Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

Динамический расчет двигателя

Динамический расчет двигателя удобно производить с использованием ЭЦВМ.
Угол отклонения оси шатуна считается положительным, если шатун отклоняется от оси цилиндра в направлении вращения вала. Силы N, К, Т и Z определяют с учетом и без учета сил инерции. Диаграммы изменения сил N и К по углу а показаны на рис. 37, а, а сил Т и Z-на рис. 37,6.
Кроме рассмотренных сил, на детали кривошипно-шатунно-го механизма действуют центробежные силы: сила Сш от массы шатуна, отнесенной к вращательно-движущимся частям, сила Ск от массы коленчатого вала и сила Спр от масс противовесов, если таковые имеются.
Силы и моменты в однорядном двигателе
Для двигателей с определенным числом цилиндров в зависимости от тактности в ряде случаев возможны несколько рациональных конфигураций вала и соответственно порядков работы цилиндров. Некоторые схемы расположения кривошипов коленчатых валов и порядок работы цилиндров однорядных четырехтактных и двухтактных многоцилиндровых двигателей представлены в табл. 9. В табл. 9 и далее принято: вращение вала-по часовой стрелке, если смотреть на вал со стороны свободного конца; порядок нумерации цилиндров-от конца вала, где происходит отбор мощности, к свободному концу; расстояние между осями цилиндров обозначено L0; протекание рабочего процесса во всех цилиндрах одинаково.
Схема коленчатого вала шестицилиндрового четырехтактного двигателя с порядком работы 1-5-3-6-2-4: 1-6- номера цилиндров
В действительности в различных цилиндрах двигателя процессы оказываются неодинаковыми вследствие различия линейных размеров, неточности заклинивания кривошипов, различия в законах подачи топлива и эксплуатационных факторов. Эти отклонения имеют случайный характер и их учитывают методами статистической динамики.Колено вала каждого цилиндра многоцилиндрового двигателя нагружено силами Z, Т, Сщ, Ск, Спр определенными ранее, и крутящим моментом, который складывается из двух составляющих. Одна из них, создаваемая тангенциальной силой, действующей на колено данного цилиндра, зависит только от угла поворота вала. Другая же, представляющая момент от предыдущих цилиндров, зависит, кроме того, от числа цилиндров i и порядка их работы.
Таким образом, нагрузка каждого колена вала получается сложной. Конкретное определение ее покажем на примере четырехтактного шестицилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1-5-3-6-2-4 (рис. 39). Исходя из равномерности работы двигателя, в данном случае чередование вспышек в цилиндрах 1-5, 5-3, 3-6 и т.д. должно происходить через 720:6 = 120° угла поворота коленчатого вала.
Чтобы наглядно представить, как одновременно работают все цилиндры, рассмотрим прямоугольник (рис. 40), по горизонтальной стороне которого отложены углы поворота кривошипа первого цилиндра от начала цикла до 720°, а вертикальная сторона разбита на шесть участков по числу цилиндров. На верхней полосе, соответствующей первому цилиндру, изобразим последовательность основных процессов рабочего цикла в данном цилиндре. Вторая полоса соответствует второму цилиндру и т.д. В соответствии с положением кривошипа второго цилиндра и порядком работы рабочий ход начнется через 480°, остальное построение ясно из схемы.
Построив график, получим полное представление о силах, одновременно действующих на различные колена вала. Из графика видно, что кривошип первого цилиндра находится в положении 0° от начала цикла; во втором 240°; в третьем 480°; в четвертом 120°; в пятом 600°; в шестом 360°. Для определения крутящих моментов на шейках вала и суммарного момента на шейке 1-0 составляют таблицу по форме 2.
На основании схемы работы цилиндров (см. рис. 40) из таблицы, составленной по форме 1, в соответствии с положением кривошипа каждого цилиндра вписывают в форму 2 значения Т в графы 2, 4, 6, 8, 10 и 12 через каждые 15° угла поворота коленчатого вала.
В форме 2 дан пример заполнения граф. Сначала заполняют графу 12 значениями удельной тангенциальной силы, действующей на колено вала первого цилиндра Т0, Т15, Т30 и т.д. Затем, исходя из условия одинаковой работы цилиндров, заполняют графы в соответствии со сдвигом по фазе по порядку работы цилиндров. Например, для шестого цилиндра тангенциальная сила будет принимать значения Гзб0, Т375, Т390 и т.д.; для пятого-Г600, Т615, Г630 и т.д. Крутящий момент передается к потребителю энергии от шестого цилиндра к первому, поэтому коренная шейка между шестым и пятым цилиндрами будет нагружена тангенциальной силой только от шестого цилиндра (графа 3), коренная шейка между пятым и четвертым цилиндрами (графа 5)-от шестого и пятого, которые необходимо сложить (графы 3 и 4).
Суммируя последовательно все силы, занесенные в графы с учетом знаков сил, получим значения тангенциальной силы на последней коренной шейке 1-0.
Вследствие упругости коленчатого вала и его сложной формы тангенциальная и радиальная силы вызывают его крутильные, изгибные, продольные и взаимосвязанные колебания, дополнительные напряжения от которых необходимо учитывать при расчете коленчатого вала на прочность.
ную тангенциальную силу  на площадь поршня Fn и на радиус R кривошипа, получим полный или набегающий момент двигателя .RZTe-iFn, который передается потребителю энергии.
Полный момент является периодической функцией с периодом 180x/i, где z-число цилиндров, т-число тактов двигателя. Характер изменения полного момента LT6 _ 1 в зависимости от а показан на рис. 41.
Построив кривую ЕТ6_1} подсчитывают величину средней удельной тангенциальной силы Tq,, необходимую в дальнейшем для расчета маховика. Величина среднего крутящего момента нужна также для проверки правильности произведенных подсчетов и не должна отличаться более чем на + 2% от величины TqJ, определенной по формуле
Т4 = 9555Nt/(nRFM        '
где индикаторная мощность двигателя, полученная по результатам теплового расчета, кВт; п-частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин; <р-коэффициент полноты индикаторной диаграммы, принятый в тепловом расчете.
Коэффициент ф учитывается в том случае, если определение Гср произведено по теоретической диаграмме без ее скругления.
Моменты на промежуточных шейках отличаются от полного момента как по характеру изменения по углу поворота вала, так и по величине. При этом наибольшее значение крутящего момента в многоцилиндровых двигателях обычно получается не на первой шейке вала 1-0, а на одной из промежуточных. Коленчатый вал нагружен силами Т, Z и набегающим крутящим моментом R2.T. Углы поворота коленчатого вала, соответствующие наибольшим значениям сил Т и Z, не совпадают ни между собой, ни с углом, соответствующим максимальному значению набегающего момента. По значениям сил Т, Z, их равнодействующей Q = J/T 2 + Z2 и момента RT.T устанавливают их наиболее опасное сочетание для коленчатого вала и положение наиболее нагруженных коренной и шатунной шеек, а также щек (см. гл. 4).

Для простоты рассмотрим наиболее часто встречающийся случай, когда размеры всех колен вала одинаковые.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.