2 Динамический расчет дизельного двигателя с наддувом
Для последующего динамического расчета введем следующие исходные данные:
а)
номинальная мощность
;
б)
номинальная частота вращения
;
в) число цилиндров – 5 (рядное);
г)
диаметр цилиндра
;
д)
ход поршня
;
е)
степень сжатия
.
Определим угловую скорость коленчатого вала (2.1):
Рабочий объем цилиндра определим (2.2):
Объем камеры сжатия (2.3):
Определим площадь поршня по (2.4):
Определим ход поршня, эквивалентный объему камеры сгорания (2.5):
Радиус кривошипа (2.6) и коэффициент короткоходности (2.7):
Критерий
кинематического подобия примем равным
.
Масса поршневой группы
Масса группы шатуна
Зададимся
отношением
Исходя из заданных значений, определим конструктивные массы (2.10):
Для
построения диаграммы газовой силы,
необходимо задаться уравнением
.
Для каждого рассматриваемого положения
кривошипа
рассчитаем перемещение поршня, которое
рассчитаем по формуле (2.13):
Результаты расчета для каждого значения угла поворота кривошипа представим в таблице 2.1.
Газовая сила, приходящаяся на единицу площади поршня будет равна для впуска (2.14), сжатия (2.15), расширения (2.16) и выпуска (2.17):
Результаты расчета для каждого значения угла поворота кривошипа представим в таблице 2.1.
2.1 Диаграмма сил инерции масс кшм
По (2.18) рассчитаем силу инерции деталей двигателя, которые движутся возвратно-поступательно
В соответствии с масштабом индикаторной диаграммы, выразим значение давления в мм.
2.2 Диаграмма суммарных сил, действующих в кшм
Ординату суммарной силы найдем алгебраическим сложением (2.20):
Для начального положения коленчатого вала определим
Таблица 2.1 – Расчетные значения
, град. ПКВ |
|
, мм |
|
, мм |
|
, мм |
0 |
0,025 |
0,5 |
-0,782 |
-15,63 |
-0,891 |
-17,83 |
15 |
0,0068 |
0,136 |
0,437 |
8,75 |
-0,858 |
-17,16 |
30 |
-0,009 |
-0,180 |
0,069 |
1,37 |
-0,728 |
-14,57 |
45 |
-0,009 |
-0,180 |
-0,244 |
-4,88 |
-0,513 |
-10,27 |
60 |
-0,009 |
-0,180 |
0,442 |
8,85 |
-0,264 |
-5,28 |
75 |
-0,009 |
-0,180 |
-0,682 |
-13,65 |
-0,018 |
-0,35 |
90 |
-0,009 |
-0,180 |
0,376 |
7,52 |
0,194 |
3,89 |
105 |
-0,009 |
-0,180 |
0,298 |
5,96 |
0,352 |
7,05 |
120 |
-0,009 |
-0,180 |
-0,553 |
-11,06 |
0,451 |
9,01 |
135 |
-0,009 |
-0,180 |
0,440 |
8,80 |
0,498 |
9,96 |
150 |
-0,009 |
-0,180 |
-0,423 |
-8,46 |
0,511 |
10,22 |
165 |
-0,009 |
-0,180 |
0,210 |
4,20 |
0,509 |
10,18 |
180 |
-0,009 |
-0,180 |
0,414 |
8,28 |
0,507 |
10,13 |
195 |
-0,009 |
-0,180 |
-0,750 |
-15,00 |
0,509 |
10,18 |
210 |
-0,009 |
-0,180 |
0,444 |
8,87 |
0,511 |
10,21 |
225 |
-0,009 |
-0,180 |
-0,099 |
-1,99 |
0,496 |
9,92 |
240 |
0,068 |
1,360 |
-0,064 |
-1,28 |
0,523 |
10,46 |
255 |
0,213 |
4,260 |
0,443 |
8,86 |
0,566 |
11,32 |
270 |
0,489 |
9,780 |
-0,761 |
-15,23 |
0,680 |
13,61 |
285 |
0,784 |
15,680 |
0,421 |
8,41 |
0,760 |
15,21 |
300 |
1,17 |
23,400 |
0,184 |
3,69 |
0,899 |
17,97 |
315 |
1,42 |
28,400 |
-0,388 |
-7,77 |
0,900 |
18,01 |
