Тепловой, кинематический, динамический и прочностной расчет двигателя внутреннего сгорания
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
ную мощность:
крутящий момент:
часовой расход топлива:
среднюю скорость поршня:
ошибка составляет:
погрешность не превышает 5 %, что вполне приемлемо для данного типа расчетов.
Построение индикаторной диаграммы
Индикаторная диаграмма строится с целью проверки полученного аналитическим путем значения среднего индикаторного давления и наглядного представления протекания рабочего цикла в цилиндре рассчитываемого двигателя.
объем камеры сгорания:
полный объем цилиндра
При применении аналитического способа рабочий объем делится на части и определяется промежуточное значение объемов Vi. Промежуточное значение давлений определяется по формулам:
На линии сжатия:
на линии расширения:
для дизелей, где с - степень предварительного расширения.
. Кинематический расчет КШМ
Задача кинематического расчета - нахождение перемещений, скоростей и ускорений в зависимости от угла поворота коленчатого вала. На основе кинематического расчета проводятся динамический расчет и уравновешивание двигателя.
Рис. 4.1. Схема кривошипно-шатунного механизма
При расчетах кривошипно-шатунного механизма (рис. 4.1) соотношение между перемещением поршня Sx и углом поворота коленчатого вала б определяется следующим образом:
Отрезок равен длине шатуна , а отрезок - радиусу кривошипа R. С учетом этого, а также выразив отрезки и через произведение и R соответственно на косинусы углов б и в, поучим:
Из треугольников и находим или , откуда
Разложим это выражение в ряд с помощью бинома Ньютона, при этом получим
Для практических расчетов необходимая точность вполне обеспечивается двумя первыми членами ряда, т. е.
С учетом того, что
его можно записать в виде
Из этого получим приближенное выражение для определения величины хода поршня:
Продифференцировав полученное уравнение по времени получим уравнение для определения скорости поршня:
При кинематическом анализе кривошипно-шатунного механизма считают, что скорость вращения коленчатого вала постоянна. В этом случае
где щ - угловая скорость коленчатого вала.
С учетом этого получим:
Продифференцировав его по времени, получим выражение для определения ускорения поршня:
S - ход поршня (404 мм);
Sx - путь поршня;
a - угол поворота коленчатого вала;
b - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра;
R - радиус кривошипа
- длина шатуна = 980 мм;
л - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;
щ - угловая скорость вращения коленчатого вала.
5. Динамический расчет КШМ
Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма 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 15 град ПКВ.
При построении схемы сил, исходной является удельная суммарная сила , действующая на палец - это алгебраическая сумма сил давления газов , действующих на днище поршня, и удельных сил инерции масс деталей, движущихся возвратно-поступательно.
Значения давления газов в цилиндре определяются из индикаторной диаграммы, построенной по результатам теплового расчета.
Рисунок 5.1 - двухмассовая схема КШМ
Приведение масс кривошипа
Для упрощения динамического расчета, заменим действительный КШМ динамически эквивалентной системой сосредоточенных масс и (рисунок 5.1).
совершает возвратно-поступательное движение
где - масса поршневого комплекта, ;
- часть массы шатунной группы, отнесенная к центру верхней головки шатуна и движущаяся возвратно-поступательно вместе с поршнем,
совершает вращательное движение
где - часть массы шатунной группы, отнесенная к центру нижней (кривошипной) головки и движущаяся вращательно вместе с центром шатунной шейки коленчатого вала
- неуравновешенная часть кривошипа коленчатого вала,
при этом:
где - плотность материала коленчатого вала,
- диаметр шатунной шейки,
- длина шатунной шейки,
- геометрические размеры щеки. Для облегчения расчетов примем щеку как параллелепипед с размерами: длина щеки , ширина , толщина
Отсюда:
Силы и моменты, действующие на кривошип
Удельная сила инерции деталей КШМ, движущихся возвратно-поступательно определяются из зависимости:
Полученные данные с шагом заносим в таблицу 5.