Основы теории трактора и автомобиля (стр. 5 из 7)
Таблица 6. Результаты динамического расчета КШМ
| j | Pг | Рj | På | Pш | N | K | T | Mi = RT 103 |
| град | кН | кН | кН | кН | кН | кН | кН | Нм |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 0 | ||||||||
| 20 | ||||||||
| 720 |
Суммарная сила Рå, действующая по оси цилиндра и приложенная к оси поршневого пальца, раскладывается на две составляющие по закону параллелограмма:
- нормальную N = På tgb , (88)
и силу S, действующую по оси шатуна
, (89)Угол наклона оси шатуна к вертикали b считается со знаком "+", если шатун отклоняется в сторону движения кривошипа, и со знаком "-" при отклонении в противоположную сторону.
b= arcsin (lsin j) (90)
От действия силы S через шатун на шатунную шейку коленвала возникают силы:
-радиальная
(91)-тангенциальная
(92)На шатунную шейку также действует центробежная сила К:
K||= (0,7...0,8) mш Rw2 (93)
Силы К | и К || направлены по одной прямой, в связи с чем их равнодействующая:
К = К | + К || (94)
Радиальная сила считается положительной, если действует к оси вращения коленвала и отрицательной, если - от оси вращения (К " - всегда отрицательна). Тангенциальная сила положительна, когда действует по направлению вращения коленвала и отрицательна, если - против направления вращения.
Для сокращения объема расчетов значения входящих в уравнения тригонометрических функций [(cos j + l cos2j ), sin( j + b )/cos b , cos(j+b )/cos b и другие ] берем из заранее составленных таблиц (приложение 7...11). Значения сил обычно берутся через 20о поворота кривошипа. Все данные расчетов сводим в таблицу 6. Следует в таблице рассчитать независимо от шага углаj, значения сил, соответствующих точке наибольшего давления по индикаторной диаграмме точке Z и точке в 370. В этой же таблице следует привести значения крутящего момента одного цилиндра.
Необходимо в курсовой работе также привести графики сил, действующих в КШМ: Рг , Рj , РΣ , S, N, K` , T (рис. 3).
В курсовой работе предполагается выполнение данного расчета с применением ПЭВМ, в частности, с использованием пакетов программ EXSEL, Super Callk.5 , Quadropro и т.п.
3.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАХОВИКА
В реальном двигателе даже при установившемся режиме угловая скорость колеблется в течение цикла. Причиной тому является изменение крутящего момента двигателя Мкр от которого зависит равномерность хода двигателя. Коэффициент неравномерности хода :
, (95) где wmax и wmin - соответственно максимальная и минимальная угловая скорость коленвала за цикл, рад/с;wср - средняя угловая скорость, w ср = (wmax + wmin )/2 :
Минимальное и максимальное значения угловой скорости соответствуют точкам пересечения кривой суммарного крутящего момента всех цилиндров двигателя, с линией среднего момента (точки а и b, при наибольшей площади Fизб - рис. 4).
График суммарного крутящего момента получают следующим образом.
Крутящий момент (нм) одного цилиндра равен :
Мкр = T R , (96)
где Т - текущее значение тангенциальной силы (из динамического расчета), н;
R - радиус кривошипа , м.
Следовательно, график тангенциальной силы в масштабе mм = mтR103 представляет собой и график крутящего момента одного цилиндра.
У многоцилиндрового рядного двигателя следует сложить диаграммы крутящих моментов всех цилиндров с учетом сдвига фаз, определяемых порядком работы. Так у двухцилиндрового 4-х тактного двигателя с порядком работы 1-2-0-0 (с кривошипом под углом в 180 0 ) сдвиг фаз крутящего момента второго цилиндра относительно первого составит 180 . У четырехцилиндровых четырехтактных двигателей отдельные диаграммы должны быть последовательно(по порядку работы) сдвинуты по фазе одна относительно другой на 180 , шестицилиндровых - на 120 , у восьмицилиндровых - на 90 , у двенадцатицилиндровых - на 60 .
В курсовой работе сложение диаграмм производим табличным методом.
Таблица 7. Результаты расчета суммарного крутящего момента (для рядного двигателя)
| j, град | К р у т я щ и й м о м е н т , Нм | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ....... | i | Mкр | |
| 0 | ....... | ||||||
| 20 | ....... | ||||||
| 40 | ........ | ||||||
| ....... | ....... | ....... | ....... | ........ | ....... | ........ | ........ |
| q= 720/i | ........ | ||||||
В таблицу 7 по результатам динамического расчета, вносим и значения Мкр, соответствующих точке наибольшего давления для каждого цилиндра. В результате должна получиться диаграмма, в которой МКР будет изменяться периодически с периодом равным:
, (97)где i - число цилиндров. (Верно для i >= 4).
