Анализ мировых тенденций в проектировании современных бензиновых двигателей, страница 17

Рисунок 25. «Зависимость P(φ)»

Глава 3. Динамический расчет двигателя

3.1. Определение ПДМ и НВМ

Определим следующие величины:

Радиус кривошипа:

Параметр λ выбран из прототипа:

Тогда длина шатуна будет равна:

Реальный КШМ двигателя, включающий в себя поршневой комплект, шатун и колено коленчатого вала, может быть условно заменен динамической эквивалентной в отношении внешнего действия сил инерции моделью, состоящей из двух сосредоточенных масс.

Поршневой комплект совершает прямолинейное возвратно – поступательное движении вдоль оси цилиндра. Условно предполагается, что масса   сосредоточена в точке пересечения оси поршневого пальца с осью цилиндра.

Рисунок 3  Динамически эквивалентная модель шатуна и КШМ одного цилиндра.

Массы, совершающие возвратно-поступательное движение (ПДМ):

Массы, совершающие вращательное движение вокруг оси коленчатого вала с постоянной скоростью ω (НВМ):

где  - масса поршневого комплекта;

 - приведённая масса колена вала;

 и   - статические эквивалентные массы;

 условно сосредоточена в центре поршневой головки шатуна, совпадающей с точкой пересечения оси поршневого пальца с осью цилиндра. Поршневая головка   совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра совместно с поршневым комплектом.

 условно сосредоточена в центре подшипника кривошипной головки шатуна, совпадающей с центром сопряженной шатунной шейки и совершающей вращательное движение вокруг оси коленчатого вала с постоянной угловой скоростью .

Величины масс поршневого комплекта и шатуна при проектировании задаются, исходя из табличных значений для соответствующих данному типу двигателя масс.

где   - масса шатуна.

Масса поршневого комплекта:

Приведенная масса колена вала:

ПДМ:                                 

НВМ:                               

3.2. Построение диаграммы Брикса и диаграммы Толле

Построение бицентровой диаграммы Брикса.

Определим поправку Брикса:

где L – длина шатуна;

R – радиус кривошипа.

Построенная бицентровая диаграмма Брикса представлена на рисунке 26.

Построение диаграммы сил инерции ПДМ (диаграммы Толле).

Диаграмма сил инерции строится методом касательных (Толле). Построение производится от атмосферной линии.

На отрезке , равном длине хода поршня в масштабе абсцисс индикаторной диаграммы из точки  вниз по перпендикуляру откладываем отрезок , выражающий силу инерции, отнесённую к единице площади поршня при нахождении его в В.М.Т.

Площадь поршня:

Угловая скорость:

отрезок АС:

Из точки В вверх по перпендикуляру откладываем отрезок , выражающий в масштабе чертежа величину силы инерции, отнесённую к единице площади поршня, действующую на поршень при нахождении его в  Н.М.Т. Точки  и  соединяем прямой.

отрезок BD:

Из точки пересечения прямых  и  (точка ) откладываем вверх на перпендикуляре отрезок FE.

отрезок FE:

Точку F соединяем прямыми с точками  и  и полученные отрезки FC и FD делим на одинаковое число равных частей, но не менее чем на пять. Точки деления нумеруем в одном направлении, и одноимённые точки соединяем прямыми 1-1, 2-2, 3-3 и т. д.

Через точки  и  и точки, лежащие на серединах отрезков пересечений прямых, соединяющих одинаковые номера, проводим плавную кривую сил инерции ПДМ, отнесённых к  площади поршня.

Построенная диаграмма Толле представлена на рисунке 26.

Рисунок 26 диаграммы Брикса и Толле.

3.3 Суммарные силы и моменты, действующие в КШМ одного цилиндра.

Сила давления газов и сила инерции ПДМ, действующие на расчётном режиме двигателя вдоль оси цилиндра, рассматриваются совместно, поэтому для каждого значения угла  поворота кривошипа определяется суммарная осевая сила  или , равная алгебраической сумме составляющих сил. Необходимые исходные составляющие силы находятся для всех значений угла поворота кривошипа из индикаторной диаграммы и диаграммы Толле.

Рисунок 4 Схема сил и моментов, действующих в КШМ одного цилиндра.

Осевая сила раскладывается на:

- боковую силу, прижимающую поршень к стенке цилиндра