Центробежная сила инерции вращающейся массы шатуна
=
кН.
Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа и части шатуна
=
кН.
Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа
=
кН.
Удельные и суммарные силы
На рисунке 5.7 показано распределение сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме.
Когда поршень двигается от среднего положения к ВМТ или НМТ, то происходит уменьшение скорости его движения. В этом случае ускорение направлено от мертвой точки, у которой перемещается поршень, а сила инерции направлена к мертвой точке. Так, когда сжимается воздух в цилиндре и происходит сгорание топлива (высокий уровень давления газа на поршень), то силы инерции направлены в противоположную сторону действия давления газов, уменьшая их величину. На диаграмме, приведенной на рисунке 5.7 видно, что силы инерции вычитаются из сил давления газов. Остальные силы действуют и определяются аналитически по правилам, применяемым к векторам. Сила N определяет нагрузку пары трения «поршень – гильза». Сила S действует вдоль оси симметрии шатуна, сила К – вдоль кривошипа, а сила Т (тангенциальная сила) – создает крутящий момент на выходном конце коленчатого вала.
Рисунок 5.7 – Схема сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме: а) сила инерции (РJ ) поступательного движения, сила давления газа (Pг ) в цилиндре и сила инерции вращающихся масс шатуна (Кшr) и кривошипа (Кr); б) схема сил, возникающих от суммарной силы (Р= РJ + Pг ) поступательного движения, между поршнем и гильзой (N), вдоль шатуна (S), вдоль кривошипа (К) и тангенциальной силы (Т) вращения коленчатого вала
Удельная сила, сосредоточенная на оси поршневого пальца (заносится в таблицу 5.1 и строится график на рисунке 5.5) равна
,
МПа.
Удельная нормальная сила (см. рисунок 5.8.) , прижимающая поршень к гильзе цилиндра (заносится в таблицу 5.1 и строится график на рисунке 5.5).
,
МПа.
Значение
для = 0,285 определяется
из данных, приведенных в таблице 5.3.
Удельная сила, действующая вдоль шатуна (заносится в таблицу 5.1 и строится график на рисунке 6.5) равна
,
МПа.
Значение
для = 0,285 определяется
из данных, приведенных в таблице 5.4.
Удельная сила (см. Рисунок 5.7), действующая по радиусу кривошипа (заносится в таблицу 5.1 и строится график на рисунке 5.5) равна
,
МПа.
Значение
для = 0,285 определяется
из данных, приведенных в таблице 5.5.
Удельная и полная тангенциальные силы (см. Рисунок 5.7) соответственно определяются из следующих соотношений (заносится в таблицу 5.1) :
,
МПа и
,
кН.
Таблица 5.3 – Значения tg при = 0,24…0,31
|
|
0,24 |
0,25 |
0,26 |
0,27 |
0,28 |
0,29 |
0,30 |
0,31 |
|
|
0 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
- |
360 |
10 |
+ |
0,042 |
0,043 |
0,045 |
0,047 |
0,049 |
0,050 |
0,052 |
0,054 |
- |
350 |
20 |
+ |
0,082 |
0,086 |
0,089 |
0,093 |
0,096 |
0,100 |
0,103 |
0,106 |
- |
340 |
30 |
+ |
0,121 |
0,126 |
0,131 |
0,136 |
0,141 |
0,146 |
0,151 |
