Основы расчета и эксплуатации автотракторных двигателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова"

(ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т.Калашникова)

КУРСОВой проект

по дисциплине

"Основы расчета и эксплуатации автотракторных двигателей"

Тема: Тепловой, кинематический и динамический расчет четырехтактного поршневого автотракторного двигателя

Выполнил: студент гр. С07-381-1 Галичанин А. А____________________

Проверил: к.т.н., доцент

Терентьев А. Н.____________________

Ижевск 2015



МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова"

(ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т.Калашникова)

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

по дисциплине

" Основы расчета и эксплуатации автотракторных двигателей "

студенту Галичанину Антону группы С07-381-1

Тема: Тепловой, кинематический и динамический расчет четырехтактного поршневого автотракторного двигателя

Исходные данные:

1. Тип двигателя ___Карбюраторный___________________________;

2. Максимальная эффективная мощность Nmax ____50______ кВт;

3. Частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности nN

5000 мин-1;

4. Степень сжатия _____9______;

5. Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна отн _____0,24_______.

Руководитель работы: к.т.н., доцент

Терентьев А. Н.__________________

"______"___________________2015 г.

Ижевск 2015



Введение

Современные поршневые двигатели внутреннего сгорания достигли высокой степени совершенства, продолжая тенденцию непрерывного роста удельных (литровой и поршневой) мощностей, снижения удельной материалоемкости, токсичности отработанных газов, снижения удельных расходов топлива и масел, повышения надежности и долговечности.

Анализ тенденций развития конструкций тракторов и автомобилей показывает большую перспективность применения поршневых двигателей в ближайшие 15 ... 20 лет.

Важным элементом подготовки инженеров данного направления является курсовая работа по разделу «Основы расчета автомобильных и тракторных двигателей».

Цель курсовой работы состоит в овладении методикой и навыками самостоятельного решения по проектированию и расчету автотракторных двигателей внутреннего сгорания на основе приобретенных знаний при изучении курса «Основы расчета и эксплуатации автотракторных двигателей».



1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

1.1 Выбор и обоснование исходных данных расчета

Исходя из анализа назначения и типа двигателя, особенностей условий его работы, степени сжатия и других требований обосновываются исходные данные теплового расчета при работе двигателя на номинальном режиме:

- - степень сжатия;

- - коэффициент избытка воздуха;

- v - коэффициент наполнения;

- p0 и T0 - давление и температура окружающей среды;

- T - повышение температуры заряда при всасывании;

- pr и Tr - давление и температура остаточных газов в конце впуска;

- n1 и n2 - показатели политропы сжатия и расширения;

- nК - показатели политропы сжатия в компрессоре;

- - коэффициент выделения тепла при сгорании;

- - степень повышения давления;

- - степень предварительного расширения;

- - степень последующего расширения;

- м - механический коэффициент полезного действия (КПД);

- - коэффициент скругления индикаторной диаграммы;

- Hu - теплотворная способность (низшая теплота сгорания) топлива;

- C, H, O - элементарный состав топлива (углерод, водород, кислород).

Обоснование и выбор исходных данных расчета базируется на анализе специальной литературы по теории теплового двигателя и на усредненных данных, представленных в табл. 1.



Таблица 1 - Исходные данные для теплового расчета двигателя при его работе на номинальном режиме.

Тип двигателя	Исходные данные
			v	p0, МПа	T0, К	T, К	pr, МПа	Tr, К	n1
Карбюраторный	9	0,88	0,8	0,1	293	30	0,110	1000	1,34
Тип двигателя	Исходные данные
	n2			м		Hu, кДж/кг	C	H	O
Карбюраторный	1,29	0,87	3,7	0,8	0,95	44000	0,855	0,145	---

1.2 Расчет параметров рабочего процесса карбюраторного и дизельного двигателей

Действительный цикл двигателя внутреннего сгорания состоит из пяти последовательно протекающих процессов: впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска продуктов сгорания (рис. 1). Обозначения на рис. 1: p - давление, V - объем, p0 - атмосферное давление, Vс - объем камеры сгорания, Vh - объем цилиндра, Vа - полный объем цилиндра, ВМТ - верхняя мертвая точка, НМТ - нижняя мертвая точка.

