Тепловой и динамический расчет двигателя (стр. 4 из 6)

Рисунок 2 – Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя

С помощью построенной характеристики определяем максимальный эффективный крутящий момент:

и минимальный эффективный удельный расход топлива: , а также коэффициент приспособляемости К:

. (60)

где

- эффективный крутящий момент при номинальной мощности.

3. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма

3.1 Расчет сил давления газов

Силы давления газов, действующие на площадь поршня, заменяем одной силой

, направленной вдоль оси цилиндра и приложенной к оси поршневого пальца.

Сила

определяется для ряда углов поворота коленчатого вала по действительной развернутой индикаторной диаграмме.

Построение действительной развернутой индикаторной диаграммы производим в координатах

.

Сила давления газов, Н:

, (61)

где

- площадь поршня, ;

- атмосферное давление, МПа;

- абсолютное и избыточное давление газов над поршнем в любой момент времени, МПа.

Величины

снимаем с развернутой индикаторной диаграммы для требуемых . Соответствующие им силы рассчитываем.

Для угла поворота коленчатого вала

:

.

, заносим в сводную таблицу 2.

Кривая

построена в масштабе: , масштаб этой же кривой для будет: .

3.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

Для упрощения динамического расчета действительный КШМ заменяем эквивалентной системой сосредоточенных масс.

Масса, сосредоточенная на оси поршневого пальца, кг:

, (62)

где

- масса поршневой группы, кг;

- часть массы шатунной группы, сосредоточенной на оси поршневого пальца, кг.

Масса, сосредоточенная на оси кривошипа, кг:

, (63)

где

- часть массы шатунной группы, сосредоточенной на оси кривошипа, кг;

- часть массы кривошипа, сосредоточенной на оси кривошипа, кг.

Полная масса шатунной группы, кг:

. (64)

Для приближенного определения значений

, и можно используем конструктивные массы , т.е. массы, отнесенные к площади поршня.

Поршневая группа

:

.

Шатун

:

.

Неуравновешенные части одного колен вала без противовесов

:

.

Умножая конструктивные массы на площадь поршня получим искомые величины:

; (65)

; (66)

. (67)

Для большинства существующих автомобильных и тракторных двигателей:

. (68)

Тогда

:

. (69)

Масса, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

. (70)

Масса, сосредоточенная на оси кривошипа:

. (71)

3.3 Расчет сил инерции

Силы инерции поступательно движущихся масс

, Н:

. (72)

, (73)

где j - ускорение поршня,

;

- угловая скорость вращения коленчатого вала для расчетного режима, рад/с:

. (74)

Центробежные силы инерции вращающихся масс

:

. (75)

Для рядного двигателя центробежная сила инерции

является результирующей двух сил:

силы инерции вращающихся масс шатуна:

; (76)

силы инерции вращающихся масс кривошипа:

. (77)

Для угла поворота коленчатого вала

:

;

.

Силы

рассчитываем для требуемых положений кривошипа (углов ) и заносим результат в таблицу 2.

3.4 Расчет суммарных сил, действующих в КШМ

Суммарные силы, действующие в КШМ, определяем алгебраическим сложением сил давления газов и сил возвратно-поступательно движущихся масс:

(78)

Нормальная сила N (Н), действующая перпендикулярно оси цилиндра, воспринимаемая стенками цилиндра:

, (79)

где

- угол отклонения шатуна от оси цилиндра.

Сила S (Н), действующая вдоль шатуна:

. (80)

От действия силы S на шатунную шейку возникают две составляющие силы:

сила, направленная по радиусу кривошипа:

. (81)

тангенциальная сила, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа:

. (82)

Для угла поворота коленчатого вала

:

;

;

;