6. Другий етап. Динамічний розрахунок двигуна

Сутність динамічного розрахунку зводиться до визначення сумарних сил і моментів, що виникають від тисків газів і від сил інерції у кривошипно-шатуному механізмі. По цих силах і моментах розраховують основні деталі на міцність та спрацювання, а також возначають нерівномірність крутного моменту і ступінь нерівномірності ходу поршня. Під час роботи двигуна на деталі кривошипно-шатуного механізму діють сили тиску газів в циліндрі, сили інерції возвратно-поступово рухачих газів мас, ценробіжні сили, тиск на поршень (приблизно рівне атмосферному тиску) та сили ваги (сили ваги в динамічному розрахунку не враховують. Всі діючі в двигуні сили сприймаються корисним опором на колінчатому валу, силами тертя та опорами двигуна.

Аналітичне та графічне визначення сумарних сил, які діють на КШМ

6.1 Сили тиску газів

Сили тиску газів, які діють на площу поршня, для спрощення динамічного розрахунку змінюють однією силою, яка направленя по осі циліндра та прикладеної по осі поршневого пальця. Її визначають для кожного моменту дії (кута φ) по індикаторній діпграмі, побудованій на основі теплового розрахунку.

Перебудова індикаторної діаграми у розгорнуту по куту обертання здійснюють по методу Брікса. Для цього під індикаторною діаграмою будують допоміжне напівколо радіуса R = S/2 = 58/2 = 29 мм. Від центра кола у бік НМТ відкладають поправку Брікса. На півколо поділяють променями із центру на частини (через 30˚), а з точки О̀ проводять лінії, паралельні цим променям. Отримані точки на півколі, перенесені по вертикалях на індикаторну діаграму, відповідають дійсним положенням поршня для визначених кутів повороту кривошипа φ. Масштаби розгорнутої індикаторної діаграми сил Мр = МРF = 0,083 * 0,008 = 0,00066 МН/мм = 0,66кН/мм; кут повороту кривошипа Мφ = 3,3 град/мм або Мφ = 0,058 рад/мм.

6.2 Приведення мас частин кривошипно-шатуного механізму

Значення маси поршневої групи mn і маси шатунної групи mш приймаю використовуючи табличні дані. Згідно цим таблицям у відповідності з D = 80 мм приймаю: m΄n = 150кг/м³; m΄ш = 220 кг/м²

По прийнятих даних встановлюємо:

Масу поршневої групи mn = m΄n * Fn = 150 * 0,008 = 1,2 кг;

Масу шатуна mш = m΄ш * Fn = 220 * 0,008 = 1,76 кг;

Неврівноважених частин одного колеса вала mк = m΄к * Fn = 200 * 0,008 = 1,6кг.

Маса шатуна, зосереджена на осі, кг:

поршеневого пальця mшп = 0,275 mш = 0,275 * 1,76 = 0,484;

кривошипа mшк = 0,725 * mш = 0,725 * 1,76 = 1,276;

Маси, що чинять рух, кг:

зворотньо-поступальний mj = mn + mшп = 1,2 + 0,484 = 0,5808;

обертальний mR = mk + mшк = 1,6 + 1,276 = 2,876.

6.3 Сили інерції

Графічним шляхом за методом дотичних напружень визначаємо сили інерції від зворотно-поступальних мас у залежності від переміщення поршня. Для цього з точки А у масштабі сил відкладаємо униз, Н:

Рjmax = – mj * R * ω²(1 + λ) = – 0,5808 * 0,04 * 455,3² * (1 + 0,25) = 6094,9;

а з точки В уверх, Н:

Рjmin = mj * R * ω²(1 – λ) = 0,5808 * 0,04 * 455,3² * (1 – 0,25) = 3611,9

Отримані точки з’єднуємо, з точки Е перетинання цієї прямої з відрізком АВ відкладаємо уверх розмір 3 mj Rω²λ = 3 * 0,5808 * 0,04 * 455,3² * 0,25 = 3611,9 Н.

Таким чином після необхідних креслень ми отримаємо діаграму Рj = f(Sn).

Діаграму сил інерції розвертають по куту повороту кривошипа за методом Брікса, одержуючи Рj = f(φ).

6.4 Сумарні сили

Початковою силою, що обумовлює динамічне навантаження на кривошипний механізм, є сумарна сила Р, чинна по осі циліндра і рівна алгебраїчній сумі сил, Н: Р = РГ + Рі.

Побудова кривої зміни сумарної сили Р від кута повороту кривошипа проводиться графічним підсумовавунням ординат кривих Рr = f(φ) і Рj = f(φ). Аналітичне визначення сил, що діють у кривошипно-шатунному механізмі, проводяться по формулах, Н:

Сила, що діє уздовж шатуна S = Р/(1/cosβ)

Нормальна сила N = Рtg β

Сила, що діє по радіусу кривошипа К = Р[cos (φ + β)/cosβ]

Тангенціальна сила Т = Р[sin(φ + β)/cosβ]

Значення цих сил у ньютонах в залежності від кута повороту кривошипа зведені у Таблиці 5, кН:

Графічно виконую визначення значення і знака тангенціальних сил.

6.5 Крутний момент одного циліндра

Нм: Мкрц = ТR масштаб крутного моменту, Нм/мм: Мм=Мр FnR=66 * 0,008 * 0,04 = 0,2112Нм/мм

Мφ = 4π/(і * ОА) = 0,035 рад/мм – масштаб кута повороту вала на діаграмі Мкр.

Рівномірність ходу двигуна приймаємо δ = 0,01

Момент інерції мас двигуна, що рухаються, приведених до осі колінчатого вала, кг*м²:

J0 = LНАДЛ/ δω² =1581,6/(1* 455,3²) = 0,76 кг*м²

7. Третій етап. Розробка та конструювання деталей двинуна

Розрахунок поршня

Найбільш напруженим елементом поршневої групи є поршень. Він сприймає високі газові, інерційні та теплові навантаження, тому при його виготовленні до матеріалу пред’являються підвищені вимоги.

На основі даних розрахунку:

Діаметр поршня D =71 мм;

Хід поршня S = 78 мм;

Максимальний тиск сгорання рz = 9,527 МПа;

Площа поршня Fп = 0,008 м²;

Найбільша нормальна сила Nmax = 0,00345 МН при φ = 480˚;

Маса поршневої групи mn = 1,2 кг;

Частота обертання nx.x. max = 5000

λ = 0,25

Відповідно існуючим співвідношенням приймаємо:

Висоту поршня Н = 115,6 мм (Н/D);

Висоту юбки поршня hю = 57 мм (hю/D);

Радіальну товщину кільця t = 4 мм (t/D);

Радіальний зазор кільця у канавці поршня Δt = 0,8мм;

Товщину стінки поршня s = 7 мм (s/D);

Товщину верхньої кільцевої перемички hп = 4мм (hп/D);

Число масляних каналів у поршні n’м = 6;

Діаметр масляних каналів у поршні dм = 1,5 мм (dм/а);

Страницы: 1, 2, 3, 4