–PAGE_BREAK–Топливом для рассчитываемого двигателя служит бензин А-92 по ГОСТ 2084-77.
1. Основным параметром, характеризующим тип двигателя, является величина степени сжатия eравной в нашем случае 8,5.
2. Средний состав топлива для бензина принимают: С = 85,5 %, Н = 14,5 %;
3. Молекулярная масса бензина находится в пределах 110 – 120 кг/кмоль примем mт =115 кг/кмоль.
4. Низшая теплота сгорания топлива в кДж/кг:
где и – массовые доли серы и влаги в топливе.
В расчетах принимается ; .
2.2.2 Параметры рабочего тела
1. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива
кмоль возд./кг топл.;
кг возд./кг топл.
2. С целью получения достаточно экономичного двигателя с меньшей токсичностью продуктов сгорания коэффициент избытка воздуха aвыбирается в пределах a=0,95–0,98. Принимаем a=0,97.
3. Количество горючей смеси
кмоль гор. см./кг топл.
4. Показатель, зависящий от отношения количества водорода к оксиду углерода, содержащихся в продуктах сгорания для бензина находится в пределах K=0,45–0,5.Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при K=0,5
кмоль CO2/кг топл.;
кмоль CO/кг топл.;
кмольH2O/кг топл.;
кмольH2/кг топл.;
кмольN2/кг топл.
5. Общее количество продуктов сгорания
кмоль пр.сг./кг топл.
2.2.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы
1. При работе двигателя без наддува давление и температура окружающей среды равны соответственно pk= p= 0,1 МПа и Tk= T= 293 К.
2. Температура остаточных газов Тrзависит от коэффициента избытка воздуха aи скоростного режима двигателя. Температура остаточных газов при частоте вращения коленчатого вала nN= 5400 об/мин составляет Тr= 1055 К
[1, рис. 5.1]..
3. Давление остаточных газов на номинальном скоростном режиме составляет
prN= 1,18p= 1,18 · 0,1 = 0,118 МПа.
Величина давления остаточных газов на режиме максимального крутящего момента при nM= 3200 об/минсоставит
МПа,
где .
2.3 Процесс впуска
2.3.1 Температура подогрева свежего заряда
Величина подогрева заряда DTзависит от расположения и конструкции впускного трубопровода, системы охлаждения, наличия специального устройства для подогрева и быстроходности двигателя. Температура подогрева свежего заряда для двигателей с воспламенением от искры принимается в пределах DT= 0–20 º. Принята DTN
= 17 º [1, С. 67].
Величина температуры подогрева свежего заряда на режиме максимального крутящего момента при nM= 3200 об/минсоставит
º,
где .
2.3.2 Плотность заряда на впуске
Плотность заряда на впуске, кг/м3
,
где Rв– удельная газовая постоянная для воздуха, Дж/(кг·град).
Для воздуха значение удельной газовой постоянной определяется по формуле, Дж/(кг·град)
,
где R– универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·град); μв – масса 1 кмоль воздуха кг/кмоль.
R= 8315 Дж/(кмоль·град) [1, С. 68];
μв = 28,96 кг/кмоль [1, С. 49].
Удельная газовая постоянная для воздуха
Дж/(кг·град).
Плотность заряда на впуске
кг/м3.
2.3.3 Потери давления на впуске
Потери давления на впуске определяются по формуле, МПа
,
где β – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра; ξвп – коэффициент сопротивления впускной смеси, отнесенный к наиболее узкому ее сечению; An– параметр; n– частота вращения коленчатого вала в расчетном режиме, об/мин.
Параметр An
,
где wвп– средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы, м/с.
По опытным данным в современных автомобильных двигателях на номинальном режиме (β2 + ξвп) = 2,5–4,0 и wвп= 50–130 м/с [1, С. 67]. В соответствии со скоростным режимом (nN= 5400 об/мин) и при учете качественной обработки внутренних поверхностей впускной системы принято (β2 + ξвп) = 3; wвп= 100 м/с.
Параметр An
.
Потери давления на впуске
МПа.
2.3.4 Давление в конце пуска
МПа.
