Материал: 2181
Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный
университет (СибАДИ)»
ДИНАМИКА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
СибАДИУчебно-методическое
пособие
Составители: Ю.П. Макушев, В.А. Каня, П.В. Литвинов, С.С. Войтенков
Омск 2017
УДК 656.1(075) ББК 30.82я73
Д46
Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию» данная продукция маркировке не подлежит.
Рецензент д-р техн. наук, проф. В.В. Шалай (ОмГТУ)
Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве учебно-методического пособия.
Д46 Динамика двигателей внутреннего сгорания [Электронный ресурс] : учебно-
методическое пособие / сост. : Ю.П. Макушев, В.А. Каня, П.В. Литвинов, С.С.
Войтенков. – Электрон. дан. − Омск : СибАДИ, 2017. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/ irbis64r_plus/cgiirbis_64_ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.
ISBN 978-5-00113-018-5.
Рассмотрена методика построения индикаторной диаграммы двигателя и её использование в динамическихСибАДИрасчётах. Приведен расчёт маховика и определены силы,
действующие в кривошипно-шатунном механизме. Рассмотрены способы экспериментального и расчетного определения моментов инерции маховика и коленчатого вала. Выполнен расчёт коленчатого вала на крутильные колебания. Дана методика построения векторной диаграммы сил, действующих на шатунную шейку, с последующим расчётом подшипника скольжения.
Имеет интерактивное оглавление в виде закладок.
Рекомендовано для обучающихся всех форм обучения профилей «Двигатели внутреннего сгорания», «Наземные транспортно-технологические машины и комплексы», «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов», изучающих курс «Динамика двигателей внутреннего сгорания». Может быть полезно обучающимся других технических спец альностей и направлений, а также инженерам и аспирантам.
Подготовлено на кафедре «Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование».
Текстовое (символьное) издание (3,5 МБ)
Системные требования : Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/Vista/7 ;
1 ГБ свободного места на жестком диске ; программа для чтения pdf-файлов
Adobe Acrobat Reader ; Google Chrome
Редактор Н.В. Павлова Издание первое. Дата подписания к использованию 06.07.2017
Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1
© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2017
ВВЕДЕНИЕ
Надежность, долговечность и экономичность двигателей внутреннего сгорания зависит от протекания рабочего процесса, выбранной схемы кривошипно-шатунного механизма (КШМ), равномерности хода, уравновешенности, а также крутильных колебаний коленчатых валов.
Для равномерного вращения коленчатого вала и плавного «трогания» машины с места применяют маховик. При избыточной работе крутящего момента маховик увеличивает скорость вращающихся масс (накапливает энергию). При недостатке работы происходит отдача энергии от маховика. Таким образом стабилизируется среднее значение крутящего момента на валу двигателя.
В учебно-методическом пособии дана методика расчетного и экспериментального определения момента инерции маховика и коле-
торных диаграмм. Они позволяют определитьДвеличину и направление силы, действующей при каждом повороте кривошипа на его шей-
на вала, дан пример расчета маховика. Определение величин момента инерции маховика и колена необходимы для расчета коленчатого вала
на крутильные колебания. |
И |
|
|
Важным в расчетах ДВС является практическое применение век- |
|
ку или подшипник. Диаграммы позволяют определить основные раз- |
||
и |
||
меры коленчатого вала, про звестиАрасчет подшипников скольжения, |
||
оценить величину |
зноса шейки и подшипника. |
|
С |
дажебполностью уравновешенных двигателей |
|
При эксплуатац |
|
|
внутреннего сгоран я на определенных скоростных режимах появляются вибрации и стуки, приводящие иногда к разрушению коленчатого вала. Причина этого – крутильные колебания вала, которые возникают под действием переменных по величине и направлению крутящих моментов двигателя вследствие недостаточной жесткости коленчатого вала.
