Курсовая работа: Тепловой и динамический расчет двигателя

(6)

результаты определения РУ, а также Рг и РJ заносятся в табл.5.

Определяем нормальную силу К, направленную по радиусу кривошипа (см. рис. 1):

. (7)

Рис. 1.

7. Определяем тангенциальную силу Т, направленную по касательной к окружности радиуса кривошипа (см. рис. 1):0

. (8)

Результаты определения К и Т заносим в таблицу 6.

3.1 Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма строится в координатах p-V. Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится на основании теплового расчета.

В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок AB, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе ms, который в зависимости от величины хода поршня проектируемого двигателя может быть принят 1:1, 1,5:1, или 2:1.

Принимаем 1.5:1.

Отрезок ОА, соответствует объему камеры сгорания, определяется из соотношения

Отрезок z'z=;

z'z =

При построении диаграммы выбираем масштаб давления mр=0,04.

Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках а, с, z', z, b, r.

По наиболее распространенному графическому методу Бауэра политропы сжатия и расширения строим следующим образом.

Из начала координат проводим луч OK под углом б0=15° к оси координат. Далее из начала координат проводим лучи ОД и ОЕ под углами в1 и в2 к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений:

, .

в1=20°41' в2=18°15'

Политропу сжатия строим с помощью лучей ОК и ОД. Из точки С проводим горизонталь до пересечения с осью ординат; из точки пересечения - линию под углом 45° к вертикали до пересечения с лучом ОД, а из этой точки--вторую горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс. Затем из точки С проводим вертикальную линию до пересечения с лучом ОК. Из этой точки пересечения под углом 45° к вертикали проводим линию до пересечения с осью абсцисс, а из этой точки- вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат, до пересечения со второй горизонтальной линией. Точка пересечения этих линий будет промежуточной точкой 1 политропы сжатия. Точку 2 находим аналогично, принимая

точку 1 за начало построения. Политропу расширения строим с помощью лучей ОК и ОЕ, начиная от точки z, аналогично построению политропы сжатия. Критерием правильности построения политропы расширения является приход ее в ранее нанесенную точку b.

После построения политропы сжатия и расширения производим скругление индикаторной диаграммы с учетом предварения открытия выпускного клапана, опережения зажигания и скорости нарастания давления, а также наносим линии впуска и выпуска. Для этой цели под осью абсцисс проводим на длине хода поршня S как на диаметре полуокружность радиусом R=S/2. Из геометрического центра О' в сторону н.м. т. откладываем отрезок

,

мм

где L-длина шатуна.

Величина О'О'1 представляет собой поправку Брикса. Из точки О1' под углом г0=66° (угол предварения открытия выпускного клапана, выбирается из таблицы или по прототипу) проводим луч О1В1. Полученную точку В1, соответствующую началу открытия выпускного клапана, сносим на политропу расширения (точка b1).

Луч О1'С1 проводим под углом И0, соответствующим углу опережения зажигания (И0= 24° ПКВ до в. м. т.), а точку С1 сносим на политропу сжатия, получая точку с1' . На линии в.м.т. находим точку с'' из соотношения pc''=1,2pc. Соединяем точки с1' и с'' плавной кривой из точки с'' проводим плавную кривую до середины отрезка z'z. Из середины отрезка проводим кривую с плавным переходом в кривую политропы расширения. Затем проводим плавную кривую b1'b'' изменения линии расширения в связи с предварительным открытием выпускного клапана. При этом можно считать, что точка b'' находится на середине расстояния ba.

В результате указанных построений получаем действительную индикаторную диаграмму.

3.2 Перестроение индикаторной диаграммы

Развертку индикаторной диаграммы в координаты p-ц выполняем справа от индикаторной диаграммы. Ось абсцисс развернутой диаграммы располагаем по горизонтали на уровне линии р0 индикаторной диаграммы. Длина графика (720° ПКВ) делим на 24 равных участка, которые соответствуют определенному углу поворота коленчатого вала. Каждую точку на линии абсцисс нумеруем (0, 30, 60° ПКВ). По наиболее распространенному способу Ф. А. Брикса дальнейшее перестроение индикаторной диаграммы ведем в следующей последовательности.