2.3.5 Коэффициент остаточных газов
Коэффициент остаточных газов для четырехтактных двигателей с учетом продувки и дозарядки цилиндра определяется по формуле
,
где jоч– коэффициент очистки; jдоз– коэффициент дозарядки; e– степень сжатия.
Для карбюраторного двигателя без наддува принимается коэффициент очистки jоч= 1, а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме jдоз= 1,10 [1, С. 109].
Для режима максимального крутящего момента при nM= 3200 об/мин коэффициент дозарядки составит jдоз= 1,02 [1, рис. 5.1].
Коэффициент остаточных газов
.
2.3.6 Температура в конце впуска
К.
2.3.7 Коэффициент наполнения
2.4 Процесс сжатия
2.4.1 Показатель политропы сжатия
При степени сжатия e= 8,5 и температуре в конце пуска Ta= 348 К
Средний показатель адиабаты сжатия =1,3762
Показатель политропы сжатия n1, учитывая характер теплообмена в процессе сжатия, всегда будет иметь меньшее значение, чем показатель адиабаты.
Показатель политропы сжатия 1,375
2.4.2 Давление в конце сжатия
МПа.
2.4.3 Температура в конце сжатия
К.
2.4.4 Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия
а) свежей смеси (воздуха)
кДж/(кмоль·град),
где tc= Tc– 273 = 776 – 273 = 503 ºС;
б) остаточных газов [1, табл. 3.8]
– определяется значение теплоемкости остаточных газов при t= 400 ºС и α = 0,97.
При коэффициенте избытка воздуха α = 0,95 теплоемкость остаточных газов равна 23,586 кДж/(кмоль·град) [1, табл. 3.8]; при коэффициенте избытка воздуха α = 1,00 теплоемкость остаточных газов равна 23,712 кДж/(кмоль·град) [1, табл. 3.8]. Т.о. при разности коэффициентов избытка воздуха Δα = 1,00 – 0,95
= 0,05, разность теплоемкостей составит кДж/(кмоль·град). Т. к. в расчете принят коэффициент избытка воздуха α = 0,97, то разность между ним и ближайшим меньшим табличным α составит
Δαр = 0,97 – 0,95 = 0,02. Тогда значение теплоемкости составит
кДж/(кмоль·град);
– определяется значение теплоемкости остаточных газов при t= 500 ºС и α = 0,97.
При коэффициенте избытка воздуха α = 0,95 теплоемкость остаточных газов равна 24,014 кДж/(кмоль·град) [1, табл. 3.8]; при коэффициенте избытка воздуха α = 1,00 теплоемкость остаточных газов равна 24,150 кДж/(кмоль·град) [1, табл. 3.8]. Т.о. при разности коэффициентов избытка воздуха Δα = 1,00 – 0,95 = 0,05, разность теплоемкостей составит кДж/(кмоль·град). Т. к. в расчете принят коэффициент избытка воздуха α = 0,97, то разность между ним и ближайшим меньшим табличным α составит Δαр = 0,97 – 0,95 = 0,02. Тогда значение теплоемкости составит
кДж/(кмоль·град);
– определяется значение теплоемкости остаточных газов при t= 503 ºС и α = 0,97.
При температуре t= 400 ºС теплоемкость остаточных газов равна 23,611 кДж/(кмоль·град); при температуре t= 500 ºС теплоемкость остаточных газов равна 24,041 кДж/(кмоль·град). Т.о. при разности температур Δt= 500 – 400 = 100 º, разность теплоемкостей составит кДж/(кмоль·град). Т. к. по расчету температура в конце сжатия tc= 503 ºС, то разность между ней и ближайшей меньшей табличной [см. 1, табл. 3.8] составит Δtр= 503 – 400 = 103 º. Тогда значение теплоемкости tc= 503 ºС и α = 0,97 составит
кДж/(кмоль·град);
в) рабочей смеси
кДж/(кмоль·град).
2.5 Процесс сгорания
2.5.1 Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси
.
2.5.2 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси
.
2.5.3 Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания
кДж/кг.
2.5.4 Теплота сгорания рабочей смеси
кДж/кмоль раб.см.
