Проектирование систем двигателей внутреннего сгорания (стр. 3 из 18)
3. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ
3.1. Определение величины безразмерного параметра К.Ш.М.
Величина λ вычисляется по формуле:
где ι – длина радиуса кривошипа
ι = 0,0625 м [1, стр. 31]
L – длина шатуна
L = 0,230 м [1, стр. 31]
Принимаем λ = 1 / 3,6.
3.2. Вычисление и построение графика силы давления газов на поршень
Величины сил давления газов на поршень определяем графическим способом. Для этого используем построенную индикаторную диаграмму, которая может служить графиком газовой силы, если ось абсцисс сместить вверх на величину Р0 и вычислить масштаб газовой силы по формуле:
,где Мр – масштаб давлений, принятых при построении индикаторной диаграммы.
Мр= 0,04 МПа / мм;
Fp – площадь поперечного сечения цилиндра,
Fp = πD2/4,
Остается только построить этот график из координаты S в координату по α град. Перестроение индикаторной диаграммы в развернутую по углу поворота коленчатого вала осуществляем по методу Брикса. Для этого под индикаторной диаграммой на горизонтальном участке АВ, равном по длине ходу поршня S, в масштабе Ms описывается полуокружность с центром в середине отрезка АВ (точка О'). От центра О' на горизонтальном диаметре АВ в том же масштабе Ms откладывается вправо отрезок О'O'1 (поправка Брикса), равный по величине
Полуокружность разбивается на равные части через 30 º. Для определения пути, пройденного поршнем при повороте кривошипа на угол α, через точку О'1 проводится под углом α к горизонтали луч до пересечения ею с полуокружностью. Из этих точек проводят вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторной диаграммы и полученные величины давлений откладывают на вертикали соответствующих углов α. Развертку индикаторной диаграммы начинают с ВМТ в процессе хода впуска. Далее соединяют полученные точки плавной кривой (в координатах Р – α) и получают развернутую индикаторную диаграмму с масштабом Mр, а если полученные ординаты умножить на масштаб Mрг, то имеем график газовых сил. Пользуясь этим графиком, учитывая масштаб Mрг, заполняется таблица 1.
3.3. Определение масс деталей поршневой и шатунной групп
Для вычисления силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс и центробежной силы инерции вращающейся части массы шатуна необходимо знать массы деталей поршневой (mп) и шатунной (mш) групп.
Масса поршневой группы:
где m'п – удельная масса поршня,
Для поршня из алюминиевого сплава принято m'п = 250 кг/м2 [1, стр. 35]
Масса шатуна:
,где m'ш – удельная масса шатуна,
m'ш = 350 кг/м2 [1, стр. 35]
Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:
Масса шатуна, сосредоточенного на оси шатунной шейки кривошипа:
Масса кривошипно-шатунного механизма, совершающая возвратно-поступательное движение:
3.4. Вычисление сил инерции КШМ
Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс КШМ вычисляется по формуле:
где ω – угловая скорость, вычисляется:
для α = 30 º
Значение тригонометрического многочлена (cosα + λcos2α) выбирается из таблицы 2.4 [1, стр. 36]
Результаты расчета силы инерции для всех значений α сведены в табл. 1. Используя ее строится график силы инерции Pj, в масштабе Мрг.
3.5. Вычисление и построение графика суммарной силы, действующей вдоль оси цилиндра
Суммарная сила РΣ, действующая на поршневой палец по направлению оси цилиндра, вычисляется алгебраическим сложением газовой силы Рг и силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс Рj. При исчислении величины силы РΣ для различных значений угла пользуются данными табл. 1.
Результаты вычислений сведены в табл. 1 с помощью которой строится график силы РΣ = f(α) на той же координатной сетке и в том же масштабе Мрг, что и графики сил Рг и Рj.
3.6. Вычисление и построение графика суммарной тангенциальной силы
Суммарная тангенциальная сила ТΣ действующая на шатунную шейку кривошипа и создающая на валу двигателя крутящий момент, вычисляется по формуле:
Значения тригонометрического многочлена, входящего в формулу, для различных значений α выбираем из таблицы 2.5 [1, стр. 38]
Для α = 30 º
Значение силы РΣ (с учетом знака) берутся из табл.1.
Результаты вычислений силы ТΣ заносятся в табл. 1. По этим данным на новой координатной сетке строится график суммарной тангенциальной силы
ТΣ = f(α).
Масштабы графика ТΣ = f(α):
Масштаб силы Мрг = 379,9 н/мм
Масштаб угла поворота кривошипа Мα = 2,5 град/мм
3.7. Вычисление и построение графика суммарной нормальной силы
Суммарная нормальная сила КΣ, действующая на шатунную шейку кривошипа по направлению его радиуса определяется по формуле:
Значение тригонометрического многочлена, входящего в расчетную формулу, для различных значений α выбирается по таблице 2.6 [1, стр. 22]
Для α = 30 º
Результаты вычислений силы КΣ заносятся в таблицу 1. По этим данным строится график суммарной нормальной силы КΣ на той же координатной сетке и в том же масштабе, что и график суммарной тангенциальной силы ТΣ.
3.8. Построение графика крутящего момента двигателя. Определение среднего эффективного момента
График суммарной тангенциальной силы является одновременно и графиком индикаторного крутящего момента одного цилиндра двигателя Мкр = = f(α), но в масштабе:
; 
Период изменения крутящего момента дизеля с равными интервалами между вспышками:
где і – число цилиндров (і = 4).
º.График строится следующим образом:
График силы ТΣ делится по длине на 4 части, которые переносятся в прямоугольные координаты Мкр – α на угловом интервале θ и выполняют их сложение с учетом знаков ординат.
Масштабы графика:
Масштаб момента Мм = 10 Нм/мм;
Масштаб угла поворота Мα = 1 град/мм.
Чтобы определить величину среднего индикаторного крутящего момента двигателя ΣМкр ср. планеметрированием определяем величину площади F графика ΣМкр, делим на длину графика θ (в мм) и результат умножаем на масштаб, т.е.:
