-11-

Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций

Кафедра теории и конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Указания к выполнению раздела 3 курсового проекта по судовым двс

Файл: Указ_к_Разд 3_КП_ДВС_2012

3 Силовой анализ кривошипно-шатунного механизма двигателя

(Выдержка из задания: расчет диаграмм сил Р_д, N, P_ш, Z, Т, Т_; построение схемы векторов сил для положения КШМ при ……………………………………………………………………………………………......; построение диаграмм Р_д, N, P_ш, Z, Т, Т_; расчёт степени неравномерности вращения коленчатого вала).

3.1 Цель силового анализа двигателя

Цель силового анализа кривошипно-шатунного механизма (КШМ) состоит в определении сил, действующих в элементах механизма, для последующего расчета их прочности, оценки давлений в подшипниках и степени неравномерности вращения коленчатого вала.

3.2 Методика расчета

Методика расчета подробно изложена в учебниках Истомин П.А. Динамика судовых двигателей внутреннего сгорания. Л.: Судостроение, 1964. – 288 с, в конспекте лекций по дисциплине «СГЭО» или в учебнике Гаврилов В.В. Судовое главное энергетическое оборудование. Судовые двигатели внутреннего сгорания: Учеб. пособие. – СПб.: СПГУВК, 2011. – 228 с. Методика реализована в компьютерной программе КРУИС, описанной в методических указаниях Румб В.К., Медведев В.В. Силовой анализ поршневых двигателей на персональной ЭВМ: Методические указания. – СПб.: СПбГМТУ, 2001. – 31 с. Инструкция к работе с программой КРУИС размещена в электронной папке «Инструкция к прогр_силового_анализа КШМ».

Исходным материалом расчета являются:

1) параметры индикаторной диаграммы (ИД),

2) постоянная КШМ,

3) фазы газораспределения,

4) некоторые общие характеристики двигателя (коэффициент тактности; число цилиндров в двигателе; число цилиндров, работающих на одну шейку коленчатого вала, порядок работы цилиндров, угол развала цилиндров в V-образном двигателе и др.).

Рисунок 10.1а – Схема КШМ

ИД представляет собой характеристику давления газов в цилиндре. Она рассчитана и построена в разделе 2 курсового проекта.

Постоянную КШМ в соответствии с рис. 10.1а конспекта лекций по СГЭО вычисляют по формуле

,

где – радиус кривошипа;

– длина шатуна.

При курсовом проектировании и определяют по чертежу поперечного разреза двигателя.

Фазы газораспределения рекомендуется принять по прототипу. При отсутствии таких сведений можно воспользоваться представленной ниже таблицей 1.

Таблица 1

В соответствии с методикой программа КРУИС сначала выполняет кинематический расчет КШМ, в результате которого для различных положений механизма по углу поворота коленчатого вала определяются перемещения (см. рис.10.2 конспекта лекций), скорости (см. рис. 10.6) и ускорения (см. воспроизведенный ниже рис. 10.7) поступательно движущихся масс. Значения ускорений необходимы для расчета сил инерции от этих масс.

Рисунок 10.7 – Ускорение движения поршня

В результате расчета динамики программа выдает четыре таблицы (см. ПРИЛОЖЕНИЕ 3), из которых в данном проекте используются только таблицы 1 и 3. В них для каждого углового положения КШМ (в ºп.к.в.) с шагом, заданным в исходных данных, указаны силы, отнесенные к площади поршня (поэтому размерность «сил» – МПа) и действующие на элементы КШМ, включая коленчатый вал.

Первая таблица «Усилия в деталях КШМ» содержит следующие столбцы:

0 – текущее положение КШМ, ºп.к.в.;

1 – давление газов на поршень , МПа;

2 – избыточное давление газов на поршень (для Ч-ДВС: ; для Д-ДВС: ), МПа;

3 – движущая сила , МПа;

4 – нормальная сила (или ), МПа;

5 – сила, действующая по оси шатуна , МПа;

6 – «вертикальная» сила, действующая на поршневой палец, МПа;

7 – полное давление в поршневом (головном) подшипнике, МПа;

8 – радиальная составляющая на шатунной шейке, МПа;

9 – тангенциальная составляющая на шатунной шейке, (или ), МПа;

10 – полное давление в шатунном подшипнике, МПа;

11 – текущее положение КШМ (дублирование столбца «0»), ºп.к.в.

В третьей таблице «Усилия в коренных шейках коленчатого вала» для каждого расчетного углового положения кривошипа первого цилиндра указаны значения «набегающей» тангенциальной силы, скручивающей коренные шейки коленчатого вала, принадлежащие различным цилиндрам многоцилиндрового двигателя. Номер столбца таблицы означает номер цилиндра, которому соответствует коренная шейка коленчатого вала. Таким образом, в крайнем правом столбце результатов вычислений даны значения суммарной тангенциальной силы (или ), МПа, скручивающей последнюю коренную шейку (действующей на выходном фланце двигателя и определяющей его крутящий момент).

С использованием диаграммы и эмпирической зависимости для момента инерции КШМ может быть рассчитана степень неравномерности вращения коленчатого вала.