15. Основы кинематического расчета

Основная задача кинематического расчета состоит в определении закона движения поршня и шатуна. При этом в кинематическом расчете делается допущение, что вращение коленчатого вала происходит с постоянной угловой скоростью со = const.

Радиус кривошипа: R=Sx/2

Перемещение поршня:

Перемещение поршня (м) в зависимости от угла поворота кривошипа для дизельного двигателя [1]:

,

- угол поворота кривошипа

Скорость поршня:

При перемещении поршня скорость (м/с) его движения является величиной переменной и при постоянной частоте вращения коленчатого вала зависит только от изменения угла поворота кривошипа.

- угловая скорость вращения коленчатого вала

Ускорение поршня вычисляется по формуле:

16. Основы динамического расчета двигателя.

Во время работы двигателя детали кривошипно-шатунного механизма подвергаются действию сил давления га­зов в цилиндре, сил инерции движущихся масс деталей, сил трения между сопряженными деталями и сил тяжести.

Определить силы трения очень трудно, поэтому их действие учитывают механическим КПД двигателя, а при расчете дета­лей кривошипно-шатунного механизма силы трения не учиты­вают.

Силы тяжести учитывают в расчетах малооборотных двига­телей (n≦200 об/мин), а в высокооборотных автотракторных двигателях силами тяжести деталей движения пренебрегают.

Таким образом, основные силы при расчете деталей криво­шипно-шатунного механизма — силы давления газов и инерции движущихся масс.

Силы давления газов на поршень. В результате сгорания топлива в цилиндре двигателя образуются газы, давление от которых воспринимается поршнем, стенками и головкой цилиндра.

= 0,785 , - диаметр цилиндра, - избыточное давление газов на поршень

Силы инерции. В кривошипно-шатунном механизме по­ступательное движение совершает комплект поршня (поршень, палец, кольца, верхняя головка шатуна), вращательное — кри­вошип коленчатого вала и нижняя головка шатуна, сложное плоскопараллелыюе — стержень шатуна. Массы этих деталей при движении образуют силы инерции, которые создают допол­нительную нагрузку, и их необходимо учитывать при расчетах.

- силы инерции от возвратно-поступательных масс

= - , – масса совершающая возвратно-поступательное движение, - ускорение поршня.

- центробежная сила инерции от вращающихся масс

= -

17. Уравновешивание двигателей внутреннего сгорания.

Различают внешнюю и внутреннюю неуравновешенности поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Внешняя неуравновешенность — это наличие периодических сил инерции и моментов сил инерции, -а также опрокидываю­щего момента, которые передаются на опоры двигателя и да­лее — на раму трактора, комбайна, автомобиля или на фунда­мент (для стационарного двигателя).

Внутренняя неуравновешенность — это возникновение под действием воспринимаемых двигателем нагрузок в поперечных сечениях блока цилиндров перерезывающих сил, а также мо­ментов упругих сил, которые называют внутренними изгибаю­щими моментами и внутренними скручивающими моментами.

При работе поршневых ДВС возникают силы давления га­зов, силы инерции поступательно движущихся масс, центробеж­ные силы инерции вращающихся масс, моменты от этих сил, а также крутящий и опрокидывающий моменты. В двигателях уравновешивается только сила давления газов, действующая на головку цилиндров и через коренные подшипники на остов дви­гателя. Остальные силы и моменты, непрерывно изменяясь по значению и направлению, передаются на опоры двигателя, да­лее— на подмоторную раму и всей машине. В результате де­тали, сборочные единицы и агрегаты совершают колебатель­ные движения. При этом возникают вибрации, снижающие эф­фективную мощность и топливную экономичность (примерно до 5%), вследствие затраты энергии на возбуждение вибрации и дополнительные механические потери; ослабляются крепле­ния агрегатов и деталей, что вызывает нарушение соосности валов двигателя и потребителя и ускоряет износ деталей; нару­шаются регулировки и затрудняются наблюдения за показания­ми контрольно-измерительных приборов и снижается их надеж­ность; повышается утомляемость обслуживающего персонала. Поэтому уменьшение влияния переменных сил и моментов, действующих на двигатель, относится к числу основных требо­ваний, предъявляемых к двигателям внутреннего' сгорания.

Уравновешенность — это такое состояние двигателя, при ко­тором на установившемся режиме работы на его опоры переда­ются постоянные по значению и направлению силы и моменты.

Создание конструктивно предусмотренной уравновешенности двигателя достигается выполнением соответствующих требова­ний при производстве деталей, их сборке и регулировке, а так­же при ремонте и эксплуатации двигателей. При этом обраща­ют внимание на:

1.соблюдение допусков на массы и размеры поршней, шату­нов, коленчатого вала и других деталей;

2. проведение статической и динамической балансировки ко­ленчатого вала;

3.достижение идентичности протекания рабочего процесса во всех цилиндрах за счет одинакового их наполнения, одинаковых степеней сжатия во всех цилиндрах, одинаковой регулировки зажигания или впрыскивания топлива по цилиндрам, идентич­ного теплового режима и т. д.

Эти -мероприятия относятся к условиям как производства, так и ремонта двигателей. Таким образом, уравновешивание — это комплекс конструктивных, производственных и эксплуатаци­онных мероприятий, направленных на уменьшение или полное устранение неуравновешенных свободных сил инерции и мо­ментов.

Расчет динамического уравновешивания многоцилиндрового двигателя заключается в определении значений и направления действующих неуравновешенных сил и моментов сил инерции, которые необходимо в дальнейшем уравновесить с помощью наиболее простых конструктивных мероприятий.