2.5.5 Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания для интервала температур от 1501 до 2800 ºCопределяется по формуле [1, табл. 3.7], кДж/(кмоль·град)
Коэффициент использования теплоты при nN= 5400 об/мин равен ξz= 0,91 [1, рис. 5.1].
2.5.6 Температура в конце видимого процесса сгорания
Определяется из выражения
или
откуда
ºC.
Абсолютное значение температуры в конце видимого процесса сгорания
К.
2.5.7 Максимальное давление сгорания теоретическое
МПа.
2.5.8 Максимальное давление сгорания действительное
МПа.
2.5.9 Степень повышения давления
.
2.6 Процесс расширения и выпуска
2.6.1 Показатель политропы расширения
При степени сжатия e= 8,5, коэффициенте избытка воздуха α = 0,97 и температуре в конце видимого процесса сгорания Tz= 3062 К
продолжение
–PAGE_BREAK–Средний показатель адиабаты расширения =1,264
Показатель политропы расширения n2= 1,26
2.6.2 Давление в конце процесса расширения
МПа.
2.6.3 Температура в конце процесса расширения
К.
2.6.4 Проверка ранее принятой температуры остаточных газов
К
2.6.5 Погрешность расчета
2.7 Индикаторные параметры рабочего цикла
2.7.1
Теоретическое среднее индикаторное давление
2.7.2
Среднее индикаторное давление действительного цикла, МПа
,
где jи– коэффициент полноты диаграммы.
Коэффициент полноты диаграммы для карбюраторных двигателей находится в пределах jи=0,94–0,97 [1, С. 88]. Принят jи=0,95.
Среднее индикаторное давление
МПа.
2.7.3
Индикаторный КПД
.
2.7.4
Индикаторный удельный расход топлива
г/(кВт·ч).
2.8 Эффективные показатели двигателя
2.8.1 Средняя скорость поршня
При ходе поршня S= 80 мм (предварительно принят)
м/с.
2.8.2 Среднее давление механических потерь
МПа.
2.8.3 Среднее эффективное давление
МПа.
2.8.4 Механический КПД
.
2.8.5 Эффективный КПД
.
2.8.6 Эффективный удельный расход топлива
г/(кВт·ч).
2.9 Основные параметры цилиндра и двигателя
2.9.1 Литраж двигателя, л
,
где τ – число тактов в одном цикле работы двигателя.
Задано τ = 4.
Литраж двигателя
л.
2.9.2 Рабочий объем одного цилиндра, л
,
где i– число цилиндров в двигателе.
Задано i= 4.
Рабочий объем одного цилиндра
л.
2.9.3 Диаметр цилиндра
мм.
Окончательно принимается D= 76 ммS= 80 мм.
2.9.4 Уточнение параметров и показателей двигателя
Уточнение параметров и показателей двигателя в соответствии с принятыми значениями диаметра цилиндра и хода поршня.
Площадь поршня
см2.
Литраж двигателя
л.
Мощность двигателя
кВт.
Литровая мощность двигателя
кВт/л.
Крутящий момент
Н·м.
Часовой расход топлива
кг/ч.
2.10 Построение индикаторной диаграммы
Построение индикаторной диаграммы осуществляется аналитическим методом.
Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня MS= 0,85 мм в мм; масштаб давлений Mp= 0,05 МПа в мм.
Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:
мм;
мм.
Из точки O, являющейся началом координат диаграммы, по оси абсцисс откладывается отрезок OA(мм), соответствующий объему камеры сгорания. Далее от точки Aпо оси абсцисс откладывается отрезок AB, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе MS. Таким образом, абсцисса Aсоответствует положению поршня в верхней мертвой точке, а абсцисса B– в нижней мертвой точке.
Максимальная высота диаграммы (точка z)
мм.
Ординаты характерных точек
мм;
мм;
мм;
мм;
мм.
Характерные точки a(B, ); b(B, ); c
(A, ); r(A, ); z(A, ) наносятся на диаграмму. Также показывается величина давления окружающей среды p.
Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:
а) политропа сжатия . Отсюда
мм,
где OB= OA+ AB= 12,5 + 94 = 106,5 мм;
б) политропа расширения . Отсюда
мм.
Результаты расчета точек политроп приведены в табл. 2.
Таблица 2
№
точек
OX,
мм
OB/OX,
мм
Политропа сжатия
Политропа расширения
Рx/Мр,
мм
Рx,
МПа
Рx/Мр,
мм
Рx,
МПа
1
17,6
10,2
24,42
64,62
1,62
18,4
254,24
6,36
2
25,0
7,16
15
39,87
1,00
11,8
163,89
4,10
3
33,0
5,43
10,3
27,21
0,68
8,35
115,80
2,90
4
42,0
4,26
7,35
19,53
0,49
6,16
85,64
2,14
5
51,6
2,90
4,33
14,71
0,37
3,8
66,20
1,65
6
61,6
3,47
5,54
11,53
0,29
4,76
53,04
1,33
7
83,0
1,80
2,25
7,65
0,19
2,09
36,53
0,91
8
105,0
2,16
2,88
5,53
0,14
2,63
27,22
0,68
9
127,0
1,41
1,6
4,26
0,11
1,53
21,45
0,54
10
149,6
1,2
1,29
3,40
0,09
1,26
17,48
0,44
Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитывается достаточно быстроходный двигатель (n= 5400 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 (точка r’) устанавливается за 18º до прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка a
²) – через 60º после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b
¢) принимается за 55º до прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка a
¢) через 25º после прохода поршнем в.м.т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания qпринимается равным 35º, а продолжительность периода задержки воспламенения — Dj1= 5º.
В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяют положение точек r
¢,a²,a¢,b¢,с¢и fпо формуле для перемещения поршня:
,
где l— отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.
Выбор величины lпроизводится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается l= 0,285.
Расчеты абсцисс точек r¢,a²,a¢,b¢,с¢и fсведены в табл. 3.
Положение точки c” определяется из выражения
МПа;
мм.
Таблица 3
Обозначение
точек
Положение точек
j
Расстояние
от в.м.т. (AX),
мм
r¢
18º до в.м.т.
18
0,0655
4,32
a¢
25º после в.м.т.
25
0,1223
8,07
a²
60ºпосле в.м.т.
120
1,6069
106,06
с¢
35º до в.м.т.
35
0,2313
15,27
f
30º до в.м.т.
30
0,1697
11,20
b¢
55º до в.м.т.
125
1,6667
110,00
Действительное давление сгорания
МПа;
мм.
Соединяя плавными кривыми точки rс a’; c’ с c” и далее с zди кривой расширения b’ с b” (точка b” располагается обычно между точками bи a) и линией выпуска b”r’r, получим скругленную действительную индикаторную диаграмму ra’ac’fc”zдb’b”r.
Индикаторная диаграмма (в уменьшенном масштабе) приведена на рис. 2.
Рисунок 2 – Индикаторная диаграмма продолжение
–PAGE_BREAK–
2.11 Тепловой баланс двигателя
Тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания, Вт
,
где Qо– общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом, Вт; Qe– теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя за 1 с, Вт; Qr– теплота, потерянная с отработавшими газами, Вт; Qв– теплота, передаваемая охлаждающей среде, Вт; Qн.с– теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива, Вт; Qост– неучтенные потери теплоты, Вт.
Общее количество теплоты, введенной в двигатель при номинальном тепловом режиме
Вт.
Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с
Вт.
Теплота, потерянная с отработавшими газами, Вт
,
где – теплоемкость отработавших газов, кДж/(кмоль·град); – теплоемкость свежего заряда, кДж/(кмоль·град).
При коэффициенте избытка воздуха α = 0,97 и уточненной температуре отработавших газов tr= Tr– 273 = 1055 – 273 = 782 ºCтеплоемкость отработавших газов равна
= 25,154 кДж/(кмоль·град) [1, табл. 3.8]
При температуре t= 20 ºCтеплоемкость свежего заряда равна
= 20,775 кДж/(кмоль·град) [1, табл. 3.6]
Теплота, потерянная с отработавшими газами
Теплота, передаваемая охлаждающей среде, Вт
,
где c– коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей; i– число цилиндров; D– диаметр цилиндра, см; n– частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин; m– показатель степени для четырехтактных двигателей.
Коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей принимается в пределах c= 0,45–0,53 [1, С. 125]. Принят c= 0,48.
Показатель степени для четырехтактных двигателей принимается в пределах m= 0,5–0,7 [1, С. 125]. Принят m= 0,65.
Теплота, передаваемая охлаждающей среде
Вт.
Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива
Вт.
Неучтенные потери теплоты
Вт.
Составляющие теплового баланса двигателя сведены в табл. 4.
Таблица 4
Составляющие теплового баланса
Q
, Вт
q
, %
Теплота, эквивалентная эффективной работе
60800
27,4
Теплота, унесенная с отработавшими газами
69620
31,5
Теплота, передаваемая охлаждающей среде
52360
23,8
Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива
9346
4,2
Неучтенные потери теплоты
28986
13,1
Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом
221112
100,00
Вывод
В ходе теплового расчета двигателя были определены значения давления в надпоршевом пространстве в каждом из тактов работы двигателя. По этим значениям построена индикаторная диаграмма. Также определены индикаторные и эффективные показатели работы двигателя: средний индикаторный КПД двигателя hi= 0,4; индикаторный удельный расход топлива gi= 205 г/(кВт·ч); механический КПД hм= 0,832; эффективный КПД
he= 0,3304; эффективный удельный расход топлива ge= 248 г/(кВт·ч). Определены основные параметры цилиндра, а также основные параметры двигателя: литраж Vл = 1,45 л; эффективная мощность Ne= 60,8 кВт; часовой расход топлива Gт= 18,12 кг/ч.
3 Расчёт кинематики и динамики двигателя
Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма (КШМ) заключается в определении суммарных моментов и сил, возникающих от давления газов и сил инерции. По этим силам рассчитывают основные детали на прочность и износ, а также определяют неравномерность крутящего момента и степень неравномерности хода двигателя. Во время работы двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют силы давления газов в цилиндре, силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, центробежные силы, давление на поршень со стороны картера (приблизительно равное атмосферному давлению) и силы тяжести (силы тяжести обычно в динамическом расчете не учитывают).
Все действующие в двигателе силы воспринимаются полезным сопротивлением на коленчатом валу, силами трения и опорами двигателя.
В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для определения характера изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда отдельных положений вала обычно через каждые 10–30º. Результаты динамического расчета сводят в таблицы.
Результаты динамического расчета необходимы для последующего расчета основных деталей двигателя на прочность и долговечность.
Динамический расчет может быть сделан как для вновь проектируемого, так и для реально существующего двигателя. Исходными данными для динамического расчета в первом случае служат результаты предшествующего теплового расчета, а во втором – результаты стендовых испытаний двигателя. Методика выполнения динамического расчета в обоих случаях одна и та же.
Динамический расчет (так же, как и тепловой расчет) обычно производится для одного цилиндра двигателя при постоянном скоростном режиме работы, соответствующем максимальной мощности по внешней скоростной характеристике.
3.1 Основные принятые обозначения к динамическому расчету
КШМ
mR— масса поступательно движущихся частей к.ш.м., кг;
λ-отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;
R— радиус кривошипа, м;
L— длина шатуна, м;
Рг – удельная сила давления газов, МПа;
Рj— удельная сила инерции поступательно движущихся масс, МПа;
P– удельная суммарная сила, МПа;
РТ — удельная суммарная тангенциальная сила, МПа;
РК — удельная суммарная нормальная сила, МПа;
α— угол поворота кривошипа в градусах;
Fn— площадь поперечного сечения цилиндра, м2;
Рг — давление газов в цилиндре над поршнем, МПа;
mn— масса поршневого комплекта, кг;
mшп— часть массы шатуна в сборе, отнесенная к поступательно
движущимся массам, кг;
mш– масса шатуна, кг;
mшв— часть массы шатуна, отнесенная к вращающимся массам, кг;
mn’- удельная конструктивная масса поршневого комплекта, кг/м2;
mш ’- удельная конструктивная масса шатуна, кг/м2;
ω — средняя угловая скорость кривошипа, 1/с;
Θ — угловой интервал между вспышками в цилиндрах двигателя в градусах;
Мкр — индикаторный крутящий момент двигателя, Н-м;
S— результирующая сила, действующая на шатунную шейку, Н;
S— суммарная сила, действующая вдоль шатуна, Н;
dшш— диаметр шатунной шейки, м;
lшш— длина опорной поверхности шатунной шейки, м;
S— ход поршня, м;
Мр — масштаб давления газов, принятый при построении индикаторной
диаграммы, МПа в мм;
Мм — масштаб момента, Н·М в мм;
МV-масштаб скорости поршня м/с в мм.
