Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма

Двигателя

Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме

Сила давления газов ∆Р_гв Н определяется по формуле:

(2.1)

где р_г– индикаторное давление газов (давление над поршнем) при заданном угле поворота кривошипа, МПа;

р₀– давление в картере двигателя (под поршнем), МПа; принимается равным атмосферному – р₀= 0,1 МПа;

F_П– площадь поршня, м²; определяется из выражения.

(2.2)

м²

Для определения сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс необходимо определить массу m_jв кг частей кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение:

(2.3)

кг

где m_п– масса поршневого комплекта (поршень, палец, поршневые кольца, детали стопорения пальца), кг;

m_ш.п – часть массы шатуна в сборе, отнесенная к поступательно движущимся массам, кг.

Для большинства существующих конструкций автомобильных двигателей m_ш.п= (0,25…0,30) m_ш, где m_ш– масса шатуна в сборе.

(2.4)

Массы m_пи m_шрассчитываются по чертежам деталей или выбираются по статистическим данным по следующим зависимостям

(2.5)

кг

(2.6)

кг

где m_п′ и m_ш′ - удельные массы соответственно поршневого комплекта и шатуна, значения которых приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Удельная масса в кг/м²элементов КШМ

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс Р_jв Н определяется по формуле:

(2.7)

где R – радиус кривошипа, м; R = 0,5 S (S – ход поршня);

ω – угловая скорость коленчатого вала, ω = π n/30, рад/c.

(2.8)

м

(2.9)

рад/c

Расчеты Р_jпроводятся для тех же значений α, для которых определялась ∆P_г. Результаты расчета сводятся в таблицу 3.2.

Суммарная сила Р в Н, действующая на поршневой палец, определяется алгебраическим сложением сил давления газов ∆P_ги сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс Р_jпо формуле:

(2.10)

Результаты расчетов сводятся в таблицу 3.2.

От действия суммарной силы возникают следующие силы:

- суммарная нормальная (боковая) сила N в Н, направленная перпендикулярно оси цилиндра; определяется по формуле

(2.11)

- суммарная радиальная сила К в Н, направленная по радиусу кривошипа; определяется по формуле

(2.12)

- суммарная тангенциальная сила Т в Н, направленная перпендикулярно к радиусу кривошипа; определяется по формуле

(2.13)

- суммарная сила, действующая вдоль шатуна S_шв Н определяется по формуле

(2.14)

где β – угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра, β = arcsin(λ sinα).

Результаты расчета сил K, N, T, S_шсводятся в таблицу 2.2.

Суммарный (индикаторный) крутящий момент М_крв Н·м, развиваемый одним цилиндром двигателя

(2.15)

Центробежная сила инерции вращающей части шатуна К_r.шв Н, направленная по радиусу кривошипа и нагружающая шатунную шейку (шатунный подшипник)

(2.16)

Н

где m_ш.к– часть массы шатуна, отнесённая к вращающимся массам, кг.

(2.17)

кг

Абсолютное значение этой силы в Н определяется по формуле

(2.18)

а ее направление относительно кривошипа определяется углом

(2.19)

По графику силы R_ш.шв прямоугольной системе координат определяются ее максимальное R_ш.ш.max, минимальное R_ш.ш.minи среднее значения R_ш.ш.српо формуле

(2.20)

Н

где F – площадь, ограниченная кривой R_ш.ш = f (α) и осью абсцисс, мм²;

l – длина диаграммы по оси α, мм;

µ – принятый в динамическом расчете масштаб сил, Н/мм.

Среднее значение суммарного индикаторного крутящего момента двигателя ΣМ_кр.ср(индикаторный крутящий момент) в Н·м определяется графоаналитическим способом по формуле

(2.21)

Н·м

где F₁и F₂– площади, ограниченные кривой ΣМ_кр= f(α) соответственно выше и ниже оси абсцисс в пределах одного периода, мм²(при I ≥ 6 в большинстве случаев F₂= 0);

l – длина графика в пределах одного периода, мм.

Эффективный крутящий момент двигателя в Н·м

(2.22)

Н·м

где η_М– механический КПД двигателя (из теплового расчета).

Полученное значение М_ене должно отличатся более чем на ∆М_е = 5% от рассчитанного в тепловом расчете значения М_е.

Таблица2.2 - Результат динамической характеристики

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: