4. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя

Целью данного этапа работы является определение действующих на элементы кривошипно-шатунного механизма сил и моментов, знание которых необходимо для расчета на прочность и износостойкость деталей проектируемого двигателя и расчета подшипников коленчатого вала.

В результате выполнения данной работы должны быть представлены диаграммы:

• силы давления газов Р_г, силы инерции P_j, суммарной силы P_ =P_г +P_j, боковой силы N , тангенциальной силы Т и нормальной К;

• полярная диаграмма сил R_шш, действующих на шатунную шейку коленчатого вала, и диаграмма этих сил, развернутая по углу поворота;

• диаграмма износа шатунной шейки;

• диаграмма суммарного индикаторного крутящего момента от всех цилиндров двигателя.

Графический материал должен выполняться на листах миллиметровой бумаги формата А1.

Расположение диаграмм на первом листе показано на рис. 8.

Пояснительная записка в разделе динамического расчета должна содержать:

Исходные данные и все расчеты, связанные с исследованием динамики двигателя: принятые значения конструктивных масс поршневой группы m'_п, шатуна m’_ш и неуравновешенной части кривошипа m’_к, принятое при разноске масс шатуна отношение l_кш/l_ш; определение масс m’_j, m’_шк, m’_r выбор масштаба давлений _p (МПа/мм), определение масштаба сил _р = _pF_п (MН/мм) и масштаба крутящего момента _м = _pF_пr10⁶ (Нм/мм), определение полюсных расстояний ВП_шш и П_шш;

результаты определения площади диаграммы суммарного крутящего момента и нахождение М_{кр ср},

результаты проверки М_{кp ср} по тепловому и динамическому расчетам.

Ниже излагаются последовательность и объем выполняемой работы, а также требования, которым должны удовлетворять графики и чертежи.

Рис.8. Размещение графиков на листе

4.1. Индикаторная диаграмма

Индикаторная диаграмма является исходной для построения развернутой по углу поворота коленчатого вала диаграммы сил давления газов.

Для ее построения можно рекомендовать следующие масштабы:

а) по оси ординат (масштаб давлений)

_р = 0,025 МПа/мм при Р_z < 5,0 МПа,

_р = 0,04 - " - при P_z, от 5,0 до 8,0 МПа,

_р = 0,05 - " - при P_z> 8,0 МПа;

б) по оси абсцисс (масштаб хода поршня)

_s = 1,0 мм хода/мм при S > 80 мм,

_s = 0,5 - " - при S <80мм.

Рядом с индикаторной диаграммой необходимо начертить диаграмму фаз газораспределения и нанести на индикаторную диаграмму точки А₁, А₂, В₁, В₂, соответствующие моментам открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. Необходимо также обозначить угол опережения зажигания (подачи топлива для дизелей) и в соответствии с принятыми фазами и углом опережения скруглить индикаторную диаграмму. Фазы газораспределения ряда автотракторных двигателей приведены в таблице 7.

4.2. Диаграмма сил давления газов рг, развернутая по углу поворота коленчатого вала

Эта диаграмма представляет собой график избыточных давлений газов на поршень. Она (как и все последующие) строится в том же масштабе, что и индикаторная диаграмма.

Для построения развернутой диаграммы Р_г на индикаторной диаграмме находят ординаты, соответствующие различным положениям коленчатого вала, от 0° до 720°, через каждые 30°. В интервале от 360° до 390° ординаты определяются через 10°.

Связь между углом поворота коленчатого вала и перемещением поршня удобнее всего определять графически с учетом поправки на конечную длину шатуна (поправка Брикса). Для этого под индикаторной диаграммой из точки 0 (см. рис. 6) радиусом S/2 _s проводят полуокружность. Затем от центра полуокружности в сторону НМТ откладывают отрезок ОО₁, равный r /2_s. Значения  современных отечественных автотракторных двигателей приведены в приложении (таблицы 5 и 6). Полуокружность из центра О₁ делят лучами с интервалом 30°. Из точек, полученных на полуокружности, проводят вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторной диаграммы. Отрезки их от оси абсцисс до соответствующей линии индикаторной диаграммы отображают абсолютное давление газов в цилиндре для данного положения коленчатого вала.

Справа от индикаторной диаграммы (рис. 6) строится координатная сетка сразу для всех сил, которые должны быть развернуты в координаты Р - .

Масштаб по оси абсцисс _ рекомендуется принимать равным 2 град/мм.

Следовательно, ось абсцисс делится на 24 части по 15 мм и через эти точки проводят вертикальные линии.

Ось абсцисс cледует проводить на уровне линии атмосферного давления (P₀) индикаторной диаграммы, так как развернутая диаграмма должна представлять собой избыточное давление газов (P_г). Избыточное давление газов, начиная с ВМТ такта впуска, переносится с индикаторной диаграммы на соответствующие вертикали.

Максимальная величина избыточного давления Р_{г max} = P_z - P_о откладывается на дополнительной вертикали между 12 - 13 точками. Положение ее определяется следующим образом: точка z' индикаторной диаграммы проектируется на полуокружность, проекция точки соединяется с центром О₁, определяется угол _z’, правее 12-й вертикали откладывается отрезок, соответствующий z’, и проводится вертикаль 12^'.

Полученные точки диаграммы P_г соединяются плавной сплошной линией.