книги из ГПНТБ / Сегаль В.Ф. Динамические расчеты двигателей внутреннего сгорания

ТАБЛИЦА 9

Безразмерная сила вдоль шатуна Ршр

R

а

~L

8»

Т А Б Л И Ц А 10

Безразмерная нормальная сила

R

Закон изменения усилий АД, АД и 7Д или относительных усилий п ѵ г ! и Д оказывается достаточно сложным. Для иллюстрации этого по данным граф 7, 9 и 11 табл. 7 и 8 построены кривые, пока­ зывающие характер изменения этих сил в зависимости от угла поворота кривошипа а для двухтактного и четырехтактного дви­ гателей (рис. 1.18—1.23). Все эти кривые построены для р{!рг = = 0,15, X = 0,25 и А = 0,1-Д),4.

Для установления влияния сил инерции на характер изменения усилий, передающихся КШМ, расчеты, аналогичные приведенным в табл. 7 для А = 0,2, были выполнены для А от 0,1 до 0,4. Кри­ вые, отвечающие этим значениям А, сопоставлены на рис. 1.19,

39

40

1.20 и 1.23. Влияние сил инерции выражается в следующем: при значениях примерно от 0 до 75°, когда происходит вспышка и рас­ ширение газов в цилиндре, силы инерции направлены против

Рис. 1.19. Относительная радиальная сила в двухтактном двигателе:

-------------А = 0 , 2 ; -----------------— Л = 0,4

Рис. 1.20. Относительная тангенциальная сила в двухтактном двигателе:

силы давления газов, поэтому для этого интервала изменения

относительные тангенциальные силы. Из этих рисунков следует, что характер кривых tx — f (а) не зависит от значения pjp*.

41

Рис. 1.21. Относительная нормальная сила в четырехтактном двигателе

Рис. 1.22. Относительная радиальная сила в четырехтактном двигателе

Рис. 1.23. Относительная тангенциальная сила в четырехтакт­ ном одноцилиндровом двигателе:

42

Необходимо отметить, что абсолютные значения сил N x, R x и Ту у разных двигателей отличаются весьма существенно, а их отно­ сительные значения п ѵ гх и tx получаются одного порядка. Напри­ мер, наибольшие значения п х и tx получаются соответственно равными —0,06 и —0,3.

Рассмотрим теперь действие сил, передающихся звеньями КШМ, основываясь на рис. 1.17. Как видно из этого рисунка, давление газов, определяемое равнодействующей Рг, восприни­ мается крышкой цилиндра и поршнем, который через шатун пере­ дает силу Рг на коленчатый вал и затем на рамовые подшипники. В результате давление газов в цилиндре передается от крышки цилиндра и рамовых подшипников остову двигателя в виде двух противоположно направленных сил Рг. Эти две силы взаимно уравновешиваются на остове и статического действия на фунда­ мент не оказывают.

Кроме силы Рг на палец поршня действует еще сила инерции Pjt которая передается остовом двигателя его фундаменту. Сила Pj как периодически изменяющаяся величина будет оказывать соот­ ветствующее действие на фундамент. Этот вопрос рассматривается ниже. Установим теперь действие силы N х, являющейся составля­ ющей суммарной силы Р по направлению нормали к стенке цилиндра. Сила N х через остов двигателя будет передаваться на фундамент. Из рис. 1.17 видно, что на фундамент передается сила Ny и опрокидывающий остов двигателя момент Л4опр, равный

Мопр = N 1 (L cos ß + R cos а)

или с учетом (1.2) и (1.3)

Отсюда следует, что во время работы двигателя его фундамент воспринимает момент, равный по величине крутящему моменту двигателя, но обратный по направлению. Сила уравновеши­ вается на коленчатом валу горизонтальной проекцией силы Рш, передающейся от шатуна на коленчатый вал.

7. КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ НА КОЛЕНЧАТОМ ВАЛУ ОДНОРЯДНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯПЕРЕХОД

ОТ УСИЛИЙ ПЕРВОГО ЦИЛИНДРА К УСИЛИЯМ ОТ ПОСЛЕДУЮЩИХ

Крутящий момент, возникающий на коленчатом валу от работы одного цилиндра, согласно (1.57) равен

43

Для однорядного ДВС, имеющего несколько цилиндров (рис. 1.24 и 1.25), крутящий момент по длине вала будет переменной вели­ чиной. Считая, что первый цилиндр находится у свободного конца вала, а последний у конца, где производится отбор мощности, можно, предполагая цилиндры одинаковыми, написать следу­ ющую зависимость:

М 2 = M , + t2PzR = (іг + t2) PZR,

где M 2 ■— крутящий момент на второй коренной шейке.

Рис. 1.24. Схема двухтактного четырехцилиндрового двигателя

Для крутящего момента на і-й коренной шейке получим

Величину Mi называют «набегающим крутящим моментом». Когда і равно числу цилиндров, М г будет суммарным крутящим моментом. Сумма

пропорциональная крутящему моменту, условно называется «на­ бегающей тангенциальной силой».

Рис. 1.25. Схема четырехтактного трехцилиндрового двигателя

Термин является условным, так как вдоль вала складываются только крутящие моменты, тангенциальные силы, вызывающие крутящий момент, передаются валом на рамовые подшипники, устанавливаемые, как правило, между соседними цилиндрами.

