1508

Если обозначать [(1 cos ) (1 cos2 )] A, 4

Vhi Fn r A,

где Fnи r – постоянные величины.

Vhi f A ,

где Vhi – текущее значение рабочего объема цилиндра.

На основании выполненных математических расчетов рабочие объемы цилиндра при различных положениях кривошипа можно определить по уравнению

Vhi Vh(1 0,5A);

pci pa in1 ,

где – степень сжатия; i – переменная степень сжатия.

Точки полученных объемов определяются на основании схемы кривошипно-шатунного механизма, выполненного под индикаторной диаграммой, в том же масштабе, что и индикаторная диаграмма.

Для более точных расчетов значение А можно использовать через 20° и через 10° поворота коленчатого вала.

2.2. Построение диаграммы инерционных сил от возвратнопоступательно движущихся масс

Значение инерционных сил желательно определять через 30° поворота коленчатого вала от 0 до 180°.

Общее уравнение удельных инерционных сил:

Pi A'(cos cos2 );

A' mi r 2;

r , l

21

где mj – масса шатунно-поршневой группы, совершающей возвратно-

поступательное движение,

mj mn mшт,

где тn - масса поршня с поршневым пальцем и кольцами, кг/м2; mшт– масса шатуна, отнесена к поршню, кг/м2, тшт 0,275тш ; тш –масса шатуна.

Массы поршня и шатуна приводятся в учебниках в кг/м2 поршня, т.е. площадь поршня приводится в м2.

Значение (cos cos2 ) для соответствующего значения приводится в учебниках.

Инерционные силы откладываются в точках, определяемых положением верхней головки шатуна при повороте кривошипа через 30°. Через эти же точки проводят вертикали, которые в индикаторной диаграмме определяют силы давления газов при повороте кривошипа через 30°.

2.3. Построение диаграммы суммарных сил

Для построения диаграммы суммарных сил против линии атмосферного давления (р0) на индикаторной диаграмме откладывают четыре отрезка, каждый равный ходу поршня (в масштабе, принятом для индикаторной диаграммы). На каждом отрезке наносят точки положения верхней головки шатуна, полученных на схеме кривошипно-шатунного механизма. Точки наносят с учетом направления, перемещения поршня. Через данные точки проводят вертикали, на которых откладывают значение инерционных сил.

После построения развернутой диаграммы инерционных сил необходимо развернуть, на этой же диаграмме, диаграмму сил давления газов.

Линию впуска проводят на расстоянии 1 мм ниже нейтральной линии, т.е. р0 в первом участке. Линию выпуска проводят на расстоянии 1мм выше нейтральной линии на четвертом участке. Если проводить линии впуска и выпуска в масштабе, то они сольются с нейтральной линией.

Линии сжатия и расширения переносят с индикаторной диаграммы согласно разбивки её вертикалями с диаграммы инерционных сил (0’-0’,2’-1’ и т.д.). После этого выполняют

22

графическое сложение инерционных сил и сил давления газов. В итоге получают суммарную силу, действующую на поршневой палец:

P Pj Pг ,

где Pг – сила давления газов; Pj – сила инерции.

2.4. Построение диаграммы тангенциальных сил

Для построения диаграммы тангенциальных сил измеряют длину дуги при повороте кривошипа на угол 30° (рисунок, б) на схеме кривошипно-шатунного механизма и откладывают её в нижней части листа 24 раза, т.е. получают две развертки окружности при повороте кривошипа на 720°.

Тангенциальная сила приложена к оси шатунной шейки и перпендикулярна радиусу кривошипа. Поэтому для 0°, 180°, 360°, 540° и 720° значение тангенциальной силы равно 0.

Для построения остальных значений потенциальных сил поступают следующим образом.

Измеряют суммарную силу при повороте кривошипа коленчатого вала на 30° и откладывают её от центра окружности по радиусу кривошипа, если она имеет положительный знак, и в противоположную сторону, если имеет отрицательный знак. В данном положении суммарная сила имеет отрицательный знак, и поэтому откладывается в сторону, противоположную кривошипу 0”– 1’. Из конца вектора 1’ проводим линию, параллельную оси шатуна, в этом положении, до пересечения с вертикалью и получаем точку 1”. Отрезок 0”-1” является тангенциальной силой, имеющей отрицательный знак, так как направлен вниз от точки 0. Если тангенциальная сила направлена вверх от центра 0, то будет иметь положительный знак. Независимо от положения кривошипа положительные суммарные силы откладывают по кривошипу, а отрицательные – в противоположную сторону.

Соединив плавной кривой тангенциальные силы, получаем зависимость тангенциальных сил, действующих на шатунную шейку от одного цилиндра, от угла поворота кривошипа. Эта зависимость показывает изменение крутящего момента, передаваемого на коленчатый вал, но в другом масштабе.

