Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма

Кафедра: «Механизация природообустройства и ремонт машин»

 

 

Кинематический и динамический

расчеты двигателя

 

Методические указания к выполнению курсовых работ по дисциплине «Рабочие процессы, конструкция и основы расчета энергетических установок и транспортно-технологического оборудования»

Для специальности 190603 СТМ

 

 

Тверь 2012

Методические указания являются руководством к выполнению расчетно-графической работы студентами высших учебных заведений специальности 190603 Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт).

Методические указания составлены в соответствии с программой дисциплины «Рабочие процессы, конструкция и основы расчета тепловых двигателей и энергетических установок».

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к печати на заседании кафедры «Механизация природообустройства и ремонт машин» (протокол № 3 от 24 октября 2012 года).

 

Составители: Харламов В.Е.,

Морозихина И.К.,

Крылов К.С.,

Андреева Е.Е.

 

© Тверской государственный

технический университет

Введение

Современные поршневые двигатели внутреннего сгорания достигли высокой степени совершенства, продолжая тенденцию непрерывного роста удельных (литровой и поршневой) мощностей, снижения удельной материалоемкости, токсичности отработанных газов, снижения удельных расходов топлива и масел, повышения надежности и долговечности.

Анализ тенденций развития конструкций тракторов и автомобилей показывает большую перспективность применения поршневых двигателей в ближайшие 15...20 лет.

От будущего специалиста в области сервиса транспортных машин требуется широкий научный и технический кругозор, умение с наибольшим экономическим эффектом использовать современную.

Важным элементом подготовки инженеров данного направления является курсовая работа по разделу «Основы теории тракторных и автомобильных двигателей».

Цель курсовой работы состоит в овладении методикой и навыками самостоятельного решения по проектированию и расчету автотракторных двигателей внутреннего сгорания на основе приобретенных знаний при изучении курса «Рабочие процессы, конструкция и основы расчета энергетических установок и транспортно-технологического оборудования».

Перед выполнением курсовой работы следует изучить конструкцию заданного прототипа двигателя и его технико-экономические показатели.

 

Указания по оформлению пояснительной записки

Пояснительную записку пишут чернилами на одной стороне листов формата А4. Записка должна иметь объем 25…30 страниц.

Не допускаются длинные рассуждения, повторение известных доказательств, обширные выписки из учебников и других трудов. В тексте обязательны ссылки на литературные источники. Ссылки на литературу в тексте сопровождается порядковым номером, под которым этот источник включен в указатель. Номер источника в тексте заключается в квадратные скобки.

В пояснительной записке приводят графики, которые выполняют карандашом на миллиметровой бумаге (индикаторная диаграмма, внешняя скоростная характеристика, тяговая характеристика). На всех графиках по осям координат обязательно проставляют условные обозначения и размерность величин.

Чертежи выполняют карандашом на чертежной бумаге формата А1. В соответствии с требованиями ЕСКД. Расчеты выполняются только в Международной системе единиц (СИ).

Кинематический расчет

Исходными данными для расчёта являются радиус кривошипа , длина шатуна L, отношение и частота вращения . Отношение зависит от типа двигателя, его оборотности, конструкции кривошипно-шатунного механизма и находится в пределах λ = 0,22…0,33 (1/4,5…1/3). При выборе λ необходимо ориентироваться на заданный прототип двигателя и при­нимать ближайшее значение λ из приведенных в таблицах тригонометрических выражений (приложения 1…3).

 

Таблица 1. Значения постоянной кривошипно-шатунного механизма λ для отечественных автотракторных двигателей

Марка двигателя	Значение	Марка двигателя	Значение
МеМЗ-965	0,237	СМД-14, СМД-60	0,280
МЗМА-412	0,265	СМД-62	0,274
ВАЗ-2106	0,295	Д-240	0,272
ЗИЛ-130, ЗИЛ-131, ЗИЛ-357	0,257	ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, ЯМЗ-240	0,264
ЗМЗ-66	0,295	ЯМЗ-740, ЯМЗ-743	0,267
Д-37, Д-144	0,279	А-41, А-01	0,264

Определяются кинематических параметров производится по формулам:

- перемещение поршня, м,

;

- скорость поршня, м/с,

;

- ускорения поршня, м/с²,

.

Расчеты выполняются для углов поворота коленчатого вала φ от 0° до 180° и результаты их вносятся в таблице 7.

Таблица 2. Результаты расчетов перемещения, скорости и ускорения поршня

φ,°	Перемещение	Скорость	Ускорение	φ,°
R, м	кХ	x, м	R ·ω	кV	Vп, м/с	R ·ω2	kj	jП, м/с2
…										…

По данным расчета строятся кривые х, υ_п и j.

Рис. 1. Построение кривых перемещения S_X, скорости V_П и ускорения поршня j_П от угла поворота коленчатого вала φ

 

Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма

 

Общие сведения

Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и сил инерции. По этим силам рассчитывают основные детали на прочность и износ, а также определяют неравномерность крутящего момента и степень неравномерности хода двигателя. Во время работы двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют силы давления газов в цилиндре, силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, центробежные силы, давление на поршень со стороны картера (приблизительно равное атмосферному давлению) и силы тяжести (силы тяжести в динамическом расчете обычно не учитывают).

Все действующие в двигателе силы воспринимаются полезным сопротивлением на коленчатом валу, силами трения и опорами двигателя.

В течение каждого рабочего цикла (720° для четырех- и 360° для двухтактного двигателя) силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для определения характера изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда отдельных положений вала обычно через каждые 10…30°. Результаты динамического расчета сводят в таблицы.

В ходе расчета должны быть определены:

- инерционные P_J и суммарные Р_Σ силы, действующие на
поршневой палец;

- сила N, действующая на стенку цилиндра;

- сила К, действующая по шатуну и составляющие этой
силы: тангенциальная Т, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа, и сила Z, направленная по ра­диусу кривошипа;

- центробежная сила Р_S.

Эти силы определяются для положений коленчатого вала от 0° до 720° через 10° п.к.в.

 

Силы давления газов

Силы давления газов, действующие на площадь поршня, для упрощения динамического расчета заменяют одной силой, направленной по оси цилиндра и приложенной к оси поршневого пальца. Ее определяют для каждого момента времени (угла φ) по действительной индикаторной диаграмме, снятой с двигателя, или по индикаторной диаграмме, построенной на основании теплового расчета (обычно для номинальной мощности и соответствующей ей частоты вращения коленчатого вала).

 

Рис. 2. Перестроение (развертка) индикаторной диаграммы в координаты p – φ

Перестроение индикаторной диаграммы в развернутую по углу поворота коленчатого вала обычно осуществляют по методу проф. Ф. А. Брикса. Для этого под индикаторной диаграммой строят вспомогательную полуокружность радиусом R = S/2 (рис. 2). Далее от центра полуокружности (точка 0) в сторону н.м.т. откладывают поправку Брикса, равную R∙λ./2. Полуокружность делят лучами из центра 0 на несколько частей, а из центра Брикса (точка О') проводят линии, параллельные этим лучам. Точки, полученные на полуокружности, соответствуют определенным углам φ (на рис. 2 интервал между точками равен 30°). Из этих точек проводят вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторной диаграммы, и полученные величины давлений откладывают на вертикали соответствующих углов φ. Развертку индикаторной диаграммы обычно начинают от в.м.т. в процессе хода впуска. При этом следует учесть, что на свернутой индикаторной диаграмме давление отсчитывают от абсолютного нуля, а на развернутой показывают избыточное давление над поршнем Δр_г = р_г – р₀. Следовательно, давления в цилиндре двигателя, меньшие атмосферных, на развернутой диаграмме будут отрицательными. Силы давления газов, направленные к оси коленчатого вала, считаются положительными, а от коленчатого вала – отрицательными.

Сила давления (МН) на поршень

Р_г = (р_г - р_о) ∙ F_П (1)

где F_П – площадь поршня, м²;

р_г и р₀ – давление газов в любой момент времени и атмосферное давление, МПа.

Рис. 3. Система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная кривошипно-шатунному механизму:

а – приведенная система кривошипно-шатунного механизма;

б - приведение масс механизма

 

Из уравнения (1) следует, что кривая сил давления газов по углу поворота коленчатого вала будет иметь тот же характер изменения, что и кривая давления газов Δр_г.

Для определения газовых сил Р_г по развернутой диаграмме давлений Δр_г необходимо пересчитать масштаб. Если кривая Δр_г построена в масштабе М_р МПа в мм, то масштаб этой же кривой для Р_г будет М_Р = Мр ∙ F_П МН в мм.

 

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: