3 Расчет пятицилиндрового двигателя

Вторая схема второй части домашнего задания – рядный пятицилиндровый двигатель. Для нового двигателя так же важно сохранить отношения радиуса кривошипа к длине шатуна, диаметра цилиндра к ходу поршня и рабочий объём двигателя для всех схем. Для новой схемы также сохраняются соотношения системы (1). Полученные значения для пятицилиндрового двигателя представлены в таблице 3. Задание исходных данных в программе KVAL показано на рисунках 43 - 46.

Таблица 3 - Расчетные параметры трехцилиндрового двигателя

Параметр	Размерность	Значение
Количество цилиндров	-	5
Диаметр цилиндра	м	0.07612
Ход поршня	м	0.06962
Длина шатуна	м	0.13185
R/L	-	0.264
Эффективное сечение выпускных органов	м2	0.000280
Эффективное сечение впускных органов	м2	0.000368

Рисунок 43 – Задание компоновки пятицилиндрового двигателя

Рисунок 44 – Задание общих параметров пятицилиндрового двигателя

Рисунок 45 – Задание геометрических параметров пятицилиндрового двигателя

Рисунок 46 – Задание коэффициентов исследуемого двигателя

Рисунок 47 – Графики зависимости крутящего момента на КШ от угловой координаты коленвала

Рисунок 48 – Графики зависимости крутящего момента на ШШ от угловой координаты коленвала

Рисунок 49 – Графики зависимости суммарной действующей силы на ШШ от угловой координаты коленвала

Рисунок 50 – Графики зависимости боковой силы от угловой координаты коленвала Рисунок 51 – Графики зависимости тангенциальной составляющей силы от угловой координаты коленвала

Рисунок 52 – Коэффициенты запаса прочности элементов коленчатого вала

Полярная диаграмма сил, действующих на шатунную шейку в режиме максимального момента, приведена на рисунке 33. Диаграмма износа шатунной шейки приведена на рисунке 34.

Рисунок 53 – Полярная диаграмма сил, действующих на шатунную шейку в режиме максимального момента

Рисунок 54 – Диаграмма износа шатунной шейки в режиме максимального момента

3.2 Расчет коленчатого вала для режима максимальной мощности

Результаты расчета приведены на рисунках 55 – 62.

Рисунок 55 – Вид зависимости крутящего момента на КШ от угловой координаты коленвала

Рисунок 56 – Вид зависимости крутящего момента на ШШ от угловой

координаты коленвала

Рисунок 57 – Вид зависимости суммарной действующей силы на ШШ от угловой координаты коленвала

Рисунок 58 – Вид зависимости боковой силы от угловой координаты

коленвала

Рисунок 59 – Вид зависимости тангенциальной составляющей силы от угловой координаты коленвала

Рисунок 60 – Коэффициенты запаса прочности элементов коленчатого вала

Рисунок 61 – Полярная диаграмма сил, действующих на шатунную шейку в режиме максимальной мощности

Рисунок 62 – Диаграмма износа шатунной шейки в режиме максимальной мощности

Выводы по расчету трехцилиндрового и пятицилиндрового двигателя

В рамках второй части домашнего задания в программе KVAL были посчитаны нагрузки на коленчатые валы двигателей с тремя и пятью цилиндрами в режимах максимального момента и максимальной мощности. Для сравнения нагрузок на коленвалы с аналогичным расчетом для четырёхцилиндрового двигателя, были подобраны двигатели с одинаковым рабочим объемом, соотношением хода к диаметру поршня и сохранением отношения радиуса кривошипа к длине шатуна.

Минимальные значения коэффициентов запаса прочности для трех компоновочных схем представлены в таблице 4. Как видно из таблицы, наиболее прочный коленчатый вал имеет двигатель в исполнении с 5 цилиндрами.

Таблица 4 – Минимальные коэффициенты запаса прочности коленвала

Двигатель	3 цилиндра			4 цилиндра			5 цилиндров
Параметр	макс. М	макс. N	макс. М		макс. N	макс. М		макс. N
КШ (кручение)	35.67	44.5	24.91		30.65	41.21		41.99
ШШ (кручение)	30.19	43.36	20.78		27.89	35.03		41.56
ШШ (изгиб) сечение I	6.18	9.06	4.54		6.62	7.67		11.28
ШШ (общий запас) сечение I	6.06	8.87	4.43		6.44	7.50		10.89
Изгиб щек (в плоскости колена)	4.19	6.79	3.19		5.13	5.23		8.52
Изгиб щек (в плоскости, перп. плоскости колена)	31.89	46.5	23.57		30.92	37.08		42.93
Кручение щёк	32.51	47.63	26.39		38.5	38.33		56.34
Суммарный запас щёк	4.16	6.72	3.16		5.09	5.18		8.43

Далее сравним характеристики противовесов для трех схем, автоматически подобранных программой KVAL (таблица 5). Пятицилиндровый двигатель получился наиболее сбалансированным, с наименьшими углом сектора и массой противовеса, это обусловлено наименьшими инерционными силами, возникающими при работе двигателя.

Таблица 5 – Характеристики противовесов

	3 цилиндра	4 цилиндра	5 цилиндров
Угол сектора, градусы	129	124	118
Инерционная масса противовеса, кг/м2	0.88576	0.72243	0.61417

Таким образом, схема с рядным трехцилиндровым двигателем, при равном рабочем объеме получится менее длинной, однако с более громоздким противовесом и меньшим запасом прочности. Пятицилиндровый двигатель имеет наибольшую стабильность, меньшие габариты противовеса, более прочный коленчатый вал, однако его длина будет наибольшей из всех рассмотренных вариантов, что не всегда позволяет найти компоновочное решение в рамках разрабатываемой машины. Четырехцилиндровый же двигатель имеет средние значения по габаритам и прочности, относительно двух других исследованных схем. Выбор между этими типами двигателей зависит от приоритетов. Если важна экономичность и компактность, трёхцилиндровый двигатель может быть подходящим вариантом. Если нужен баланс между мощностью, плавностью работы и экономичностью, четырёхцилиндровый – оптимальный выбор. Пятицилиндровые двигатели – более редкое явление, и их преимущества (более высокая мощность и крутящий момент) часто перевешиваются недостатками (более высокая стоимость, больший размер, вес и расход топлива).

ПРИЛОЖЕНИЕ А