3.4 Результаты расчета сил в кшм двигателя

Указания

Рисунок 11.12 – Схема сил, действующих в КШМ одного цилиндра

Представить схему векторов сил в КШМ, пример которой для одного цилиндра рядного двигателя дан на рис. 11.12 конспекта лекций (см. ниже). В случае V-образного двигателя представить схему для двух цилиндров, работающих на одно колено вала. Модули векторов сил следует определить по распечатке результатов работы программы КРУИС (таблица 1). При этом схема должна соответствовать положению КШМ, указанному в бланке задания на проектирование. Масштаб изображения векторов выбрать по возможности крупным, исходя из условия размещения схемы на формате А4.

Представить диаграммы движущей силы (или ); нормальной силы (или ); силы, действующей по шатуну , радиальной силы ; тангенциальной силы (или ), действующей в одном цилиндре, и диаграмму суммарной тангенциальной силы (или  ). Допускается изображение диаграмм на «миллиметровой» бумаге. Примеры указанных диаграмм даны на рисунках 11.13, 11.14 и 11.17а (см. ниже). Значения сил определить по распечатке результатов работы программы КРУИС.

Правильность расчета движущей силы проверить графическим способом, описанным в подразделе 11.7 темы 11 конспекта лекций по дисциплине «СГЭО» и представить графические построения, аналогичные рисункам 11.9 и 11.10 (индикаторная диаграмма, диаграммы Толле и Брикса).

Для построения диаграммы Толле сил инерции, возникающих при движении поступательно движущихся масс (ПДМ), напомним содержание соответствующей лекции.

Как известно, для вычисления силы инерции, действующей на некоторую массу, необходимо знать ускорение движения этой массы. Ускорение ПДМ в функции перемещения поршня можно определить способом Толе, как показано на рис. 10.9.

Рис. 10.9 – Построение кривой ускорения поршня способом Толле

Заметим, что для построения диаграммы ускорений необходимо вычислить положение трех характерных точек: C, D и F. Для построения диаграммы сил инерции ординаты этих точек следует умножить на массу ПДМ.

Принято, что ПДМ четырехтактного ДВС состоят из массы поршня и «верхней» части шатуна. Для определения этой «верхней» части рассматривают динамическую модель шатуна.

Модель шатуна представляет собой невесомый жесткий стержень длиной и две сосредоточенные массы на концах стержня:

– поступательно движущаяся часть шатуна;

– вращающаяся часть шатуна.

Модель показана на рис. 11.2.

Длина шатуна разделена на два участка: участок , который отнесен к поступательно движущейся части шатуна, и участок , отнесенный к вращающейся части шатуна. Граница между участками расположена в центре масс (точка «ЦМ»).

Рис.11.2 – Шатун и его динамическая модель

При условии статической эквивалентности модели реальному шатуну вычисляют:

, .

В курсовом проекте можно воспользоваться приблизительными соотношениями поступательно и вращательно движущихся масс шатуна в двигателях различной:

Таблица 3

Класс двигателя по частоте вращения
МОД	≈0,5	≈0,5
СОД	≈0,4	≈0,6
ВОД	≈0,3	≈0,7

Приведем пример расчета диаграммы Толле сил инерции ПДМ, действующих в дизеле типа ЧН 25/34.

Исходные данные:

диаметр поршня, м =0,25;

радиус кривошипа, м = 0,17;

частота вращения, мин^–1 =500;

масса поршня, кг = 48;

масса шатуна, кг = 73;

длина шатуна, м = 0,68.

Промежуточные вычисления:

площадь поршня, =0,0491 м²;

постоянная КШМ, ;

угловая частота вращения ;

произведение .

Масса ПДМ (с учетом данных табл. 3 для СОД):

= 48+0,4∙73=77,3 кг.

Приведенная масса ПДМ:

;

произведение .

Ординаты характерных точек диаграммы Толле сил инерции:

сила инерции в ВМТ:

;

сила инерции в НМТ:

;

ордината третьей характерной точки:

.

Вид диаграммы Толле сил инерции ПДМ показан на рис. 11.9 и 11.10.

В курсовом проекте построения, аналогичные рисункам 11.9; 11,13; 11,14; и 11.17а рекомендуется представить на одном листе формата А1. (Напомним, что для удобства геометрического сложения силы инерции на рис. 11.9 и 11.10 нанесены с обратным знаком).

Рисунок 11.9 – Графический способ построения диаграммы движущей силы

Рисунок 11.10 – Построение диаграммы движущей силы для двухтактного (а) и четырехтактного (б) дизелей

Рисунок 11.13 – Диаграммы сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

Рисунок 11.14 – Диаграммы тангенциальных сил одного цилиндра двух- и четырехтактного двигателей

Рисунок 11.17а – Диаграмма суммарной тангенциальной силы

На диаграмму нанести линию средней суммарной тангенциальной силы .

Средняя суммарная тангенциальная сила определяется как отношение площади между линией и осью абсцисс к длине диаграммы. При этом площади, расположенные над осью абсцисс следует считать положительными, а площади, расположенные под осью абсцисс – отрицательными. Измерение указанных площадей (и их сложение) могут быть выполнены при помощи планиметра, имеющегося на кафедре ТК СДВС.

Средний крутящий момент, МН·м, создаваемый многоцилиндровым двигателем рассчитывается по формуле (11.34) конспекта лекции:

. (11.34)

Проверка правильности расчета и динамики двигателя в целом может быть выполнена по расчетной индикаторной мощности двигателя

, (11.35)

где – частота вращения коленчатого вала, мин^–1.

Если рассчитанная по формуле (11.35) отличается от индикаторной мощности, указанной в расчете рабочего цикла двигателя не более чем на 5%, то можно считать, что расчеты динамики проведены правильно.

Схема и диаграммы должны быть оформлены в соответствии с действующими ГОСТ ЕСКД. На диаграммы должны быть нанесены шкалы сил и углов п.к.в. с указанием размерностей величин. Распечатку результатов работы программы рекомендуется оформить в виде ПРИЛОЖЕНИЯ 3 (см. пример).