2553

5.15. Порядок расчёта

Необходимое количество продувочного воздуха, подаваемого насосом, находим из соотношения G VH Vнас o ,

где VH – коэффициент подачи насоса, VH 0,8 0,85; o– плотность воздуха.

Рабочий объем насоса Vнас Vh ,

где Vh– рабочий объем цилиндра; – объемный коэффициент подачи продувочного насоса, =1,5-1,8 – для двигателей с продувочным насосом, =1,0 – для двигателей с кривошипно-камерной продувкой.

Gs VH Vh o Vh o; VH ,

где – коэффициент продувки, =1,3–1,5 – для двигателей с продувочным насосом, =0,8–0,85 – для двигателей с кривошипнокамерной продувкой.

5.16. Расход воздуха через продувочные окна за время d dGs ( s f )Ws s d s Ws s f d

где Fs – время сечения открытого состояния впускного окна. Действительное время сечения должно быть увеличено, так как

расчет продувки производим при W=сonst – соответствующее максимальному перепаду давлений. Практически время сечения увеличивают для двигателей с продувочным насосом на (40–60) %, а для двигателей с кривошипно-камерной продувкой на 80–100 %.

Для проверки высоты продувочных окон, полученной по диаграмме и расчетным путем, поступают следующим образом:

а) строим кривую хода поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала; Sn f ( );

б) изменяем масштабы диаграммы, уменьшив величину хода поршня на ширину окон, делим s на постоянную величину 6n.

Витоге диаграмма будет представлена в координатах f f ( ),

аплощадь этой диаграммы покажет время сечения открытого состояния впускных окон (рис. 37).

91

Отложив на диаграмме высоту продувочных окон hs и проведя горизонтальную прямую, получим точки S1MS2 соответствующие моменту открытия и закрытия впускного окна. Тогда площадь S1MS2 , взятая в масштабе f и t, будет представлять собой время сечения при той высоте окон, которая была получена по диаграмме.

Рис. 37. Схема определения проходного сечения впускных окон

6. КИНЕМАТИКА КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА

Условия работы кривошипно-шатунного механизма обуславливаются характером изменения сил и моментов, возникающих в них при разных режимах работы двигателя. Величина и характер их изменения могут быть определены на основании кинематических и динамических исследований кривошипно-шатунного механизма. Этим исследованиям должен предшествовать тепловой расчет двигателя, в котором определяют силы давления газов, основные размеры двигателя, а также дается оценка теплового состояния отдельных элементов двигателя.

Различают следующие типы кривошипно-шатунных механизмов: а) центральный или аксиальный, когда ось цилиндра пересекает ось коленчатого вала; б) дезаксиальный, т.е. в котором ось цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала;

в) кривошипно-шатунныймеханизм,имеющийглавныйиприцепнойшатун.

92

На рис.38 показана схема центрального или аксиального механизма. Подавляющее большинство двигателей имеют центральный механизм или дезаксаж выполняют настолько незначительным, что при расчёте деталей на прочность им пренебрегают.

На схеме приняты следующие обозначения:

r – радиус кривошипа; lш – длина шатуна; α – угол поворота коленчатого вала; А1 – ось поршневого пальца в верхней мертвой точке; А – текущее положение оси поршневого пальца; О – ось коленчатого вала; – угол отклонения шатуна; В – текущее положение оси шатунной шейки.

Направление вращения шатуна коленчатоговалапоказанострелкой.

Рис. 38. Схема кривошипно-шатунного механизма

Угловая скорость вращения коленчатого вала:

где n – частота вращения коленчатого вала, мин-1; =0,24–0,31 – для автотракторных двигателей.

93

6.1. Перемещение поршня

При повороте на угол α поршень перемещается из точки А1 в точку А, т.е. путь поршня будет

Sn A1 A (l r) (lcos rcos ) r(1 cos ) l(1 cos ).

Из ∆АВО имеем:

Следовательно, cos 1 2 sin2 1 1 2 sin2 .

2

Выражение под корнем раскладываем по биному Ньютона, при этом принимаем только первые два члена, а остальные отбрасываются за малостью.

sin2 1 cos2 ; cos 1 1 2 1 cos2 1 1 2(1 cos2 ). (5)

Анализируя уравнение (6), приходим к выводу, что перемещение поршня можно разбить на два порядка: а) первая часть уравнения имеет период изменения 360º за счет вращения кривошипа и выражается уравнением Sn r(1 cos ), вторая часть уравнения имеет период изменения за счёт отклонения шатуна.

Из уравнения (6) имеем:

6.2. Скорость поршня

Скорость поршня есть производная пути по времени, т.е.

где – угловая скорость Дифференцируем выражение (6). По углу поворота коленчатого

вала

94

не является максимальной. Для определения максимальной скорости необходимо уравнение (7) решить на max и min, если =1/4, то

Vmax 1,03 r при 77º.

Ускорение поршня

Ускорение поршня получаем путем дифференцирования уравнения (7) по углу поворота коленчатого вала и по времени.

значение ускорения будет меньше, чем в верхней мертвой точке, кроме того, будет иметь отрицательный знак.

Кривая ускорения поршня может быть построена касательным методом (рис. 39). Для этого проводим прямую АВ, равную ходу поршня. Из точки А восстанавливаем перпендикуляр АД, равный максимальному значению ускорения. Из точки В опускаем перпендикуляр, равный минимальному значению ускорения. Из точки F опуска-

ем перпендикуляр, равный FC 3r 2 . Прямые ДС и СЕ делим пополам и соединяем прямой 1–1. Затем прямые 1–Д и С–1 делим пополам и соединяем прямой 2–2, прямые 1–Е и 1С делим пополам и соединяем прямой 3–3 и т.д. Изгибающая касательная кривая к этим прямым представляет собой j f (sn).

95

нагрузок) и для максимального скоростного режима (т.е. для max инерционных сил).

Силы, действующие в КШМ, делят на силы давления газов и на силы инерции. Силы инерции, в свою очередь, делят на силы от воз- вратно-поступательных масс и от вращательных масс.

7.1. Силы давления газов

Изменение сил давления газов определяют на основании теплового расчета построением индикаторной диаграммы. Индикаторную диаграмму можно построить аналитическим путем, методом полуокружностей, методом Брауэра. Для этой цели задаются уравнением:

1 tg n 1 tg – метод Бауэра.

Угол принимают в пределах 20‒25º, угол определяют из уравнения 4, если строится линия сжатия, то в уравнение подставляют показатель политропы сжатия, а если линия расширения – в уравнение подставляют показатель политропы расширения, можно задать не углы и , а тангенсы углов и . Масштаб длин желательно иметь таким, чтобы объем Vh равнялся ходу поршня.

Vh /Sn s – объем цилиндра в мм чертежа; Vc Vh /( 1) – объем камеры сжатия;

Vc / s – длина отрезка объема камеры сжатия, мм.

Масштаб сил выбирают с таким расчетом, чтобы получить примерно квадратную диаграмму или слегка больше по вертикали. Точки а,c,z, в, r наносят на диаграмму на основании теплового расчета (рис. 41).

98