Сравнение показателей проектируемого двигателя и прототипа

Составим сравнительную таблицу показателей проектируемого двигателя и прототипа (таблица 4.1)

Таблица 4.1

Наименование и размерность показателя	Обозначение показателя	Проектируемый двигатель	Прототип ЯМЗ-238
Диаметр цилиндра, мм	D
Литраж, л	iV_h	13,17	14,86
Ход поршня, мм	S
Число цилиндров	i
Степень сжатия	ε	16,5	16,5
Частота вращения двигателя (номинальный режим), об/мин	n
Максимальная мощность (номинальный режим), кВт	N_e	185,2	176,5
Удельный эффективный расход топлива (номинальный режим), г/кВт∙ч	g_e
Максимальный крутящий момент, Н∙м	M_emax	966,7	882,6
Частота вращения двигателя соответствующая M_emax, об/мин	n_M		1450-1500
Среднее эффективное давление (номинальный режим), МПа	p_e	0,779	0,94
Литровая мощность, кВт/л	N_л	13,3	11,88
Минимальный удельный эффективный расход топлива, г/кВт∙ч	g_emin	217,8

Проектируемый двигатель по сравнению с прототипом обладает возросшим крутящим моментом, при уменьшенном рабочем объеме.

Кинематика

Расчет кинематики кривошипно-шатунного механизма сводится к определению пути, скорости и ускорения поршня. При этом принимается, что коленчатый вал вращается с постоянной угловой скоростью ω. Это допущение позволяет рассматривать все кинематические величины в виде функциональной зависимости от угла поворота коленчатого вала φ.

В целях уменьшения высоты двигателя без значительного увеличения инерционных и нормальных сил отношение радиуса кривошипа к длине шатуна предварительно было принято в тепловом расчете λ=0,27. При этих условиях ,

где – радиус кривошипа.

Перемещение поршня .

Расчет S_x производится аналитически через каждые 10˚ угла поворота коленчатого вала.

Угловая скорость вращения коленчатого вала .

Скорость поршня .

Ускорение поршня .

Результаты расчета заносим в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

φ˚				φ˚
							-2153
	1,23	3,02				-1,751	-2156
	4,87	5,891				-3,507	-2162
	10,7	8,476				-5,263	-2156
	18,5	10,66				-7,005	-2121
	27,9	12,35				-8,698	-2034
	38,5	13,5				-10,29	-1873
	49,7	14,1	398,7		93,5	-11,72	-1619
	61,3	14,16	-236		83,5	-12,9	-1261
	72,6	13,74	-796		72,6	-13,74	-796
	83,5	12,9	-1261		61,3	-14,16	-236
	93,5	11,72	-1619		49,7	-14,1	398,7
		10,29	-1873		38,5	-13,5
		8,698	-2034		27,9	-12,35
		7,005	-2121		18,5	-10,66
		5,263	-2156		10,7	-8,476
		3,507	-2162		4,87	-5,891
		1,751	-2156		1,23	-3,02

Динамика

Силы давления газов

Индикаторную диаграмму, полученную в тепловом расчете, развертываем по углу поворота кривошипа по методу Брикса, начиная от в.м.т. на такте впуска.

Поправка Брикса ,

где μ_s – масштаб хода поршня на индикаторной диаграмме.

Масштабы развернутой диаграммы: давлений и удельных сил ; полных сил ; угла поворота кривошипа , или ,

где OB – длина развернутой индикаторной диаграммы, мм.

По развернутой диаграмме через каждые 30˚ и при 370, 380˚ углах поворота кривошипа определяем значения и заносим в гр. 2 сводной таблицы 6.1 динамического расчета.

Таблица 6.1

φ˚	Δp_г, МПа	j, м/с²	p_j, МПа	p, МПа	tgβ	p_N, МПа	1/cosβ	p_s, МПа	cos(φ+β)/cosβ	p_к, МПа	sin(φ+β)/cosβ	p_T, МПа	T, Н	M_кр.ц, Н∙м

