1.4 Динамический расчет двигателя

Динамический расчет выполняют с целью определения сил и моментов, действующих на детали кривошипно-шатунного механизма, а также момента на выходном валу двигателя. Действующие силы и момент в одном цилиндре изображены векторами на схеме рис.1.1.

Рисунок1.1Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

Сила, действующая на поршень вдоль оси цилиндра:

, (20)

где m_A  масса поступательно двигающихся частей, приведенная к точке А.

Боковая сила, действующая на поршень:

(21)

где  = arcsin(_ksin).

Сила, действующая на шатун:

. (22)

Тангенциальная сила, действующая на кривошип:

. (23)

Нормальная сила, действующая на кривошип вдоль его оси:

. (24)

Крутящий момент на кривошипе:

. (25)

Кроме переменных сил, определяемых по формулам (20)  (24), действуют постоянные по величине силы инерции, направленные вдоль кривошипа от оси вала.

Сила инерции кривошипной головки шатуна:

, (26)

где m_шк  часть массы шатуна, приведенная на ось шатунной шейки,

сила инерции кривошипа:

, (27)

где m_к  приведенная масса кривошипа.

Поэтому при расчете шатунных и коренных подшипников вала определяют суммарные силы, действующие на подшипники с учетом сил инерции:

суммарная сила на шатунный подшипник

(28)

и суммарная сила на коренные подшипники

. (29)

Поскольку коренных опоры две, то последняя сила распределяется пополам на каждый подшипник. Формулы (23) и (27) справедливы только для одноцилиндрового двигателя. В многоцилиндровых конструкциях необходимо учитывать одновременное действие сил от разных соседних цилиндров, связанных с одним кривошипом или коренной опорой.

Программа расчета DVS - 2 предусматривает тепловой расчет по формулам (1)  (19) и динамический расчет по формулам (20)  (25). Расчет набегающих крутящих моментов выполняется отдельно с учетом числа цилиндров, их расположения и порядка работы в соответствии с индивидуальным заданием студента.

1.5 Исследовательская часть проекта

Исследовательская часть проекта касается теплового расчета и предусматривает изучение влияния какого-либо фактора на технико-экономические показатели двигателя. Это достигается с помощью вариантных расчетов, которые выполняются при различных значениях выбранного фактора, изменяющегося в реальном диапазоне. Кроме номинального выбирают еще 4 - 5 величин фактора Z и одновременно изменяют все другие исходные данные от него зависящие. С помощью ПК рассчитывают энергетические и экономические показатели, которые сравнивают между собой и устанавливают характер и степень влияния фактора Z.

Результат влияния фактора Z может быть положительным, может быть отрицательным, может быть частично положительным, частично отрицательным, а иногда можно выявить оптимальное значение этого фактора. Все это устанавливают с помощью вариантных расчетов. Поскольку факторов, влияющих на показатели двигателя, множество, каждый студент выбирает один из них и выполняет исследование расчетным путем.

Далее приведен примерный перечень факторов, влияние которых можно исследовать с помощью данной ФММ.

Тип двигателя и особенности его конструкции

1. Размеры и форма цилиндра(D, r_к, ).

2. Степень сжатия (, V_c).

3. Форма камеры сжатия (F_wп, F_wк).

4. Наддув и охлаждение наддувочного воздуха (Р_к, Т_к).

5. Cистема охлаждения, материалы стенок (Т_w).

Вид топлива и способ смесеобразования

1. Вид топлива (Huт, l_o, L_o).

2. Способ смесеобразования ().

Режимные факторы

1. скоростной режим (n, ).

2. Нагрузочный режим (m_тц, m_вц, ).

3. Режим холостого хода (Ne = 0, _m = 0).

4. Пусковой режим (холодный пуск Т_w = Т₀, горячий пуск Т_w; n_min).

Регулировочные факторы

1. Угол опережения зажигания (_с).

2. Продолжительность и характер сгорания (_z, m₁).

Эксплуатационные факторы

1. Давление атмосферного воздуха (Р_о).

2. Температура окружающей среды (Т_о).

3. Влажность воздуха (относительная в %).

Методические факторы

1. Расчетный шаг ().

2.Метод решения системы уравнений (Эйлера, Рунге - Кутта, Адамса, Штермера).

3. Способ описания процесса сгорания.

4. Способ описания внешнего теплообмена.

Дополнительные факторы

1. Процессы газообмена.

2. Двухтактный цикл.

3. Изменение состава рабочего тела.

4. Наличие разделенной камеры.

5. Испарение топлива.

6. Диссоциация продуктов сгорания.

7. Неоднородность рабочего тела в камере.

Исследование влияния конструктивных, режимных, регулировочных и эксплуатационных факторов проводится в рамках разработанной программы DVS - 2 .

Исследование влияния методических и дополнительных факторов требует корректировки программы расчета или ее полной реконструкции.