Техническая характеристика трактора (стр. 4 из 5)

3.2 Определение усилий, действующих на поршневой палец вдоль оси цилиндра

Вдоль оси цилиндра на поршень действует сила давления газов и силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс.

Для удобства сложения сил давления газов F_r и сил инерции F_j возвратно-поступательно движущихся масс изображаем их в одинаковом масштабе, что позволяет графически получить суммарное усилие, действующее на поршневой палец

Силы давления газов определяем по формуле

, (68)

где P_s - текущее давление газов по индикаторной диаграмме, Па;

P_o =98100 - атмосферное давление, Па;

D =0,094- диаметр цилиндра, м.

Сила инерции F_j складывается из сил инерции первого F_j1 и второго F_j2 порядков

(69)

где m - приведенная масса возвратно-поступательно движущихся частей, кг.

Приведенная масса возвратно-поступательно движущихся частей состоит из массы поршня и части массы шатуна. В расчетах принимаем

m=m_п+0,275m_ш;

m_п=254

=1,76 кг;

m_ш=300

=2,08 кг;

m=1,76 +0,275

2,08=2,33 кг;

где масса поршня m_п и масса шатуна m_ш найдены по величине удельной массы этих узлов, то есть массы, отнесенной к площади поршня. Для тракторных двигателей величины удельных масс поршня и шатуна имеют следующие значения: m_п=254, m_ш=300

Силы давления газов и силы инерции принимаем положительными, если они действуют к оси коленчатого вала, и отрицательными, если они направлены от коленвала. Определив по формулам (35), (36) величины F_r и F_j для различных значений угла поворота кривошипа, строим график зависимости суммарного усилия, действующего на поршень вдоль оси цилиндра от угла α. Результат расчетов сводим в таблицу (смотри приложение).

3.3 Определение усилий, действующих на шатунную шейку коленчатого вала

Суммарная сила F_∑, действующая на поршневой палец, раскладываем на две составляющие (рис 1):

Нормальную

(70)

и силу S, направленную вдоль оси шатуна

(71)

Силу S, действующую на шатунную шейку, разлаживаем на радиальную K¢ и тангенциальную Т составляющие, определяемые по формулам

(72)

(73)

Кроме того, на шатунную шейку действует центробежная сила

вызванная вращением масс шатуна, приведенных к его нижней головке. Величину определяем по формуле

, (74)

где m_нгш = 0.725

m_ш =0,725 2,08=1,508 – масса шатуна, приведенная к его нижней головке, кг.

Результирующая радиальная сила определяется алгебраической суммой составляющих

и К', то есть

(75)

Результаты действующих усилий приведены в приложении.

3.4 Определение параметров маховика

Основным назначением маховика является обеспечение заданной равномерности вращения коленчатого вала и возможности трогания трактора с места. Причиной неравномерности вращения коленчатого вала двигателя при установившимся режиме является периодический характер изменения крутящего момента.

Степень равномерности вращения коленчатого вала при установившимся режиме характеризуется коэффициентом неравномерности хода

, (76)

где w_max – максимальная угловая скорость вала, рад/с;

w_min – минимальная угловая скорость вала, рад/с;

w_ср – средняя угловая скорость коленчатого вала, рад/с;

В то же время величина d определяется из соотношения

, (77)

где L_изб – избыточная работа крутящего момента, Дж;

I_o – приведенный к оси коленчатого вала момент инерции движущихся масс двигателя

.

Для определения параметров маховика необходимо найти его момент инерции, который для тракторных двигателей равен

I_м = 0,825 I_o, (78)

где I_o определяется из (62), причем избыточная работа Lизб берется из

соотношений L_изб / L_ср =0,17.

Средняя работа крутящего момента

L_ср = M_ср Dj= M_ср

4p, (79)

где Dj - один цикл работы двигателя, выраженный в радианах (для четырехтактного двигателя Dj = 4p);

M_ср – средний крутящий момент.

I₀=L_изб/d

w²=Lср

0,17/d w²

I₀=М_ср

p

0,68/d w²

I_М=0,561

p М_ср/d w²

Для нахождения M_ср построим кривую изменения суммарного крутящего момента двигателя как функцию угла поворота a.

Для построения кривой моментов используется график касательных сил Т, учитывая, что для одного цилиндра

M_крц = Т

r

Определение крутящего момента многоцилиндрового двигателя производим путем суммирования крутящих моментов отдельных цилиндров, для чего на график М_крц первого цилиндра накладывают графики М_крц остальных цилиндров, учитывая сдвиг фаз q

Для четырехтактных двигателей q = 720⁰ / 4 =180⁰;

Суммирование производим как графически, так и аналитически, табличным способом (смотри приложение)

Средний крутящий момент

М_ср=318 Н

м;

Полученную величину М_ср контролируем, используя формулу

Н

м (80)

где M_е- эффективный крутящий момент;

η_мех - механический КПД

Ошибка ∆=(М_ср.- М_ср.гр)_./ М_ср..

100=0. Используя формулы (60), (61), (62), находим I_м.

Предварительно принимаем, что средний диаметр маховика равен

D_ср =2,5S=2,5

0,110=0,270 м, (81) где S – ход поршня.

Учитывая, что

, (82)

где m_м – масса маховика.

, (83)

, (84)

(85)

Наружный диаметр маховика выбирается с учетом условия прочности, которое выражается в том, чтобы окружная скорость V_м на ободе маховика не превышала допустимой (для чугунных маховиков V_м≤70м/с, для стальных литых V_м≤100м/с, для стальных штампованных V_м≤110м/с)