А. Процесс впуска предназначен для наполнения цилиндра свежим зарядом: кривая ra (рис. 1).

Давление (МПа) и температура (К) в конце впуска вычисляются по формулам:

МПа,

К,

где К.

Рис. 1. Схема действительного цикла двигателя внутреннего сгорания

Температура в конце впуска

,

где r - коэффициент остаточных газов, равный

.

Коэффициент r характеризует влияние отработавших газов на наполнение цилиндра (двигателя). Его можно также определять по выражению:

r = ,



где Мr - количество газа, оставшегося в цилиндре от предыдущего цикла, моль; М1 - действительное количество поступившего свежего заряда в цилиндр, моль.

Моль - количество вещества, которое содержит столько частиц (атомов, молекул и других частиц), сколько содержится атомов в 12 граммах углерода. В 12 г углерода содержится атомов (19,9310-24 г - масса одного атома углерода). Это число, равное 6,021023, называется числом Aвогадро.

Другими словами, коэффициент г определяет степень загрязненности горючей смеси остаточными газами в конце впуска. В четырехтактных карбюраторных двигателях при полностью открытой заслонке г = 0,06 0,16, а у дизелей г = 0,03 0,06.

Отметим также, что качество процесса впуска оценивают также коэффициентом наполнения V:

V = ,

где М1 - действительное количество свежего заряда, поступившего в цилиндр, моль; М0 - теоретически возможное количество заряда, которое могло бы заполнить объем Vh при давлении и температуре окружающей среды, моль.

На коэффициент V влияют: r, зависящий от величины степени сжатия и отношения давлений ; степень понижения давления в цилиндре к концу хода наполнения ; величина подогрева поступившего заряда от нагретых поверхностей цилиндра Т.

Для карбюраторных двигателей V = 0,7 0,85, а для дизелей V = 0,75 0,90.

Расчетная формула для определения V:

.

Б. Процесс сжатия (кривая aс на рис. 1) служит для создания лучших условий сгорания рабочей смеси благодаря повышению ее температуры и давления к моменту воспламенения. Это создает благоприятные условия для увеличения КПД двигателя.

Процесс сжатия протекает по политропе с показателем политропы n1.

Уравнение политропы:

p = const.

Для политропы сжатия aс:

pс = pа, pс = ,

где отношение = - степень сжатия. Следовательно,

pс = МПа.

Для политропы сжатия Тс = Та. Следовательно, температура в конце процесса сжатия

Тс = К.

Давление pс и температура Тс в конце сжатия тем выше, чем больше степень сжатия и средний показатель политропы n1, в результате чего выше мощность и экономичность двигателя.

В. Процесс сгорания (кривая сz на рис. 1) и последующее расширение газов являются основными процессами рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания. Процесс сгорания топлива представляет собой окислительный процесс, при котором отдельные горючие элементы, составляющие топливо, вступают в химическое соединение с кислородом воздуха.

Наибольшее количество кислорода, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива:

L0д = С + 8Н - О = , кг,

где С - углерод, в долях; Н - водород, в долях, О - кислород, в долях.

Принимающий участие в сгорании кислород поступает из воздуха.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

l0 = , (кг воздуха)/(кг топлива),

или в молях:



L0 = , (кмоль воздуха)/(кг топлива),

где 0,23 - содержание кислорода в воздухе по массе; 0,21 - то же по объему.

Количество горючей смеси (свежего заряда) в молях, поступившего в двигатель, определяется по выражениям:

- для дизелей: М1 = L0 (кмоль горючей смеси)/(кг топлива);

- для бензиновых двигателей:

М1 = L0 + (кмоль горючей смеси)/(кг топлива), где mт - молярная масса паров топлива, кг/моль (для бензина mт = 110 120 кг/моль).

Число молей остаточных газов (кмоль)

Mr = rM1 = 0,057*0,46 = 0,026 кмоль.

Число молей газа, находящегося в цилиндре двигателя в конце сжатия (кмоль)

Mс = M1 + Mr = 0,46+0,026 = 0,486 кмоль.

Количество кмолей M2 продуктов сгорания, приходящееся на 1 кг топлива:

M2=кмоль,при 1;

Сгорание топлива при 1 условно считают полным, однако практически полное сгорание не происходит, а при 1 сгорание считают неполным.

Число молей газа продуктов сгорания и остаточных газов

Mz = M2 + Mr = 0,50+0,026 = 0,526 кмоль.

Отношение числа молей M2 продуктов сгорания к числу молей M1 свежего заряда называется теоретическим коэффициентом молекулярного изменения

0 = .

Действительный коэффициент молекулярного изменения

=

Основным параметром, характеризующим качество топлива, является теплота сгорания, т.е. количество выделившейся теплоты при полном сгорании единицы топлива. Различают высшую H0 и низшую Hu теплоту сгорания топлива. Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания. Низшая теплота сгорания не учитывает теплоту конденсации водяного пара. Так как в двигателях выпуск отработавших газов происходит при температуре выше температуры конденсации, то используем понятие низшей теплоты сгорания.

Для определения низшей теплоты сгорания топлива при известном его составе можно использовать формулу Д.И. Менделеева (МДж/кг):

Hu = 33,91С + 125,6H - 10,89(O - S) - 2,51(9H + W) = 33,91*0,855 + +125,6*0,145 - 10,89*0 - 2,51*9*0,145 = 43,93 МДж/кг,

где S = 0 - количество серы, а W = 0 - количество водяных паров в продуктах сгорания массовой или объемной единицы топлива.

При неполном сгорании топлива ( 1) количество теплоты Hu, недовыделяющейся при сгорании 1 кг топлива (МДж/кг),

Hu = 119,95(1 - )L0 = МДж/кг.

Теплота сгорания рабочей смеси (МДж/кмоль раб. см.)

Hраб.см. = МДж/кмоль.

Давление в конце сгорания (МПа):

МПа

Температура в конце сгорания:

К,

где: - степень предварительного расширения, = 1 - для карбюраторных двигателей.

Г. Процесс расширения (кривая zb на рис. 1) происходит преобразование тепловой энергии в полезную механическую работу.

В действительном цикле вследствие догорания топлива по линии расширения, утечки газов через неплотности и отвода тепла через стенки цилиндра в охлаждающую воду, расширение протекает по политропе с переменным показателем n2. На величину показателя n2 влияют:

- увеличение числа оборотов коленчатого вала nе - снижает n2;

- увеличение нагрузки на двигатель - увеличивает n2;

- увеличение интенсивности охлаждения цилиндров - увеличивает n2.

Уравнение политропы расширения:

p= const, т.е. pz = pb.

Давление в конце расширения:

pb = pz ,

где - степень последующего расширения.

Для карбюраторного двигателя = 1. Следовательно,

pb = МПа.

Для температуры справедливо соотношение Тz= Тb. Следовательно, температура в конце процесса расширения:

- для карбюраторных двигателей Тb = К.

Д. Процесс выпуска (кривая br на рис. 1) предназначен для очистки цилиндра от продуктов сгорания.

Точность выбора исходных данных - давления pr и температуры Tr из табл. 1 проверяется по формуле:

Tr = К.

Тr = 1000К из таблицы, Тr = 903К по расчетам, погрешность составляет 9,7%, следовательно, данные выбраны правильно.

Погрешность не должна превышать 10%.

1.3 Расчет индикаторных и эффективных показателей

Среднее индикаторное давление (МПа) по не скругленной диаграмме определяется по выражению:

- для карбюраторных двигателей

МПа

Среднее индикаторное давление (МПа) действительного цикла

МПа,

где - коэффициент скругления индикаторной диаграммы.

Среднее эффективное давление

МПа.

Если известна мощность двигателя и соответствующая частота вращения коленчатого вала, то рабочий объем двигателя

.

Индикаторная мощность (кВт)

,

где Vл - рабочий объем двигателя (л), n - частота вращения коленчатого вала (об/мин), - коэффициент тактности двигателя (для четырехтактного цикла = 4, для двухтактного - = 2).

Эффективная мощность (кВт)

.

Рабочий объем одного цилиндра

,

где i - количество цилиндров.

Объем камеры сгорания

.

Полный объем цилиндра

.

Литровая мощность двигателя

.

Диаметр цилиндра (мм)

,

где S = D - ход поршня в м. Отсюда находим:

Индикаторный вращающий момент (Нм) двигателя

.

Эффективный вращающий момент (Нм) двигателя

.

Индикаторный КПД

,

где: - плотность заряда на впуске (кг/м3), R = 287 Дж/(кгград) - удельная газовая постоянная для воздуха.

Эффективный КПД

.

Индикаторный удельный расход топлива (г/кВтч)

.

Эффективный удельный расход топлива (г/кВтч)

.

Эффективный часовой расход топлива (кг/ч)

.



1.4 Тепловой баланс двигателя

Распределение тепла Q0 (кДж/с), выделяемого при сгорании, происходит на следующие составляющие (уравнение теплового баланса):

Q0 = Qе + QГ + Qн + Qост + Qохл,

где Qе - эффективная теплота (количество теплоты, преобразованной в полезную работу), кДж/с; Qг - теплота, отводимая с отработавшими газами, кДж/с; Qн - теплота, потерянная из-за неполного сгорания топлива, кДж/с; Qост - прочие неучтенные потери, кДж/с; Qохл - теплота, отведенная в систему охлаждения, кДж/с.

Формула для определения Q0:

.

Теплота, эквивалентная выполненной работе, вычисляется по формуле:

Qе = 1000Nе,

или Qе = Q0е = 159*0,31 = 49,29 кДж/с.

Теплоту, отводимую с отработавшими газами, можно определить по формуле:

,

где: cрr, cр0 - средние молекулярные теплоемкости соответственно продуктов сгорания и свежего заряда при постоянном давлении, зависящие от коэффициента избытка воздуха и температуры газов в выпускной системе.

Значения cрr, cр0 определяются по справочным данным или по эмпирическим формулам. Принять в расчетах cрr = 32,5 кДж/(кмольград), cр0 = 29,1 кДж/(кмольград).

Теплота, потерянная из-за неполного сгорания топлива только для ( 1),

= .

Считаем, что прочие неучтенные потери составляют от 2 до 8 %, т.е.

Qост =

Тогда теплоту, отведенную в систему охлаждения, можно определить из уравнения теплового баланса

Qохл = Q0 - (Qе + Qг + Qн + Qост) = ,

или по формуле:

Qохл = Gохл cохл (t2 - t1),

где t2 и t1 - температура воды (жидкости) при входе в систему и выходе из нее, К; cохл - теплоемкость охлаждающей жидкости, кДж/(кгК); Gохл - расход охлаждающей жидкости через систему охлаждения двигателя, кг/ч.

1.5 Расчет и построение внешних скоростных характеристик

На практике наиболее часто используется эмпирическая формула, предложенная С.Р. Лейдерманом, которая позволяет построить внешнюю скоростную характеристику двигателя внутреннего сгорания, если известна максимальная мощность двигателя и соответствующая ей частота вращения коленчатого вала. Формула имеет следующий вид:

,

где nN - частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности, мин-1; Nmax - максимальная мощность двигателя, кВт; Ne, ne - текущие значения мощности и частоты вращения коленчатого вала двигателя; A1, A2 - коэффициенты, характеризующие тип двигателя.

Крутящий момент Me двигателя на режимах внешней характеристики вычисляют по формуле:



а удельный расход топлива по формуле

г/(кВт*ч)

г/(кВт*ч)

г/(кВт*ч)

где - эффективный удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя Nmax; А* - величина, зависящая от способа воспламенения горючей смеси: А* = 1,2 - для бензиновых двигателей внутреннего сгорания и А* = 1,55 - для дизелей.

Вычисления сведены в таблицу 2.

Таблица 2 - Результаты вычисления внешних скоростных характеристик двигателя.

Обороты двигателя n, об/мин	Мощность, Ne, кВт	Крутящий момент, Me, Н*м	Удельный расход топлива, ge,
700	7,8	107,0	270
1000	11,6	111,36	260
2000	24,8	119,04	230
3000	37,2	119,04	210
4000	46,4	111,36	230
5000	50	96	260
6000	45,6	72,96	310

Рис. 1. Внешние скоростные характеристики бензинового двигателя



2. КИНЕМАТИКА ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ

2.1 Перемещение поршня

В двигателях внутреннего сгорания возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала посредством кривошипно-шатунного механизма.