МS-масштаб хода поршня мм в мм.
Мj-масштаб ускорения поршня м/с2 в мм.
Мj— масштаб угла поворота коленчатого вала в мм.
Мj— масштаб угла поворота коленчатого вала для индикаторной диаграммы в мм.
3.2 Расчет кинематики двигателя
Выбор λ и длины 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 l= 0,25. Радиус кривошипа равен половине хода поршня
мм.
При этих условиях длина шатуна
мм.
Определение перемещения, скорости и ускорения поршня
Перемещение поршня определяется по формуле, мм
.
Расчет перемещения поршня производится аналитически через каждые 10º угла поворота коленчатого вала. Значения для при соответствующем значении угла поворота коленчатого вала занесены в гр. 2 табл. 1, а получившиеся значения sx– в гр. 3 табл. 1.
Угловая скорость вращения коленчатого вала определяется для режима номинальной мощности при частоте вращения вала nN= 5600 об/мин
рад/с.
Скорость поршня определяется по формуле, м/с
.
Значения для при соответствующем значении угла поворота коленчатого вала занесены в гр. 4 табл. 5, а получившиеся значения vп– в гр. 5 табл. 1.
Ускорение поршня определяется по формуле, м/с2
.
Значения для при соответствующем значении угла поворота коленчатого вала занесены в гр. 6 табл. 5, а получившиеся значения j– в гр. 7 табл. 5.
Таблица 5
По данным табл.5 построены графики (рис. 3,4,5) sx=f(φ), vп=f(φ),
j
=
f(φ).
Рисунок 3 – График sx=f(φ)
Рисунок 4 – График vп=f(φ)
Рисунок 5 – График j
=
f(φ) продолжение
–PAGE_BREAK–
3. 3 Расчет динамики двигателя
Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма
При диаметре цилиндра D= 79 мм; отношении S
/
D= 80/79= 1,0127 мм и площади поршня Fп= 0,00489 м2 устанавливаются:
– масса поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава принята кг/м2)
кг;
– масса шатуна (для стального шатуна принята кг/м2)
кг;
– масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (для стального коленчатого вала принята кг/м2)
кг.
Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца,
кг.
Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа,
кг.
Массы, совершающие возвратно-поступательное движение,
кг.
Массы, совершающие вращательное движение
кг.
Таблица 6
Рисунок 6 – Построение кривых удельных силΔpг,pjи p
Определение удельных и полных сил инерции
Удельные силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс в зависимости от угла поворота кривошипа определяются по формуле, МПа
,
где j– ускорение поршня при значении угла поворота кривошипа (см. гр. 7 табл. 5).
Значения удельной силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс занесены в гр. 4 сводной табл. 6.
Центробежная сила инерции вращающихся масс
.
Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна
.
Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа
.
Определение удельных суммарных сил
Удельная сила, сосредоточенная на оси поршневого пальца, определяется по формуле, МПа
.
Значения pдля значений угла поворота кривошипа занесены в гр. 5 сводной табл. 6.
Удельная нормальная сила определяется по формуле, МПа
.
Значения tgβ, определенные при λ = 0,25, занесены в гр. 3, а значения pNдля значений угла поворота кривошипа – в гр. 4сводной табл. 7.
Удельная сила, действующая вдоль шатуна, определяется по формуле, МПа
.
Значения 1/cosβ, определенные при λ = 0,25, занесены в гр. 5, а значения pSдля значений угла поворота кривошипа – в гр. 6сводной табл. 7.
