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 L_Ш, примемλ = 0, 3.

В соответствии с этим: L_Ш = R / λ; L_Ш = 33, 5/0, 3 = 111, 67 мм.

Угловая скорость вращения коленчатого вала:

ω = π n_н/30 = 3, 14·5500/30 = 575, 67, с^-1. При j⁰ = 0:

0, мм.

0, м/с.

14432, 29, м/с².

Таблица 8.1

Кинематические параметры двигателя

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

р_Г - j^оп.кв, используя построенную индикаторную диаграмму действительного цикла в ходе теплового расчета двигателя.

p_r - давление газов; p_j - давление на поршень от инерционных сил;

p₁ - суммарное давление на поршень.

Определяем силу инерции деталей КШМ, движущихся поступательно по формуле:

F_j = - m_j× j_n

где m_j – масса деталей КШМ, движущихся поступательно:

,

- масса поршневой группы,

-масса шатуна, отнесенная к поршневому пальцу:

-масса шатуна. Ориентировочно принимаем:

массу поршневой группы m_n(уд) = 10 ,

массу шатуна m_ш. (уд) = 12

m_n = 10·3, 14· (8, 05)²/4=0, 509 кг, m_ш. = 12·3, 14· (8, 05)²/4=0, 610 кг,

m_ш.п..=0, 275·0, 610=0, 168 кг, m_j=m_n+m_ш.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

Рис. 8.4. Развернутая индикаторная диаграмма (с учетом давлений p_j, 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 F_Σ

Определяем силы F_N ; F_s; F_к и F_t с интервалом 30^о, 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 = FS × tgb.

Сила, действующая вдоль шатуна:

F_s=FS /cosb.

Сила, направленная по радиусу кривошипа:

^.

Тангенциальная сила, создающая вращающий момент на коленчатом валу:

Результаты расчета сводятся в табл. 8.3.

Таблица 8.3