3 Динамика двигателя внутреннего сгорания.

К выполнению данного проекта приступают после определения показателей рабочего процесса. Расчеты проводят в следующей последовательности:

1. определение движущихся масс кривошипно-шатунного механизма.

2. определение сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме и крутящего момента.

Для проведения расчетов необходимо составить схему сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме.

0. 3.1Определение масс движущихся частей кривошипно-шатунного механизма.

Масса возвратно-поступательно движущихся частей, кг

m_a=m_п+m_шп; (50)

где m_п – масса поршня, кг;

m_шп – масса шатуна, приведенная к поршню, кг.

m_a=0,62+ 0,2856 =0,9056

Масса вращающихся частей m_в, кг

m_в=m_к+m_шк (51)

где m_к – масса кривошипа;

m_к=3,9 кг. кг. [из исходных данных]

m_шк – масса шатуна, приведенная к кривошипу, кг.

m_шк =0,7344 [из исходных данных]

m_в=3,9+0,7344=4,6344

3.2 Определение сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме и крутящего момента.

Сила от давления газов на поршень Pг, Н

(52)

где р_г =0,085 МПа давление газов в цилиндре,

при угле поворота кривошипа φ=0 град

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс, Н

(53)

где r=0,046 м радиус кривошипа;

Определим силу инерции возвратно-поступательно движущихся масс при угле

поворота кривошипа φ=370 град.

Суммарная сила, действующая на поршень, Н

P_а=P_г + P_j (54)

Нормальная сила, действующая перпендикулярно оси цилиндра, Н

P_N=P_а tgβ т (55)

где - угол отклонения шатуна от оси цилиндра φ=0 град.

Сила действующая вдоль шатуна, Н

P_ш= P_а/Cosβ (56)

Радиальная сила, действующая на кривошип, Н

(57)

Центробежная сила действующая на кривошип, P_ц, Н

P_ц= - mв·r·ω² (58)

Полная радиальная сила на кривошипе, Н

P_RΣ = P_R+ P_ц (59)

Тангенциальная сила на одном кривошипе, Н

(60)

Крутящий момент на кривошипе от одного цилиндра, Нм

Μ_к=P_Т·r (61)

Расчет производим на ЭВМ. Результаты расчетов сведены в приложении А в

таблицы

φ,град (1)	рг , МПа (2)	Рг , кН (3)	Рj , кН (4)	Рa , кН (5)
0	0,084	-0,08	-8,56	-8,64
10	0,084	-0,08	-8,34	-8,42
20	0,084	-0,08	-7,72	-7,79
30	0,084	-0,08	-6,72	-6,80
40	0,084	-0,08	-5,45	-5,52
50	0,084	-0,08	-3,97	-4,04
60	0,084	-0,08	-2,41	-2,48
70	0,084	-0,08	-0,85	-0,93
80	0,084	-0,08	0,60	0,52
90	0,084	-0,08	1,87	1,79
100	0,084	-0,08	2,92	2,84
110	0,084	-0,08	3,72	3,64
120	0,084	-0,08	4,28	4,20
130	0,084	-0,08	4,62	4,54
140	0,084	-0,08	4,80	4,72
150	0,084	-0,08	4,85	4,77
160	0,084	-0,08	4,85	4,77
170	0,084	-0,08	4,82	4,75
180	0,084	-0,08	4,81	4,73
190	0,084	-0,08	4,82	4,75
200	0,086	-0,07	4,85	4,78
210	0,089	-0,06	4,85	4,80
220	0,093	-0,04	4,80	4,76
230	0,1	0,01	4,62	4,61
240	0,108	0,03	4,28	4,31
250	0,121	0,09	3,72	3,81
260	0,137	0,16	2,92	3,08
270	0,160	0,27	1,87	2,14
280	0,193	0,42	0,59	1,01
290	0,241	0,63	-0,86	-0,22
300	0,311	0,95	-2,41	-1,46
310	0,418	1,44	-3,98	-2,54
320	0,583	2,19	-5,45	-3,27
330	0,833	3,32	-6,73	-3,41
340	1,183	4,91	-7,72	-2,81
350	1,555	6,60	-8,34	-1,75
360	1,73	7,39	-8,56	-1,17
360	6,489	28,98	-8,56	20,43
370	6,231	27,81	-8,34	19,47
380	4,81	21,37	-7,71	13,66
390	3,46	15,24	-6,72	8,52
400	2,47	10,76	-5,44	5,32
410	1,809	7,75	-3,96	3,79
420	1,371	5,76	-2,4	3,36
430	1,07	4,43	-0,84	3,59
440	0,87	3,52	0,61	4,12
450	0,736	2,88	1,88	4,76
460	0,636	2,43	2,93	5,35
470	0,563	2,1	3,72	5,82
480	0,51	1,85	4,28	6,14
490	0,471	1,68	4,62	6,30
500	0,443	1,55	4,80	6,35
510	0,423	1,46	4,85	6,31
520	0,409	1,4	4,85	6,25
530	0,402	1,36	4,82	6,19
540	0,399	1,35	4,81	6,17
550	0,118	0,08	4,82	4,90
560	0,118	0,08	4,85	4,92
570	0,118	0,08	4,85	4,93
580	0,118	0,08	4,80	4,87
590	0,118	0,08	4,62	4,70
600	0,118	0,08	4,27	4,35
610	0,118	0,08	3,71	3,79
620	0,118	0,08	2,91	2,99
630	0,118	0,08	1,86	1,94
640	0,118	0,08	0,59	0,66
650	0,118	0,08	-0,87	-0,79
660	0,118	0,08	-2,42	-2,34
670	0,118	0,08	-3,99	-3,91
680	0,118	0,08	-5,46	-5,38
690	0,118	0,08	-6,74	-6,66
700	0,118	0,08	-7,72	-7,65
710	0,118	0,08	-8,35	-8,27
720	0,118	0,08	-8,56	-8,48

