Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальностей автомобили и автомобильное хозяйство

- давления в верхней мертвой точке процесса сжатия PС// = (1,15-1,25) РС;

-действительного максимального давления сгорания (РZД=0,85РZ для бензиновых; РZД=РZ для дизелей).

Для определения местоположения указанных точек устанавли­вается связь между углом j поворота коленчатого вала и перемещением поршня

                        АХ = АВ/2[(1-cosj) + l/4 (1-cos2j)],                                             (2.5)

где l  - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна l=0,25-0,3.

Таблица 1 - Результаты расчета точек политроп

Рисунок 1 – Индикаторная диаграмма бензинового четырехтактного двигателя

3 Динамический расчет

На рисунке 2 приведены схемы сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме двигателя.

Рисунок 2 – Схемы сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

3.1 Сила давления газов

Силу давления газов на поршень Рг, кН, определяетя по формуле

Рг = (р – ро)Fп × 10-3= Dрг Fn×10-3,                                       (3.1)

где р – текущее давление газов в цилиндре в любой момент времени, МПа;

       р0-давление окружающей среды, МПа;              

Fп – площадь поршня, м2.

3.2 Силы инерции

Сила инерции Рj, кН, от возвратно-поступательно движущихся масс

                             Pj =  – mjRw2(cosj + lcos 2j ) ×10-3,                                         (3.2)

где mj – возвратно-поступательно движущиеся массы, кг;

R – радиус кривошипа, м;

w – угловая скорость вращения коленчатого вала,с-1.

Численные значения тригонометрической  функции, входящей в формулу, для различных l и j приведены в таблице 2.

-         Центробежная сила инерции KR,Н,  определяется по формуле:

                                                                      KR = –mRRw2.                                                                                               (3.3)

Система сосредоточенных масс, динамически  эквивалентная кривошипно-шатунному механизму, состоит из массы mj=mп+mшп, совершающей возвратно-поступательное движение, и массы  mR, совершающей вращательное движение.Для рядного двигателя mR=mк+mшк, для V-образного со сдвоенным  кривошипно-шатунным механизмом mR=mк+2mшк (mшп=0,275 mш, mшк=0,725 mш).

Для приближенного определения значений mп, mш и mк можно использовать конструктивные массы, отнесенные к площади поршня, m'= m/Fп , приведенные в таблице 3.

Таблица 2 – Конструктивные массы

3.3 Силы и крутящий момент действующие, в кривошипно-шатунном механизме

Суммарная сила РS,Н, действующая на поршень,

Р = Рг + Рj,                                                                                          (3.4)

Боковая сила N, Н, действующая перпендикулярно оси цилиндра,

N = P tgb,                                                                                          (3.5)

где b – угол отклонения  оси шатуна от оси цилиндра.

Сила К, Н, направленная по радиусу кривошипа,

К = Рcos(j + b)/cosb,                                                           (3.6)

Тангенциальная сила Т, Н,

Т = Рsin(j + b)/cosb,                                                            (3.7)

По результатам вычислений строятся графики изменения сил Рг, Рj, Р, Т в зависимости от угла поворота кривошипа. На графиках допускается представление сил как удельных, т.е. отнесенных к площади поршня (в МПа).

Таблица 3 – Результаты динамического расчета

По данным таблицы 3 строится графики (рисунки 3, 4).

Рисунок 3 – Графики сил действующих на поршень

Рисунок 4- График изменения касательной силы Т

Рисунок 5-Кривая крутящего момента двигателя

3.4 Крутящий момент двигателя

Текущее значение крутящего момента Мкр, Нм одного цилиндра определяется по формуле

Мкр=TR,                                                                               (3.8)

где   Т –тангенциальная сила, Н;

R – радиус кривошипа, м.

Результаты расчета сил и крутящего момента представлены в таблице 4.

Суммирование значений крутящих моментов всех цилиндров двигателя производится табличным или графическим методами. При применении табличного метода значения крутящих моментов одного цилиндра и двигателя сводятся в таблицу 4. При этом крутящий момент двигателя МкрS, Нм, определяется как сумма

,                                (3.9)

где j – порядковый номер цилиндра;

i – число цилиндров;

Q = 720/i –периодичность следования рабочих ходов в цилиндрах 4-х тактного двигателя;

, – крутящий момент j-го цилиндра при угле поворота .

Среднее значение суммарного крутящего момента Мкрср, Нм, определяет­ся по формуле

Мкрср = (F1–F2)mM/ОА,                                                                 (3.10)

где F1 и F2 – соответственно положительная и отрицательная площади, заключенные между кривой МкрS и ли­нией ОА (при i ³ 6 отрицательная площадь, как правило, отсутствует), мм2;

mM – масштаб моментов, Нм/мм;

ОА – длина интервала между вспышками на диаграмме, мм.

     Таблица 4 – Крутящий момент двигателя

По данным таблицы 4 строится график ( рисунок 5 ).

3.5              Неравномерность крутящего момента и равномерность хода двигателя

Неравномерность крутящего момента обычно оценивается коэф­фициентом неравномерности крутящего момента

                                m = (Мкр.max – Мкр.min)/Мкр.ср .                                           (3.11)

Избыточная работа крутящего момента Lизб, Дж,

Lизб = FmMmj ,                                                                      (3.12)

где F – площадь над прямой Мкр.ср , мм2 ;

mМ – масштаб момента, Нм/мм;

mj = 4p/(i·ОА) – масштаб угла поворота коленчатого вала, рад/мм;

- ОА в мм;

- i – число цилиндров.

Неравномерность угловой скорости оценивается как

d = (wmax – wmin)/ wср.                                                      (3.13)

Неравномерность хода для автомобильных двигателей

                                                   d = 0,01–0,02.

Момент инерции движущихся масс двигателя, кгм2;

Jo = Lизб/(dw2),                                                                 (3.14)

где w – средняя угловая скорость коленчатого вала.

Момент инерции маховика со сцеплением автомобильного дви­гателя Jм составляет 80-90% от момента инерции двигателя.

4 Анализ уравновешенности двигателя

Для этой цели в расчетно-пояснительной записке приводится конструктивная схема двигателя с указанием действующих сил и моментов. Производится анализ уравновешенности двигателя и при необходимости определяются величины масс противовесов.

Заключение

Кратко описываются результаты работы и делаются выводы.

Литература

1.   Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн.1. Теория рабочих процессов: Учеб./ Луканин В.Н., Морозов К.А., Хачиян А.С. и др.; Под ред. В.Н. Луканина. - М.: Высш. шк., 2007. – 479 с.

2.   Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн.2. Динамика и конструирование: Учеб./ В.Н. Луканин, И.В. Алексеев, М.Г.. Шатров и др.; Под ред. В.Н. Луканина. - М.: Высш. шк., 2007. – 400 с.

3.   Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для вузов.– 3-е изд., перераб. и доп. -М.:Высшая школа, 2002.-496 с.

4.   Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для вузов.– 2-е изд., перераб. и доп. -М.:Высшая школа, 1980.-400 с.

Глазырин Аркадий Васильевич