Проведя тепловой расчет, определили параметры рабочего тела в цилиндре двигателя, давление в камере сгорания и температуру рабочего тела, а также произвели оценочные показатели процесса, позволяющие определить размеры двигателя и оценить его мощностные и экономические показатели.

Так как данные расчета не вышли за пределы средней расчетной величины для каждого значения (см. табл. 5), то тепловой расчет выполнен верно и погрешность расчетов является минимальной величиной.

Погрешность вычислений Ne составила 4,7%, а погрешность выбора температуры Тr составила 3,9%<10%.

3. Динамический расчет

Порядок выполнения расчета для поршневого двигателя

Динамический расчет кривошипно-шатунный механизм выполняется с целью определения суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и от сил инерции. Результаты динамического расчета используются при расчете деталей двигателя на прочность и износ.

В течении каждого рабочего цикла силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для характера изменения сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда различных положений вала через каждые 30 град ПКВ. В отдельных случаях через 10 град ПКВ.

Последовательность выполнения расчета следующая:

Строим индикаторную диаграмму в координатах р-V.

Перестраиваем индикаторную диаграмму, выполненную по результатам теплового расчета, в координаты р-ц.

Определяем силу давления газов на днище поршня для положений коленчатого вала, отстоящих друг от друга на 30° ПКВ в пределах (0…720)° ПКВ.

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

Силу давления газов на днище поршня определяем по формуле:

(1)

Результаты расчета заносятся в табл. 5.

Определяем силу инерции от возвратно-поступательно движущихся масс:

 (2)

Масса поступательно движущихся частей КШМ определяется из выражения:

, (3)

где ч-доля массы шатуна, отнесенная к возвратно-поступательно движущимся массам

ч=0,25.

Значения mп и mш берутся из справочника. mп = 2,54 кг, mш=2,7 кг.

Угловая скорость щ, входящая в формулу(2):

, (4)

При известной величине хода поршня S радиус кривошипа

(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 РУ, а также Рг и РJ заносятся в табл.5.

Определяем нормальную силу К, направленную по радиусу кривошипа (см. рис. 1):

. (7)

Рис. 1.

7. Определяем тангенциальную силу Т, направленную по касательной к окружности радиуса кривошипа (см. рис. 1):0

. (8)

Результаты определения К и Т заносим в таблицу 6.

3.1 Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма строится в координатах p-V. Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится на основании теплового расчета.

В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок AB, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе ms, который в зависимости от величины хода поршня проектируемого двигателя может быть принят 1:1, 1,5:1, или 2:1.

Принимаем 1.5:1.

Отрезок ОА, соответствует объему камеры сгорания, определяется из соотношения

Отрезок z'z=;

z'z =

При построении диаграммы выбираем масштаб давления mр=0,04.

Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках а, с, z', z, b, r.

По наиболее распространенному графическому методу Бауэра политропы сжатия и расширения строим следующим образом.

Из начала координат проводим луч OK под углом б0=15° к оси координат. Далее из начала координат проводим лучи ОД и ОЕ под углами в1 и в2 к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений:

, .

в1=20°41' в2=18°15'

Политропу сжатия строим с помощью лучей ОК и ОД. Из точки С проводим горизонталь до пересечения с осью ординат; из точки пересечения - линию под углом 45° к вертикали до пересечения с лучом ОД, а из этой точки--вторую горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс. Затем из точки С проводим вертикальную линию до пересечения с лучом ОК. Из этой точки пересечения под углом 45° к вертикали проводим линию до пересечения с осью абсцисс, а из этой точки- вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат, до пересечения со второй горизонтальной линией. Точка пересечения этих линий будет промежуточной точкой 1 политропы сжатия. Точку 2 находим аналогично, принимая

точку 1 за начало построения. Политропу расширения строим с помощью лучей ОК и ОЕ, начиная от точки z, аналогично построению политропы сжатия. Критерием правильности построения политропы расширения является приход ее в ранее нанесенную точку b.

После построения политропы сжатия и расширения производим скругление индикаторной диаграммы с учетом предварения открытия выпускного клапана, опережения зажигания и скорости нарастания давления, а также наносим линии впуска и выпуска. Для этой цели под осью абсцисс проводим на длине хода поршня S как на диаметре полуокружность радиусом R=S/2. Из геометрического центра О' в сторону н.м. т. откладываем отрезок

,

мм

где L-длина шатуна.

Величина О'О'1 представляет собой поправку Брикса. Из точки О1' под углом г0=66° (угол предварения открытия выпускного клапана, выбирается из таблицы или по прототипу) проводим луч О1В1. Полученную точку В1, соответствующую началу открытия выпускного клапана, сносим на политропу расширения (точка b1).

Луч О1'С1 проводим под углом И0, соответствующим углу опережения зажигания (И0= 24° ПКВ до в. м. т.), а точку С1 сносим на политропу сжатия, получая точку с1' . На линии в.м.т. находим точку с'' из соотношения pc''=1,2pc. Соединяем точки с1' и с'' плавной кривой из точки с'' проводим плавную кривую до середины отрезка z'z. Из середины отрезка проводим кривую с плавным переходом в кривую политропы расширения. Затем проводим плавную кривую b1'b'' изменения линии расширения в связи с предварительным открытием выпускного клапана. При этом можно считать, что точка b'' находится на середине расстояния ba.

В результате указанных построений получаем действительную индикаторную диаграмму.

3.2 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. Длина 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 Ф. А. 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, принимая за начало координат положение поршня в в.м.т. в начале такта впуска. Далее для каждого значения угла ц на индикаторной диаграмме определяем величину давления в надпоршневой полости и заносим в табл.5. Модуль газовой силы находится по формуле(1) и также заносим в таблицу. 5. По данным этой таблицы строим зависимость Рг=f(ц).

Полученные точки на графике соединяем плавной кривой.

3.3 Построение графика сил Рj и P?