Полученную полуокружность делим вспомогательными лучами из центра О' на 6 равных частей, а затем из центра Брикса (точка О1') проводим линии, параллельные вспомогательным лучам, до пересечения с полуокружностью.

Вновь полученные точки на полуокружности соответствует определенным углам ц ПКВ. Из этих точек проводим вертикали до пересечения с соответствующими линиями индикаторной диаграммы. Развертку индикаторной диаграммы начинаем, принимая за начало координат положение поршня в в.м.т. в начале такта впуска. Далее для каждого значения угла ц на индикаторной диаграмме определяем величину давления в надпоршневой полости и заносим в табл.5. Модуль газовой силы находится по формуле(1) и также заносим в таблицу. 5. По данным этой таблицы строим зависимость Рг=f(ц).

Полученные точки на графике соединяем плавной кривой.

3.3 Построение графика сил Рj и P?

График силы инерции Рj строим в том же масштабе и на той же координатной сетке, где выстроен график газовой силы Рг. На основании полученных графиков Рг и Рj на той же координатной сетке и в том же масштабе строим график суммарной силы Р?.

Определение модуля силы Р? для различных значений угла ц выполняем путем суммирования в каждой точке ординат графиков Рг=ѓ(ц) и Рj=ѓ(ц) с учетом их знаков или модулей сил Рг и Рj из табл. 5.

Масштабные коэффициенты mPг =mPj=mPУ=400,

3.4 Построение графика сил Т и К

Координатную сетку для графика сил Т и К размещаем под координатной сеткой сил Рг, Рj, Р? . график сил Т и К строим в том же масштабе, что и предыдущий график (mT=mK=400).

Исходные данные для построения графиков сил Т и К приведены в табл,6,

Результаты расчета РГ, Рj, Р?

Таблица 5

Результаты расчета К, Т

Таблица 6

3.5 Построение графика суммарного крутящего момента

Для построения кривой суммарного крутящего момента Мi=Мкр.ср. многоцилиндрового двигателя графически суммируем кривые крутящих моментов от каждого цилиндра, сдвигая влево одну кривую относительно другой на угол И поворота кривошипа между вспышками.

Для двигателя с равными интервалами между вспышками суммарный крутящий момент будет периодически повторяться:

Для четырехтактного двигателя через

;

;

Поскольку

;

а R=const, то кривая Мкр=ѓ(ц), будет отличаться от кривой Т=ѓ(ц) лишь масштабом.

Масштаб крутящего момента

;

где mТ--масштаб силы, Н/мм.

Средний крутящий момент Мкр.ср определяется по площади, лежащей под кривой графика суммарного Мкр:

;

где F1 и F2--соответственно положительная и отрицательная площади под кривой суммарного Мкр., мм2;

L--длина интервала между вспышками по диаграмме крутящего момента, мм.

Найденный момент Мкр.ср представляет собой средний индикаторный момент двигателя.

Эффективный крутящий момент двигателя

;

Значение зМ см в разделе 2.7. Значение эффективного крутящего момента, полученное по данной формуле, должно совпадать с величиной Ме, вычисленной ранее.

Относительная погрешность вычислений Мкр.ср не должна превышать .

? M1 M2 M3 M4 MУ

3.6 Построение полярной диаграммы нагрузок на шатунную шейку

Полярная диаграмма нагрузок на шатунную шейку строится для определения величин, направления и точек приложения сил, действующих на шейку при различных положениях коленчатого вала

По вертикальной оси откладываем силы К: со знаком Ш+Швниз, со знаком''-`'

- вверх; по горизонтальной оси в том же масштабе силы Т: со знаком `'+''-направо, со знаком `'-`'-на лево. Масштабы сил К и Т должны быть одинаковыми. Последовательно графически откладывая силы К и Т при различных углах поворота коленчатого вала ц, получаем точки, характеризующие значение суммарной силы S, которая направлена вдоль шатуна. Против каждой точки указывают соответствующий угол , а затем их все последовательно соединяют плавной кривой. Получают таким образом полярную диаграмму сил, действующих на шатунную шейку, но без учета центробежной силы массы шатуна Кrш, отнесенной к его нижней головке: