Расчет двигателя (стр. 3 из 6)
Рис 4.1. Внешне скоростная характеристика двигателя
4. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ
Конечной целью кинематического расчета двигателя является определение ускорения поршня.
Основными геометрическими параметрами, определяющими законы движения элементов КШМ, являются: r – радиус кривошипа коленчатого вала (r=59,5 мм), lш – длина шатуна (lш =228,8мм). Параметр l = r/lш является критерием кинематического подобия КШМ. Для двигателя l = r/lш =0,26. Порядок кинематического расчета двигателя следующий.
а). Определяем по формулам перемещение Sx, скорость Cп и ускорение поршня jп в зависимости от угла поворота коленчатого вала (с интервалом 30о).
, 
, 
б). Полученные значения кинематических параметров оформляем в таблицу 8:
Таблица 8 Кинематические параметры двигателя
 | Перемешение поршня 1-го рода | Перемешение поршня 2-го рода | Суммарное перемещение поршня | Скорость поршня 1-го рода | Скорость поршня 2-го рода | Суммарная скорость поршня | Ускорение поршня 1-го рода | Ускорение поршня 2-го рода | Суммарное ускорение поршня |
| Sx1 | Sx2 | SxСумм | Cn1 | Cn2 | CnСумм | jn1 | jn2 | jnСумм | |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3448,175998 | 896,5257594 | 4344,701757 |
| 30 | 7,971488475 | 1,93375 | 9,90523847 | 7,1618166 | 0,8063009 | 7,968117639 | 2986,208011 | 448,2628797 | 3434,470891 |
| 60 | 29,75 | 5,80125 | 35,55125 | 12,404630 | 0,8063009 | 13,21093131 | 1724,087999 | -448,2628797 | 1275,825119 |
| 90 | 59,5 | 7,735 | 67,235 | 14,32363333 | 1,14066E-16 | 14,32363333 | 2,11226E-13 | -896,5257594 | -896,5257594 |
| 120 | 89,25 | 5,80125 | 95,05125 | 12,404630 | -0,80630 | 11,59832937 | -1724,087999 | -448,2628797 | -2172,350879 |
| 150 | 111,0285115 | 1,93375 | 112,962261 | 7,161816667 | -0,806300 | 6,355515694 | -2986,208011 | 448,2628797 | -2537,945131 |
| 180 | 119 | 0 | 119 | 0 | 0 | 1,52673E-15 | -3448,175998 | 896,5257594 | -2551,650238 |
| 210 | 111,028 | 1,93375 | 112,962261 | -7,161816 | 0,806300 | -6,35551569 | -2986,208011 | 448,2628797 | -2537,945131 |
| 240 | 89,25 | 5,80125 | 95,05125 | -12,40463 | 0,806300 | -11,5983297 | -1724,087999 | -448,2628797 | -2172,350879 |
| 270 | 59,5 | 7,735 | 67,235 | -14,32363 | 0 | -14,3236333 | -6,33679E-13 | -896,5257594 | -896,5257594 |
| 300 | 29,75 | 5,80125 | 35,55125 | -12,40463 | -0,806300 | -13,2109311 | 1724,087999 | -448,2628797 | 1275,825119 |
| 330 | 7,97148 | 1,93375 | 9,90523847 | -7,161816 | -0,806300 | -7,96811769 | 2986,208011 | 448,2628797 | 3434,470891 |
| 360 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 3448,175998 | 896,5257594 | 4344,701757 |
в). Строим графики перемещения, скорости и ускорения поршня в интервале от 0о до 360о (рис.1).
Рис.1. Кинематические параметры двигателя5. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ
В ходе динамического расчета определяют силы и моменты, действующие на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ).
Рис 6.1. Развернутая индикаторная диаграмма двигателя
а). Строим развернутую диаграмму давления газов в координатах рг - jо п.к.в, используя построенную свернутую индикаторную диаграмму (Приложение 1) действительного цикла в ходе теплового расчета двигателя. Перестроение индикаторной диаграммы в развернутую выполняется графическим путем по методу проф. Ф.А. Брикса. Развертку индикаторной диаграммы начинают от ВМТ в процессе хода впуска. На этой диаграмме наносим также давление от инерционных сил ( рj) и давление от суммарных сил (р1 ),
р1 = рг± рj
где рj= Fj/pD2/4 .
б). Определяем силу инерции, действующую на детали КШМ, движущихся поступательно по формуле:
| Тип двигателя | Масса поршневой группы (поршень из алюмин. сплава) (  ) ,  | Масса шатуна ( ), |
| Дизель (D=80…150мм) | 28 | 35 |
Fj = - mj×jn ,
где mj – масса деталей КШМ, движущихся поступательно:
к г,где
= mуд.п*Fп= mуд.п*π*D2/4=28*3,14*11,92/4=2957,63г = 2,958 кг- масса поршневой группы, 
-масса шатуна, отнесенная к поршневому пальцу: 
=0,275*3,697=1,017 кг, 
=mуд ш*π*D2/4= 35 *3,14*11,92/4=3697,04 г =3,697 кг -масса шатуна,jn – ускорение поршня.
Поправка Брикса:
Результаты расчета сводятся в табл. 9.
Таблица 9
Расчет сил, давления действующих в КШМ двигателя
 | Рг,Мпа | jп, м/с2 | Fi,Н | Рj,Мпа | ∑P1,Мпа |
| 0 | 0,21 | 4344,70 | -17270,19 | -1,55 | -1,34 |
| 30 | 0,21 | 3434,47 | -13652,02 | -1,23 | -1,02 |
| 60 | 0,21 | 1275,83 | -5071,40 | -0,46 | -0,25 |
| 90 | 0,21 | -896,53 | 3563,69 | 0,32 | 0,53 |
| 120 | 0,21 | -2172,35 | 8635,09 | 0,78 | 0,99 |
| 150 | 0,21 | -2537,95 | 10088,33 | 0,91 | 1,12 |
| 180 | 0,21 | -2551,65 | 10142,81 | 0,91 | 1,12 |
| 210 | 0,21 | -2537,95 | 10088,33 | 0,91 | 1,12 |
| 240 | 0,24 | -2172,35 | 8635,09 | 0,78 | 1,02 |
| 270 | 0,36 | -896,53 | 3563,69 | 0,32 | 0,68 |
| 300 | 0,73 | 1275,83 | -5071,40 | -0,46 | 0,28 |
| 330 | 2,48 | 3434,47 | -13652,02 | -1,23 | 1,25 |
| 360 | 8,52 | 4344,70 | -17270,19 | -1,55 | 6,96 |
| 380 | 13,44 | 3927,00 | -15609,84 | -1,40 | 12,04 |
| 390 | 5,51 | 3434,47 | -13652,02 | -1,23 | 4,28 |
| 420 | 1,75 | 1275,83 | -5071,40 | -0,46 | 1,29 |
| 450 | 0,89 | -896,53 | 3563,69 | 0,32 | 1,21 |
| 480 | 0,62 | -2172,35 | 8635,09 | 0,78 | 1,39 |
| 510 | 0,51 | -2537,95 | 10088,33 | 0,91 | 1,42 |
| 540 | 0,21 | -2551,65 | 10142,81 | 0,91 | 1,12 |
| 570 | 0,21 | -2537,95 | 10088,33 | 0,91 | 1,12 |
| 600 | 0,21 | -2172,35 | 8635,09 | 0,78 | 0,99 |
| 630 | 0,21 | -896,53 | 3563,69 | 0,32 | 0,53 |
| 660 | 0,21 | 1275,83 | -5071,40 | -0,46 | -0,25 |
| 690 | 0,21 | 3434,47 | -13652,02 | -1,23 | -1,02 |
| 720 | 0,21 | 4344,70 | -17270,19 | -1,55 | -1,34 |
в). Определяем и строим суммарную силу (рис.2), действующую на поршень.
где численные значения суммарного давления
берутся из диаграммы, представленной Приложении 3. 
Рис. 2. Диаграмма суммарной силы
г). Определяем силы FN; Fs; Fк и Ft с интервалом 30о, оформляем их значения в табличной форме и строим развернутые диаграммы сил, действующих в КШМ двигателя (рис.3.)
Боковая сила, прижимающая поршень к цилиндру:
FN = Få×tgb.
Сила, действующая вдоль шатуна:
Fs=Få /cosb.
Сила, направленная по радиусу кривошипа:
.
Тангенциальная сила, создающая вращающий момент на коленчатом валу:
.
Результаты расчета сводятся в табл. 10.
Таблица 10 Расчет сил, действующих в КШМ двигателя
 | ∑FкН | FN,кН | Fs,кН | Fk,кН | Ft,кН |
| 0 | -14,946865 | 0 | -14,94686502 | -14,94686502 | 0 |
| 30 | -11,3286973 | -1,370772376 | -11,24994769 | -9,130930044 | -6,853861881 |
| 60 | -2,74808038 | -0,579844961 | -2,688924055 | -0,871141482 | -2,671134133 |
| 90 | 5,887014359 | 1,442318518 | 5,715547921 | -1,442318518 | 5,887014359 |
| 120 | 10,95841921 | 2,312226453 | 10,72252369 | -7,484600319 | 8,328398598 |
| 150 | 12,41165636 | 1,50181042 | 12,32537871 | -11,49319379 | 4,902604263 |
| 180 | 12,46613416 | 0 | 12,46613416 | -12,46613416 | 0 |
| 210 | 12,42277275 | -1,503155502 | 12,33641782 | -11,50348756 | -4,906995235 |
| 240 | 11,32525991 | -2,389629842 | 11,08146762 | -7,73515252 | -8,607197533 |
| 270 | 7,543355724 | -1,848122152 | 7,323646334 | -1,848122152 | -7,543355724 |
| 300 | 3,065788971 | -0,646881473 | 2,999793514 | 0,971855104 | -2,97994688 |
| 330 | 13,87214747 | -1,678529844 | 13,77571745 | 11,18095086 | -8,392649219 |
| 360 | 77,38582879 | 0 | 77,38582879 | 77,38582879 | 0 |
| 390 | 47,62149233 | 5,762200572 | 47,29045912 | 38,38292282 | 28,81100286 |
| 420 | 14,39338529 | 3,037004295 | 14,08354725 | 4,562703136 | 13,9903705 |
| 450 | 13,45727254 | 3,297031773 | 13,06531315 | -3,297031773 | 13,45727254 |
| 480 | 15,47167152 | 3,26452269 | 15,13862184 | -10,56715165 | 11,75847035 |
| 510 | 15,7910374 | 1,910715526 | 15,68126852 | -14,62250063 | 6,237459773 |
| 540 | 12,46613416 | 0 | 12,46613416 | -12,46613416 | 0 |
| 570 | 12,41165636 | -1,50181042 | 12,32537871 | -11,49319379 | -4,902604263 |
| 600 | 10,95841921 | -2,312226453 | 10,72252369 | -7,484600319 | -8,328398598 |
| 630 | 5,887014359 | -1,442318518 | 5,715547921 | -1,442318518 | -5,887014359 |
| 660 | -2,74808038 | 0,579844961 | -2,688924055 | -0,871141482 | 2,671134133 |
| 690 | -11,3286973 | 1,370772376 | -11,24994769 | -9,130930044 | 6,853861881 |
| 720 | -14,946865 | 0 | -14,94686502 | -14,94686502 | 0 |
