2 Тяговый расчет автомобиля ваз-2106
2.1 Параметры, задаваемые техническими условиями
Исходные данные для динамического расчета
Основными исходными данными, необходимыми для динамического расчета, являются:
Двигатель карбюраторный, четырехтактный, 4 цилиндра, рядный
Номинальное число оборотов двигателя n = 5600 мин-1;
Основные размеры двигателя: диаметр цилиндра D =0,079 (м) и ход поршня S = 0,080 (м).
Расчет кинематики рядного карбюраторного двигателя
В целях уменьшения высоты двигателя без значительного увеличения инерционных и нормальных сил отношение радиуса кривошипа к длине шатуна предварительно было принято l = 0,285. R = S/2 равен половине хода поршня.
Перемещение поршня
мм;
Угловая скорость вращения коленчатого вала
w = pn / 30 = 3,14 ×5600 / 30 = 586 (рад/с);
Скорость поршня
м/с;
Ускорение поршня
м/с2
Таким образом, определяем значения перемещения, скорости и ускорения поршня через каждые 300 и заносим их в таблицу 1.
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
30 |
0.169599596 |
6.78398384 |
0.62340862 |
60 |
0.606875 |
24.275 |
0.989434024 |
90 |
1.1425 |
45.7 |
1 |
120 |
1.606875 |
64.275 |
0.742616784 |
150 |
1.901650404 |
76.06601616 |
0.37659138 |
180 |
2 |
80 |
0 |
210 |
1.901650404 |
76.06601616 |
-0.37659138 |
240 |
1.606875 |
64.275 |
-0.742616784 |
270 |
1.1425 |
45.7 |
-1 |
300 |
0.606875 |
24.275 |
-0.989434024 |
330 |
0.169599596 |
6.78398384 |
-0.62340862 |
360 |
0 |
0 |
0 |
370 |
0.019489148 |
0.77956591 |
0.222422048 |
380 |
0.076976712 |
3.079068497 |
0.433617377 |
R, мм |
w, рад/с |
||
40 |
586 |
||
По данным таблицы 1 построены графики Sx в масштабе МS = 1 мм в мм, VП – в масштабе МV = 0,5 м/с в мм, j – в масштабе Мj = 200 м/с2 в мм.
Таблица 1
|
|
|
0 |
1.285 |
17650.55 |
14.6127 |
1.008525404 |
13852.94 |
23.19233 |
0.3575 |
4910.563 |
23.44 |
-0.285 |
-3914.71 |
17.40694 |
-0.6425 |
-8825.28 |
8.827302 |
-0.723525404 |
-9938.23 |
0 |
-0.715 |
-9821.13 |
-8.8273 |
-0.723525404 |
-9938.23 |
-17.4069 |
-0.6425 |
-8825.28 |
-23.44 |
-0.285 |
-3914.71 |
-23.1923 |
0.3575 |
4910.563 |
-14.6127 |
1.008525404 |
13852.94 |
0 |
1.285 |
17650.55 |
5.213573 |
1.25262015 |
17205.79 |
10.16399 |
1.158015287 |
15906.31 |
|
||
0.285 |
||
Рисунок 1 – Перемещение поршня
Рисунок 2 – Скорость поршня
Рисунок 3 – Ускорение поршня
Расчет динамики рядного карбюраторного двигателя
Значение площади поверхности поршня FП = pD2 / 4 = 0.004899 м2.
Для вычисления силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс и центробежной силы инерции вращающейся части массы шатуна необходимо знать массы деталей поршневой (mn) и шатунной (mш) групп.
Масса поршневой группы mn = mn¢× FПА
Масса шатуна m ш = m ш¢×FП
Масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов mк = mк¢ × FП
Поскольку шатун совершает сложное движение, его массу условно заменяют двумя массами, одна из которых (m ш.п) сосредоточена на оси поршневого пальца, и совершает возвратно-поступательное движение вместе с массой поршня, а вторая (mш.к) - сосредоточена на оси шатунной шейки кривошипа, и совершает вращательное движение с кривошипом. Следовательно, m ш = mш.п + mш.к
В расчетах принимают: m ш. п = 0,275m ш, mш.к = 0,725mш
Масса кривошипно-шатунного механизма, совершая возвратно-поступательное движение, определится как сумма mj= mn + m ш. п (кг);
Массы, совершающие вращательное движение mR= mк + m ш. к (кг);
Результаты расчетов представлены в таблице 2.
