Динамический расчет двигателя

 

Цель динамического расчета определение сил и моментов, действующих в КШМ, и установление закономерностей их изменения за рабочий цикл двигателя. Во время работы двигателя на детали КШМ действуют силы давления газов в цилиндре, силы инерции возвратно-поступательно движущихся и вращающихся масс. В течение каждого рабочего цикла (720°) силы, действующие в КШМ, непрерывно изменяются по величине и направлению. Характер изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала, их величины определяют для ряда отдельных положений вала (рекомендуется через каждые 30°).

Определение сил давления газов

Индикаторную диаграмму полученную в тепловом расчете, развертываем по углу поворота кривошипа по методу Брикса.

Поправка Брикса

 

 

Избыточное давление газов, приложенное к поршню, МПа

 

, (2.4)

 

где P_О – давление окружающей среды, P_О = 0,1 МПа;

P_Ц – текущее значение давления газов в цилиндре принимается по индикаторной диаграмме, МПа.

Сила давления газов в цилиндре КШМ, кН.

 

P_г= ,

 

Площадь дна поршня.

 

 

Приведение масс частей КШМ

 

Масса поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава принято

 

)

 

Масса шатуна (для стального кованного шатуна принято )

 

 

Масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (для литого чугунного вала принято

 

).

 

Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

 

 

Масса шатуна сосредоточенная на оси кривошипа:

 

 

Массы, совершающие возвратно-поступательное движение:

 

 

Массы совершающие вращательное движение:

 

Удельные и полные силы инерции

Из таблицы 12 переносим значения j в таблицу 13 и определяем значения удельной силы инерции возвратно-поступательно движущих масс

 

 

Центробежная сила инерции вращающих масс

 

 

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна

 

Удельные суммарные силы

Удельная сила (МПа), сосредоточенная на оси пальца

 

 

Удельная нормальная сила

 

.

 

Значения определяем для и заносим в таблицу14.

Удельная сила действующая вдоль шатуна

 

 

Удельная сила действующая по радиусу кривошипа

 

 

Удельная и полная тангенциальные силы в МПа и кН:

 

 

По данным таблицы строим графики изменения удельных сил , , , , и  в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала .

Крутящие моменты

Крутящий момент одного цилиндра равен

 

 

Период изменения крутящего момента четырехтактного двигателя с равными интервалами между вспышками

 

 

Осуществляем табличным методом суммирование значений крутящих моментов всех четырех цилиндров двигателя через каждые 30 градусов угла поворота коленчатого вала и по полученным данным (таблица13) строим кривую  в масштабе

 

.

 

Средний крутящий момент двигателя:

По данным теплового расчета

 

 

По площади заключенной под кривой

 

 

Ошибка

 

 

Максимальный и минимальный крутящие моменты.

 

 

Таблица13

Таблица крутящих моментов
	Цилиндры
	1		2		3		4
	φ^окриво-шипа		φ^окриво-шипа		φ^окриво-шипа		φ^окриво-шипа
0	0,0	0	180,0	0	360,0	0	540,0	0	0
30	30,0	-273,369	210,0	-114,201	390,0	231,211	570,0	-130,835	-287,194
60	60,0	-183,116	240,0	-186,277	420,0	237,226	600,0	-210,904	-343,071
90	90,0	82,2089	270,0	-100,49	450,0	112,762	630,0	-93,1775	1,3034
120	120,0	181,953	300,0	129,674	480,0	226,638	660,0	172,4108	710,66
150	150,0	114,201	330,0	137,766	510,0	251,973	690,0	266,6887	77063
180	180,0	0	360,0	0	540,0	143,03	720,0	0	0

 

