Влияние износа шеек коленчатого вала и поршневого пальца на степень сжатия ДВС
На рис. 2 приведена схема кривошипно-шатунного механизма ДВС. Основная функция этого механизма – преобразование возвратно-поступательного перемещения поршня во вращательное движение коленчатого вала с передачей мощности от расширяющихся газов к коленчатому валу и от коленчатого вала к поршню в процессах сжатия, выпуска и впуска.
В связи с этим одним из обязательных условий выполнения этой функции является точность сопряжения сочленений рычагов, т.е. сохранение минимально возможных зазоров между сопрягающимися поверхностями.
В общем случае сила FП является величиной переменной по величине и направлению. Соответственно происходит неравномерное нагружение тел рычагов и, что особенно важно, их подвижных в радиальном направлении сочленений. Из-за этого происходит неравномерный износ трущихся поверхностей, и поэтому основной эксплуатационной характеристикой такого механизма являются величины зазоров в сочленениях. Предельные величины этих зазоров (минимальная и максимальная) устанавливаются заводом-изготовителем.
Слишком малые зазоры способствуют неправильному распределению смазочного материала, а также могут привести к заеданию и заклиниванию кинематической пары при чрезмерном тепловом расширении (схватывание II рода), возникающем из-за повышения сил трения. Это явление может возникнуть и как результат неправильной сборки или некачественно проведенного ремонта.
Слишком большой зазор способствует вытеканию консистентной смазки или падению давления жидкой смазки (при подаче масла под давлением), появлению ударных нагрузок, из-за которых может произойти смятие поверхностей сочленения или промежуточных элементов (например – антифрикционных вкладышей), дальнейшему увеличению зазора и возникновению еще больших ударных нагрузок, которые могут привести к разрушению материала рычагов и выходу из строя передачи.
Кроме того, при увеличении зазора теряется кинематическая точность передачи нагрузки с одного рычага на другой, что ведет к уменьшению хода выходного звена – поршня.
Последнее обстоятельство приводит также к тому, что уменьшается рабочий объем цилиндра, следовательно, и степень сжатия тоже, т.к. объем камеры сгорания остается прежним.
Следует напомнить, что рабочий объем цилиндра Vh – это объем, описываемый поршнем при его движении от ВМТ до ВМТ:
,
где D – диаметр цилиндра, Sh – ход поршня, R – радиус кривошипа (расстояние между осями коренных и шатунных шеек коленчатого вала).
Объем камеры сгорания VС– это объем, образующийся над поршнем в его положении в ВМТ.
|
Степень сжатия ε– это отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгорания VС . Процесс сжатия – это процесс уменьшения объема, который сопровождается увеличением давления сжимаемого газообразного вещества и увеличением его температуры.
Чем выше степень сжатия, тем выше давление и температура в конце процесса, тем выше скорость сгорания рабочей смеси и тем мощнее и экономичнее двигатель.
При увеличении зазоров в коренных, шатунных шейках и в сочленении поршневого пальца с отверстиями в бобышках поршня его ход уменьшится на удвоенную сумму разности между фактическими зазорами в вышеуказанных сочленениях и номинальными. Это приведет к увеличению объема камеры сгорания, уменьшению рабочего объема цилиндра и, таким образом, уменьшится и степень сжатия.
То есть ход поршня Sh(НОВ) с учетом износа коренных, шатунных шеек и сочленения поршневого пальца с поршнем будет определяться уравнением
где: ΔК – разность между изношенным и номинальным зазором в коренных шейках коленчатого вала;
ΔШ – разность между изношенным и номинальным зазором в шатунных шейках коленчатого вала;
ΔП – разность между изношенным и номинальным зазором в сочленении поршневого пальца и поршня.
Соответственно измененный рабочий объем цилиндра Vh(НОВ)
Измененный в связи с износом шеек коленчатого вала и сочленения поршневого пальца и поршня объем камеры сгорания VC(НОВ) определится из выражения
При записи этого уравнения учтено, что объем камеры сгорания формируется при ходе поршня только в сторону ВМТ.
Новый полный объем цилиндра Vа(НОВ) рассчитывается по формуле
Для выполнения занятия необходимо:
1. По данным табл. 2 определить степень сжатия ε, ход поршня Shи полный объем цилиндра неизношенного ДВС.
2. Составить алгоритм расчета новой степени сжатия εНОВ, которой будет обладать ДВС после того, как шейки коленчатого вала и поршневой палец износятся на заданную величину.
3. Используя данные табл. 2, произвести расчет новой степени сжатия εНОВ и определить, во сколько раз степень сжатия стала меньше по уравнению N = εНОВ/ε.
Таблица 2
Исходные данные для расчета изменения степени сжатия ДВС при износе шеек коленчатого вала и поршневого пальца
| № студента по списку группы | Исходные данные | Результаты (СТАР/НОВ) | |||||||||
| D, мм | R,мм | VC, см3 | ΔК, мм | ΔШ, мм | ΔП, мм | Sh мм | VC, см3 | Va, см3 | ε | N* | |
| 0,25 | 0,35 | 0,05 | |||||||||
| 0,22 | 0,32 | 0,12 | |||||||||
| 0,30 | 0,20 | 0,10 | |||||||||
| 0,31 | 0,21 | 0,11 | |||||||||
| 0,48 | 0,38 | 0,28 | |||||||||
| 0,35 | 0,25 | 0,25 | |||||||||
| 0,32 | 0,52 | 0,22 | |||||||||
| 0,40 | 0,50 | 0,20 | |||||||||
| 0,31 | 0,41 | 0,21 | |||||||||
| 0,38 | 0,58 | 0,28 | |||||||||
| 0,25 | 0,35 | 0,15 | |||||||||
| 0,42 | 0,52 | 0,22 | |||||||||
| 0,40 | 0,50 | 0,20 | |||||||||
| 0,31 | 0,41 | 0,11 | |||||||||
| 0,38 | 0,48 | 0,18 | |||||||||
| 0,35 | 0,45 | 0,15 | |||||||||
| 0,32 | 0,42 | 0,12 | |||||||||
| 0,30 | 0,40 | 0,10 | |||||||||
| 0,31 | 0,41 | 0,21 | |||||||||
| 0,48 | 0,58 | 0,28 |
Примечание к табл. 2.
1. В графе «Результаты» показывать результаты расчета в виде дроби, числитель которой – исходные данные по расчету, а знаменатель – результаты расчета с учетом износа.
2. «*» отмечен параметр, который имеет только «новое» значение.
Оформление работы
2.1. Создайте текстовый файл и сохраните его под названием
«ТЭСА_Группа_фамилия_П2» (например: «ТЭСА_СА-445_Иванов_П2».
2.2. Напишите в первой строчке созданного вами документа номер группы и вашу фамилию с инициалами, а через запятую – индекс занятия ‑ П2. После этого строчкой ниже напишите название занятия «Влияние износа шеек коленчатого вала и поршневого пальца на степень сжатия ДВС».
2.3. Скопируйте из методических указаний «шапку» и нужную вам строчку из табл. 2.
2.4. Произведите с использованием выше приведенных и составленных вами формул расчеты и заполните правую часть таблицы. При проведении расчетов сначала назовите параметр, который вы рассчитываете, потом напишите расчетную формулу, потом формулу с подставленными исходными данными, потом ответ. Имеющиеся формулы вы можете копировать из методических указаний.
Например:
СА-445, Иванов И.И., П2.
| № студента по списку группы | Исходные данные | Результаты (СТАР/НОВ) | |||||||||
| D, мм | R,мм | VC, см3 | ΔК, мм | ΔШ, мм | ΔП, мм | Sh мм | VC, см3 | Va, см3 | ε | N* | |
| 0,15 | 0,25 | 0,15 | 90/ 88,9 | 25/ 25,05 | И т.д. | И т.д | И т.д |
1. Расчет хода поршня до износа
.
И так далее.
Закончив расчеты и заполнение таблицы, умейте ответить на следующие вопросы.
1. Какие нагрузки приводят к изменению параметров кривошипно-шатунного механизма ДВС?
2. К чему приводят излишне большие и излишне малые зазоры в кривошипно-шатунном механизме ДВС?
3. Как влияет износ шеек коленчатого вала на кинематику движения поршня и на экономичность ДВС и почему?
Обратите внимание на размерность физических величин!
Занятие 3