Динамический расчет двигателя
Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя выполняется с целью определения суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и от сил инерции. Результаты динамического расчета используются при расчете деталей двигателя на прочность и износ.
В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для характера изменения сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда различных положений вала через каждые 30 град ПКВ. В отдельных случаях через 10 град. ПКВ.
Последовательность выполнения расчета следующая:
1. Строим индикаторную диаграмму в координатах .
2. Перестраиваем индикаторную диаграмму, выполненную по результатам теплового расчета, в координаты .
3. Определяем силу давления газов на днище поршня для положений коленчатого вала, отстоящих друг от друга на 30° ПКВ в пределах (0…720) град. ПКВ.
За начало отсчета принимаем такое положение кривошипа, когда поршень находится в начале такта впуска.
Сила давления газов на днище поршня определяется по формуле:
Результаты расчета заносятся в табл.2
Таблица 2 – Результат расчета сил давления газов и сил инерции
знак | ||||||
-1074,16 | 0,5 | - | 0,025 | -22492,64 | -23566,80 | |
-1222,93 | -0,33 | - | -0,0165 | -17837,07 | -19060,00 | |
-1399,73 | -0,94 | - | -0,047 | -6760,20 | -8159,93 | |
-1516,18 | -0,98 | - | -0,049 | 4484,19 | 2968,01 | |
-1506,67 | -0,73 | - | -0,0365 | 11238,04 | 9731,36 | |
-1430,63 | -0,43 | - | -0,0215 | 13332,49 | 11901,86 | |
-1397,36 | -0,2 | - | -0,01 | 13495,58 | 12098,22 | |
-1326,06 | -0,04 | - | -0,002 | 13336,32 | 12010,26 | |
-1083,66 | 0,34 | - | 0,017 | 11262,82 | 10179,16 | |
-404,00 | 1,57 | + | 0,0785 | 4541,46 | 4137,47 | |
1744,32 | 5,5 | + | 0,275 | -6685,74 | -4941,42 | |
11492,55 | 24,34 | + | 1,217 | -17783,49 | -6290,94 | |
49667,97 | 109,6 | + | 5,48 | -22492,45 | 27175,51 | |
84483,07 | 184,2 | + | 9,21 | -21602,36 | 62880,71 | |
26863,48 | 54,84 | + | 2,742 | -17890,41 | 8973,07 | |
6801,42 | 15,44 | + | 0,772 | -6834,66 | -33,23 | |
2271,89 | 6,76 | + | 0,338 | 4426,74 | 6698,63 | |
1211,99 | 3,62 | + | 0,181 | 11213,06 | 12425,06 | |
551,34 | + | 0,1 | 13328,59 | 13879,92 | ||
76,05 | + | 0,05 | 13495,58 | 13571,63 | ||
-308,94 | 0,52 | - | 0,026 | 13340,09 | 13031,15 | |
-598,87 | 0,37 | - | 0,0185 | 11287,43 | 10688,56 | |
-788,98 | 0,5 | - | 0,025 | 4598,55 | 3809,57 | |
-903,05 | 0,76 | - | 0,038 | -6611,29 | -7514,34 | |
-979,10 | 0,87 | - | 0,0435 | -17729,66 | -18708,77 | |
-1069,41 | 0,5 | - | 0,025 | -22491,91 | -23561,31 |
4. Определяем силу инерции от возвратно-поступательно движущихся масс:
Масса поступательно движущихся частей КШМ определяется из выражения:
где - доля массы шатуна, отнесенная к возвратно-поступательно движущимся массам. Данная величина изменяется в следующих пределах . Принимаем .
Приближенные значения и определяем с помощью таблицы: , .
Тогда принимаем :
,
.
Угловая скорость :
При известной величине хода поршня S радиус кривошипа равен:
5. Находим суммарную силу, действующую в кривошипно-шатунном механизме. Определение этой силы ведем путем алгебраического сложения сил давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс
Результаты определения , а также и заносятся в таблицу 2.
6. Определяем нормальную силу К, направленную по радиусу кривошипа (см. рисунок 1)
Рисунок 1 – Схема сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм
7. Определяем тангенциальную силу Т, направленную по касательной к окружности радиуса кривошипа (см. рисунок 1)
Результаты определения К и Т заносим в таблицу 3.
Таблица 3 – Расчет сил действующих на кривошипно–шатунный механизм
Знак силы | Т, Н | Знак силы | ||||
1,000 | -23566,8 | - | 0,000 | 0,00 | + | |
0,791 | -15309,41 | - | 0,631 | -11604,58 | - | |
0,268 | -2517,54 | - | 1,000 | -7969,88 | - | |
-0,313 | -763,97 | - | 1,000 | 2968,62 | + | |
-0,732 | -6728,03 | - | 0,733 | 7355,02 | + | |
-0,941 | -11052,62 | - | 0,370 | 4663,97 | + | |
-1,000 | -12098,21 | - | 0,001 | 14,45 | + | |
-0,942 | -11163,99 | - | -0,368 | -4678,25 | - | |
-0,733 | -7058,33 | - | -0,731 | -7673,20 | - | |
-0,316 | -1078,16 | - | -0,999 | -4134,90 | - | |
0,265 | -1507,34 | - | -1,001 | 4832,22 | + | |
0,788 | -5038,57 | + | -0,634 | 3850,12 | + |
Продолжение таблицы 3
Знак силы | Т, Н | Знак силы | ||||
1,000 | 27175,30 | + | -0,004 | -108,20 | + | |
0,977 | 60541,34 | + | 0,221 | 17346,96 | + | |
0,793 | 7227,88 | + | 0,627 | 5434,72 | + | |
0,272 | -10,369 | + | 0,999 | -32,42 | - | |
-0,309 | -1702,87 | - | 1,001 | 6705,47 | + | |
-0,730 | -8565,03 | - | 0,735 | 9415,61 | + | |
-0,941 | -12877,09 | - | 0,372 | 5471,69 | + | |
-1,000 | -13571,55 | - | 0,003 | 48,63 | + | |
-0,943 | -12124,49 | - | -0,365 | -5045,31 | - | |
-0,735 | -7433,21 | - | -0,729 | -8035,86 | - | |
-0,319 | -1004,83 | - | -0,998 | -3804,03 | - | |
0,261 | -2265,99 | - | -1,002 | 7357,12 | + | |
0,786 | -14941,09 | - | -0,637 | 11509,00 | + | |
1,000 | -23560,59 | - | -0,008 | 187,62 | + |