Таблица 2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс к.ш.м. вычисляется по формуле:
Суммарная сила P , действующая на поршневой палец по направлению оси цилиндра, вычисляется алгебраическим сложением газовой силы DРг и силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс Pj . Результаты измерений сносятся в таблицу 3. C помощью таблицы 3 строится график силы P = f (φ) на той же координатной сетке и в том же масштабе μрj = 0,06 МПа в мм, что и графики сил DРг и Рj .
Удельная нормальная сила (МПа)
РN = Р × tgb
Удельная сила (МПа), действующая вдоль шатуна
РS = Р (1/соsb)
Удельная сила (МПа), действующая по радиусу кривошипа
Удельная и полная тангенциальные силы (МПа и кН):
и
Т = РТ
FП
= РТ
0,0049 ×
103
.
По данным таблицы 3 строится графики изменения удельных сил РТ, РS, РN, Р, Рк и Рj в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала φ в масштабе Мр = 0,06 МПа в мм.
Таблица 3
|
|
|
|
|
0 |
0.018 |
17650.55 |
-2.493140809 |
-2.475140809 |
30 |
-0.015 |
13852.94 |
-1.956728281 |
-1.971728281 |
60 |
-0.015 |
4910.563 |
-0.693616996 |
-0.708616996 |
90 |
-0.015 |
-3914.71 |
0.552953409 |
0.537953409 |
120 |
-0.015 |
-8825.28 |
1.246570405 |
1.231570405 |
150 |
-0.015 |
-9938.23 |
1.403774872 |
1.388774872 |
180 |
-0.015 |
-9821.13 |
1.387233991 |
1.372233991 |
210 |
-0.015 |
-9938.23 |
1.403774872 |
1.388774872 |
240 |
-0.015 |
-8825.28 |
1.246570405 |
1.231570405 |
270 |
0.02 |
-3914.71 |
0.552953409 |
0.572953409 |
300 |
0.15 |
4910.563 |
-0.693616996 |
-0.543616996 |
330 |
0.72 |
13852.94 |
-1.956728281 |
-1.236728281 |
360 |
1.923 |
17650.55 |
-2.493140809 |
-0.570140809 |
370 |
5.402 |
17205.79 |
-2.430317832 |
2.971682168 |
380 |
4.4 |
15906.31 |
-2.246766669 |
2.153233331 |
390 |
3.42 |
13852.94 |
- 1.956728281 |
1.463271719 |
420 |
1.35 |
4910.563 |
-0.693616996 |
0.656383005 |
450 |
0.72 |
-3914.71 |
0.552953409 |
1.272953409 |
480 |
0.45 |
-8825.28 |
1.246570405 |
1.696570405 |
510 |
0.28 |
-9938.23 |
1.403774872 |
1.683774872 |
540 |
0.15 |
-9821.13 |
1.387233991 |
1.537233991 |
570 |
0.025 |
-9938.23 |
1.403774872 |
1.428774872 |
600 |
0.018 |
-8825.28 |
1.246570405 |
1.264570405 |
630 |
0.018 |
-3914.71 |
0.552953409 |
0.570953409 |
660 |
0.018 |
4910.563 |
-0.693616996 |
-0.675616996 |
690 |
0.018 |
13852.94 |
-1.956728281 |
-1.938728281 |
720 |
0.018 |
17650.55 |
-2.493140809 |
-2.475140809 |
|
|
|
|
|
|
|
-2.475140809 |
0 |
-2.475140809 |
0 |
0 |
0 |
0 |
-1.992057624 |
-0.283868211 |
-1.565632676 |
-1.231701222 |
-6.034104289 |
-241.3641716 |
30 |
-0.731240067 |
-0.180482655 |
-0.198005933 |
-0.703921647 |
-3.44851215 |
-137.940486 |
60 |
0.561228968 |
0.159950256 |
-0.159950256 |
0.537953409 |
2.635433751 |
105.41735 |
90 |
1.270889113 |
0.313677343 |
-0.88743775 |
0.909732585 |
4.456779935 |
178.2711974 |
120 |
1.403093722 |
0.199940855 |
-1.302684748 |
0.521233576 |
2.553523287 |