330 |
1,87 |
37,400 |
0,440 |
8,81 |
1,139 |
22,78 |
345 |
2,212 |
44,240 |
-0,582 |
-11,64 |
1,341 |
26,82 |
360 |
2,439 |
48,780 |
0,317 |
6,33 |
1,523 |
30,46 |
375 |
2,501 |
50,020 |
0,363 |
7,26 |
1,643 |
32,86 |
390 |
1,26 |
25,200 |
-0,660 |
-13,20 |
0,553 |
11,05 |
405 |
0,912 |
18,240 |
0,442 |
8,84 |
0,423 |
8,46 |
420 |
0,765 |
15,300 |
-0,281 |
-5,61 |
0,526 |
10,52 |
435 |
0,564 |
11,280 |
0,099 |
1,99 |
0,570 |
11,41 |
450 |
0,413 |
8,260 |
0,435 |
8,69 |
0,628 |
12,57 |
465 |
0,322 |
6,440 |
-0,780 |
-15,61 |
0,691 |
13,83 |
480 |
0,289 |
5,780 |
0,440 |
8,80 |
0,753 |
15,06 |
495 |
0,256 |
5,120 |
0,037 |
0,74 |
0,765 |
15,29 |
510 |
0,253 |
5,060 |
-0,208 |
-4,15 |
0,773 |
15,46 |
525 |
0,202 |
4,040 |
0,443 |
8,86 |
0,720 |
14,39 |
540 |
0,101 |
2,020 |
-0,703 |
-14,05 |
0,617 |
12,33 |
,
МПА
,
МПА
,
МПАОкончание таблицы 2.1
, град. ПКВ |
, МПА |
, мм |
, МПА |
, мм |
, МПА |
, мм |
555 |
0,077 |
1,540 |
0,387 |
7,75 |
0,595 |
11,91 |
570 |
0,025 |
0,500 |
0,278 |
5,57 |
0,544 |
10,89 |
585 |
0,025 |
0,500 |
-0,522 |
-10,44 |
0,528 |
10,56 |
600 |
0,025 |
0,500 |
0,440 |
8,79 |
0,475 |
9,51 |
615 |
0,025 |
0,500 |
-0,457 |
-9,14 |
0,369 |
7,39 |
630 |
0,025 |
0,500 |
0,234 |
4,68 |
0,204 |
4,08 |
645 |
0,025 |
0,500 |
0,406 |
8,12 |
-0,014 |
-0,28 |
660 |
0,025 |
0,500 |
-0,737 |
-14,73 |
-0,263 |
-5,25 |
675 |
0,025 |
0,500 |
0,444 |
8,87 |
-0,510 |
-10,19 |
690 |
0,025 |
0,500 |
-0,135 |
-2,70 |
-0,717 |
-14,35 |
705 |
0,025 |
0,500 |
-0,030 |
-0,59 |
-0,852 |
-17,04 |
720 |
0,025 |
0,500 |
0,443 |
8,85 |
-0,891 |
-17,81 |
Pr
P
PJ
Рисунок 2.1 – Зависимость сил от угла ПКВ
Нормальная сила, которая действует перпендикулярна оси цилиндра, будет равняться (2.21):
Остальные результаты расчета сведем в таблицу 2.2.
Определим нормальную силу, которая направлена по радиусу кривошипа (2.22):
Определим по (2.23) тангенциальную силу по формуле
Результаты расчета сведем в табл. 2.2.
Таблица 2.2 – Расчетные значения
, град. ПКВ |
|
, мм |
|
, мм |
|
, мм |
0 |
0 |
0 |
-0,891 |
-17,83 |
0 |
0 |
15 |
-0,112 |
-2,240 |
-0,855 |
-17,09 |
-0,296 |
-5,92 |
30 |
-0,263 |
-5,260 |
-0,579 |
-11,58 |
-0,453 |
-9,06 |
45 |
-0,384 |
-7,680 |
-0,279 |
-5,59 |
-0,428 |
-8,56 |
60 |
-0,276 |
-5,520 |
-0,075 |
-1,51 |
-0,261 |
-5,23 |
75 |
-0,185 |
-3,700 |
0,000 |
0,00 |
-0,018 |
-0,35 |
90 |
0,000 |
0,000 |
-0,056 |
-1,12 |
0,194 |
3,89 |
105 |
0,167 |
3,340 |
-0,172 |
-3,44 |
0,338 |
6,76 |
120 |
0,238 |
4,760 |
-0,322 |
-6,45 |
0,334 |
6,69 |
135 |
0,390 |
7,800 |
-0,398 |
-7,97 |
0,264 |
5,28 |
150 |
0,299 |
5,980 |
-0,479 |
-9,57 |
0,193 |
3,86 |
165 |
0,150 |
3,000 |
-0,504 |
-10,08 |
0,112 |
2,25 |
180 |
0,000 |
0,000 |
-0,507 |
-10,13 |
0,000 |
0,00 |
195 |
-0,098 |
-1,960 |
-0,489 |
-9,77 |
-0,095 |
-1,89 |
210 |
-0,253 |
-5,060 |
-0,479 |
-9,57 |
-0,193 |
-3,86 |
225 |
-0,364 |
-7,280 |
-0,403 |
-8,06 |
-0,275 |
-5,50 |
,
МПА
,
МПА
,
МПАОкончание таблицы 2.2.
