3.9 Построение индикаторной диаграммы

Построение индикаторной диаграммы проводим в координатах . На­чинаем с построения отрезковии давлений в характерных точках (на линиях ВМТ и НМТ). Отрезок AB равен полному геометрическому ходу поршня от ВМТ до НМТ. Отрезок OA находится по формуле [4, 84, стр. 36]:

Отрезок для дизелей определяется по уравнению [4, 85, стр. 36]:

Затем строятся политропы сжатия и расширения по уравнениям:

– политропа сжатия.

– политропа расширения.

При скруглении диаграммы из центра проводим лучпод углом, соотвествующий углу предварённого открытия выпускного окна. Далее из такого же центра проводим луч, под углом, соответствующий углу опережения начала впрыска топлива.

4 Расчёт кинематики и динамики кшм

Динамический расчёт кривошипно-шатунного механизма выполняется с целью определения суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и от сил инерции. Результаты динамического расчёта используются при расчёте деталей двигателя на прочность и износ.

Ось абсцисс развернутой диаграммы располагают по горизонтали на уров­не линии индикаторной диаграммы. Длина графика (720° ПКВ) делится на 24 равных участка, которые соответствуют определенному углу поворота коленчатого вала.

В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для характера изменения сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда различных положений вала через каждые 30 градусов ПКВ. В отдельных случаях – через 10 градусов ПКВ. И так же отдельно рассматривается положение коленчатого вала при 360-390° и 510-570°.

Рисунок 4.1 – Схема сил, действующих в КШМ

Последовательность выполнения расчёта следующая:

Строим индикаторную диаграмму в координатах .

Перестраиваем индикаторную диаграмму, выполненную по результатам теплового расчёта, в координаты .

Определяем силу давления газов на днище поршня для положений коленчатого вала, отстоящих друг от друга на 30° ПКВ в пределах (0-720)° ПКВ.

За начало координат принимают положение поршня в НМТ в начале такта сжатия.

Силу давления газов на днище поршня определяем по формуле:

Определяем силу инерции от возвратно-поступательно движущихся масс:

Масса поступательно движущихся частей КШМ:

где – доля массы шатуна, отнесенная к возвратно-поступательно движущимся массам,.

Значения иберем из прототипа:;

Угловая скорость , входящая в формулу (46) определяется:

По известной из теплового расчёта величине хода поршня , радиус кривошипа можно найти по формуле:

Находим суммарную силу, действующую в кривошипно-шатунном механизме. Определение этой силы ведем путем алгебраического сложения сил давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс:

Определяем нормальную силу , направленную по радиусу кривошипа (смотри схему сил, действующих в КШМ, рисунок 1):

Определяем тангенциальную силу , направленную по касательной к ок­ружности радиуса кривошипа (см. схему сил, действующих в КШМ, рисунок 4.1):

4.1 Перестроение индикаторной диаграммы

Развертку индикаторной диаграммы в координаты выполняем спра­ва от индикаторной диаграммы. Ось абсцисс развернутой диаграммы располагаем по горизонтали на уровне линиииндикаторной диаграммы. Длину графика (720° ПКВ) делим на 24 равных участка, которые соответствуют определенному углу поворота коленчатого вала. Каждую точку на линии абсцисс нумеруем (0°, 30°, 60° ПКВ). По наиболее распространенному способу Ф. А. Брикса дальнейшее перестроение индикаторной диаграммы ведем в следующей последовательности.

Полученную полуокружность делим вспомогательными лучами из центра на 6 равных частей, а затем из центра Брикса (точка) проводим линии, параллельные вспомогательным лучам, до пересечения с полуокружностью.

Вновь полученные точки на полуокружности соответствует определенным углам ПКВ. Из этих точек проводим вертикали до пересечения с соответствующими линиями индикаторной диаграммы. Развёртку индикаторной диаграммы начинаем, принимая за начало координат положение поршня в НМТ в начале такта сжатия. Далее для каждого значения угла φ на индикаторной диаграмме определяем величину давления в надпоршневой полости и заносим в таблицу 4.2. Модуль газовой силы находится по формуле (45) и также заносится в таблицу 4.2. По этой таблице строим зависимость.

Полученные точки на графике соединяем плавной кривой.

Результаты определения , а такжеи заносятся в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 – Результаты расчёта ,и

град	, МПа	, Н	Знак силы		, Н	Знак силы	, Н	Знак силы
0	0,199	937,4	+	1,272	-18161,7	–	-17224,3	–
30	0,118	171,7	+	1,002	-14307,0	–	-14135,2	–
60	0,118	171,7	+	0,364	-5197,2	–	-5025,5	–
90	0,118	171,7	–	-0,272	3883,6	+	4055,4	+
120	0,118	171,7	–	-0,636	9080,8	+	9252,6	+
150	0,118	171,7	–	-0,730	10423,3	+	10595,1	+
180	0,176	723,6	–	-0,728	10394,4	+	11118,0	+
210	0,191	865,8	–	-0,730	10423,3	+	11289,1	+
240	0,247	1394,9	+	-0,636	9080,8	+	10475,7	+
270	0,400	2847,7	+	-0,272	3883,6	+	6731,3	+
300	0,882	7427,6	+	0,364	-5197,2	–	2230,4	+
330	3,077	28288,9	+	1,002	-14307,0	–	13981,9	+
360	11,340	106813,9	+	1,272	-18161,7	–	88652,2	+
373	15,133	142866,2	+	1,219	-17402,7	–	125463,5	+
390	8,348	78384,7	+	1,002	-14307,0	–	64077,7	+
420	2,800	25661,4	+	0,364	-5197,2	–	20464,2	+
450	1,415	12496,5	+	-0,272	3883,6	+	16380,1	+
480	0,963	8198,9	+	-0,636	9080,8	+	17279,7	+
510	0,702	5719,8	+	-0,730	10423,3	+	16143,1	+
540	0,457	3389,3	+	-0,728	10394,4	+	13783,7	+
570	0,277	1680,7	+	-0,730	10423,3	+	12104,0	+
600	0,265	1563,4	+	-0,636	9080,8	+	10644,2	+
630	0,245	1382,1	+	-0,272	3883,6	+	5265,7	+
660	0,224	1174,5	+	0,364	-5197,2	–	-4022,7	–
690	0,206	1004,0	+	1,002	-14307,0	–	-13302,9	–
720	0,199	937,4	+	1,272	-18161,7	–	-17224,3	–