Величину $ можно назвать безразмерным крутящим моментом на і-й коренной шейке

_ Мі

(1.65)

1 ~ PZR •

44

вании схемы кривошипов и порядка работы цилиндров. На рис. 1.24

и1.25 даны такие схемы с указанием порядка работы цилиндров

иих расположения по длине коленчатого вала для двухтактного

ичетырехтактного двигателей.

Рассмотрим сперва двухтактный двигатель (рис. 1.24), у кото­ рого после первого цилиндра вспышка будет в четвертом, а затем во втором и в третьем. У двухтактного двигателя при одинаковых углах заклинки кривошипов вспышки будут происходить после поворота вала на угол

У двухтактного двигателя вспышки в каждом цилиндре повто­ ряются после поворота вала на 360°. На основании схемы распо­ ложения кривошипов (рис. 1.24) следует считать, что когда пер­ вый кривошип повернется на угол а, то угол поворота второго кривошипа, считая от его в. м. т., составит а + 180°, третьего а + 90° и, наконец, четвертого а + 270°. Так как рабочий цикл во всех цилиндрах двигателя принимается одинаковым, то уси­ лия в любом цилиндре можно выразить через усилия в первом цилиндре с помощью следующих зависимостей:

первого кривошипа. Углы 180, 90° и так далее называют углами опережения для /-го цилиндра по отношению к первому цилиндру или начальными фазами. Во избежание недоразумений следует обратить внимание на то, что аргументом являются углы поворота, отсчитываемые от в. м. т. в сторону вращения, а не углы поворота, которые остались до совмещения с в. м. т. Пример использования формул (1.67) для двигателя, показанного на рис. 1.24, выполнен

далее из графы 11. Аналогично заполняются графы 14 и 16. После' того как определены силы t для каждого цилиндра, путем после­ довательного суммирования, как предусмотрено в табл. 8 согласно формуле (1.64) находят значения набегающих тангенциальных сил

1%, й и пропорциональных значениям крутящих моментов на соответствующих коренных шейках. Для получения формул, аналогичных формулам (1.67), но применительно к четырехтакт-

45

ному двигателю, необходимо учесть, что весь рабочий цикл в этом случае проходит за два оборота коленчатого вала, другими сло­ вами, рабочий цикл в каждом цилиндре повторяется после по­ ворота соответствующего кривошипа на 720°. При одинаковых углах между кривошипами вспышки у четырехтактного двигателя должны быть после каждого поворота вала на угол

в момент, показанный на рис. 1.25, кривошип второго цилиндра после вспышки в нем повернулся на угол 120 + 360 = 480°, т. е. к моменту вспышки в первом цилиндре второй кривошип сделал ■уже один и одну треть оборота из двух, приходящихся на каждый цикл. Как видим, в данном случае рабочий цикл во втором ци­ линдре должен опережать таковой в первом на 480°, т. е. (а) = = t t (а + 480°). Что касается третьего цилиндра, то его кривошип после вспышки в первом цилиндре будет совершать только первый оборот из требующихся двух, а следовательно, рабочий цикл в третьем цилиндре должен опережать таковой в первом цилиндре только на угол между соответствующими кривошипами, т. е. на угол в 240°. В результате усилия в любом цилиндре четырех­ тактного двигателя можно выразить через усилия в первом ци­

Как видим, угол опережения, так же, как и у двухтактного двига­ теля, зависит от угла между первым и рассматриваемым кривоши­ пом; различие только в том, что для цилиндров, номера которых находятся в первой половине ряда чисел за исключением единицы, определяющих порядок работы цилиндров, угол опережения необходимо "увеличить дополнительно на 360°.

Пример использования формул (1.69) показан при заполнении граф 12 и 14 в табл. 8. Определение набегающих тангенциальных сил осуществляется так же, как это было указано выше приме­ нительно к двухтактному двигателю. Вычисления в табл. 7 и 8 выполнены в безразмерной форме, поэтому они справедливы для любого двигателя, имеющего безразмерные параметры, близкие к принятым в этих таблицах. Табл. 7 и 8 представляют собой так называемые динамические таблицы, являющиеся основными для всех прочностных расчетов двигателей. Эти таблицы особенно удобны, когда имеются безразмерные или обычные индикаторные диаграммы в координатах давление — угол поворота кривошипа. Таблицами предусматривается вычисление совместного действия давления газа и сил инерции, как это необходимо для основного

46

расчета, относящегося к номинальному режиму. Форма таблиц сохраняется для любого режима, при этом изменяются только числа граф 2 и 4. Графы 3, 6, 8 и 10 остаются без изменения. При необходимости установить отдельно влияние давления газов и сил инерции одну из граф 2 или 4 не заполняют. Табл. 7 и 8 можно использовать для определения всех сил в кгс или в кгс/см2.

считая от свободного конца до последней коренной шейки, у ко­

Рис. 1.27. Схема четырехтактного шестицилиндрового двигателя

Это выражение позволяет на основании данных табл. 7 и 8 нахо­ дить значения безразмерных крутящих моментов, возникающих

в шатунных шейках.

Получим далее формулы, аналогичные (1.69), для шестицилин­ дрового четырехтактного двигателя, показанного на рис. 1.27.

В этом случае угол между вспышками находим по формуле

(1.68) ф = 72076 = 120°.

47

ч