Аналітичне дослідження кривошипно-шатунного механізма автомобільних двигунів (стр. 4 из 9)
Таблиця 4
| 1 | Двигун | ВАЗ–2106 |
| 2 | Діаметр циліндра D, мм | 79 |
| 3 | Хід поршня S, мм | 80 |
| 4 | Ступінь тиску e | 8,5 |
| 5 | Число обертів колінчастого вала, що відповідає максимальному крутному моменту nm, об/хв. | 3000 |
| 6 | Маса комплектного поршня mn, г | 480 |
| 7 | Маса шатуна mш, г | 730 |
| 8 | Частина маси шатуна m1, приведена до осі поршневого пальця, г | 183 |
| 9 | Радіус кривошипа r, мм | 40 |
| 10 | Довжина шатуна (відстань між центрами верхньої і нижньої головок) l, мм | 160 |
| 11 | Дезаксіал е, мм | - 2 |
4.2. Кінематичний розрахунок кривошипно-шатунного механізма
Кінематичний розрахунок центрального кривошипно-шатунного механізма проводився за формулами (2), (5), (6). Кінематичний розрахунок дезаксіального механізма – за формулами (7) – (9).
Розрахунок проводився на ПК за програмами, наведеними в додатку 1. Результати розрахунків представлені в таблицях 1 – 9 додатку 2.
Як показують результати розрахунків, у двигунах з дезаксіальним КШМ (при позитивному дезаксіалі) спостерігається зменшення швидкості поршня при його перебуванні в районі в.м.т. на такті розширення (0...30о повороту колінчастого вала). При значенні е=0.002 мм швидкість поршня зменшується на 2-7%, при значенні е=0.004 мм – на 4-11% у порівнянні з аксіальним КШМ (таблиця 5).
Таблиця 5
| j, град | Швидкість поршня V, м/сек | ||||
| е = -0,004мм | е = -0,002мм | е = 0 | е =0,002мм | е =0,004мм | |
| 330 340 350 0 (в.м.т.) 10 20 30 | -7,3 -5,0 -2,4 0,3 3,0 5,6 7,9 | -7,5 -5,1 -2,5 0,1 2,8 5,4 7,7 | -7,6 -5,3 -2,7 0 2,7 5,3 7,6 | -7,7 -5,4 -2,8 -0,1 2,5 5,1 7,5 | -7,9 -5,6 -3,0 -0,3 2,4 5,0 7,3 |
4.3. Динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізма
Сила інерції мас, що здійснюють зворотно-поступальний рух, обчислю-валась за формулою (15)
Pj = – m×j.
Маса частин, які здійснюють зворотно-поступальний рух, рівна
m = mп + m1,
де mп – маса комплектного поршня, включаючи маси власне поршня, поршневих кілець, поршневого пальця, m1 – частина маси шатуна, приведена до осі поршневого пальця. Маси поршня і шатуна визначалися зважуванням. Частина маси шатуна, приведена до осі поршневого пальця, приймалась рівною (згідно рекомендацій) m1 = 0.25mш.
Прискорення мас, які здійснюють зворотно-поступальний рух, розраховано в розділі 4.3.
Сила тиску газів на поршень визначалась за формулою (21)
Рг = (рг – р0)×Fn.
Значення тиску газів в циліндрі визначалось за індикаторною діаграмою. Так як в літературі не наводиться індикаторна діаграма робочого циклу двигуна ВАЗ-2106, проводилась побудова наближеної діаграми для даного двигуна. За основу взято наведену в [6] індикаторну діаграму робочого циклу чотиритактного бензинового двигуна і трансформовано її в індикаторну діаграму досліджуваного двигуна з врахуванням значень тиску у базових точках. Такими є наступні точки: точка а – тиск в кінці такту впуску, точка с – тиск в кінці такту стиску, точка z – максимальний тиск в циліндрі в кінці процесу горіння, точка b – тиск на початку процесу випуску. З врахуванням даних, наведених в таблицях 1-4, а також параметрів двигуна, тиск в базових точках рівний:
pа = pв – Dpа = pв – 0.1pв = 0.9pв = 0.9*0.108 = 0.093 МПа;
pc = pa
= 0.093 * 8.51.34 = 1.64 МПа;pz = 0.85lpc = 0.85 * 3.9 * 1.64 = 5.4 МПа;
pb=0.35 МПа.
Побудована за такими даними діаграма наведена на рис.9.
Значення сили тиску газів через 10о повороту колінчастого вала наведено в таблицях додатку 4 і позначено як P1. Сила інерції мас, що рухаються зворотно-поступально, позначена в цих таблицях як Р2.
Сила N, яка притискає поршень до стінки циліндра, обчислювалась за формулою (11)
N = P×tgb.
Значення кута b для аксіального кривошипно-шатунного механізма виходячи з розрахункової схеми, наведеної на рис.2, розраховувалось як
.Значення кута b для дезаксіального кривошипно-шатунного механізма виходячи з розрахункової схеми, наведеної на рис.3, розраховувалось як
.Результати розрахунку сили N представлені в таблиці 5.
За отриманими результатами побудовано графічні залежності сили N від кута повороту колінчастого вала двигуна при різних значеннях дезаксіалу (рис.10). Як видно з рисунка, максимальне значення бокової сили N при русі поршня з в.м.т. до н.м.т. при такті розширення зменшується на 10% при е=0.002 мм і на 19% при е=0.004 мм в порівнянні з аксіальним механізмом. При русі поршня з н.м.т. до в.м.т. при такті стиску ця сила зростає відповідно на 9% і 17%. Нерівномірність навантаження k стінок циліндра визначалась як частка від ділення максимальної бокової сили при такті розширення до максимального її значення при такті стиску. Для аксіального механізма нерівномірність навантаження становить k=3,85, для дезаксіального при значенні е=0.002 мм k=3,13, при значенні е=0.004 - k=2,63.
Таблиця 5
| j, град | N, Н | ||||||||
| е=-0.004 | е=-0.003 | е=-0.002 | е=-0.001 | е=0 | е=0.001 | е=0.002 | е=0.003 | е=0.004 | |
| 0 | 43.16 | 32.37 | 21.58 | 10.79 | 0 | -10.79 | -21.58 | -32.38 | -43.16 |
| 10 | -17.22 | -23.10 | -29.01 | -34.94 | -40.93 | -46.85 | -52.83 | -58.83 | -64.85 |
| 20 | -57.81 | -64.01 | -70.24 | -76.51 | -83.16 | -89.17 | -95.56 | -101.98 | -108.45 |
| 30 | -98.32 | -104.99 | -111.72 | -118.52 | -126.21 | -132.29 | -139.26 | -146.30 | -153.40 |
| 40 | -134.83 | -141.98 | -149.22 | -156.54 | -165.17 | -171.43 | -179.01 | -186.67 | -194.42 |
| 50 | -160.13 | -167.56 | -175.11 | -182.76 | -191.55 | -198.40 | -206.38 | -214.48 | -222.69 |
| 60 | -194.87 | -203.17 | -211.59 | -220.15 | -228.88 | -237.67 | -246.64 | -255.74 | -264.99 |
| 70 | -198.41 | -206.68 | -215.11 | -223.69 | -230.93 | -241.32 | -250.37 | -259.58 | -268.95 |
| 80 | -180.61 | -188.37 | -196.29 | -204.38 | -209.73 | -221.06 | -229.66 | -238.44 | -247.39 |