0,156 |
- |
330 |
40 |
+ |
0,156 |
0,162 |
0,169 |
0,176 |
0,182 |
0,189 |
0,196 |
0,202 |
- |
320 |
50 |
+ |
0,186 |
0,194 |
0,202 |
0,210 |
0,218 |
0,226 |
0,234 |
0,243 |
- |
310 |
60 |
+ |
0,211 |
0,220 |
0,230 |
0,239 |
0,248 |
0,257 |
0,267 |
0,276 |
- |
300 |
70 |
+ |
0,230 |
0,240 |
0,250 |
0,260 |
0,270 |
0,280 |
0,291 |
0,301 |
- |
290 |
80 |
+ |
0,241 |
0,252 |
0,263 |
0,273 |
0,284 |
0,295 |
0,306 |
0,316 |
- |
280 |
90 |
+ |
0,245 |
0,256 |
0,267 |
0,278 |
0,289 |
0,300 |
0,311 |
0,322 |
- |
270 |
100 |
+ |
0,241 |
0,252 |
0,263 |
0,273 |
0,284 |
0,295 |
0,306 |
0,316 |
- |
260 |
110 |
+ |
0,230 |
0,240 |
0,250 |
0,260 |
0,270 |
0,280 |
0,291 |
0,301 |
- |
250 |
120 |
+ |
0,211 |
0,220 |
0,230 |
0,239 |
0,248 |
0,257 |
0,267 |
0,276 |
- |
240 |
130 |
+ |
0,186 |
0,194 |
0,202 |
0,210 |
0,218 |
0,226 |
0,234 |
0,243 |
- |
230 |
140 |
+ |
0,156 |
0,162 |
0,169 |
0,176 |
0,182 |
0,189 |
0,196 |
0,202 |
- |
220 |
150 |
+ |
0,121 |
0,126 |
0,131 |
0,136 |
0,141 |
0,146 |
0,151 |
0,156 |
- |
210 |
160 |
+ |
0,082 |
0,086 |
0,089 |
0,093 |
0,096 |
0,100 |
0,103 |
0,106 |
- |
200 |
170 |
+ |
0,042 |
0,043 |
0,045 |
0,047 |
0,049 |
0,050 |
0,052 |
0,054 |
- |
190 |
180 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
- |
180 |
Таблица 5.4 – Значения 1/cos при = 0,24…0,31
|
|
0,24 |
0,25 |
0,26 |
0,27 |
0,28 |
0,29 |
0,30 |
0,31 |
|
|
0 |
+ |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
+ |
360 |
10 |
+ |
1,001 |
1,001 |
1,001 |
1,001 |
1,001 |
1,001 |
1,001 |
1,001 |
+ |
350 |
20 |
+ |
1,003 |
1,004 |
1,004 |
1,004 |
1,005 |
1,005 |
1,005 |
1,006 |
+ |
340 |
30 |
+ |
1,007 |
1,008 |
1,009 |
1,009 |
1,010 |
1,011 |
1,011 |
1,012 |
+ |
330 |
40 |
+ |
1,012 |
1,013 |
1,014 |
1,015 |
1,016 |
1,018 |
1,019 |
1,020 |
+ |
320 |
50 |
+ |
1,017 |
1,019 |
1,020 |
1,022 |
1,024 |
1,025 |
1,027 |
1,029 |
+ |
310 |
60 |
+ |
1,022 |
1,024 |
1,026 |
1,028 |
1,030 |
1,032 |
1,035 |
1,037 |
+ |
300 |
70 |
+ |
1,026 |
1,028 |
1,031 |
1,033 |
1,036 |
1,039 |
1,041 |
1,044 |
+ |
290 |
80 |
+ |
1,029 |
1,031 |
1,034 |
1,037 |
1,040 |
1,043 |
1,046 |
1,049 |
+ |
280 |
90 |
+ |
1,030 |
1,032 |
1,035 |
1,038 |
1,041 |
1,044 |
1,047 |
1,050 |
+ |
270 |
100 |
+ |
1,029 |
1,031 |
1,034 |
1,037 |
1,040 |
1,043 |
1,046 |
1,049 |
+ |
260 |
110 |
+ |
1,026 |
1,028 |
1,031 |
1,033 |
1,036 |
1,039 |
1,041 |
1,044 |
+ |
250 |
120 |
+ |
1,022 |
1,024 |
1,026 |
1,028 |
1,030 |
1,032 |
1,035 |
1,037 |
+ |
240 |
130 |
+ |
1,017 |
1,019 |
1,020 |
1,022 |
1,024 |
1,025 |
1,027 |
1,029 |
+ |
230 |
140 |
+ |
1,012 |
1,013 |
1,014 |
1,015 |
1,016 |
1,018 |
1,019 |
1,020 |
+ |
220 |
150 |
+ |
1,007 |
1,008 |
1,009 |
1,009 |
1,010 |
1,011 |
1,011 |
1,012 |
+ |
210 |
160 |
+ |
1,003 |
1,004 |
1,004 |
1,004 |
1,005 |
1,005 |
1,005 |
1,006 |
+ |
200 |
170 |
+ |
1,001 |
1,001 |
1,001 |
1,001 |
1,001 |
1,001 |
1,001 |
1,001 |
+ |
190 |
180 |
+ |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
