4.2. Построение индикаторной диаграммы дизеля
Индикаторная диаграмма 4-тактного дизеля строится аналогично построению индикаторной диаграммы бензинового двигателя.
Различие в построении заключается в том, что политрона расширения дизеля строится не из точки z, а из точки z/ .
Положение
точки z/
определяется
степенью предварительного расширения
.
Отрезок zz/ =ОА·( -1), мм.
Динамический расчет Основной задачей динамического расчета является определение сил, действующих в кривошипно – шатунном механизме проектируемого двигателя.
5.1. Построение индикаторной диаграммы в р – φ координатах
1) Скругленную индикаторную диаграмму, построенную по результатам теплового расчета двигателя, необходимо перестроить из Р – V координат в Р – φ координаты, где φ – угол поворота коленчатого вала. Перестроение выполняют методом Брикса с учетом поправки на длину шатуна
или
,
где R – радиус кривошипа, lш – длина шатуна.
Перестроенная диаграмма представляет собой диаграмму избыточных сил давления газов в цилиндре. За начало отсчета принимается точка r.
На отрезке АВ, проведенном параллельно оси абсцисс индикаторной диаграммы, описывается полуокружность радиусом R с центром О. Затем через 20…300 из этого центра проводятся лучи (радиусы).
От центра О
вправо откладывается величина
,
и из полученной точки О/
проводятся лучи, параллельные радиусам,
проведенным из центра О.
Из точек пересечения этих лучей с
полуокружностью возводятся вертикали
до пересечения с линиями индикаторной
диаграммы (рис. 5.1.).
Измеряются отрезки вертикалей от атмосферной линии до линий индикаторной диаграммы и переносятся на соответствующие углы поворота на абсциссу φ диаграммы в Р – φ координатах. Затем полученные точки обводятся плавной кривой, которая будет характеризовать избыточное давление в цилиндре за все четыре цикла. В случае необходимости на отдельных участках находят давления газов в промежуточных точках между лучами, проведенными из точки О/ .
Рис. 5.1. Графики динамического расчета
2) Руководствуясь найденными размерами Dц, S, R и lш и пользуясь статистическими данными и соотношениями размеров прототипов, делают эскиз кривошипного механизма двигателя с прикидкой основных размеров поршня, шатуна и коленчатого вала с целью определения величины движущихся масс поршня mп и шатуна mш, а также mi, исходя из выбранных конструктивных масс этих деталей. Веса поршневого комплекта и верхней головки шатуна необходимо принимать согласно таблице 5.1, в которой приведены данные некоторых двигателей.
Массу возвратно – поступательно движущихся частей кривошипно – шатунного механизма можно определить по выражению
,
где g = 9,81 м/с2 .
Таблица 5.1.
Массы поршней и шатунов автомобильных и тракторных двигателей, отнесенные к площади поршня
Тип двигателя |
Удельная масса, кг/м2 (г/см2) |
||
Поршни из алюминиевого сплава |
Поршни из чугунного сплава |
Шатуна стального сплава |
|
Карбюраторные (бензиновые) двигатели |
100…150 (10…15) |
120…280 (12…28) |
120…200 (12…20) |
Автомобильные дизели |
200…250 (20…25) |
– – |
300…400 (30…40) |
Тракторные дизели |
200…300 (20…30) |
250…400 (25…40) |
350…550 (35…55) |
3) Выбирают значение λ и вычисляют значения сил инерции возвратно – поступательно движущихся масс Рj , пользуясь таблицей 5.2, в которой приведены значения выражения cos φ +λ cos 2φ для различных значений углов φ поворота коленчатого вала. Результаты рекомендуется вносить в сводную таблицу 5.6 динамического расчета.
Значение λ выбирают исходя из компоновочной схемы:
.
Сила инерции возвратно – поступательно движущихся масс, отнесенная к единице площади поршня (1 см2), определяется по формуле:
,
где Fп – площадь поршня, см2; R – радиус кривошипа (R = 0,5 S), м; ω – угловая скорость коленчатого вала, 1/сек ; λ – отношения радиуса кривошипа к длине шатуна; φ – угол поворота кривошипа.
Строят развернутую диаграмму для Рj по углу поворота коленчатого вала и графическим суммированием находят кривую суммарной силы
,
приложенной к оси поршневого пальца
.
Значения вносят в сводную таблицу 5.6.
Пользуясь таблицами 5.3, 5.4, 5.5 геометрических функций определяют значения боковой, тангенциальной и радиальной сил
;
;
.
Таблица 5.2.