Разработка двигателя для грузового автомобиля массой до 40 тонн (Глава 3 курсового проекта)

3. РАСЧЁТ ДИНАМИКИ ДВИГАТЕЛЯ .

Динамический расчёт заключается в определении суммарных сил и моментов ,действующих в кривошипно-шатунном механизме ,возникающих от давления газов и сил инерции .

3.1. Сила давления газов .

Силы давления газов ,действующие на поверхность поршня ,для упрощения заменяю одной силой ,направленной по оси цилиндра и приложенной к оси поршневого пальца .

На развёрнутую индикаторную диаграмму откладываю избыточное давление над поршнем  ,равное :

,где Pr – давление газов на индикаторной диаграмме ,МПа ;

Po – атмосферное давление ,МПа.

Силу давления газов на поршень определяю по формуле :

,где Fп – площадь поршня  ,м² .

По развёрнутой индикаторной диаграмме через каждые 20°п.к.в. ,а с 320°п.к.в. по 400°п.к.в. через 5° ,определяю значение ΔPr .

3.2. Определение масс двухмассовой модели .

По характеру движения ,массы деталей кривошипно-шатунного механизма можно разделить на :движущиеся возвратно-поступательно (поршневая группа деталей и верхняя головка шатуна) ,совершающие вращательное движение (коленчатый вал и нижняя головка шатуна) и совершающие сложное плоскопараллельное движение (стержень шатуна) .Для упрощения динамического расчёта массу шатунной группы заменяют двумя массами :одна из которых сосредоточена на оси поршневого пальца ,а другая на оси кривошипа .Таким образом ,получаю динамически эквивалентную ,двухмассовую модель кривошипно-шатунного механизма.

С учётом диаметра цилиндра ,отношения S/D и расположения цилиндров ,устанавливаю :

Масса поршневой группы деталей для поршня из алюминия определяется по формуле :

,где  т΄п – удельный вес поршня ,кг/м² ,  т΄п=150…300 кг/м²  .Принимаю  т΄п=250 кг/м² .

Fn – площадь поршня ,м² ,определяется по формуле :

Масса шатунной группы деталей определяется  по формуле :

,где т΄ш  - удельный вес шатуна , кг/м² ,  т΄ш=250…400 кг/м²  .Принимаю  т΄ш=250 кг/м² .

Масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов для стального кованого вала со сплошными шейками определяется по формуле :

,где  т΄к  - удельный вес колена , кг/м² ,  т΄к=200…400 кг/м²  .Принимаю  т΄к=300 кг/м² .

Масса шатуна ,сосредоточенная на оси поршневого пальца определяется :

Масса  шатуна ,сосредоточенная на оси кривошипа :

Массы ,совершающие возвратно-поступательное движение :

Массы ,совершающие вращательное движение :

3.3. Силы инерции .

Силы инерции ,действующие в кривошипно-шатунном механизме ,в соответствии с характером движения  приведённых масс (сосредоточенных масс двухмассовой модели)  подразделяют на силы инерции  поступательно движущихся масс Pj и центробежные силы инерции вращающихся масс  КА  .

Сила инерции от возвратно-поступательного движения масс определяется по формуле :

,где  j – ускорение поршня  ,м/с² .Определяется :

,где ω – угловая скорость коленчатого вала ,определяется :

Таблица 3.1.

Результаты расчёта сил инерции возвратно-поступательного движения масс .

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна  определяется по формуле :

Центробежная сила инерции  вращающихся масс кривошипа  определяется по формуле :

Центробежная сила инерции вращающихся масс :

3.4. Силы ,действующие в КШМ .

Суммарные силы ,действующие в кривошипно-шатунном механизме ,определяю алгебраическим сложением  сил давления газов  и сил возвратно-поступательно движущихся масс .

Сила ,сосредоточенная на оси поршневого пальца определяется по формуле :

Таблица 3.2.

Результаты расчёта силы P .

Нормальная сила  N определяется по формуле :

,где  β –угол отклонения шатуна от оси цилиндра ;

N – сила ,действующая перпендикулярно оси цилиндра .

Таблица 3.3.

Результаты расчёта силы N .

Сила ,направленная по радиусу кривошипа ,определяется по формуле :

Сила ,направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа (тангенциальная сила) ,определяется по формуле :

Таблица 3.4.

Результаты расчёта сил K и Т .

Сила ,действующая вдоль шатуна  ,определяется по формуле :

Таблица 3.5.

Результаты расчёта силы S .

По результатам расчётов сил строю графики изменения сил ΔР ,N ,K ,T ,S  в зависимости от φ˚п.к.в. (угла поворота коленчатого вала) .

Средняя величина тангенциальной силы ,согласно расчёта :

Среднее значение тангенциальной силы по площади ,заключённой между