В настоящее время в автомобильных и тракторных двигателях наибольшее распространение получил центральный кривошипно-шатунный механизм (КШМ). На рис. 3 приведены основные обозначения КШМ:

- sx - текущее перемещение поршня (точка А обозначает ось поршневого пальца);

- - угол поворота кривошипа, отсчитываемый от оси цилиндра в направлении вращения коленчатого вала по часовой стрелке;

- - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра;

- = n/30 рад/с - частота вращения (угловая скорость) коленчатого вала;

- R - радиус кривошипа;

- S = 2R - ход поршня;

- Lш - длина шатуна;

- отн = R/Lш - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

- R+Lш - расстояние от оси коленчатого вала до верхней мертвой точки (в.м.т.).

С уменьшением отн = R/Lш (за счет увеличения Lш) происходит снижение инерционных и нормальных сил, но при этом увеличивается высота двигателя и его масса. В связи с этим в автомобильных и тракторных двигателях принимают отн = 0,24.

Значение R выбирается на основе анализа расчетного значения рабочего объема цилиндра , т.е. при обосновании диаметра D цилиндра и ход поршня S.

Для двигателей с малым диаметром отношение R/Lш выбирают с таким расчетом, чтобы избежать задевания шатуна за нижнюю кромку цилиндра.

Рис. 2. Схема кривошипно-шатунного механизма двигателя

Перемещение поршня в зависимости от угла поворота кривошипа для двигателя с центральным кривошипно-шатунным механизмом определяется следующим выражением:

м.

где R выражено в м.

Для расчетов удобнее пользоваться выражением, в котором перемещение поршня является функцией только одного угла . С достаточной для практических расчетов точностью такое выражение получается при замене значения cos на следующее выражение

и использовании только первых двух членов, пренебрегая вследствие малой величины членами высших порядков. В этом случае перемещение поршня

и так далее.

Из этого уравнения следует, что при = 900, s90 = R(1+отн/2) м, а при = 1800 s180 = 2R м.

Пользуясь полученной формулой, аналитическим путем необходимо определить значения перемещения поршня от в.м.т. до н.м.т. для ряда промежуточных значений (в зависимости от необходимой точности через каждые 10, 15, 20 или 300). Полученные значения необходимо свести в таблицу и построить кривую перемещения поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала - sх = f().

Таблица 3.

ц,°	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
sx, м	0	0,007	0,025	0,047	0,066	0,079	0,083	0,079	0,066	0,047	0,025	0,007	0

2.2 Скорость поршня

При перемещении поршня скорость его движения является величиной переменной и при постоянном числе оборотов зависит только от изменения угла поворота кривошипа и отношения отн = R/Lш = 0,24:

Из уравнения следует, что скорость поршня в мертвых точках ( = 0 и 1800) равна нулю.

При = 900 значение vп = R, а при = 2700 vп = - R, т.е. в этих точках абсолютные значения скорости поршня равны окружной скорости оси шатунной шейки коленчатого вала.

Максимальная скорость поршня зависит (при прочих равных условиях) от величины отн, учитывающей конечную длину шатуна и достигается при < 900 (+vп) и > 2700 (-vп). С увеличением отн максимальные значения скорости поршня растут и сдвигаются в стороны мертвых точек:

Аналитически полученные значения скорости в зависимости от сводятся в таблицу, а по ним строится кривая изменения скорости vп = f().

Для сравнения быстроходности двигателей в расчетах часто используется средняя скорость поршня:

где S и R выражены в м, n - в мин-1 и - в рад/с.



,

Таблица 4.

ц, °	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
vп, м/с	0	16,0	25,6	26,1	19,7	10,1	0	-10,1	-19,7	-26,1	-25,6	-16,0	0

2.3 Ускорение поршня

Ускорение поршня

Максимальное значение ускорения поршня имеет место при = 00

Минимальное значение ускорения поршня имеет место при отн < 0,25 в точке = :



.

Пользуясь формулой, аналитически определяем значения ускорения поршня для ряда значений угла в интервале от = 0 до 3600 и сводим их в таблицу, по данным таблицы строим кривую j = f().

и так далее.

Таблица 5.

ц, °	0	30	60	90	120	150
j, м/с2	20622	16367	6056	-4255	-10311	-14174

180	210	240	270	300	330	360
-12112	-14174	-10311	-4255	6056	16367	20622



Рис. 3. Зависимости перемещения, скорости и ускорения поршня от угла поворота коленчатого вала двигателя



3. динамика кривошипно-шатунного механизма

3.1 Приведенные массы КШМ

По характеру движения массы деталей КШМ можно разделить на массы mп - движущиеся возвратно поступательно (поршневая группа и верхняя головка шатуна); массы mш - совершающие сложное плоско-параллельное движение (стержень шатуна); массы mк - совершающие вращательное движение (коленчатый вал и нижняя головка шатуна).

В проверочном расчете обычно берутся реальные значения mп, mш и mк, а в проектировочном - массы определяются приближенно по конструктивным параметрам и статистическим данным. В частности, эти массы можно определить приближенно по статистическим данным из табл. 4 и площади верхней поверхности поршня

,

где D - диаметр поршня. Значение D обосновывается в результате расчетного значения рабочего объема цилиндра .

Масса деталей поршневой группы mп считается сосредоточенной на оси поршневого пальца. Значение этой массы

кг.

При динамическом расчете массу шатуна

кг.



расчленяют на две массы - на массу mшп и mшк. Массу mшп, сосредоточенную на оси поршневого, относят к массе деталей, имеющих возвратно-поступательное движение, а массу mшк, сосредоточенную на оси шатунной шейки, - к массе вращающихся деталей. Эти массы можно приближенно определять по формулам:

кг,

кг.

Тогда суммарная масса, совершающая возвратно-поступательное движение,

кг,

карбюраторный дизельный двигатель кривошипный

а вращательное движение -

кг.

Масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (с противовесами )

кг.



Таблица 6 - Удельная массы деталей КШМ, приходящие на единицу площади поршня

Название части КШМ	Удельная масса, кг/м2
	Карбюраторные двигатели (D = 60 100 мм)	Дизели (D = 80 120 мм)
Поршневая группа (): - поршень из алюминиевого сплава; - чугунный поршень	80 150 150 250	150 300 250 400
Шатун ()	100 200	250 400
Неуравновешенные части одного колена вала без противовесов (): - стальной коленчатый вал со сплошными шейками: - чугунный литой вал с полыми шейками	150 200 100 200	200 400 150 300

Расчетная схема работы КШМ с приведенными массами , представлена на рис. 5.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Эквивалентная схема КШМ



3.2 Силы и моменты, действующие в КШМ

Сила инерции поступательно движущихся масс рассчитывается для заданной частоты вращения (например, для номинальной частоты вращения рад/с) коленчатого вала двигателя при различных значениях углов из интервала при варьировании с некоторым шагом = 10 30 по формуле:

где называется силой инерции первого порядка, а - сила инерции второго порядка.

Эти силы действуют по оси цилиндра и, как и силы давления газов, считаются положительными, если они направлены к оси коленчатого вала и отрицательными, если направлены от коленчатого вала двигателя.

Сила инерции вращающихся масс:

Эта сила приложена в центре шатунной шейки, постоянна по величине и направлению и направлена по радиусу кривошипа.

Суммарная сила - это алгебраическая сумма сил, действующих в направлении оси цилиндра, т.е. сумма силы инерции Pj и силы давления газов Pг (в зависимости от хода поршня и угла поворота коленчатого вала определяются по индикаторной диаграмме):

.

Силы давления газов, действующие на площадь поршня, для упрощения динамического расчета заменяются одной силой, направленной по оси цилиндра и приложенной к оси поршневого пальца. Определяется эта сила для каждого момента времени (угла ) по действительной индикаторной диаграмме, снятой с двигателя, или индикаторной диаграмме, построенной на основании теплового расчета. Силы давления газов, направленные к оси коленчатого вала, считаются положительными, а от коленчатого вала - отрицательными. Сила давления газов вычисляется по формуле

,

где Fп - выражена в м2, а рг и р0 - в МПа.

Таблица 7.

в	0	8,05	14,1	16,3	14,1	8,05	0	-8,05	-14,1	-16,3	-14,1	-8,05	0

ц°	Pj, Н	Pг, Н	Р, Н	S, Н	N, Н	K, Н	T, Н	M, Н*м
0	-17697,24	-97,34	-17794,6	-17794,6	0	-17794,6	0	0
30	-14241,70	-97,34	-14339	-14883,8	-2007,5	-11758,2	-9227,9	-382,95
60	-5423,35	-97,34	-5520,69	-5465,5	-1380,2	-1475,55	-5246,8	-217,74
90	3425,27	-97,34	3327,93	3466,6	965,03	-931,8	3327,9	138,07
120	8848,62	-97,34	8751,28	9021,9	2187,82	-6315,3	6495,8	269,58
150	10646,89	-97,34	10549,55	10656,11	1476,94	-9910,18	3942,7	163,6
180	10846,70	-97,34	10749,36	10749,36	0	-10749,36	0	0
210	10646,89	-70,3	10576,59	10683,42	-1495,7	-9935,5	-3952,7	-164,03
240	8848,62	43,26	8891,88	9166,88	-2222,9	-6416,8	-6600	-273,9
270	3425,27	313,66	3738,93	3894,72	-1084,3	-1090,5	-3738,9	-155,2
300	-5423,35	1081,6	-6504,95	-6706,13	1626,2	-1710,7	6236,7	258,8
330	-14072,16	3677,4	-10394,8	-10499,8	1455,27	-8294,8	6509,9	270,2
360	-17697,24	7884,9	-9812,34	-9812,34	0	-9812,34	0	0
361	-5742,5	30155	24412,5	24412,7	102,26	24407,8	537,08	22,29
365	-17590,89	27705	10114,11	10124,2	242,7	10063,45	1123,79	46,64
390	-14241,70	15466,8	1394,64	1408,68	195,25	-1310,1	864,67	35,86
420	-5423,35	5840,5	417,25	430,15	104,31	-116,14	412,94	17,14
450	3425,27	2882,4	6307,67	6570,49	1829,3	-1839,7	6307,2	261,7
480	8848,62	1827,9	10676,52	11006,72	2669,13	-7704,7	7924,8	328,9
510	10646,89	1395,3	12042,19	12163,83	1658,9	-11312,3	4500,61	186,8
540	10846,70	1281,7	12128,4	12128,4	0	-12128,4	0	0
570	10646,89	54,08	10700,97	10809,06	-1498	-10052,4	-3999,3	-165,9
600	8848,62	54,08	8902,7	9178,04	-2225,6	-6424,62	-6608,2	-274,2
630	3425,27	54,08	3371,19	3511,65	-977,6	-981,26	-3371,2	-139,9
660	-5423,35	54,08	-5369,27	-5535,33	1342,3	-1494,5	5313,9	220,5
690	-14072,16	54,08	-14018,08	-14159,8	1962,5	-11186,1	8779,1	364,3
720	-17697,24	54,08	-17643,16	-17643,16	0	-17643,2	0	0

Требуется определить силу P для пяти характерных точек a, c, z, b и r индикаторной диаграммы (рис. 1). Для этих точек также определить все перечисленные ниже силы и моменты:

1. Сила, действующая вдоль шатуна

,

где - угол наклона шатуна относительно оси цилиндра (рис. 4).

2. Сила перпендикулярная оси цилиндра, которая создает боковое давление на стенку цилиндра ,

3. Сила, действующая вдоль кривошипа .

4. Сила, создающая крутящий момент .

5. Крутящий момент одного цилиндра .

В общем случае силы и моменты, действующие в КШМ, вычисляются через каждые 10 30 поворота кривошипа. Результаты вычислений заносят в таблицу и строят графики сил и моментов.

Момент, стремящийся опрокинуть двигатель, называется реактивным моментом. Он всегда равен крутящему моменту двигателя, но противоположен ему по направлению.



Суммарный момент

ц°	0	30	60	90	120	150	180
УМ, Н*м	0	-677,2	-748,7	104,67	1077,78	984,9	0

Размещено на Allbest.ru

...