Динамический расчет двигателя внутреннего сгорания

      Министерство  образования, науки, молодежи  и спорта Украины

                  Национальная металлургическая академия Украины

                                                Кафедра КГТС

 

 

 

 

 

 

 

                                              Расчетная работа

                 Динамический расчет двигателя внутреннего сгорания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разработал                                                                    студент группы МБ02-09

                                                                                       Дубицкий Б.В.

 

 

 

Проверил                                                                      Приходько А. М.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                   Днепропетровск

                                                            2012

                                      Расчёт кинематики и динамики двигателя

 

Кинематика

Выбор λ и длины L_ш шатуна. 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 = 0,285. При этих условиях мм.

Устанавливаем, что ранее принятые значения L_ш и λ обеспечивают движение шатуна без задевания за нижнюю кромку цилиндра. Следовательно, перерасчета величин L_ш и λ не требуется. Сравнивая L_ш рассчитанную и L_ш прототипа делаем вывод что мы можем принять λ=0,285 так как погрешность не превышает 10%, ∆L_ш=0,2 .

Перемещение поршня

 

 мм

 

Расчет s_x производится аналитически через каждые 10° угла поворота коленчатого вала. Значения для при различных φ взяты из таблицы как средние между значениями при λ=0,28 и 0,29 и занесены в гр. 2 расчетной таблицы (для сокращения объема значения в таблице даны через 30°).

Угловая скорость вращения коленчатого вала

рад/с.

 

Скорость  поршня

 

 м/с

 

Значения  для  взяты из таблицы и занесены в гр. 4, а рассчитанные значения v_п — в гр. 5 таблицы.

Ускорение поршня

 

= м/с²

 

Значения  для  взяты из таблицы и занесены в графу 6, а рассчитанные значения - в гр. 7 таблицы.

		мм		м/с		м/с2
1	2	3	4	5	6	7
0	0,0000	0,0	0,0000	0,0	+1,2860	+16420
30	+0,1697	6.8	+0,6234	+14	+1,0085	+12877
60	+0,6069	24.0	+0,9894	+22.4	+0,3575	+4565
90	+1,1425	45.7	+1,0000	+22.6	-0,2850	-3639
120	+1,6069	64.3	+0,7426	+16.8	-0,6425	-8204
150	1,9017	76.0	+0,3766	+8.5	-0,7235	-9238
180	+2,0000	80	0,0000	0,0	-0,7150	-9129
210	+1,9017	76.0	-0,3766	-8.5	-0,7235	-9238
240	+1,6069	64.3	-0,7426	-16.8	-0,6425	-8204
270	+1,1425	45.7	-1,0000	-22.6	-0,2850	-3639
300	+0,6069	24.0	-0,9894	-22.4	+0,3575	+4565
330	+0,1697	6.8	-0,6234	-14	+1,0085	+12877
360	+0,0000	0,0	-0,0000	0,0	+1,2850	+16408

По данным таблицы построены  графики  в масштабе мм в мм, - в масштабе м/с в мм, - в масштабе м/с² в мм. Масштаб угла поворота коленчатого вала в мм.

При , а на кривой - это точка перегиба.

 

 

 

 

Динамика

 

Силы давления газов

 

мм,

 

где М_s — масштаб хода поршня на индикаторной диаграмме.

Масштабы  развернутой диаграммы: давлений и  удельных сил  МПа в мм; полных сил МН в мм, или M_p=245 Н в мм, угла поворота кривошипа M_φ=3°в мм, или

 

 рад в мм,

 

где OB—  длина развернутой индикаторной диаграммы, мм.

По развернутой диаграмме через  каждые 10° угла поворота кривошипа  определяют значения ∆p_г и заносят в гр. 2 сводной таблицы динамического расчета (в таблице значения даны через 30° и точка при φ=370°).

 

Приведение масс частей кривошипно-шатунного  механизма

 

С учетом диаметра цилиндра, отношения  , рядного расположения цилиндров и достаточно высокого значения р_z устанавливаются:

масса поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава принято =80 кг/м²)

 кг;

масса шатуна (для стального кованого шатуна принято  кг/м²)

кг;

масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (для литого чугунного вала принято кг/м²)

кг.

Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

кг.

Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:

 кг.

Массы, совершающие возвратно-поступательное движение:

кг.

Массы, совершающие вращательное движение:

 кг.

Удельные и полные силы инерции. Из таблицы переносят значения j в гр. 3 таблицы и определяют значения удельной силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс (гр. 4):

 

Мпа

 

Центробежная сила инерции вращающихся  масс.

 

кН

Центробежная сила инерции вращающихся  масс шатуна:

 

 кН

 

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа:

 

 кН

 

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

Удельная нормальная сила (МПа) . Значения tgβ определяют для λ=0,285 по таблице и заносят 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 кН):

 

 и 

 

По данным таблицы строят графики  изменения удельных сил p_j, p, p_s, p_N, p_K и р_T в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала φ.

Среднее значение тангенциальной силы за цикл:

по данным теплового расчета

 

Н;

 

Крутящие моменты. Крутящий момент одного цилиндра

 

Н·м

 

Период изменения крутящего  момента четырехтактного двигателя  с равными интервалами между  вспышками

Суммирование значений крутящих моментов всех четырех цилиндров двигателя  осуществляется табличным методом  через каждые 10° угла поворота коленчатого  вала и по полученным данным строится кривая М_кр в масштабе М_М= 10 Н·м в мм.

Средний крутящий момент двигателя:

По данным теплового расчета

 

 Н·м;

 

Максимальный и минимальный  крутящие моменты (рис. 10.2, д)

M_кp.max=500 Н·м; М_кр.min= -212 Н·м.

 

Графики динамического расчёта  карбюраторного двигателя:

 

 

 

 

 

 

φ°	Цилиндры								Мкр.ц, Н·м
	1-й		2-й		3-й		4-й
	φ° криво- шипа	Мкр.ц, Н·м	φ° криво- шипа	Мкр.ц, Н·м	φ° криво- шипа	Мкр.ц, Н·м	φ° криво- шипа	Мкр.ц, Н·м
0	0	0	180	0	360	0	540	0	0
30	30	-180	210	-75	390	240	570	-78	-93
60	60	-103	240	-133	420	161	600	-137	-212
90	90	77	270	-84	450	221	630	-83	131
120	120	132	300	71	480	199	660	97	499
150	150	75	330	90	510	97	690	176	438
180	180	0	360	0	540	0	720	0	0

 

ВЫВОД: Вследствие применения новых более лёгких конструкционных материалов мы получили улучшенные параметры сил и моментов, действующих на кривошипно-шатунный механизм. После чего можно предположить, что повысится степень уравновешенности двигателя.