Динамический расчет двигателя на основании индикаторной диаграммы

6  Динамический расчет двигателя

Настоящий расчет выполнен на основании индикаторной диаграммы (рисунок 4.1) и реальных масс и размеров кривошипно-шатунного механизма (КШМ).

6.1 Исходные данные для динамического расчёта

В расчете, выполненном согласно [5], определены силы и крутящие моменты, действующие в КШМ двигателя на режиме максимальной мощности при постоянном значении частоты вращения коленчатых валов n=2600 мин^-1 (w=272,3 с^-1).

Схема КШМ и сил, действующих в нем, приведены на рисунке 6.1, индикаторная диаграмма - на рисунке 4.1.

Рисунок 6.1 – Схема КШМ и сил, действующих в нем

Принятые обозначения и исходные данные:

R= 0,06 м         - радиус кривошипа (КШ);

L= 0,205 м        - длина шатуна;

Lк= 0,063 м      - расстояние между центром тяжести и осью КШ головки шатуна;

l=R/L=1,45       - геометрический параметр КШМ;

d=12⁰                 - угол  опережения  выпускного коленчатого вала относитель-но впускного

a_п, a_в=a_п+d       - углы поворота соответственно впускного (п) и выпускного (в) коленчатых валов, отсчитываемые в направлении вращения от положения 1-го КШ, соответствующего внутренней мертвой точке;

b - угол поворота шатуна, отсчитываемый от оси цилиндра;

F_п=0,0113 м²     - площадь поршня;

m_п =5,705 кг     - масса комплекта поршня;

m_ш=3,35 кг        - масса комплекта шатуна;

р_Г, МПа             - давление газа в цилиндре, рисунок 4.1.

Масса поступательно движущихся частей КШМ равна:

m_пр=m_п+m_ш×Lк/L = 6,73 кг.

Масса вращающейся части шатуна:

m_вр.ш=(1- Lк/L)×m_ш = 2,33 кг.

Ускорение поршня равно:

.

Данная методика расчёта подробно описана в источнике [5].

6.2 Расчёты сил и крутящего момента в отсеке двигателя

Результирующая сил давления газов и сил инерции, действующих на поршень, равна:

P=( р_г-0,1)F_п×10³-am_пр×10^-3, кН.

Нормальная составляющая  N силы P (сила, с которой поршень давит на стенку цилиндра) и составляющая К силы Р в направлении АВ (сила, передаваемая по шатуну на КШ) равны, соответственно:

N=P×tgb,               K=P/cosb.

Радиальная Z и тангенциальная Т составляющие силы К в точке В:

            .

Силы, показанные на рисунке 5, считаются положительными. Крутящий момент на КШ равен:

M=TR.

Кроме рассмотренных сил на детали КШМ действуют центробежные силы инерции вращающихся масс шатуна m_вр.ш, колена, противовесов щек.

Значения сил P, N, К, Т, Z, крутящих моментов М на КШ и М_п, M_в, М_ДВ, снимаемых с впускного, выпускного валов (М_ДВ - суммарный момент двигателя) приведены в таблицах 6.1-6.2, а их графики - на рисунках 6.2-6.3б. Крутящий момент на выходе из каждого коленчатого вала получен суммированием соответствующих моментов КШ с учетом порядка работы цилиндров 1-2-3. Средние крутящие моменты для впускного, выпускного валов и двигателя в целом равны, соответственно, 0,224 кНм, 0,89 кНм, 1,114 кНм.

В таблицах 6.3, 6.5 представлены расчеты крутящих моментов, а их графики на рисунках 6.4 (М₁₂ - момент на второй коренной шейке, расположенной между первым и вторым КШ, считая от носка вала и т.д.).

Таблица 6.1 – Силы, действующие на элементы кривошипно-шатунного механизма впускного вала