По результатам расчётов строят диаграммы сил, действующих на поршень.

Результаты расчёта сил, что действуют на шатун и кривошип, и момент на кривошипе записуем в таблицу.

φ,град (1)	рг , МПа (2)	Рш , кН (3)	РR , кН (4)	РT , кН (5)	MK , Нм (6)
0	0,084	-8,64	-8,64	0,00	0,00
10	0,084	-8,43	-8,22	-1,87	-66,3
20	0,084	-7,83	-7,07	-3,37	-119,7
30	0,084	-6,87	-5,41	-4,24	-150,4
40	0,084	-5,62	-3,58	-4,33	-153,6
50	0,084	-4,15	-1,92	-3,67	-130,4
60	0,084	-2,56	-0,7	-2,46	-87,4
70	0,084	-0,96	-0,08	-0,96	-34,1
80	0,084	0,54	-0,06	0,54	19,1
90	0,084	1,87	-0,52	1,79	63,7
100	0,084	2,96	-1,30	2,66	94,3
110	0,084	3,77	-2,18	3,08	109,4
120	0,084	4,33	-3,01	3,11	110,5
130	0,084	4,65	-3,69	2,84	100,7
140	0,084	4,79	-4,17	2,37	84,1
150	0,084	4,82	-4,47	1,80	63,9
160	0,084	4,79	-4,64	1,20	42,5
170	0,084	4,75	-4,71	0,60	21,1
180	0,084	4,73	-4,73	-0,00	-0,0
190	0,084	4,75	-4,72	-0,60	-21,2
200	0,086	4,80	-4,65	-1,20	-42,7
210	0,089	4,85	-4,49	-1,81	-64,4
220	0,093	4,84	-4,21	-2,39	-85,0
230	0,100	4,72	-3,74	-2,89	-102,4
240	0,108	4,44	-3,09	-3,20	-113,5
250	0,121	3,95	-2,28	-3,88	-114,4
260	0,137	3,21	-1,40	-2,14	-102,3
270	0,160	2,23	-0,62	-1,05	-75,9
280	0,193	1,05	-0,11	-1,19	-37,1
290	0,241	-0,23	0,02	-0,23	8,2
300	0,311	-1,5	-0,420	0,98	51,3
310	0,418	-2,6	-1,21	1,45	81,8
320	0,583	-3,32	-2,12	2,55	90,7
330	0,833	-3,44	-2,71	2,12	75,2
340	1,183	-2,83	-2,55	1,21	43,1
350	1,555	-1,75	-1,71	0.39	13,7
360	1,73	-1,17	-1,17	-0,00	-0,00
360	6,489	20,43	20,43	0,02	0,8
370	6,231	19,49	19,01	4,33	153,9
380	4,811	13,72	12,38	5,92	210,1
390	3,46	8,61	6,77	5,31	188,6
400	2,47	5,41	3,45	4,17	148,1
410	1,809	3,88	1,79	3,44	122,0
420	1,371	3,47	0,95	3,33	188,4
430	1,077	3,72	0,30	3,7	131,5
440	0,877	4,29	-0,45	4,27	151,5
450	0,736	4,96	-1,39	4,76	168,9
460	0,636	5,57	-2,45	5,00	177,5
470	0,563	6,03	-3,49	4,92	174,8
480	0,510	6,32	-4,40	4,54	161,3
490	0,471	6,45	-5,11	3,93	139,6
500	0,443	6,45	-5,61	3,18	113,1
510	0,423	6,37	-5,91	2,38	84,4
520	0,409	6,27	-6,08	1,57	55,6
530	0,402	6,20	-6,15	0,77	27,4
540	0,399	6,17	-6,17	-0,01	-0,2
550	0,118	4,91	-4,87	-0,62	-22,0
560	0,118	4,95	-4,79	-1,24	-44,1
570	0,118	4,98	-4,62	-1,87	-66,2
580	0,118	4,95	-4,30	-2,44	-87,1
590	0,118	4,81	-3,81	-2,94	-104,3
600	0,118	4,48	-3,11	-3,23	-114,6
610	0,118	3.93	-2,26	-3,21	-114,0
620	0,118	3,11	-1,36	-2,80	-99,2
630	0,118	2,02	-0,56	-1,94	-68,8
640	0,118	0,69	-0,07	-0,69	-24,3
650	0,118	-0,82	-0,07	0,82	29,0
660	0,118	-2,42	-0,67	2,32	82,4
670	0,118	-4,00	-1,86	3,54	125,8
680	0,118	-5,47	-3,50	4,21	149,4
690	0,118	-6,73	-5,30	4,13	146,8
700	0,118	-7,68	-6,94	3,29	116,9
710	0,118	-8,28	-8,08	1,82	64,5
720	0,118	-8,48	-8,48	-0,02	-0,6

По результатам динамического расчета строется диаграммы сил по углу поворота кривошипа φ в пределах от 0 до 720 град., действующих на поршень, шатун и кривошип, а также момента кривошипа (плакат №4).

По данным изменения индикаторного момента одного цилиндра определяют суммарный индикаторный момент многоцилиндрового двигателя. Для двигателя с равномерным чередованием прочесов период изменения суммарного момента θ,град.

Ө (62)

где - итактность двигателя

z- количество цилиндров

Ө

Силы,действующие на поршень

Силы,дкйствующие на шатун и кривошип

Для определения сумарного идикаторного момента проводится наложение индикаторны моментов одного цилиндра со смещением по углу поворота коленчатого вала и с учетом порядка роботы цилиндров.Просумировав индикаторные моменты от всех цилиндров, получают суммарный индикаторный момент двигателя в зависимости от угла поворота φ коленчатого вала в пределах одного периода Ө.

Расчет производим на ЭВМ. Заносим в таблицу 4.

Таблица 4: Индикаторные моменты многоцилиндрового двигателя .

φ,град
0 0 -0,1 0,7 -0,4 0,2 10 -142 -49,8 149,9 -51,2 -93,1 20 -256,9 -99,5 226,3 -102 -232,1 30 -324,1 -148,4 208,5 -151,5 -415,5 40 -333 -193,5 169,3 -196,9 -554,1 50 -285,8 -229,9 153,8 -232,7 -594,6 60 -195,4 -250,6 175,1 -251,8 -522,7 70 -81,8 -248,2 224,1 -246,3 -352,2 80 33,5 -216,8 282,8 -209,9 -110,4 90 132 -154,6 333,4 -140,3 170,5 100 201,8 -66,4 363,2 -41,9 456,7 110 238,7 35,4 366,8 73,5 714,4 120 244,9 132,4 345,3 187,4 910 130 226,6 203,4 304,1 278,3 1012,4 140 191,8 231,2 249,8 326,1 998,9 150 147,5 209,1 188,7 318,1 863,4 160 99,1 147,7 125,4 252,2 624,4 170 49,5 71,7 62,2 138,7 322,1 180 -0,1 -0,3 -0,4 -1,4 -2,2

По данным таблицы 4 строим графики зависимости моментов, формируемых на

каждом кривошипе и суммарного момента по углу поворота коленчатого вала в пределах одного периода.

Средняя величина индикаторного момента многоцилиндрового двигателя определяется индикаторной работой периода, отнесенной к углу поворота.

(63)

Эффективный момент двигателя, Нм

М_е=М_i ή_м (64)

Эффективная мощность, кВт

N_e=M_eω10^-3 (65)

гдеω – угловая скорость вала двигателя, рад/с (ω=πn/30)