Определяем величину среднего крутящего момента. Для этого графически строим зависимость Мкр = f(j) лишь для одного периода Q с достаточно крупным масштабом mм .
Для V-образных двигателей получение диаграммы суммарного крутящего момента производим в следующем порядке. Вначале суммируем с учетом сдвига фаз по порядку работы двигателя моменты первого ряда. Сдвиг фаз выполняется на угол:
, (98)где i р - количество цилиндров одного ряда.
Например, для 6-цилиндрового V-образного двигателя с порядком работы 1-4-2-5-3-6 складывают моменты 1, 2 и 3 цилиндров, где момент 2-го цилиндра сдвинут относительно 1-го на 240 , а момент 3-го на 480 относительно 1-го. Получаем диаграмму суммарного момента 1-го ряда. Диаграмма второго ряда будет отличаться лишь сдвигом по фазе на определенный угол (угол развала цилиндров, например 90°). Поэтому, чтобы получить диаграмму суммарного момента двигателя, необходимо диаграмму момента 1-го ряда суммировать с такой же диаграммой, но сдвинутой на угол развала. Сложение также рекомендуется проводить табличным методом. Для построения кривой суммарного момента результаты расчета рекомендуется представить в таблице следующей формы (таблица 8).
Таблица 8. Результаты расчета суммарного крутящего момента (для V-образного двигателя)
| j, град | К р у т я щ и й м о м е н т , Нм | ||||||
| 1 | 2 | ..... | i | Mp1 | Mp2 | Mкр | |
| 0 | ..... | ||||||
| 20 | ..... | ||||||
| 40 | ..... | ||||||
| ..... | ..... | ..... | ..... | ..... | ..... | ..... | ..... |
| q = 720/i | ..... | ||||||
Величину среднего крутящего момента подсчитываем по формуле:
×(мм), (99)где SF+ - суммарная площадь над осью абсцисс диаграммы, мм 2;
SF - - суммарная площадь под осью абсцисс диаграммы, мм 2;
l - длина диаграммы, соответствующая q , мм (рис. 5).
Допускается величину Мср. находить при одинаковых интервалах по j непосредственно по таблице 7 или 8 проссумировав Мкр в последней графе и разделив на число интервалов:
, (99а)здесь n- число слогаемых
m=n-1 –количество интервалов
В том случае, если для какого то интервала приведена промежуточная точка в середине интервала, то для расчета Мср можно воспользоваться приведенной выше формулой, в числителе который под знаком суммы Мкр для промежуточной точки взять с коэффициентом 0,5, а значение Мкр по границам этого интервала с коэффициентом 0,75. При этом количество интервалов подставлять без учета промежуточных точек.
Откладываем на графике Мкр = f(j) прямую, для которой Мкр = Мср . Полученная величина представляет собой индикаторный крутящий момент, тогда эффективный крутящий момент:
Ме = Мср ηм, (100)
где ηм - механический КПД
Полученный результат можно сравнить с полученным ранее Ме и оценить ошибку. Определяем площадь Fизб - наибольшая за период q, превышающая Мср по графику. Соответствующая ей избыточная работа (Н × м):
Lизб = Fизбmмmj , (101)
где Fизб - избыточная площадь, мм2 ;
mм - масштаб крутящего момента, Нм/мм;
mj - масштаб угла поворота коленвала, рад/мм.
Избыточная работа представляет собой работу крутящего момента за время от w = wmin до w = wmax . Определяем момент инерции всех движущихся масс, приведенных к оси коленвала (кг м 2 или Нм с 2 ):
, (102)где d - коэффициент неравномерности хода.
Допускаемые значения коэффициента неравномерности хода составляют, для тракторных двигателей d = 0,003...0,01; для автомобильных
d = 0,01...0,02. Чем больше цилиндров, тем меньше d. Угловая скорость wср = 2 p nе . Задаваясь коэффициентом неравномерности хода d и учитывая, что момент инерции маховика Jм = (0,8-0,9)Jo , определяют Jм . Как правило маховик выполнен в виде диска или диска с массивным ободом и средний диаметр проходит через центр тяжести половины поперечного сечения обода маховика.
, (103)