3 Силовой анализ кривошипно-шатунного механизма двигателя

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 учебнике [5]. Методика реализована в компьютерной программе КРУИС […].

Исходным материалом расчета являются параметры индикаторной диаграммы (ИД), постоянная КШМ, фазы газораспределения и некоторые общие характеристики двигателя (коэффициент тактности; число цилиндров в двигателе; число цилиндров, работающих на одну шейку коленчатого вала).

В результате расчета динамики программа выдает четыре таблицы, 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, , 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 , 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.

3.3 Исходные данные расчета

Раздел характеристик двигателя

 = 4 – тактность двигателя (в используемой программе: = 4 для Ч-ДВС и = 2 для Д-ДВС);

=6 – число цилиндров двигателя;

=1 – число цилиндров, работающих на одну шатунную шейку коленчатого вала (для рядного двигателя =1, для V-образного =2);

= 0 – число нащечных противовесов коленчатого вала (в данном расчете противовесы не учтены).

Раздел порядка вспышек в цилиндрах

Принят следующий порядок работы цилиндров [ ]:

1-5-3-6-2-4;

Раздел характеристик КШМ

=500 – частота вращения вала двигателя, мин^–1;

=0,164 – постоянная КШМ (отношение радиуса прототипа к длине шатуна; значение определено по чертежу двигателя);

=10 – расчетный интервал, ºп.к.в.;

Давления , а также параметры приняты по результатам расчета рабочего цикла двигателя (см. раздел 2 проекта):

= 0,371 – давление в цилиндре в начале процесса сжатия, МПа;

= 12,522 – давление в конце процесса сжатия, МПа;

= 15,0 – максимальное давление цикла, МПа;

= 1,154 – давление в конце процесса расширения, МПа;

=  0,1     – давление в подпоршневой полости, МПа (для Ч-ДВС ; для Д-ДВС );

= 13 – степень сжатия;

= 1,746 – степень предварительного расширения;

= 1,372 – показатель политропы сжатия;

= 1,277 – показатель политропы расширения;

= 0 – доля хода поршня, потерянная при сжатии за счет газораспределительных органов (для Ч-ДВС принимают = 0; для Д-ДВС значение обычно определяется высотой продувочных окон);

– доля хода поршня, потерянная при расширении за счет газораспределительных органов; при угле опережения открытия выпускных клапанов = 50º п.к.в. до НМТ значение = 0,140.

=26 – диаметр цилиндра, см;

= 17 – радиус кривошипа, см;

Массы:

=52 – масса поршня, кг; = 79 масса шатуна, кг; = 74– масса колена вала, кг.