+ |
180 |
Таблица 5.5 – Значения cos (+) / cos при = 0,24…0,31
-
0,24
0,25
0,26
0,27
0,28
0,29
0,30
0,31
0
+
1
1
1
1
1
1
1
1
+
360
10
+
0,978
0,977
0,977
0,977
0,976
0,976
0,975
0,975
+
350
20
+
0,912
0,910
0,909
0,908
0,907
0,906
0,905
0,903
+
340
30
+
0,806
0,803
0,801
0,798
0,795
0,793
0,790
0,788
+
330
40
+
0,666
0,662
0,657
0,653
0,649
0,645
0,640
0,636
+
320
50
+
0,500
0,494
0,488
0,482
0,476
0,469
0,463
0,457
+
310
60
+
0,317
0,309
0,301
0,293
0,285
0,277
0,269
0,261
+
300
70
+
0,126
0,117
0,107
0,098
0,088
0,078
0,069
0,059
+
290
80
-
0,064
0,075
0,085
0,095
0,106
0,117
0,127
0,138
-
280
90
-
0,245
0,256
0,267
0,278
0,289
0,300
0,311
0,322
-
270
100
-
0.411
0.422
0.432
0.443
0.453
0.464
0.475
0.485
-
260
110
-
0.558
0.568
0.577
0.586
0.596
0.606
0.615
0.625
-
250
120
-
0.683
0.691
0.699
0,707
0,715
0,723
0,731
0,739
-
240
130
-
0,785
0,792
0,798
0,804
0,810
0,816
0,822
0,829
-
230
140
-
0,866
0,870
0,875
0,879
0,883
0,887
0,892
0,896
-
220
150
-
0,926
0,929
0,931
0,934
0,937
0,939
0,942
0,944
-
210
160
-
0,968
0,969
0,970
0,971
0,973
0,974
0,975
0,976
-
200
170
-
0,992
0,992
0,993
0,993
0,993
0,994
0,994
0,994
-
190
180
-
1
1
1
1
1
1
1
1
-
180
Таблица 5.6 – Значения sin(+)/cos при = 0,24…0,31
|
|
0,24 |
0,25 |
0,26 |
0,27 |
0,28 |
0,29 |
0,30 |
0,31 |
|
|
0 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
- |
360 |
10 |
+ |
0,215 |
0,216 |
0,218 |
0,220 |
0,221 |
0,223 |
0,225 |
0,227 |
- |
350 |
20 |
+ |
0,419 |
0,423 |
0,426 |
0,429 |
0,432 |
0,436 |
0,439 |
0,442 |
- |
340 |
30 |
+ |
0,605 |
0,609 |
0,613 |
0,618 |
0,622 |
0,627 |
0,631 |
0,636 |
- |
330 |
40 |
+ |
0,762 |
0,767 |
0,772 |
0,777 |
0,782 |
0,788 |
0,793 |
0,798 |
- |
320 |
50 |
+ |
0,886 |
0,891 |
0,896 |
0,901 |
0,906 |
0,912 |
0,917 |
0,922 |
- |
310 |
60 |
+ |
0,972 |
0,976 |
0,981 |
0,985 |
0,990 |
0,995 |
0,999 |
1,004 |
- |
300 |
70 |
+ |
1,018 |
1,022 |
1,025 |
1,029 |
1,032 |
1,035 |
1,039 |
1,043 |
- |
290 |
80 |
+ |
1,027 |
1,029 |
1,030 |
1,032 |
1,034 |
1,036 |
1,038 |
1,040 |
- |
280 |
90 |
+ |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
- |
270 |
100 |
+ |
0,943 |
0,941 |
0,939 |
0,937 |
0,936 |
0,934 |
0,932 |
0,930 |
- |
260 |
110 |
+ |
0,861 |
0,858 |
0,854 |
0,851 |
0,847 |
0,844 |
0,840 |
0,837 |
- |
250 |
120 |
+ |
0,760 |
0,756 |
0,751 |
0,747 |
0,742 |
0,737 |
0,733 |
0,728 |
- |
240 |
130 |
+ |
0,646 |
0,641 |
0,636 |
0,631 |
0,626 |
0,620 |
0,615 |
0,610 |
- |
230 |
140 |
+ |
0,524 |
0,519 |
0,513 |
0,508 |
0,503 |
0,498 |
0,493 |
0,488 |
- |
220 |
150 |
+ |
0,395 |
0,391 |
0,387 |
0,382 |
0,378 |
0,373 |
0,369 |
0,364 |
- |
210 |
160 |
+ |
0,265 |
0,261 |
0,258 |
0,255 |
0,252 |
0,248 |
0,245 |
0,242 |
- |
200 |
170 |
+ |
0,133 |
0,131 |
0,129 |
0,127 |
0,126 |
0,124 |
0,122 |
0,121 |
- |
190 |
180 |
+ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
- |
180 |
Значение
для
= 0,285 определяется из данных, приведенных
в таблице 5.6.
