3.2.5 Суммарные силы, действующие в кшм

Удельная суммарная сила, сосредоточенная на оси поршневого пальца, складывается из избыточного давления над поршнем р_г и удельных сил инерции p_j

р_ = р_г + p_j. (3.12)

Результаты расчета удельной суммарной силы занести в графу 4 таблицы 3.1.

Форма диаграммы суммарной силы зависит от соотношения составляющих р_г и p_j. С увеличением p_j (в случае увеличения конструктивной массы m_j или частоты вращения коленчатого вала) кривая р_ сильнее прогибается вниз и два раза пересекает ось абсцисс: а) между точками, соответствующими 270^о и 300^о угла ПКВ; б) вблизи ВМТ.

Причем последняя точка пересечения может располагаться как слева, так и справа от ВМТ. При малых значениях p_j и больших значениях давления газов в конце такта сжатия, что характерно для тихоходных дизелей, суммарная сила р_ может не пересекать ось абсцисс на этом участке.

Суммарная сила Р, действующая вдоль оси цилиндра может быть разложена на две составляющие: нормальную силу N, воздействующую на стенки цилиндра, и силу S, действующую по оси шатуна, которая передается на кривошип. В свою очередь, сила S, перенесенная в центр шатунной шейки, раскладывается также на две составляющие: радиальную силу К, направленную по радиусу кривошипа, и тангенциальную силу Т, касательную к окружности радиуса кривошипа.

Удельные силы p_N, p_S, p_K и p_T определяются по выражениям:

, , (3.13)

, , (3.14)

где β – угол поворота шатуна относительно оси цилиндра.

Угол поворота шатуна определяется по выражению:

. (3.15)

Результаты расчетов удельных сил p_N, p_S, p_K и p_T заносятся соответственно в таблицу 3.1.

По данным таблицы 3.1. строят графики изменения удельных сил p_j, p, p_N, p_S, p_K и p_T в зависимости от угла поворота коленчатого вала φ (рисунок 3.4).

Крутящий момент одного цилиндра, определяется по величине Т и заносится в таблицу 3.1:

М_кр.ц = 10³  Т ∙ R, Н м, (3.16)

где R – радиус кривошипа, м.

Кривая удельных тангенциальных сил одновременно является кривой крутящего момента, но в масштабе:

М_М = 10⁶  М_р ∙ F_пR, (Н ∙ м)/мм (3.17)

где М_р – масштаб давления газов, МПа/мм.

Мпа

Мпа

Мпа

Рисунок 3.4- Диаграммы удельных сил

3.2.6 Диаграмма суммарного крутящего момента

Величина и характер крутящих моментов по углу ПКВ для всех цилиндров двигателя одинаковы, поэтому для определения суммарного крутящего момента достаточно иметь кривую крутящего момента одного цилиндра. При построении кривой суммарного крутящего момента М_кр многоцилиндрового двигателя суммируют кривые моментов каждого цилиндра, сдвигая одну кривую относительно другой на угловой интервал θ, соответствующий интервалу между рабочими ходами в отдельных цилиндрах.

Угол θ для четырехтактных двигателей с равными интервалами между рабочими ходами:

, (3.18)

где i – число цилиндров двигателя.

Суммирование значений крутящих моментов всех цилиндров двигателя осуществляется табличным методом (таблица 3.3). Через каждые 15^о угла поворота коленчатого вала из таблицы 3.1 выписываются значения крутящего момента одного цилиндра для первой группы углов φ₁ , затем для второй группы углов φ₂ и т.д. до последней группы углов φ_i . Складывая значения М_кр.ц по каждой строке, определяются значения суммарного крутящего момента М_кр в зависимости от угла поворота кривошипа φ. По полученным данным строится кривая М_кр = f(φ) (рисунок 3.6).

Таблица 3.3- Расчет крутящего момента двигателя

φ, град	Цилиндры						Мкр, Н ∙ м
	1-й		2-й		i-й
	φо, кривошипа	Мкр.ц, Н ∙ м	φо, кривошипа	Мкр.ц, Н ∙ м	φо, кривошипа	Мкр.ц, Н ∙ м
0	0		θ		(i-1)θ
15	15		θ+15		(i-1)θ+15
30	30		θ+30		(i-1)θ+30
45	45		θ+45		(i-1)θ+45
…	…		…		…
θ	θ		2θ		720

Н

Рисунок 3.6- Построение кривой суммарного крутящего момента

четырехцилиндрового четырехтактного двигателя

Некоторые особенности по определению суммарного крутящего момента имеют шестицилиндровые V – образные двигатели с углом развала между осями рядов цилиндров 90^о с несимметричным коленчатым валом, имеющим 3 кривошипа, расположенных под углом 120^о. У такого двигателя чередование вспышек неравномерное через 90^о и 150 ^о ПКВ. Двигатель должен рассматриваться как трехцилиндровый, поэтому угловой интервал  должен быть равен 240^о ПКВ.

Для проверки правильности графических построений необходимо найти среднее значение суммарного крутящего момента, Н м:

М_кр.ср = , (3.19)

где F₁ и F₂ – соответственно площади участков диаграммы, расположенных над осью абсцисс и под осью абсцисс, мм²; l_абс – длина диаграммы по кривой суммарного крутящего момента, мм; М_М – масштаб моментов, (Н ∙ м)/мм; η_м – механический КПД двигателя.

Крутящий момент двигателя на номинальном режиме:

М_кр = . (3.20)

Ошибка, % . (3.21)

Расхождение в значениях крутящего момента не должны превышать 5%.