, град. ПКВ |
, МПА |
, мм |
, МПА |
, мм |
, МПА |
, мм |
240 |
-0,296 |
-5,920 |
-0,374 |
-7,48 |
-0,388 |
-7,76 |
255 |
-0,200 |
-4,000 |
-0,315 |
-6,29 |
-0,563 |
-11,26 |
270 |
0,000 |
0,000 |
-0,197 |
-3,93 |
-0,680 |
-13,61 |
285 |
0,176 |
3,520 |
0,000 |
0,00 |
-0,760 |
-15,19 |
300 |
0,242 |
4,840 |
0,256 |
5,12 |
-0,890 |
-17,79 |
315 |
0,410 |
8,200 |
0,449 |
8,99 |
-0,721 |
-14,42 |
330 |
0,284 |
5,680 |
0,905 |
18,11 |
-0,754 |
-15,08 |
345 |
0,165 |
3,300 |
1,330 |
26,60 |
-0,408 |
-8,15 |
360 |
0,000 |
0,000 |
1,523 |
30,46 |
0,000 |
0,00 |
375 |
-0,112 |
-2,240 |
1,626 |
32,53 |
0,550 |
11,01 |
390 |
-0,263 |
-5,260 |
0,439 |
8,79 |
0,344 |
6,88 |
405 |
-0,384 |
-7,680 |
0,235 |
4,70 |
0,317 |
6,34 |
420 |
-0,276 |
-5,520 |
0,150 |
3,00 |
0,521 |
10,42 |
435 |
-0,185 |
-3,700 |
0,000 |
0,00 |
0,570 |
11,40 |
450 |
0,000 |
0,000 |
-0,182 |
-3,63 |
0,628 |
12,57 |
465 |
0,170 |
3,400 |
-0,311 |
-6,22 |
0,688 |
13,76 |
480 |
0,255 |
5,100 |
-0,539 |
-10,77 |
0,559 |
11,18 |
495 |
0,363 |
7,260 |
-0,619 |
-12,39 |
0,434 |
8,69 |
510 |
0,288 |
5,760 |
-0,724 |
-14,49 |
0,292 |
5,84 |
525 |
0,165 |
3,300 |
-0,705 |
-14,10 |
0,162 |
3,24 |
540 |
0,000 |
0,000 |
-0,617 |
-12,33 |
0,000 |
0,00 |
555 |
-0,155 |
-3,100 |
-0,578 |
-11,55 |
-0,118 |
-2,37 |
570 |
-0,248 |
-4,960 |
-0,510 |
-10,20 |
-0,206 |
-4,12 |
585 |
-0,345 |
-6,900 |
-0,428 |
-8,56 |
-0,317 |
-6,34 |
600 |
-0,265 |
-5,300 |
-0,340 |
-6,80 |
-0,353 |
-7,05 |
615 |
-0,156 |
-3,112 |
-0,200 |
-3,99 |
-0,368 |
-7,35 |
630 |
0,000 |
0,000 |
-0,059 |
-1,18 |
-0,204 |
-4,08 |
645 |
0,046 |
0,918 |
0,000 |
0,00 |
0,014 |
0,28 |
660 |
0,354 |
7,080 |
-0,075 |
-1,50 |
0,260 |
5,20 |
675 |
0,388 |
7,760 |
-0,230 |
-4,61 |
0,418 |
8,36 |
690 |
0,292 |
5,840 |
-0,570 |
-11,41 |
0,446 |
8,93 |
705 |
0,199 |
3,970 |
-0,810 |
-16,19 |
0,196 |
3,92 |
720 |
0,000 |
0,000 |
-0,891 |
-17,81 |
0,000 |
0,00 |
На (рис.2.2) представим диаграмму суммарных сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме, а именно боковой, тангенциальной и нормальной сил.
Рисунок 2.2 – Зависимости сил К, Т и N от угла КПВ