Определение основных размеров двигателя
а). Определяем рабочий объем одного цилиндра по заданным значениям мощности, частоты вращения и расчетному значению среднего эффективного давления газов (ре):
,
л.
б). Принимаем отношение хода (S) поршня к диаметру (D) равным 0,9 и определяем:
,
мм; S
= (S/D)
×
D=81
мм.
Результаты теплового расчета необходимо сводим в таблицу и проводим анализ с точки зрения соответствия показателей рассчитываемого двигателя показателям двигателей, приведенных в приложении.
Характеристика двигателей
Модель двигателя |
Ре кВт |
nн
|
e |
D мм |
S мм |
|
Vл Л |
Рл
|
bе
|
Прототип
|
110 |
3200 |
8 |
100 |
95 |
0,95 |
5,96 |
18,45 |
293 |
Проектир. |
110 |
3200 |
8 |
90 |
81 |
0,9 |
5,15 |
21,35 |
266 |
Проектируемый двигатель по удельным показателям: литровой мощности - Рл=21,35 кВт/л и топливной экономичности be=266 г/кВт.ч превосходит прототип в основном за счет лучшей организации рабочего процесса (коэффициент избытка воздуха (α) в расчете принят равным 1.
8. Пример кинематического и динамического расчетов двигателя
Исходные данные: двигатель бензиновый, номинальная
мощность - 62,5 кВт, номинальная частота вращения - 5500 мин-1,
ход поршня - 67 мм, диаметр поршня - 82 мм, число цилиндров - 4.
Определяем по формулам перемещение, скорость и ускорение поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала.
.
.
.
Полученные значения кинематических параметров оформляем в табличной форме (табл. 8.1.).
Выберем λ и длину шатуна LШ, примем λ = 0,3.
В соответствии с этим: LШ = R/λ; LШ = 33,5/0,3 = 111,67 мм.
Угловая скорость вращения коленчатого вала:
ω = πnн/30 = 3,14·5500/30 = 575,67, с-1 . При 0 = 0:
0,
мм.
0,
м/с.
14432,29,
м/с2.
Таблица 8.1
Кинематические параметры двигателя
φ0 |
Sx, мм |
Cn, м/с |
jn, м/с2 |
0 |
0,00 |
0,00 |
14432,29 |
30 |
5,74 |
12,15 |
11279,67 |
60 |
20,52 |
19,21 |
3885,62 |
90 |
38,53 |
19,28 |
-3330,53 |
120 |
54,02 |
14,20 |
-7216,15 |
150 |
63,77 |
7,14 |
-7949,15 |
180 |
67,00 |
0,00 |
-7771,24 |
210 |
63,77 |
-7,14 |
-7949,15 |
240 |
54,02 |
-14,20 |
-7216,15 |
270 |
38,53 |
-19,28 |
-3330,53 |
300 |
20,52 |
-19,21 |
3885,62 |
330 |
5,74 |
-12,15 |
11279,67 |
360 |
0,00 |
0,00 |
14432,29 |
Рис.
8.1. График перемещения поршня
Рис. 8.2. График скорости поршня
Рис.
8.3. График ускорения поршня
В ходе динамического расчета определяются силы и моменты, действующие на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ).
Строим развернутую диаграмму давления газов в координатах
рГ - оп.кв, используя построенную индикаторную диаграмму действительного цикла в ходе теплового расчета двигателя.
pr - давление газов; pj - давление на поршень от инерционных сил;
p1 - суммарное давление на поршень.
Определяем силу инерции деталей КШМ, движущихся поступательно по формуле:
Fj = - mj jn
где mj – масса деталей КШМ, движущихся поступательно:
,
- масса поршневой группы,
-масса шатуна, отнесенная к поршневому пальцу:
-масса шатуна. Ориентировочно принимаем:
массу поршневой группы mn(уд) = 10 ,
массу шатуна mш. (уд) = 12
mn = 10·3,14· (8,05)2/4=0,509 кг, mш. = 12·3,14· (8,05)2/4=0,610 кг,
mш.п..=0,275·0,610=0,168 кг, mj=mn+mш.п.= 0,509+0,168 = 0,677 кг.
Определим силы инерции деталей КШМ, движущихся поступательно и занесём значения в таблицу 8.2.
Таблица 8.2
Силы инерции, действующие в КШМ
φ0 |
j, м/с2 |
Fj, Н |
рj, МПа |
0 |
14432,13 |
-9764,35 |
-2,03 |
30 |
11279,54 |
-7631,41 |
-1,50 |
60 |
3885,57 |
-2628,86 |
-0,52 |
90 |
-3330,49 |
2253,31 |
0,44 |
120 |
-7216,06 |
4882,18 |
0,96 |
150 |
-7949,05 |
5378,09 |
1,06 |
180 |
-7771,14 |
5257,73 |
1,03 |
210 |
-7949,05 |
5378,09 |
1,06 |
240 |
-7216,06 |
4882,18 |
0,96 |
270 |
-3330,49 |
2253,31 |
0,44 |
300 |
3885,57 |
-2628,86 |
-0,52 |
330 |
11279,54 |
-7631,41 |
-1,50 |
360 |
14432,13 |
-9764,35 |
-1,92 |
370 |
14062,61 |
-9514,35 |
-1,87 |
380 |
12983,43 |
-8784,21 |
-1,73 |
390 |
11279,54 |
-7631,41 |
-1,50 |
420 |
3885,57 |
-2628,86 |
-0,52 |
450 |
-3330,49 |
2253,31 |
0,44 |
480 |
-7216,06 |
4882,18 |
0,96 |
510 |
-7949,05 |
5378,09 |
1,06 |
540 |
-7771,14 |
5257,73 |
1,03 |
570 |
-7949,05 |
5378,09 |
1,06 |
600 |
-7216,06 |
4882,18 |
0,96 |
630 |
-3330,49 |
2253,31 |
0,44 |
660 |
3885,57 |
-2628,86 |
-0,52 |
690 |
11279,54 |
-7631,41 |
-1,50 |
720 |
14432,13 |
-9764,35 |
-1,92 |
Рис. 8.4. Развернутая индикаторная диаграмма (с учетом давлений pj, p1)
Определяем и строим суммарную силу, действующую на поршень
(рис. 8.5.)
где численные значения суммарного давления берутся из диаграммы, представленной на рис. 8.4.
Рис.8.5.
График силы FΣ
Определяем силы FN ; Fs ; Fк и F с интервалом 30о, оформляем их значения в табличной форме (табл. 8.3) и строим развернутые диаграммы сил, действующих в КШМ двигателя (рис. 8.6, рис. 8.7).
Боковая сила, прижимающая поршень к цилиндру:
FN = F tg.
Сила, действующая вдоль шатуна:
Fs=F /cos.
Сила, направленная по радиусу кривошипа:
.
Тангенциальная сила, создающая вращающий момент на коленчатом валу:
Результаты расчета сводятся в табл. 8.3.
Таблица 8.3