φ°
0	-0,064	17501,33	-2,47	-2,54	0	0	1	-2,53587	1	-2,53587	0	0	0	0
30	-0,115	13861,05	-1,96	-2,07	0,126	-0,26112	1,008	-2,08898	0,803	-1,66413	0,609	-1,26209	-7,19391	-273,369
60	-0,115	5320,404	-0,75	-0,87	0,22	-0,19056	1,024	-0,88699	0,309	-0,26766	0,976	-0,84541	-4,81885	-183,116
90	-0,115	-3500,27	0,49	0,38	0,256	0,097163	1,032	0,391688	-0,256	-0,09716	1	0,379542	2,163392	82,2089
120	-0,115	-8680,66	1,23	1,11	0,22	0,244457	1,024	1,137837	-0,691	-0,76782	0,756	0,840044	4,788251	181,9535
150	-0,115	-10360,8	1,46	1,35	0,126	0,169905	1,008	1,359241	-0,929	-1,25271	0,391	0,527245	3,005299	114,2014
180	-0,115	-10500,8	1,48	1,37	0	0	1	1,368227	-1	-1,36823	0	0	0	0
210	-0,115	-10360,8	1,46	1,35	-0,126	-0,16991	1,008	1,359241	-0,929	-1,25271	-0,391	-0,52725	-3,0053	-114,201
240	-0,088	-8680,66	1,23	1,14	-0,22	-0,25027	1,024	1,164871	-0,691	-0,78606	-0,756	-0,86	-4,90201	-186,277
270	-0,030	-3500,27	0,49	0,46	-0,256	-0,11877	1,032	0,478789	-0,256	-0,11877	-1	-0,46394	-2,64447	-100,49
300	0,138	5320,404	-0,75	-0,61	-0,22	0,134948	1,024	-0,62812	0,309	-0,18954	-0,976	0,598679	3,41247	129,6739
330	0,913	13861,05	-1,96	-1,04	-0,126	0,131594	1,008	-1,05275	0,803	-0,83865	-0,609	0,636037	3,625413	137,7657
360	2,560	17501,33	-2,47	0,09	0	0	1	0,088288	1	0,088288	0	0	0	0
370	7,356	17093,18	-2,41	4,94	0,043	0,212503	1,001	4,946872	0,977	4,828266	0,216	1,067457	6,084504	231,2112
390	3,756	13861,05	-1,96	1,80	0,126	0,226599	1,008	1,812791	0,803	1,444118	0,609	1,095228	6,242799	237,2264
420	1,285	5320,404	-0,75	0,53	0,22	0,117348	1,024	0,546201	0,309	0,16482	0,976	0,520598	2,967408	112,7615
450	0,552	-3500,27	0,49	1,05	0,256	0,267864	1,032	1,079825	-0,256	-0,26786	1	1,046342	5,964152	226,6378
480	0,313	-8680,66	1,23	1,54	0,22	0,338529	1,024	1,5757	-0,691	-1,06329	0,756	1,16331	6,630865	251,9729
510	0,226	-10360,8	1,46	1,69	0,126	0,212796	1,008	1,702365	-0,929	-1,56895	0,391	0,660342	3,763948	143,03
540	0,149	-10500,8	1,48	1,63	0	0	1	1,632227	-1	-1,63223	0	0	0	0
570	0,082	-10360,8	1,46	1,54	-0,126	-0,19465	1,008	1,557213	-0,929	-1,43517	-0,391	-0,60404	-3,44302	-130,835
600	0,062	-8680,66	1,23	1,29	-0,22	-0,28335	1,024	1,318881	-0,691	-0,88999	-0,756	-0,9737	-5,55012	-210,904
630	-0,064	-3500,27	0,49	0,43	-0,256	-0,11013	1,032	0,443948	-0,256	-0,11013	-1	-0,43018	-2,45204	-93,1775
660	-0,064	5320,404	-0,75	-0,82	-0,22	0,179423	1,024	-0,83513	0,309	-0,25201	-0,976	0,795987	4,537127	172,4108
690	-0,064	13861,05	-1,96	-2,02	-0,126	0,254741	1,008	-2,03793	0,803	-1,62347	-0,609	1,23125	7,018123	266,6887
720	-0,064	17501,33	-2,47	-2,54	0	0	1	-2,53587	1	-2,53587	0	0	0	0

Таблица14