	-	-7058,8	-
60	2,51	0,100	0,0	0,370	+	-2617,3	-	-2617,3	-
90	2,45	0,100	0,0	-0,261	-	1848,8	+	1848,8	+
120	2,39	0,100	0,0	-0,631	-	4466,1	+	4466,1	+
150	2,33	0,100	0,0	-0,736	-	5210,0	+	5210,0	+
180	2,32	0,100	0,0	-0,739	-	5234,6	+	5234,6	+
210	2,5	0,100	0,0	-0,736	+	5210,0	+	5210,0	+
240	3,05	0,122	97,2	-0,631	+	4466,1	+	4563,3	+
270	4,48	0,179	349,9	-0,261	+	1848,8	+	2198,7	+
300	8,54	0,342	1067,4	0,370	+	-2617,3	-	-1550,0	-
330	22,17	0,887	3476,0	0,997	+	-7058,8	-	-3582,8	-
360	51,78	2,071	8708,5	1,261	+	-8932,1	-	-223,6	+
370	130	5,200	22531,1	1,230	+	-8713,0	-	13818,1	+
390	88,61	3,544	15216,9	0,997	+	-7058,8	-	8158,1	+
420	37,2	1,488	6132,0	0,370	+	-2617,3	-	3514,7	+
450	20,47	0,819	3175,6	-0,261	+	1848,8	+	5024,3	+
480	13,46	0,538	1936,8	-0,631	+	4466,1	+	6402,9	+
510	9,05	0,362	1157,5	-0,736	+	5210,0	+	6367,5	+
540	6,82	0,273	763,4	-0,739	+	5234,6	+	5998,0	+
570	5,91	0,123	102,5	-0,736	+	5210,0	+	5812,6	+
600	5,46	0,123	102,5	-0,631	+	4466,1	+	4989,1	+
630	4,76	0,123	102,5	-0,261	+	1848,8	+	2248,1	+
660	3,96	0,123	102,5	0,369	+	-2617,3	-	-2359,3	-
690	3,3	0,123	102,5	0,997	+	-7058,8	-	-6917,4	-
720	3,08	0,123	102,5	1,261	+	-8932,1	-	-8829,6	-

Таблица 2 Результаты расчета К, Т

f, град	cos(f+b)/cosb	K, H	Знак смлы	sin(f+b)/cosb	T, H	Знак силы
0	1	-8829,6	-	0	0	+
30	0,8	-5637,1	-	0,615	-4333,5	-
60	0,297	-776,8	-	0,983	-2571,1	-
90	-0,273	-502,3	-	1	1839,9	+
120	-0,703	-3126,0	-	0,749	3330,5	+
150	-0,932	-4827,7	-	0,385	1994,3	+
180	-1	-5202,8	-	0	0	+
210	-0,932	-4855,7	-	-0,385	-2005,9	-
240	-0,703	-3208,0	-	-0,749	-3417,9	-
270	-0,273	-600,2	-	-1	-2198,7	-
300	0,297	-460,3	-	-0,983	1523,6	+
330	0,8	-2866,2	-	-0,615	2203,4	+
360	1	-223,6	+	0	0	+
370	0,91	12574,5	+	0,28	3869,1	+
390	0,8	6526,5	+	0,615	5017,2	+
420	0,297	1043,9	+	0,983	3454,9	+
450	-0,273	-1371,6	-	1	5024,3	+
480	-0,703	-4501,2	-	0,749	4795,7	+
510	-0,932	-5934,5	-	0,385	2451,5	+
540	-1	-5998,0	-	0	0	+
570	-0,932	-5417,3	-	-0,385	-2237,9	-
600	-0,703	-3507,4	-	-0,749	-3736,9	-
630	-0,273	-613,7	-	-1	-2248,1	-
660	0,297	-700,7	-	-0,983	2319,2	+
690	0,8	-5533,9	-	-0,615	4254,2	+
720	1	-8829,6	-	0	0	+

2. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

Для построения кривой суммарного крутящего момента М_i=М_кр.ср. многоцилиндрового двигателя графически суммируем кривые крутящих моментов от каждого цилиндра, сдвигая влево одну кривую относительно другой на угол И поворота кривошипа между вспышками.

Для двигателя с равными интервалами между вспышками суммарный крутящий момент для четырехтактного двигателя будет периодически повторятся через:

;

.;

Поскольку

;

а R=const, то кривая М_кр=ѓ(ц), будет отличаться от кривой Т=ѓ(ц) лишь масштабом.

Масштаб крутящего момента

;

где m_Т--масштаб силы, Н/мм.