В результате
расчетов получены данные изменения
удельных сил
,
,
,
,
,
от угла п.к.в. за два оборота (720),
которые сведены в таблице 5.1 и представлены
графиками на рисунке 5.5.
Средняя тангенциальная сила и крутящие моменты
Среднее значение тангенциальной силы за цикл по данным теплового расчета для одного цилиндра
Н.
По площади, заключенной между кривой РТ и осью абсцисс (см. рисунок 5.5 г), определяют:
,
Н.
Ошибка
.
Крутящий момент от одного цилиндра (см. таблицу 5.1)
,
Н.
Период изменения крутящего момента четырехтактного двигателя с равными интервалами между вспышками
.
Суммирование крутящих моментов для всех четырех цилиндров двигателя выполняется в табличной форме через каждые 10 угла п.к.в. (см. таблицу 5.7) и строится в масштабе график (см. рисунок 5.5, д) за период 180 (период повторения цикла между цилиндрами) поворота коленчатого вала.
Таблица 5.7 – Определение суммарного крутящего момента
|
Цилиндры |
Мкр, |
|||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
||||||
криво-шипа |
Мкрц,
|
криво- шипа |
Мкрц,
|
криво- шипа |
Мкрц,
|
криво- шипа |
Мкрц,
|
||
0 |
0 |
0 |
180 |
0 |
360 |
0 |
540 |
0 |
0 |
10 |
10 |
-132,4 |
190 |
-28,0 |
370 |
+125,5 |
550 |
-29,8 |
-644,7 |
20 |
20 |
-203,2 |
200 |
-65,2 |
380 |
+161,3 |
560 |
-67,1 |
-174,2 |
30 |
30 |
-223,3 |
210 |
-94,6 |
390 |
+176,6 |
570 |
-97,4 |
-238,7 |
40 |
40 |
-209,7 |
220 |
-123,0 |
400 |
+156,6 |
580 |
-126,8 |
-302,9 |
50 |
50 |
-174,3 |
230 |
-154,7 |
410 |
+128,6 |
590 |
-155,7 |
-356,1 |
60 |
60 |
-127,6 |
240 |
-165,2 |
420 |
+124,8 |
600 |
-169,7 |
-337,7 |
70 |
70 |
-65,2 |
250 |
-159,4 |
430 |
+142,6 |
610 |
-165,9 |
-247,9 |
80 |
80 |
+19,6 |
260 |
-139,8 |
440 |
+185,5 |
620 |
-146,3 |
-81,0 |
90 |
90 |
+97,4 |
270 |
-103,9 |
450 |
+234,3 |
630 |
-103,5 |
+124,3 |
100 |
100 |
+140,7 |
280 |
-36,3 |
460 |
+248,9 |
640 |
-39,1 |
+314,2 |
110 |
110 |
+160,3 |
290 |
+32,6 |
470 |
+244,2 |
650 |
+61,5 |
+498,6 |
120 |
120 |
+165,2 |
300 |
+97,0 |
480 |
+229,3 |
660 |
+121,4 |
+612, 9 |
130 |
130 |
+152,9 |
310 |
+123,0 |
490 |
+190,1 |
670 |
+183,6 |
+649,6 |
140 |
140 |
+127,7 |
320 |
+138,0 |
500 |
+147,3 |
680 |
+208,8 |
+621,8 |
150 |
150 |
+94,6 |
330 |
+137,8 |
510 |
+115,3 |
690 |
+219,6 |
+567,3 |
160 |
160 |
+63,4 |
340 |
+120,2 |
520 |
+76,4 |
700 |
+201,3 |
+461,3 |
170 |
170 |
+29,8 |
350 |
+71,8 |
530 |
+30,8 |
710 |
+139,8 |
+272.2 |
180 |
180 |
0 |
360 |
0 |
540 |
0 |
720 |
0 |
0 |
Средний крутящий момент двигателя:
по данным теплового расчета
;
по площади, заключенной под кривой Мкр (см. рисунок 5.5, д)
.
Ошибка
.
Максимальный и минимальный крутящие моменты (см. рисунок 5.5, д)
;
.