Материал: 2471

8. РАСЧЕТ МАХОВИКА

Основное назначение маховика – обеспечение равномерного вращения коленчатого вала двигателя и создания необходимых условий для плавного движения машины с места.

Для автомобильных двигателей, работающих обычно с большой недогрузкой, характерен облегченный разгон машины и поэтому их маховики имеют минимальные размеры.

В тракторных двигателях кинетическая энергия маховика должна обеспечить плавное движение машины с места и преодоление кратковременных перегрузок. Поэтому маховики тракторных двигателей по сравнению с автомобильными имеют большую массу и размеры.

Расчет маховика сводится к определению момента инерции маховика JМ, основных его размеров, массы и максимальной окружной скорости.

8.1. Определение момента инерции маховика по результатам динамического расчета двигателя

Показателем, характеризующим изменение скорости вращения коленчатого вала за цикл, является коэффициент неравномерности хода

скорость за цикл, с-1 (n – частота вращения коленчатого вала, мин-1). Для автомобильных двигателей коэффициент неравномерности

хода δ = 0,02 − 0,03; для тракторных δ = 0,01 − 0,02.

Задаваясь значением δ, можно приближенно найти требуемый момент инерции маховика. Для этого вначале определяют момент инерции всех движущихся масс двигателя относительно оси вала по формуле [31]:

где Lизб – наибольшая избыточная работа суммарного крутящего момента, Н·м. Вывод данной формулы буден сделан ниже.

Для определения Lизб многоцилиндрового двигателя строят график набегающего крутящего момента МКР . Для этого нам необходимо знать изменение удельной касательной силы Т (Н/м2) или МКР Т Fn R (Н·м) в зависимости от угла поворота коленчатого ва-

ла φ. Следует напомнить, что Fn – площадь поршня, R – радиус кривошипа.

На рис. 8.1 показано изменение удельной силы Т в зависимости от φ. График построен по данным теплового расчета и расчета удельных сил, действующим в КШМ.

Рис. 8.1. График изменения удельной тангенциальной силы в зависимости от

На рис. 8.2 в качестве примера показана схема коленчатого вала

четырехцилиндрового двигателя с кривошипами под углом, равным

1800.

Рис. 8.2. Схема коленчатого вала

Через вал от первого, второго, третьего, четвертого цилиндров и к маховику, от которого производится отбор мощности, передается крутящий момент. В нашем примере удельная сила Т.

Для определения набегающего крутящего момента на каждой коренной шейке, и особенно на последней, необходимо знать начальные фазы в каждом отдельном цилиндре. Положение поршня первого цилиндра будем считать в ВМТ, соответствующее началу такта впуска. Начальную фазу примем равной α = 0. Начальная фаза і–го цилиндра, определяющая какой такт или часть такта протекает в данном цилиндре, может быть определена по схеме работы цилиндров или вычислена по формуле

где z – число цилиндров; m – порядковый номер вспышки; γ – интервал между вспышками.

Для 4- тактного двигателя =7200/z. Для 2- тактного двигателя =3600/z.

Так, например, для дизеля 4Ч13/14 (Д-440) α1=00, α2=1800,

α3=5400, α4=3600.

Для определения набегающего крутящего момента на промежуточные коренные шейки и суммарного крутящего момента на шейку 4–0 составим таблицу (табл. 8.1), в которую в соответствии с начальными фазами для каждого цилиндра внесем значения Т.

Таблица 8.1

Значение силы Т на различных коренных шейках

Складывая алгебраические значения Т, МПа, получим значение набегающего момента на каждой коренной шейке. Последнее необходимо для оценки наиболее нагруженной шейки. В табл. 8.1 в качестве примера показано определение значения Т на каждой коренной шейке для 2-х значений φ. Значение Т4-0 представляет собой сумму удельных сил Т, действующих от всех кривошипов.

На рис. 8.3 показан график изменения Т4-0. Периодичность изменения графика служит для контроля правильности выполнения расчетов.

Для определения среднего значения Т4-0 определяем длину периода l, а также площадь, заключенную между кривой и осью абсцисс

Выше среднего значения крутящего момента располагается избыточная положительная работа (от значения углов φ1=1000 до φ2=1700,

рис. 8.3).

Далее определяется величина максимальной избыточной площади Fизб.max (м2) на участке l (м) выше линии Т4-0 ср. Затем определяется наибольшая избыточная работа

где µ – масштаб площади суммарной диаграммы крутящего момента, Н·м/м2.

держит (вмещает) абсцисса длиной в 1 м; М – масштаб, показываю-

щий сколько Паскалей (Н/м2) содержит ордината длиной в 1 м; R– радиус кривошипа, м; D – диаметр цилиндра, м.

Рис. 8.3. График изменения силы T на коренной шейке 4 0

По формуле (8.8) определяем Lизб , а по формуле (8.7) величину J0. Момент инерции маховика, его масса и средний радиус связаны выражением [31]:

где S – ход поршня, м.