4 Кинематика четырехтактного поршневого двигателя
В данном учебном пособии в качестве примера приведен расчет кинематики, динамики и основных деталей бензинового двигателя внутреннего сгорания, предназначенного для установки на легковой автомобиль, в объеме курсового и частично дипломного проектов.
К исходным данным относятся:
размерность,
–
78/78 мм,
частота вращения, n = 5600 мин-1,
мощность,
=
55,2 (75), кВт (л. с.),объем цилиндра,
=
372,7, см3,
объем камеры сжатия,
=
9,7, см3,
количество цилиндров, z = 4,
расположение цилиндров – рядное.
Рабочий процесс проектируемого двигателя приведен в разделе 2. Размеры и вес шатуна, коленчатого вала, поршня и других деталей приняты применительно к двигателям автомобилей ваз.
Расчет кинематики и динамики кривошипно-шатунного механизма (КШМ) можно выполнять по любому из двух методов, изложенных в подразделах 3.1, 3.2 и разделе 5.
4.1 Графический метод (метод касательных)
ХОД ПОРШНЯ
Ход
(перемещение) поршня (S)
в зависимости от угла поворота коленчатого
вала (
)
может быть определен по формуле
или
,
м,
где
;
;
r – радиус кривошипа, м; l – длина шатуна, м.
Значения «А», в
зависимости от «
»
и «
»,
берутся из таблицы 4.1. Построение
выполняется внизу под индикаторной
диаграммой (см. рисунок 4.1). При этом за
ход поршня (S) в определенном масштабе
принимается длина индикаторной диаграммы,
соответствующая рабочему объему цилиндра
(Vh).
Для центрального
КШМ перемещение поршня в зависимости
от угла поворота коленчатого вала
(п.к.в.) можно построить графически. Для
этого на отрезке, равном длине индикаторной
диаграммы, из центра O
= Vh
/ 2 = S
/ 2 = r
, проводят полуокружность. Вправо от
точки О откладывают величину
(м), равную отрезку (О – О/).
Из точки О/
произвольным радиусом вписываем
полуокружность в ранее выполненную
(первую).
Полуокружность с
центром О/
разбивают на 12 равных частей, через
которые проводят лучи из центра О/
до пересечения с первой полуокружностью,
получая соответственно точки
,
,
,
…
,
которые будут соответствовать перемещению
поршня при повороте кривошипа коленчатого
вала на каждые 15.
На вертикальной
оси через каждые 15
откладывают
градусы пкв от 0 до 360,
через которые проводятся тонкими линиями
горизонтали до пересечения их с
вертикальными линиями, проведенными
соответственно из точек
,
,
,
…
.
Соединяя точки пересечения вертикальных
и горизонтальных прямых
,
,
,
…
,
получают график перемещения поршня в
зависимости от угла п.к.в.
.
СКОРОСТЬ ПОРШНЯ
Скорость поршня
(
п)
определяется по приближенной формуле
,
где – средняя угловая скорость вращения коленчатого вала, с-1, равная = 0,105n; n – частота вращения коленчатого вала, мин-1.
Значение
берется из таблицы 4.3.
На
рисунке 4.1 на вертикальной оси откладывают
в определенном масштабе скорость поршня
через каждые 15
в зависимости от перемещения поршня
для данных градусов угла п.к.в. Соединяя
полученные точки, получают график
.
УСКОРЕНИЕ ПОРШНЯ
Ускорение поршня ( j ) строится на том же графике, что и скорость – перемещение поршня.
Для этого определяют максимальное jmax и минимальное jmin значения ускорений, которые затем откладывают в определенном масштабе от оси В – Z.
;
.
Соединяя прямой
точки «E»
и
«F»,
находят точку пересечения ее с осью
абсцисс – точку «G».
Из точки «G»
вниз откладывают по перпендикуляру к
оси абсцисс отрезок «GH»,
равный величине
.
Соединяют прямыми точки «E»
и «F»
с точкой «H».
Полученные отрезки «EH» и «FH» делят
равными отрезками на одинаковое число
частей, обозначая отрезки цифрами 1, 2,
3, 4, 5, 6, 7, 8 (рисунок 5.1). Соединяют
точки, имеющие одинаковые цифры, прямыми
«1 – 1»; «2 – 2»; «3 – 3»; «4 – 4»; «5 – 5»; «6
– 6»; «7 – 7»; «8 – 8» и вписывают к
прямым касательную «EF»,
которая и будет графиком изменения
ускорения в зависимости от перемещения
поршня j
= f
( S
).