3.2.6. Кинематика и динамика автомобильных двигателей

При работе с данным разделом Вам предстоит:

1) Изучить теоретический материал данной темы

2) Ответить на вопросы для самопроверки.

3) Ответить на вопросы тренировочного теста № 6.

4) Ответить на вопросы контрольного теста № 6.

Изучаемые вопросы:

Силы и моменты, действующие в кривошипно-шатунном механизме, и методы их определения. Проблемы уравновешивания сил инерции и обеспечения равномерности хода двигателя

В двигателях внутреннего сгорания возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала посредством кривошипно-шатунного механизма.

Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и сил инерции.

Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

По характеру движения массы деталей кривошипно-шатунного механизма можно разделить на движущиеся возвратно-поступательно (поршневая группа и верхняя головка шатуна), совершающие вращательное движение (коленчатый вал и нижняя головка шатуна) и совершающие сложное плоскопараллельное движение (стержень шатуна).

Для упрощения динамического расчета действительный кривошипно-шатунный механизм заменяется динамически эквивалентной системой сосредоточенных масс, при этом массу поршневой группы считают сосредоточенной на оси поршневого пальца, массу шатунной группы заменяют двумя массами, одна из которых сосредоточена на оси поршневого пальца, а другая – на оси кривошипа.

Исходные массы основных деталей определяются с помощью величин удельных масс, приведенных в табл. 10.

Таблица 10

Удельные массы деталей КШМ

Элемент К.Ш.М.	Обозначение	Удельные массы, кг/м2
		Карбюраторный двигатель	Дизельный двигатель
Поршневая группа: - поршень из алюминиевого сплава - чугунный поршень Шатун Неуравновешенные части одного колена вала: - стальной кованый вал - чугунный литой вал	mп mш mк	80...150 150...250 100...200 150...200 100...200	150...300 250...400 250...400 200...400 150...300

С учетом данных табл. 10:

- масса поршня m_п= m^_пF_п , кг;

- масса шатуна m_ш= m^_шF_п , кг;

- масса кривошипа m_к= m^_кF_п , кг ,

где F_п - площадь поршня

F_п =,м².

Масса шатуна разносится на две составляющие

m_шп= ( 0.2...0.3 ) m_ш;

m_шк= m_ш - m_шп .

Окончательно, массы, совершающие возвратно-поступательное движение,

m_j= m_п + m_шп , кг;

массы, совершающие вращательное движение,

m_R=m_k+k m_шк , кг,

где k=1, если двигатель рядный, и

k=2, если двигатель V-образный.

Развертка индикаторной диаграммы

Для выполнения динамического расчета необходимо знать величину сил давления газов в функции от угла поворота коленчатого вала. Это возможно сделать, используя графический метод Брикса [2]. Базой для построения служит индикаторная диаграмма. Далее, на ходе поршня, как на диаметре, строится полуокружность (рис.21) с центром О. Определяем поправку Брикса

, мм,

где R=S/2, мм - радиус кривошипа;

 - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. Принимаем  в диапазоне 0.24...0.3.

Если при построении индикаторной диаграммы был принят масштаб M_s1 , то его необходимо учесть при определении поправки Брикса. Поправка Брикса откладывается вправо, и из нового центра О₁ проводятся лучи через 30^ до пересечения с полуокружностью. Из точек пересечения проводятся вертикальные линии до кривых индикаторной диаграммы. Каждому лучу присваивается определенное значение угла поворота коленчатого вала (см. рис. 21). После чего мы можем для любого значения угла поворота  определить соответствующее значение давления P, помня, что за 0^ принимается верхняя мертвая точка насосных ходов и обход диаграммы делается в следующем порядке: всасывание - сжатие - расширение - выпуск. В таблицу динамического расчета заносятся величины избыточного давления

P_г=PP₀ , МПа,

где P₀ = 0,1 МПа, давление окружающей среды.

НМТ

ВМТ

150

210

510

570

120

240

480

600

90

270

450

630

30

330

390

690

60

300

420

660

360, 0

180, 540

О₁

S , мм

P , МПа

О

Рис.21. Развертка индикаторной диаграммы