| 90 | -159.26 | -166.43 | -173.77 | -181.28 | -185.49 | -196.82 | -204.85 | -213.07 | -221.46 |
| 100 | -138.13 | -144.66 | -151.36 | -158.22 | -162.34 | -172.43 | -179.80 | -187.33 | 195.04 |
| 110 | -105.21 | -110.65 | -116.25 | -121.99 | -126.39 | -133.93 | -140.12 | -146.47 | -152.98 |
| 120 | -83.43 | -88.03 | -92.75 | -97.60 | -102.62 | -107.69 | -112.93 | -118.30 | -123.81 |
| 130 | -62.07 | -65.78 | -69.60 | -73.51 | -78.57 | -81.66 | -85.90 | -90.23 | -94.68 |
| 140 | -67.08 | -71.09 | -75.18 | -79.35 | -84.82 | -87.92 | -92.33 | -96.83 | -101.40 |
| 150 | -51.02 | -54.72 | -58.49 | -62.31 | -67.02 | -70.12 | -74.11 | -78.16 | -82.27 |
| 160 | -50.41 | -55.83 | -61.30 | -66.80 | -72.68 | -77.93 | -83.55 | -89.20 | -94.89 |
| 170 | -25.75 | -34.53 | -43.33 | -52.16 | -61.05 | -69.86 | -78.75 | -87.65 | -96.57 |
| 180 | 80.90 | 60.67 | 40.45 | 20.22 | 0 | -20.22 | -40.45 | -60.67 | -80.90 |
| 190 | 1019.36 | 926.00 | 832.69 | 739.44 | 646.57 | 553.09 | 459.98 | 366.91 | 273.88 |
| 200 | 1058.72 | 998.26 | 937.89 | 877.59 | 817.70 | 757.22 | 697.15 | 637.14 | 577.20 |
| 210 | 1050.87 | 1006.05 | 961.34 | 916.72 | 873.04 | 827.79 | 783.46 | 739.23 | 695.09 |
| 220 | 981.03 | 946.45 | 911.99 | 877.66 | 844.66 | 809.34 | 775.36 | 741.49 | 707.74 |
| 230 | 917.11 | 888.48 | 860.00 | 831.66 | 804.49 | 775.40 | 747.49 | 719.71 | 692.06 |
| 240 | 890.23 | 864.42 | 838.79 | 813.32 | 788.06 | 762.88 | 737.91 | 713.09 | 688.43 |
| 250 | 855.46 | 831.59 | 807.92 | 784.44 | 759.65 | 738.03 | 715.10 | 692.34 | 669.76 |
| 260 | 864.24 | 840.65 | 817.26 | 794.08 | 768.19 | 748.32 | 725.73 | 703.34 | 681.14 |
| 270 | 834.53 | 811.78 | 789.23 | 766.90 | 741.29 | 722.84 | 701.11 | 679.57 | 658.23 |
| 280 | 787.05 | 765.29 | 743.73 | 722.37 | 698.31 | 680.25 | 659.48 | 638.90 | 618.50 |
| 290 | 702.85 | 682.76 | 662.85 | 643.12 | 622.08 | 604.20 | 585.00 | 565.98 | 547.12 |
| 300 | 609.95 | 591.57 | 573.34 | 555.27 | 537.39 | 519.59 | 501.97 | 484.50 | 467.18 |
| 310 | 513.99 | 497.22 | 480.57 | 464.05 | 448.68 | 431.37 | 415.22 | 399.18 | 383.27 |
| 320 | 420.16 | 404.71 | 389.36 | 374.11 | 360.17 | 343.88 | 328.91 | 314.03 | 299.24 |
| 330 | 306.94 | 293.39 | 279.91 | 266.49 | 253.98 | 239.86 | 226.65 | 213.50 | 200.41 |
| 340 | 217.85 | 205.17 | 192.53 | 179.94 | 167.72 | 154.88 | 142.41 | 129.99 | 117.61 |
| 350 | 123.88 | 112.46 | 101.06 | 89.68 | 78.37 | 66.98 | 55.67 | 44.37 | 33.09 |
| 360 | 43.16 | 32.37 | 21.58 | 10.79 | 0 | -10.79 | -21.58 | -32.38 | -43.16 |
Висновки