Качественное выполнение приведенных лабораторных и практических работ позволит студентам по результатам теплового расчета построить индикаторную диаграмму рабочего процесса двигателя, определить оптимальные размеры маховика, коленчатого вала, подшипников, оценивать моменты инерции деталей КШМ, что необходимо для определения дополнительных напряжений при крутильных колебаниях коленчатых валов.
3
1. РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ В ЦИЛИНДРЕ ДВИГАТЕЛЯ И ПОСТРОЕНИЕ ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ
1.1. Цель и задачи работы
Изучить методику расчета давления в цилиндре двигателя в процессе сжатия и расширения, построить индикаторную диаграмму в координатах «давление – объём» и «давление – угол поворота коленчатого вала».
1.2. Вводная часть
Мощность− это работа (Дж/с), выполненная за единицу времени.
N |
A |
. |
(1.1) |
||
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
||
При поступательном движении поршня работа (Н·м) равна про- |
|||||
изведению силы F на перемещение L: |
|
|
|||
АF |
(1.2) |
||||
Α |
F L. И |
||||
Давление – это физическая величина, характеризующая интен- |
|||||
б |
|
|
|
2 |
|
сивность сил, действующих на поверхность тела. Давление (Н/м |
|
или |
|||
Па) определяется отношением нормальной силы к единице площади:
P |
|
. |
(1.3) |
|
S |
||||
|
|
|
||
Для перевода давлен я в другие |
единицы величин |
необхо- |
||
димо помнить, что 1 техническая атмосфера =1 кгс/см2 = 0,98·105 Па |
|||
и |
|
|
|
≈ 0,1 МПа = 736 мм рт. ст. = 10 м водяного столба. На рис. 1.1 показа- |
|||
ны виды давлений |
|
|
|
С |
Давление различают |
атмосфер- |
|
ное, избыточное, абсолютное, ваку- |
|||
|
|||
|
умметрическое. Недостаток давле- |
||
|
ния до атмосферного называют ва- |
||
|
куумметрическим. Давление боль- |
||
|
ше атмосферного является избы- |
||
|
точным. В цилиндрах ДВС работу |
||
|
совершает избыточное |
давление, |
|
Рис. 1.1. Виды давлений |
воздействуя на площадь поршня. |
||
|
|
||
|
4 |
|
|
Сила, действующая на поршень, определяется по формуле
F P S , |
|
а механическая работа находится из выражения |
|
A P S L P V P Vh, |
(1.4) |
где Vh − рабочий объём цилиндра. |
|
Для поршневых двигателей внутреннего сгорания |
|
A P i Vh , |
(1.5) |
где i − число цилиндров. |
|
Угол поворота коленчатого вала и время определяются выра-
жением |
|
|
|
6 n , |
|
|
|
|
|
|
|
(1.6) |
||||
|
|
|
И |
|
|
|
||||||||||
где n − частота вращения, мин 1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
7200 |
|
120 |
|
||||
Время одного цикла 4-тактного двигателя |
6n |
|
6n |
|
|
n |
. |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Эффективную мощность двигателя вычисляют по формуле |
|
|||||||||||||||
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Ne |
Pe |
i Vh |
n |
|
Pe i Vh |
n |
, |
|
|
|
(1.7) |
||||
|
|
|
120 |
|
|
|
30 m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где т − тактность двигателя (для четырехтактного двигателя − 4, |
||||||||||||||||
двухтактного − 2). |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из анализа формулы (1.7) следует, что при постоянном рабочем |
||||||||||||||||
объёме Vh , л, и ч сле ц л ндров i величину Ne, кВт, можно увели- |
|
С |
Pe. Величина Pe представляет собой сред- |
чить, повышая n, м н-1, |
|
нее эффективное давление в МПа.
1.3. Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Двигатель внутреннего сгорания представляет собой совокупность механизмов и систем, преобразующих тепловую энергию сгорающего топлива в механическую.
На современных автомобилях подавляющее распространение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания следующих двух типов: бензиновые и дизели.
Наибольшее применение в технике получили четырехтактные бензиновые двигатели и дизели.
5