102.1409315 |
150 |
1.372233991 |
0 |
-1.372233991 |
0 |
0 |
0 |
180 |
1.403093722 |
-0.199940855 |
-1.302684748 |
-0.521233576 |
-2.553523287 |
-102.1409315 |
210 |
1.270889113 |
-0.313677343 |
-0.88743775 |
-0.909732585 |
-4.456779935 |
-178.2711974 |
240 |
0.597743308 |
-0.170356843 |
-0.170356843 |
-0.572953409 |
-2.806898751 |
-112.27595 |
270 |
-0.560972331 |
0.138457643 |
-0.151900662 |
0.540014949 |
2.645533237 |
105.8213295 |
300 |
-1.249479467 |
0.178050824 |
-0.982012698 |
0.772560677 |
3.784774757 |
151.3909903 |
330 |
-0.570140809 |
0 |
-0.570140809 |
0 |
0 |
0 |
360 |
2.975328038 |
0.147248183 |
2.90096626 |
0.661038346 |
3.238426857 |
129.5370743 |
370 |
2.163536304 |
0.210892304 |
1.951248056 |
0.934623113 |
4.57871863 |
183.1487452 |
380 |
1.478358661 |
0.210666109 |
1.161897427 |
0.914078061 |
4.478068421 |
179.1227369 |
390 |
0.677338471 |
0.167178812 |
0.183410404 |
0.652033762 |
3.194313402 |
127.7725361 |
420 |
1.328030116 |
0.378488583 |
-0.378488583 |
1.272953409 |
6.236198751 |
249.44795 |
450 |
1.750734549 |
0.432111469 |
-1.222504712 |
1.253217335 |
6.139511723 |
245.5804689 |
480 |
1.701135295 |
0.24241178 |
-1.579397704 |
0.631952676 |
3.095936161 |
123.8374464 |
510 |
1.537233991 |
0 |
-1.537233991 |
0 |
0 |
0 |
540 |
1.443506138 |
-0.205699625 |
-1.340205148 |
-0.536246335 |
-2.627070796 |
-105.0828318 |
570 |
1.30494266 |
-0.322082346 |
-0.911216696 |
-0.934108922 |
-4.57619961 |
-183.0479844 |
600 |
0.595656775 |
-0.169762181 |
-0.169762181 |
-0.570953409 |
-2.797100751 |
-111.88403 |
630 |
-0.69718652 |
0.172077653 |
-0.188784879 |
0.671140308 |
3.287916367 |
131.5166547 |
660 |
-1.95871738 |
0.279117227 |
-1.53942933 |
1.211086749 |
5.933113983 |
237.3245593 |
690 |
-2.475140809 |
0 |
-2.475140809 |
0 |
0 |
0 |
720 |
Рисунок 4 – Кривые удельных сил Рj и P
Рисунок 5 – Кривая удельных сил Pк
Рисунок 6 – Кривые удельных сил Ps и Pn
Рисунок 7 – Кривая удельных сил PT
Крутящий момент одного цилиндра двигателя
Мкр.ц=T·R =Т × 0,035 × 103 Н×м , где R=const (радиус кривошипа).
Если вспышки чередуются равномерно, то угол Θ вычисляется по формулам:
Θ=720/i - для четырехтактного двигателя (i - число цилиндров).
В связи с этим, составляем таблицу 4 крутящих моментов всех четырех цилиндров двигателя, а также суммарного момента.
Таблица 4
,° |
Цилиндры |
Мкр, Н*м |
|||||||
1-й |
2-й |
2-й |
2-й |
||||||
,° кривошипа |
Мкр.ц, Нм |
,° кривошипа |
Мкр.ц, Нм |
,° кривошипа |
Мкр.ц, Нм |
,° кривошипа |
Мкр.ц, Нм |
||
0 |
0 |
0 |
180 |
0 |
360 |
0 |
540 |
0 |
0 |
30 |
30 |
-241 |
210 |
-102 |
390 |
179 |
570 |
-105 |
-269 |
60 |
60 |
-137 |
240 |
-178 |
420 |
127 |
600 |
-183 |
-371 |
90 |
90 |
105 |
270 |
-112 |
450 |
249 |
630 |
-111 |
130 |
120 |
120 |
178 |
300 |
105 |
480 |
245 |
660 |
131 |
661 |
150 |
150 |
102 |
330 |
151 |
510 |
123 |
690 |
237 |
614 |
180 |
180 |
0 |
360 |
0 |
540 |
0 |
720 |
0 |
0 |