Средний крутящий момент М_кр.ср определяется по площади, лежащей под кривой графика суммарного М_кр:

;

где F₁ и F₂--соответственно положительная и отрицательная площади под кривой суммарного М_кр., мм²;

L--длина интервала между вспышками по диаграмме крутящего момента, мм.

Найденный момент М_кр.ср представляет собой средний индикаторный момент двигателя.

Таблица 3. Результаты расчета М1, М2, М3, М4, Мs

f, град	М1	М2	М3	М4	Мs
0	0	0	0	0	0
30	-162,5	-75,2	188,2	-83,9	-133
60	-96,4	-128,2	129,6	-140,1	-235
90	69,0	-82,4	188,4	-84,3	91
120	124,9	57,1	179,8	87,0	449
150	74,8	82,6	91,9	159,5	409
180	0	0	0	0	0

Эффективный крутящий момент двигателя:

;

Значение з_М см в разделе 2.7. Значение эффективного крутящего момента, полученное по данной формуле, должно совпадать с величиной М_е, вычисленной ранее.

M_e=94,2·0,85=80,1 Н·м

Погрешность вычислений составляет:

Относительная погрешность вычислений М_кр.ср не превышает .

3. ПОСТРОЕНИЕ ПОЛЯРНОЙ ДИАГРАММЫ НАГРУЗОК НА ШАТУННУЮ ШЕЙКУ

Полярная диаграмма нагрузок на шатунную шейку строится для определения величин, направления и точек приложения сил, действующих на шейку при различных положениях коленчатого вала.

По вертикальной оси откладываются силы К: со знаком "+" вниз, со знаком "-" -вверх; по горизонтальной оси в том же масштабе силы Т: со знаком "+" - направо, со знаком "-" - налево.

Масштабы сил К и Т должны быть одинаковыми. Последовательно, графически откладывая силы К и Т при различных углах поворота коленчатого вала ц, получаем точки, характеризующие значение суммарной силы S_?, которая направлена вдоль шатуна. Против каждой точки указывают соответствующий угол ц, а затем их все последовательно соединяют плавной кривой. Получают таким образом полярную диаграмму сил, действующих на шатунную шейку, но без учета центробежной силы массы шатуна К_rш, отнесенной к его нижней головке:

К_rш = -m_шк•R?щ²,

m_шк = (1-ч)? m_ш

m_шк =(1-0,250)•0,546=0,410 кг

К_rш = -0,410•0,0375•(607,4)² = -5665,5 Н

При установившемся движении сила К_rш имеет постоянную величину. Она не зависит от угла поворота коленчатого вала и направлена вдоль щеки, изменяя соответственно величину силы К. Следовательно, ее действие может быть учтено переносом начала координат (полюса) вычерченной полярной диаграммы вниз по оси К на величину К_rш, т.е. геометрическим сложением сил К и К_rш. Полученная точка О_Ш явится новым полюсом, а ранее построенная относительно него кривая будет полярной диаграммой нагрузок на шатунную шейку R_?. Вокруг полюса О_Ш необходимо начертить в произвольном масштабе окружность контура шатунной шейки, а по направлению вниз нанести окружность контура коренной шейки и щеки коленчатого вала.

Вектор, направленный из полюса О_Ш к любой точке кривой на диаграмме, определяет в выбранном при построении масштабе величину и направление R_ШШ нагрузки на шатунную шейку для соответствующего угла поворота коленчатого вала. Точка приложения этого вектора будет на окружности шейки со стороны, противоположной его направлению.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

кривошипный шатунный двигатель газовый

В результате выполнения курсовой работы был произведен динамический расчет двигателя АЗЛК-412.

При выполнении динамического расчета определили действующие на кривошипно-шатунный механизм силы, а также крутящий момент, развиваемый двигателем.

Двигатель АЗЛК-412 имеет равномерное чередование вспышек. Построение графика крутящих моментов незначительные различия по сравнению с графиком суммарного крутящего момента прототипа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вершина Г.А., Якубенко Г.Я. Методическое пособие по курсам«Теория рабочих процессов ДВС» и «Динамика ДВС» для студ. Специальности Т.05.10.00.- Мн.:ЗАО «Техноперспектива»,2001.-86 с.

2. Д.Н. вырубов, С.И. Ефимов, Н.А.. Иващенко и др.; Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. Двигатели внутреннего сгорания: конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей.-4-е изд., пераб.и доп.-М.: Машиностроение, 1984.-384 с., ил.

3. Железко Б.Е. Основы теории и динамики автомобильных и тракторных двигателей: [ Учеб. пособие для вузов].- Мн.: Выш. школа, 1980.-304 с., ил.

4. Колчин А. И., Демидов В. П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: [Учеб. пособие для вузов].-2-е изд., перераб.и доп.- М.: Высш. школа, 1980.-400 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

...