Для получения суммарных тангенциальных сил, действующих на последнюю коренную шейку коленчатого вала, для двигателей, у

23

которых рабочие процессы осуществляются через одинаковые углы поворота коленчатого вала, необходимо:

-разделить всю диаграмму на число цилиндров;

-перенести все кривые на одну часть диаграммы;

-графически все кривые сложить.

Врезультате получим изменение суммарных тангенциальных сил, действующих на последнюю коренную шейку. Крутящий момент изменяется в той же закономерности, только в другом масштабе.

Если рабочие процессы протекают не через одинаковый угол поворота коленчатого вала, тогда диаграммы тангенциальных сил для каждого цилиндра наносятся согласно диаграмме фаз распределения

искладываются между собой.

2.5. Расчет маховика

Задачей маховика является поддержание в заданных пределах неравномерности хода двигателя, т.е. неравномерности вращения коленчатого вала, которая оценивается

max min ,

ср

где max – максимальная угловая скорость; max – минимальная угловая скорость; max – средняя угловая скорость.

Кроме того, маховик должен обеспечить возможность трогания автомобиля с места в трудных дорожных условиях. Если автомобиль имеет сцепление, то маховик должен обеспечить нормальную работу сцепления. Неравномерность хода маховика, как правило, задают для автомобильных двигателей, в зависимости от типа автомобиля, δ=1/50 – 1/100, для тракторных двигателей δ=1/100 – 1/200. Чем больше неравномерность хода двигателя, тем меньше масса маховика.

Для расчета маховика определяют положительную площадь под кривой диаграммы суммарных тангенциальных сил, затем отрицательную площадь, ограниченную диаграммой суммарных тангенциальных сил, а затем из положительной площади вычитают отрицательную и остаток делят на длину диаграммы. Находят среднюю величину суммарной тангенциальной силы, действующей на последнюю коренную шейку. Площадь, отсекаемую средней тангенциальной силой, используют для расчета маховика Qизб .

Энергию маховика можно определить из выражения

24

Ем Qизб Fn ,

где Qизб – площадь отсекаемая средней тангенциальной силой, мм2; – масштаб,

S p,

где S – масштаб длин; p – масштаб сил; Fn – площадь поршня, м2.

Кроме того, энергию маховика можно определить по уравнению

где mм – масса маховика, кг; Vmax – максимальная окружная скорость маховика; Vmin – минимальная окружная скорость маховика.

Vм r Dм .

2

Масса маховика может быть определена по формуле

mм 36002 Q2изб 2 Fn ,

Dм nmax

где Dм – средний диаметр обода маховика; nmax – максимальные обороты двигателя при трогании с места автомобиля, n 0,7nN , nN – номинальные обороты двигателя; задают в зависимости от типа и назначения двигателя.

Проверку маховика на трогание с места автомобиля можно определить по уравнениям:

– энергия автомобиля

где ma – масса автомобиля; Dк – диаметр колеса автомобиля; iTP – передаточное число трансмиссии,

iTP iкпn iзм ,

25

здесь iкпп – передаточное число коробки перемены передач; iзм – передаточное число заднего моста;

– энергия маховика

С учетом КПД трансмиссии E Eм TP .

где n1=850 – 900 об/мин, тр =0,85-0,92.

26

Библиографический список

1. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн.: Учебник. Книга 2. Динамика и конструирование двигателей/ Под ред. В.Н.Луканина, М.Г.Шатрова. – М.:

Высшая школа, 2007.

2.Колчин А.И., Демидов В.Н. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие. – М.: Высшая школа, 2002.

3.Ямаин А.И., Жаров А.В.. Динамика поршневых двигателей. – М., 2003.

4.Автомобильные и тракторные двигатели: Учебное пособие к курсовому проектированию / Под. ред. В.Н. Уханова. – Пенза, 2005.

5.Шевченко П.Л. Тепловые расчеты автомобильных двигателей. Учебное пособие. – Омск, 2007.

27

Учебное издание

Р А С Ч Е Т

АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Методические указания к курсовому проекту по двигателям внутреннего сгорания

для студентов, обучающихся по специальности “Автомобили и автомобильное хозяйство”

Составитель Пётр Лукич Шевченко

***

Гл. редактор Т.И. Калинина

***

Подписано к печати 27.06.08 Формат 60 90 1/16. Бумага писчая Оперативный способ печати Гарнитура Times New Roman Усл. п. л. 1,75, уч.-изд. л. 1,75 Тираж 100 экз. Заказ № ___

Цена договорная

***

Издательство СибАДИ 644099, г. Омск, ул. П. Некрасова, 10

Отпечатано в ПЦ издательства СибАДИ 644099, г. Омск, ул. П. Некрасова, 10

28