	0,004		-1,28	-1,28				-1,3		-1,28
	-0,008		-1,01	-1,02	0,136	-0,14	1,009	-1	0,798	-0,81	0,618	-0,6	-8118	-520
	-0,008		-0,37	-0,38	0,24	-0,09	1,029	-0,4	0,292	-0,11	0,986	-0,4	-4788	-306
	-0,008	-796	0,27	0,26	0,28	0,07	1,039	0,27	-0,28	-0,07		0,26		218,4
	-0,008	-1873	0,64	0,63	0,24	0,15	1,029	0,65	-0,708	-0,45	0,746	0,47		389,7
	-0,008	-2156	0,74	0,73	0,136	0,1	1,009	0,74	-0,934	-0,68	0,382	0,28		230,2
	-0,008	-2153	0,74	0,73				0,73	-1	-0,73
	-0,004	-2156	0,74	0,73	-0,136	-0,1	1,009	0,74	-0,934	-0,69	-0,38	-0,3	-3616	-231
	0,016	-1873	0,64	0,66	-0,24	-0,16	1,029	0,68	-0,708	-0,47	-0,75	-0,5	-6319	-404
	0,08	-796	0,27	0,35	-0,28	-0,1	1,039	0,37	-0,28	-0,1	-1	-0,4	-4547	-291
	0,3		-0,37	-0,07	-0,24	0,02	1,029	-0,1	0,292	-0,02	-0,99	0,07	869,8	55,67
	1,06		-1,01	0,05	-0,136	-0,01	1,009	0,05	0,798	0,04	-0,62		-397	-25,4
	5,94		-1,28	4,66				4,66		4,658
	8,1		-1,25	6,85	0,047	0,32	1,001	6,86	0,977	6,69	0,22	1,51
	6,52		-1,16	5,36	0,093	0,5	1,004	5,39	0,908	4,869	0,429	2,3
	4,16		-1,01	3,15	0,136	0,43	1,009	3,18	0,798	2,513	0,618	1,95
	1,22		-0,37	0,85	0,24	0,2	1,029	0,88	0,292	0,248	0,986	0,84		693,5
	0,56	-796	0,27	0,83	0,28	0,23	1,039	0,86	-0,28	-0,23		0,83		687,3
	0,34	-1873	0,64	0,98	0,24	0,24	1,029	1,01	-0,708	-0,69	0,746	0,73		603,9
	0,26	-2156	0,74		0,136	0,14	1,009	1,01	-0,934	-0,93	0,382	0,38		314,7
	0,12	-2153	0,74	0,86				0,86	-1	-0,86
	0,02	-2156	0,74	0,76	-0,136	-0,1	1,009	0,76	-0,934	-0,71	-0,38	-0,3	-3734	-239
	0,004	-1873	0,64	0,64	-0,24	-0,16	1,029	0,66	-0,708	-0,46	-0,75	-0,5	-6204	-397
	0,004	-796	0,27	0,28	-0,28	-0,08	1,039	0,29	-0,28	-0,08	-1	-0,3	-3567	-228
	0,004		-0,37	-0,36	-0,24	0,09	1,029	-0,4	0,292	-0,11	-0,99	0,36		296,7
	0,004		-1,01	-1,01	-0,136	0,14	1,009	-1	0,798	-0,8	-0,62	0,62		513,4
	0,004		-1,28	-1,28				-1,3		-1,28

Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

По таблице 8.1 [1] с учетом диаметра цилиндра устанавливаются:

масса поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава принято )

;

масса шатуна (для стального кованого шатуна принято )

;

масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (для стального кованого 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 табл. 5.1 переносим значения j в гр. 3 таблицы 6.1 и определяем значения удельной силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс (гр. 4):

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна одного цилиндра .

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа .

Центробежная сила инерции вращающихся масс, действующая на кривошип .

Удельные суммарные силы

Удельная сила (МПа), сосредоточенная на оси поршневого пальца (гр. 5): .

Удельная нормальная сила (МПа) . Значения tgβ определяем при λ=0,27 по табл. 8.2 [1] и заносим в гр. 6, а значения p_N – в гр.7.

Удельная сила (МПа), действующая вдоль шатуна (гр. 9): .

Удельная сила (МПа), действующая по радиусу кривошипа (гр. 11): .

Удельная (гр. 13) и полная (гр. 14) тангенциальные силы (МПа и Н): и .

По данным табл. 6.1 строим графики изменения удельных сил p_j, p, p_s, p_N, p_k и p_Т в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала φ.

Среднее значение тангенциальной силы за цикл:

по данным теплового расчета ;

по площади, заключенной между кривой p_Т и осью абсцисс

, а ;

ошибка .

Крутящие моменты

Крутящий момент одного цилиндра (гр. 15) .

Период изменения крутящего момента четырехтактного двигателя с равными интервалами между вспышками .

Суммирование значений крутящих моментов всех восьми цилиндров двигателя осуществляем табличным методом (табл. 6.2) через каждые 30˚ угла поворота коленчатого вала и по полученным данным строим кривую в масштабе .