Динамический расчет кривошипно – шатунного механизма

 

2.2.1 Силы давления газов

 

Силы давления газов определяются для каждого угла поворота коленчатого вала по свернутой индикаторной диаграмме путем перестроения её в развернутую по методу профессора Ф.А. Брикса.

Определим поправку Брикса в масштабе, Δ _Б:

 

(78)

 

 

На свернутой индикаторной диаграмме для определения положения кривошипа коленчатого вала определяется длина отрезка от линии атмосферного давления до линии рассматриваемого процесса (впуска, сжатия, расширения, выпуска), а затем отрезок переносится на развернутую диаграмму и откладывается на вертикали соответствующего угла поворота коленчатого вала. Полученные точки индикаторной диаграммы соединяются сплошной линией.

По развернутой индикаторной диаграмме через каждые 10⁰ угла поворота кривошипа определяются значения р_Г, которые заносят во вторую графу сводной таблицы динамического расчета КШМ.

Определим площадь поршня, F_П, м:

 

(79)

 

2.2.2 Приведение масс частей кривошипно – шатунного механизма

 

 

Определим величину массы, совершающей возвратно – поступательные движения, m_j, кг:

	(80)

,

 

где, т_П – масса поршня, кг;

т_ШП - масса шатунной группы, сосредоточенной на оси поршневого пальца;

 

	(81)

,

 

где: т_Ш – масса шатунной группы, кг;

 

 

 

 

Определим величину массы, совершающей вращательное движения, m_r, кг:

 

(82)

,

 

где, т_К – неуравновешенная масса коленчатого вала, кг;

т_ШК - масса шатунной группы, сосредоточенной на оси кривошипа;

 

	(83)

,

 

 

 

2.2.3 Силы инерции

 

 

Определим удельную силу инерции в зависимости от угла поворота коленчатого вала, р_j, МПа:

 

(84)

 

 

Остальные расчеты аналогичны. Результаты сводим в таблицу 3.

 

 

2.2.4 Суммарные силы, действующие в кривошипно – шатунном механизме

 

 

Определим удельную суммарную силу, сосредоточенную на оси поршневого пальца, р, МПа:

 

(85)

 

 

Остальные расчеты аналогичны. Результаты сводим в таблицу 3.

Определим удельную нормальную силу, действующую на стенки цилиндра, p_N, МПа:

 

(86)

,

 

где: β – угол поворота шатуна относительно оси цилиндра;

	(87)

 

 

 

Остальные расчеты аналогичны. Результаты сводим в таблицу 3.

 

 

Определим удельную силу, действующую по оси шатуна, p_S, МПа:

 

(88)

 

 

Остальные расчеты аналогичны. Результаты сводим в таблицу 3.

Определим удельную радиальную силу, направленную по радиусу кривошипа, р_К, МПа:

 

(89)

 

 

Остальные расчеты аналогичны. Результаты сводим в таблицу 3.

Определим тангенциальную силу, р_Т, МПа:

 

(90)

 

 

Остальные расчеты аналогичны. Результаты сводим в таблицу 3.

Определим крутящий момент одного цилиндра, М_крц, Н·м:

 

(91)

,

 

где: Т – тангенциальная сила;

	(92)

 

 

Остальные расчеты аналогичны. Результаты сводим в таблицу 3.

Таблица 3 – Динамический расчет КШМ двигателя

φ, град	рГ, МПа	рj, МПа	р, МПа	pN, МПа	рS, МПа	рK, МПа	рT, МПа	Мкрц, Н·м
	-0,11	-11,38	-11,49		-11,49	-11,49	-11,38	0,00
	-0,12	-11,09	-11,21	-0,55	-11,23	-10,95	-11,09	-93,99
	-0,14	-10,26	-10,4	-1	-10,45	-9,43	-10,26	-170,11
	-0,17	-8,94	-9,11	-1,29	-9,2	-7,25	-8,94	-214,56
	-0,21	-7,24	-7,45	-1,36	-7,58	-4,83	-7,24	-220,69
	-0,25	-5,28	-5,53	-1,21	-5,66	-2,62	-5,28	-189,83
	-0,3	-3,2	-3,5	-0,87	-3,61	-0,99	-3,2	-131,21
	-0,3	-1,13	-1,43	-0,39	-1,49	-0,12	-0,3	-56,02
	-0,3	0,8	0,5	0,14	0,52	-0,05	-0,3	19,38
	-0,3	2,49	2,19	0,64	2,28	-0,64	-0,3	82,80
	-0,3	3,88	3,58	1,03	3,73	-1,63	-0,3	126,70
	-0,3	4,95	4,65	1,27	4,82	-2,78	-0,3	148,78
	-0,3	5,69	5,39	1,35	5,55	-3,86	-0,3	151,06
	-0,3	6,15	5,85	1,28	5,99	-4,74	-0,3	138,18
	-0,3	6,38	6,08	1,11	6,18	-5,37	-0,3	115,55
	-0,3	6,45	6,15	0,87	6,21	-5,76	-0,3	87,88
	-0,3	6,45	6,15	0,59	6,17	-5,98	-0,3	58,50
	-0,3	6,41	6,11	0,3	6,12	-6,07	-0,3	29,08
	-0,3	6,4	6,1		6,1	-6,1	-0,3	0,00
	-0,28	6,41	6,13	-0,3	6,14	-6,09	-0,28	-29,17
	-0,23	6,45	6,22	-0,6	6,24	-6,05	-0,23	-59,17
	-0,15	6,45	6,3	-0,89	6,37	-5,9	-0,15	-90,03
	-0,06	6,38	6,32	-1,16	6,42	-5,58	-0,06	-120,11
	0,08	6,15	6,23	-1,37	6,37	-5,05	0,08	-147,17
	0,3	5,69	5,99	-1,5	6,17	-4,29	0,3	-167,88
	0,63	4,95	5,58	-1,52	5,78	-3,34	0,63	-178,56
	0,99	3,88	4,87	-1,4	5,07	-2,22	0,99	-172,33
	1,88	2,49	4,37	-1,27	4,55	-1,27	1,88	-165,27
	2,81	0,8	3,61	-1,03	3,75	-0,39	2,81	-141,10
	3,73	-1,13	2,6	-0,71	2,69	0,22	3,73	-101,46
	5,66	-3,2	2,46	-0,61	2,54	0,7	5,66	-92,22
	9,02	-5,28	3,74	-0,82	3,83	1,77	9,02	-128,30
	15,59	-7,24	8,35	-1,53	8,49	5,41	15,59	-247,27
	26,26	-8,94	17,32	-2,45	17,49	13,77	26,26	-407,77
	49,19	-10,26	38,93	-3,75	39,11	35,3	49,19	-636,83
	78,72	-11,09	67,63	-3,29	67,71	66,03	78,72	-566,88
	110,3	-11,38	98,92		98,92	98,92	110,3	0,00
	187,89	-11,09	176,8	8,61	177,01	172,62	187,89	1481,98
	112,77	-10,26	102,51	9,86	102,98	92,96	112,77	1676,88
	69,86	-8,94	60,92	8,61	61,52	48,45	69,86	1434,40

 

Продолжение таблицы 3

	45,15	-7,24	37,91	6,94	38,54	24,58	45,15	1122,78
	30,16	-5,28	24,88	5,46	25,47	11,81	30,16	853,79
	21,29	-3,2	18,09	4,52	18,65	5,13	21,29	678,16
	15,89	-1,13	14,76	4,02	15,3	1,27	15,89	576,62
	12,35	0,8	13,15	3,77	13,68	-1,43	12,35	514,48
	9,87	2,49	12,36	3,6	12,87	-3,6	9,87	467,52
	8,18	3,88	12,06	3,46	12,55	-5,5	8,18	426,64
	6,94	4,95	11,89	3,24	12,32	-7,11	6,94	380,60
	6,1	5,69	11,79	2,95	12,15	-8,45	6,1	330,47
	5,19	6,15	11,34	2,49	11,61	-9,19	5,19	267,96
	4,25	6,38	10,63	1,94	10,8	-9,39	4,25	202,06
	3,36	6,45	9,81	1,39	9,91	-9,19	3,36	140,16
	2,52	6,45	8,97	0,86	9,01	-8,72	2,52	85,34
	1,76	6,41	8,17	0,4	8,18	-8,12	1,76	38,87
	1,21	6,4	7,61		7,61	-7,61	1,21	0,00
	0,8	6,41	7,21	-0,35	7,22	-7,17	0,8	-34,31
	0,3	6,45	6,75	-0,65	6,78	-6,56	0,3	-64,21
		6,45	6,45	-0,91	6,52	-6,05		-92,17
	-0,06	6,38	6,32	-1,16	6,42	-5,58	-0,06	-120,11
	-0,06	6,15	6,09	-1,34	6,23	-4,94	-0,06	-143,86
	-0,06	5,69	5,63	-1,41	5,8	-4,03	-0,06	-157,79
	-0,06	4,95	4,89	-1,33	5,07	-2,92	-0,06	-156,47
	-0,06	3,88	3,82	-1,1	3,98	-1,74	-0,06	-135,19
	-0,06	2,49	2,43	-0,71	2,53	-0,71	-0,06	-91,88
	-0,06	0,8	0,74	-0,21	0,76	-0,08	-0,06	-28,78
	0,16	-1,13	-0,98	0,27	-1,01	-0,08	0,16	38,12
	-0,06	-3,2	-3,26	0,81	-3,36	-0,92	-0,06	122,21
	-0,06	-5,28	-5,34	1,17	-5,47	-2,53	-0,06	183,31
	-0,06	-7,24	-7,3	1,34	-7,42	-4,73	-0,06	216,25
	-0,06	-8,94	-9	1,27	-9,09	-7,16	-0,06	211,97
	-0,06	-10,26	-10,32	0,99	-10,37	-9,36	-0,06	168,80
	-0,06	-11,09	-11,15	0,54	-11,17	-10,89	-0,06	93,48
	-0,06	-11,38	-11,44		-11,44	-11,44	-0,06	0,00

 

 

2.2.5 Диаграмма суммарного крутящего момента

 

 

Величина и характер крутящих моментов по углу ПКВ для всех цилиндров двигателя одинаковы, поэтому для определения суммарного крутящего момента достаточно иметь кривую крутящего момента одного цилиндра. При построении кривой суммарного крутящего момента М_кр многоцилиндрового двигателя суммируют кривые моментов каждого цилиндра, сдвигая одну кривую относительно другой на угловой интервал Θ, соответствующий интервалу между рабочими ходами в отдельных цилиндрах.

Определим угловой интервал Θ:

 

(93)

,

 

где: i – число цилиндров двигателя;

 

 

Определим крутящий момент двигателя на номинальном режиме работы, М_кр, Н·м:

 

(94)

 

 

Таблица 4 – Расчет крутящего момента двигателя

 

	Цилиндры
j о,	Первый цилиндр	Второй цилиндр	Третий цилиндр	Четвертый цилиндр	МКР.,
град	j о,кри-	МКР.Ц.	j о,кри-	МКР.Ц.	j о,кри-	МКР.Ц.	j о,кри-	МКР.Ц.
	вошипа	Н.м	мм	вошипа	Н.м	мм	Вошипа	Н.м	Мм	вошипа	Н.м	мм	Н.м	Мм
		-152,7	-7,2713		-51,11	-2,4338		833,484	39,6897		-58,495	-2,7855	571,182	27,1991
		-276,76	-13,179		-103,19	-4,9138		1330,23	63,3443		-112,25	-5,3453	838,03	39,9062
		-350	-16,667		-155,84	-7,421		1238,1	58,9571		-164,73	-7,8442	567,533	27,0254
		-361,42	-17,21		-206,27	-9,8223		975,883	46,4706		-213,08	-10,146	195,121	9,29148
		-313,06	-14,908		-248,29	-11,823		753,572	35,8844		-252,32	-12,015	-60,1	-2,8619
		-218,57	-10,408		-274,43	-13,068		632,172	30,1034		-273,86	-13,041	-134,68	-6,4134
		-98,978	-4,7133		-278,43	-13,259		577,194	27,4854		-269,35	-12,826	-69,563	-3,3125
		22,8168	1,08651		-256,03	-12,192		559,316	26,6341		-232	-11,048	94,1058	4,48123
		127,313	6,06252		-205,72	-9,7964		551,937	26,2827		-159,36	-7,5887	314,164	14,9602
		201,91	9,61476		-135,36	-6,4455		537,074	25,575		-55,853	-2,6597	547,775	26,0845
		241,993	11,5235		-61,335	-2,9207		506,484	24,1183		66,1	3,14762	753,242	35,8687
		249,803	11,8954		-2,0326	-0,0968		456,29	21,7281		187,111	8,91005	891,171	42,4367
		231,951	11,0453		9,88563	0,47074		390,279	18,5847		284,325	13,5393	916,441	43,64
		196,637	9,36367		-60,374	-2,875		313,25	14,9167		336,655	16,0312	786,168	37,4366
		151,397	7,20938		-187,98	-8,9514		226,444	10,783		330,334	15,7302	520,195	24,7712
		101,768	4,8461		-332,89	-15,852		143,724	6,844		263,11	12,529	175,708	8,36705
		50,9122	2,42439		-311,66	-14,841		68,0798	3,2419		145,706	6,93838	-46,964	-2,2364

 

Заключение

 

 

Результатом выполнения курсового проекта стало закрепление и конкретизация знаний по специальности, умение выполнять тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания.

Проведя необходимый расчет, можно сделать вывод, что данный двигатель внутреннего сгорания полностью подходит для использования его в реальности.