Построение политропы сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия . Отсюда:

 мм, (3.60)

где:  мм;

б) политропа расширения . Отсюда:

 мм; (3.61)

Результаты расчета точек приведены в табл. 3.1

Теоретическое среднее индикаторное давление:

МПа (3.62)

где 2160 мм2 – площадь диаграммы .

Таблица 3.1

Величина 1,1739 МПа, полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, очень близка к величине 1,1752 МПа, полученной в тепловом расчете.

Скругление диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный (n=4500 мин-1), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в пределах, принятых в расчете. В связи с этим начало открытия впускного клапана  устанавливается за 18º до прихода поршня в ВМТ, а закрытия  – через 60º после прохода поршня НМТ. Начало открытия выпускного клапана  принимается за 55º до прихода поршня в НМТ, а закрытие точка  – через 25º после прохода поршнем ВМТ. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания  принимается равным 35º, а продолжительность периода задержки воспламенения – .

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяем положение точек  и  по формуле для перемещения поршня.

 (3.63)

где  - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Выбор величины  производится при проведении динамического расче-та, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается l=0,285.

Расчеты ординат точек  и сведены в табл. 3.2.

Положение точки  определяется из выражения:

МПа (3.64)

мм (3.65)

 Таблица 3.2

Расчет ординат точек  и

Действительное давление сгорания:

МПа (3.66)

мм (3.67)

Нарастание давления от точки до zД составляет 6.356-2.3526=4,003 МПа или 4.003/10=0.4 МПа/град п.к.в., где 10 – положение точки zД по оси абсцисс, град.

Соединяя плавными кривыми точки r с ,  с  и далее с zД и кривой расширения  с  (точка  располагается между точками b и a) и линией выпуска , получаем скругленную индикаторную диаграмму .

4. КИНЕМАТИКА

1) Выбор λ и длины Lш шатуна.

В целях уменьшения высоты двигателя без значительного увеличения инерционных и нормальных сил отношение радиуса кривошипа к длине шатуна предварительно было принято в тепловом расчете λ=0.285. В соответствии с этим

 мм (4.1)

Построив кинематическую схему кривошипно-шатунного механизма (рис. 4.1), устанавливаем, что ранее принятые значения Lш и λ обеспечивают движение шатуна без задевания за нижнюю кромку цилиндра.

2) Перемещение поршня.

мм. (4.2)

Расчет Sx производится аналитически через каждые 10º угла поворота коленчатого вала Значения для  при различных φ взяты из табл. 7.1 [1] и занесены в гр. 2 расчетной табл. 4.1.

3) Угловая скорость вращения коленчатого вала

 рад/с (4.3)

4) Скорость поршня

 м/с. (4.4)

Значения для  взяты из табл. 7.2 [1] и занесены в гр. 4, а рассчитанные значения Vп – в гр. 5 табл. 4.1.

5) Ускорение поршня

 м/с2 (4.5)

Значения для  взяты из табл. 7.3 [1] и занесены в гр. 6, а рассчитанные значения j – в гр. 7 табл. 4.1.

Таблица 4.1

Кинематический расчет

5. ДИНАМИКА

5.1. Силы давления газов

Индикаторную диаграмму, полученную в тепловом расчете, развертывают по углу поворота кривошипа по методу Брикса.

Для этого под индикаторной диаграммой строят вспомогательную полуокружность радиусом R=S/2. От центра полуокружности (точка О) в сторону НМТ откладываем поправку Брикса равную

мм (5.1)

где Мs=1мм в мм – масштаб хода поршня на индикаторной диаграмме.

Полуокружность делят лучами от центра О на несколько частей, а из центра Брикса (точка О¢) проводят линии, параллельные этим лучам. Точки, полученные на полуокружности, соответствуют определенным углам j (на лист 2 интервал между точками равен 30°). Из этих точек проводят вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторной диаграммы и полученные величины давлений откладывают на вертикали соответствующий углов j. Развертку индикаторной диаграммы начинаем от ВМТ в процессе хода выпуска. При этом следует учитывать, что на свернутой индикаторной диаграмме давление отсчитывают от абсолютного нуля, а на развернутой показывают избыточное давление над поршнем ∆Pr= Pr - Po. Следовательно, давления в цилиндре двигателя, меньшие атмосферного, на развернутой диаграмме будут отрицательными. Силы давления газов, направленные к оси коленчатого вала, считаются положительными, а от коленчатого вала – отрицательными.

Масштабы развернутой диаграммы: давлений и удельных сил Мр=0.05 МПа в мм; полных сил Мр = МрFn=0.05·0.00679291=0.00034 МН в мм; угла поворота кривошипа Мj= 3 в мм, или

рад в мм (5.2)

где ОВ=240 мм – длина развернутой индикаторной диаграммы.

По развернутой диаграмме через каждые 10° угла поворота кривошипа определяют значения ∆рг и заносят в гр.2 сводной таблицы 5.1 динамического расчета (в таблице 5.1 значения даны через 10°).

5.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

С учетом диаметра цилиндра, отношения S/D, рядного расположения цилиндров и достаточно высокого значения рz устанавливают следующие значения масс частей КШМ:

масса поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава принято mn¢ = 100 кг/м2)

кг; (5.3)

масса шатуна (для стального кованного шатуна принято m¢ш = 150 кг/м2)

кг; (5.4)

масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (для литого чугунного вала принято m¢к =140 кг/м2)

кг; (5.5)

Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

кг; (5.6)

Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:

кг; (5.7)

Массы, совершающие возвратно-поступательное движение:

кг; (5.8)

Массы, совершающие вращательное движение:

кг; (5.9)

5.3 Удельные полные силы инерции

В гр. 3 табл. 5.1 заносим значения и определяем значения удельной силы возвратно-поступательно движущихся масс (гр. 4):

 кН (5.10)

Центробежная сила инерции вращающихся масс

кН (5.11)

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна

кН (5.12)

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа

кН. (5.13)

5.4 Удельные суммарные силы

Удельная сила (МПа), сосредоточенная на оси поршневого пальца:

 (5.14)

Удельная нормальная сила (МПа):

 (5.15)

Значения tgb определяют для выбранного l и заносят в гр.6, а значения pN – в гр.7.

Удельная сила (МПа), действующая вдоль шатуна (гр.9):

 (5.16)

Удельная сила (МПа), действующая по радиусу кривошипа (гр. 11):

 (5.17)

Удельная (гр.13) и полная (гр. 14) тангенциальные силы:

 МПа (5.18)

 кН (5.19)

По данным табл. 5.1 на листе миллиметровой бумаги строят графики изменения удельных сил рj , р, ps, pN, pк и рТ в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала j .

Среднее значение тангенциальной силы за цикл:

по данным теплового расчета:

Н (5.20)

по площади, заключенной между кривой рТ и осью абсцисс:

МПа (5.21)

Н (5.22)

ошибка % (5.23)

5.5 Крутящие моменты

Крутящий момент одного цилиндра (гр.15)

 Нм (5.24)

Период изменения крутящего момента четырехтактного двигателя с равными интервалами между вспышками

 (5.25)

Суммирование значений крутящих моментов всех четырех цилиндров двигателя осуществляется табличным методом (табл.5.2) через каждые 10° угла поворота коленчатого вала и по полученным данным строится кривая Мкр в масштабе Мм = 10 Нм в мм.

Таблица 5.2

Крутящие моменты

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8