Таблица 7
φº
p,
МПа
tgβ
pN,
МПа
pS,
МПа
pK,
МПа
pT,
МПа
T, кН
Mкр.ц,
Н·м
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
-2,1454
1
-2,1454
1
-2,1454
30
-1,7301
0,126
-0,21799
1,008
-1,74394
0,803
-1,38927
0,609
-1,05363
-5,1523
-206,0902
60
-0,664
0,22
-0,14608
1,024
-0,67994
0,309
-0,20518
0,976
-0,64806
-3,169
-126,7613
90
0,41768
0,256
0,106926
1,032
0,43105
-0,256
-0,10693
1
0,41768
2,04246
81,698208
120
1,0667
0,22
0,234674
1,024
1,0923
-0,691
-0,73709
0,756
0,806425
3,94342
157,73677
150
1,26743
0,126
0,159696
1,008
1,27884
-0,929
-1,17744
0,391
0,495565
2,42331
96,932539
180
1,28305
1
1,28305
-1
-1,28305
210
1,26743
-0,126
-0,1597
1,008
1,27884
-0,929
-1,17744
-0,391
-0,49557
-2,4233
-96,93254
240
1,0667
-0,22
-0,23467
1,024
1,0923
-0,691
-0,73709
-0,756
-0,80643
-3,9434
-157,7368
270
0,45268
-0,256
-0,11589
1,032
0,46717
-0,256
-0,11589
-1
-0,45268
-2,2136
-88,54421
300
-0,499
-0,22
0,10978
1,024
-0,51098
0,309
-0,15419
-0,976
0,487024
2,38155
95,261894
330
-0,9951
-0,126
0,125383
1,008
-1,00306
0,803
-0,79907
-0,609
0,606016
2,96342
118,53671
360
-0,2404
1
-0,2404
1
-0,2404
370
3,29105
0,043
0,141515
1,001
3,29434
0,978
3,218647
0,215
0,707576
3,46005
138,40182
390
1,70486
0,126
0,214812
1,008
1,7185
0,803
1,369003
0,609
1,03826
5,07709
203,08361
420
0,70098
0,22
0,154216
1,024
0,7178
0,309
0,216603
0,976
0,684156
3,34553
133,82101
450
1,15268
0,256
0,295086
1,032
1,18957
-0,256
-0,29509
1
1,15268
5,63661
225,46421
480
1,5317
0,22
0,336974
1,024
1,56846
-0,691
-1,0584
0,756
1,157965
5,66245
226,49799
510
1,56243
0,126
0,196866
1,008
1,57649
-0,929
-1,4515
0,391
0,61091
2,98735
119,49402
540
1,44805
1
1,44805
-1
-1,44805
570
1,30743
-0,126
-0,16474
1,008
1,3192
-0,929
-1,2146
-0,391
-0,51121
-2,4998
-99,99172
600
1,0997
-0,22
-0,24193
1,024
1,12609
-0,691
-0,75989
-0,756
-0,83137
-4,0654
-162,6166
630
0,45068
-0,256
-0,11537
1,032
0,4651
-0,256
-0,11537
-1
-0,45068
-2,2038
-88,15301
660
-0,631
-0,22
0,13882
1,024
-0,64614
0,309
-0,19498
-0,976
0,615856
3,01154
120,46143
690
-1,6971
-0,126
0,213835
1,008
-1,71068
0,803
-1,36277
-0,609
1,033534
5,05398
202,15923
720
-2,1454
1
-2,1454
1
-2,1454
Удельная сила, действующая по радиусу кривошипа, определяется по формуле, МПа
.
Значения cos(φ+β)/cosβ, определенные при λ = 0,25, занесены в гр. 7, а значения pKдля значений угла поворота кривошипа – в гр. 8сводной табл. 7
.
Рисунок 7 – Графики = f(φ) и = f(φ)
Рисунок 8 – График = f(φ)
Рисунок 9 – График = f(φ)
Удельная и полная тангенциальные силы определяются по формулам, МПа
, МПа;
, кН.
Значения sin(φ+β)/cosβ, определенные при λ = 0,25, занесены в гр. 9, а значения pTи Tдля значений угла поворота кривошипа – в гр. 10 и гр. 11, соответственно, сводной табл. 7.
По данным табл. 3 построены графики изменения удельных сил pS,pN,pK,pTв зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала φ (рис. 7-9). продолжение
–PAGE_BREAK–