Материал: 2181
Например, ε =16 , ρп = 1,3, тогда δ = 12,3. Давление в конце расширения определяем при δ =12,3, а текущие значения давления на линии расширения определяем при изменении δ от 1,3 до 16.
После такта расширения открывается выпускной клапан и отработавшие газы из цилиндра вытесняются движущемся поршнем. У двигателей с наддувом давление при выпуске отработавших газов Рг равно давлению наддува. У двигателей без наддува – больше на 10 − 20% атмосферного давления.
Цикл – круговой процесс, состоящий из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочего хода), выпуска и возвращающийся в начальное положение. Для определения работы цикла используют среднее индикаторное давление, которое представляет собой условное постоян-
ное давление, совершающее работу за ход поршня, равную работе га- |
|
зов, совершенной за весь цикл. |
И |
|
|
Отметим, что теоретическая индикаторная диаграмма бензинового двигателя отличается от действительной диаграммы меньшей величиной максимального давления примерно на 15% (Рд = 0,85 Рz).
Среднее индикаторное давление находим из выражения |
|||
|
|
|
А |
Рi = Асум / Vh = 331 / 4,5·10 -4 = 0,74·106 Н/м2, или 0,74 МПа. (1.19) |
|||
|
|
б |
|
Зная Pi , Vh , число цилиндров i иДчастоту вращения коленчатого |
|||
вала двигателя nд |
(мин-1), определим индикаторную мощность дви- |
||
гателя: |
и |
|
|
|
|
|
|
Ni = Pi · Vh · i· nд |
/ 120 = 0,74·106· 4,5·10-4·4·5600 /120= 62 кВт. (1.20) |
||
С |
|
|
|
Механический КПД (ηм) учитывает потери мощности на трение, |
|||
газообмен и привод вспомогательных механизмов (0,75 |
− 0,9). Приняв |
ηм = 0,8, определим эффективную мощность по формуле |
|
Nе = Ni · ηм = 62· 0,8 = 50 кВт. |
(1.21) |
Зная величину Nе , определим эффективный крутящий момент на |
|
коленчатом валу |
|
Ме = 9550 · Nе / nд = 9550·50/ 5600 = 85 Н·м. |
(1.22) |
1.5. Силы, действующие на детали кривошипно-шатунного механизма
Построив индикаторную диаграмму в координатах P−V, ее переносим в координаты P−φ, учитывая конечную длину шатуна (здесь
16
φ – угол поворота коленчатого вала от 0 до 7200 для четырехтактных двигателей).
Главным конструктивным параметром двигателя является отно-
шение радиуса кривошипа к длине шатуна ( R ). Для современных
|
L |
двигателей величина может находиться в пределах 1/3 − 1/4. |
|
Связь между углом поворота коленчатого вала φ и перемещением |
|
поршня S = 2 R удобнее всего определять графически с учетом по- |
|
правки на конечную длину шатуна |
S = R·λ / 2 (поправка профес- |
сора Брикса). |
|
Радиусом, равным половине длины основания индикаторной диаграммы (на рис. 1.4 рабочий объём цилиндра Vh принят равным
180 мм), проводим окружность. Из центра окружности через 100 про-
водим лучи. Впуск − |
0 −1800, сжатие − 180 − 3600, рабочий ход − |
360 − 5400, выпуск − |
540 − 7200. Центр окружности смещаем вправо |
на величину S (с учетом масштаба). Из нового центра проводим па- |
|
навливаем перпендикуляр до пересечения Ис линией давления на индикаторной диаграмме. Таким образом, мы находим точное положе-
раллельные лучи. Из точки пересечения луча с окружность восста-
ние поршня в цилиндре (с учетом длиныДшатуна) и соответствующее ему давление газов. Найденное значение давления на индикаторной
диаграмме из координат P−V переносим в координаты P−φ. |
|
|
и |
|
|
Построив диаграмму змененияАдавления газов в цилиндре в ко- |
||
ординатах P−φ, определяем удельную силу инерции от поступатель- |
||
С |
бн ца величины Н/м2). |
|
но движущихся масс (ед |
|
|
Для расчета удельных с л инерции от поступательно движущих- |
||
ся масс Pj используют выражение |
|
|
|
Pj mпос j, |
(1.23) |
где mпос удельная масса от поступательных частей, равная массе поршня в комплекте и 1/3 массы шатуна, деленная на площадь порш-
ня (кг/м2); j ускорение поршня. |
|
Ускорение поршня определяют по формуле |
|
j R 2 cos cos2 , |
(1.24) |
17
где d угловая скорость вращения коленчатого вала в рассмат- |
|||||||||||||||||
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
риваемый момент времени |
|
n |
частота вращения колен- |
||||||||||||||
|
30 |
; |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
чатого вала двигателя, |
мин -1; |
φ угол поворота коленчатого вала. |
|
||||||||||||||
График изменения сил инерции в одинаковых единицах величи- |
|||||||||||||||||
ны (Н/м2), в том же масштабе помещают на график P−φ. Складывая |
|||||||||||||||||
алгебраически (с учетом знака) получают |
суммарное движущее уси- |
||||||||||||||||
лие Р∑ , |
или просто Р. |
|
На рис 1.7 показано изменение сил давления |
||||||||||||||
газов Рг , сил инерции от масс, движущихся поступательно Рj , |
и |
||||||||||||||||
суммарного движущего усилия Р в зависимости от угла поворота ко- |
|||||||||||||||||
ленчатого вала. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Суммарное усилие, приложенное в центре поршневого пальца, |
|||||||||||||||||
раскладывается на силу N , перпендикулярную к оси цилиндра, и си- |
|||||||||||||||||
лу S, направленную по оси шатуна. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Если перенести силу S в центр шатунной шейки, то её можно раз- |
|||||||||||||||||
ложить на две составляющие |
|
силу, действующуюИпо оси кривошипа |
|||||||||||||||
(К)исилу(Т),действующуюперпендикулярноксилеК (рис.1.8). |
|
||||||||||||||||
МПа |
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pr |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1 |
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pj |
|||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
50 |
100 |
150 |
200 |
|
250 |
300 |
350 |
400 |
450 |
500 |
550 |
600 |
650 |
700 |
|
|
-1 |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Угол поворота коленчатого вала, град |
|
|
|
||||||||||
Рис. 1.7. Изменение сил от давления газов Рг, удельных сил инерции от поступательных масс Рj и суммарного движущего усилия Р в
зависимости от угла поворота коленчатого вала
18
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
||
|
|
б |
Д |
|||||||||||
Рис. 1.8. Схема сил, действующих в деталях КШМ |
||||||||||||||
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
S , |
К, Т и значения тригоно- |
||||
Формулы для расчета удельных сил N, |
||||||||||||||
метрических велич н для расчетаАэтих сил приведены в работах [2, 3]. |
||||||||||||||
В дальнейших расчетах маховика, векторных диаграмм, крутильных |
||||||||||||||
С |
|
|
необходимы значения сил К и Т. Их опре- |
|||||||||||
колебаний коленчатых валов |
|
|||||||||||||
деляют по формулам |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К Р |
|
cos( ) |
, |
|
(1.25) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
cos |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Т Р |
|
|
sin( ) |
. |
(1.26) |
||||||||
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
cos |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Величина это угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра. |
||||||||||||||
cos( ) |
sin( ) |
|
||||||||||||
Значения величин |
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
для различных значе- |
||
cos |
|
|
cos |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ний λ приведены в работах [2, 3].
19
1.6. Содержание отчета
Отчет должен содержать наименование и цель работы, краткое описание методики построения индикаторной диаграммы, построение индикаторной диаграммы для конкретного двигателя с учетом варианта выданного задания, необходимые графики и таблицы, выводы.
Контрольные вопросы и задания
1.Дайте определение цикла в двигателе внутреннего сгорания.
2.Что представляет собой индикаторная диаграмма в координатах P−V ?
3.Что называют давлением, виды давленияИ?
4.Как производится подвод теплоты в камерах сгорания при постоянном объеме и при постоянном давлении?
5.Напишите формулы для определенияДработы и мощности.
6.Что называют средним индикаторным (эффективным) давлением и как оно определяется? А
7.Каковы особенности построения индикаторной диаграммы расчетно-графическим методомб?
8.Как определяется ра ота сжатия и расширения на индикаторной диаграмме? и
9.Как определяется нд каторная мощность и индикаторный крутящий моментСпо данным построенной индикаторной диаграммы?
10.С какой целью перестраивают индикаторную диаграмму из координат P−V в координаты P−φ?
11.Как определяются расчетным путем удельные силы инерции от поступательно движущихся масс?
12.Как определяется суммарное усилие в цилиндре двигателя от действия давления газов и удельных сил инерции от поступательных масс?
13.Напишите формулы для определения силы, действующей по
оси кривошипа (К) и силы (Т), действующей перпендикулярно к силе
К.
14. Какие силы действуют на детали кривошипно-шатунного механизма?
20