Динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізму двигуна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізму двигуна

1. Підготовка вихідних даних

1.1 Данні двигуна

Результати розрахунку робочого процесу дизеля з наддувом

- ВИХІДНІ ДАНІ

Частота обертання к.в.: 3500 об/хв

Діаметр циліндра: 0,088 м

Ход поршня: 0,082 м

Ступінь стиску: 19,0

Число циліндрів: 3

Довжина шатуна: 0,137 м

- РОЗМІРИ ЦИЛІНДРА

Робочий об'єм циліндра: 4,987E-4 м куб

Об'єм камери стиску: 2,771E-5 м куб

- ПАРАМЕТРИ ПОВІТРЯ

Теор. необхід. кіл-ть повітря: 0,497 кмоль пов/кг пал

Хімічний коеф. молекулярної зміни: 1,046

Коеф. надлишку повітря: 1,42

Сумарний коеф. надлишку повітря: 1,42

- ПАРАМЕТРИ НАДДУВА

Тиск газів на випуску: 0,11 МПа

Температура після нагнітача: 326К

Температура після повітроохолоджувача: 293 К

Ефективність повітроохолоджувача: 0

- ПАРАМЕТРИ НАПОВНЕННЯ

Підігрів заряду при наповненні: 9,8 К

Коефіцієнт наповнення: 0,912

Потенціальний заряд циліндра: 2,006Е-5

Коеф. залишкових газів: 0,057

Кількість свіжої суміші: 1,829E-5 кмоль / цикл

Кількість суміші вкінці наповнення: 1,940E-5 кмоль / цикл

Об'єм вкінці наповнення: 5,264E-4 м куб

Температура вкінці наповнення: 317 К

Тиск вкінці наповнення: 0,097 МПа

- ПАРАМЕТРИ ТИСКУ

Показник адіабати стиску: 1,369

Кількість робочого тіла вкінці стиску: 1,940E-5 кмоль / цикл

Об'єм вкінці стиску: 2,771E-5 м куб

Температура вкінці стиску: 938 К

Тиск вкінці стиску: 5,462 МПа

- ПАРАМЕТРИ ЗГОРАННЯ

Ступінь підвищення тиску: 1,74

Повний коефіцієнт молекулярної зміни: 1,044

Кількість суміші вкінці згоряння: 2,025E-5 кмоль / цикл

Об'єм вкінці згоряння: 3,735E-5 м куб

Температура вкінці згоряння: 2107 К

Максимальний тиск циклу: 9,5 МПа

Кут максимального тиску циклу: 15,9 гр

- ПАРАМЕТРИ РОЗШИРЕННЯ

Показник адіабати розширення: 1,216

Кількість робочого тіла вкінці розширення: 2,025E-5 кмоль / цикл

Об'єм вкінці розширення: 4,165E-4 м куб

Температура вкінці розширення: 1250 К

Тиск вкінці розширення: 0,5054 МПа

- ІНДИКАТОРНІ ПОКАЗНИКИ

Повна ступінь розширення: 14,094

Середній індикаторний тиск: 1,0299 МПа

Індикаторна робота: 513,6 Дж/цикл

Індикаторна потужність: 44,94 кВт

Індикаторний ККД: 0,468

Питома індикаторна витрата палива: 181,6 г/кВтч

Середній тиск насосних ходів: -0,0414 МПа

Робота насосних ходів: -20,7 Дж/цикл

Потужність насосних ходів: -1,81 кВт

Доля насосних ходів: -0,019

- ЕФЕКТИВНІ ПОКАЗНИКИ

Середня швидкість поршня: 9,57 м/с

Середній тиск механічних втрат: 0,2089 МПа

Робота механічних втрат: 104,2Дж/цикл

Потужність механічних втрат: 9,12 кВт

Доля механічних втрат: 0,095

Середній ефективний тиск: 0,7791 МПа

Ефективна робота: 388,8 Дж/цикл

Ефективна потужність: 34,02 кВт

Ефективний ККД: 0,355

Питомі ефективні витрати палива: 240,1 г/кВтч

Механічний ККД: 0,757

Часові витрати палива: 8,17 кг/ч

Циклова подача: 2,592E-05 кг/цикл

Діаграмма стиску - горіння - розширення alfa V p

180 5,264E-4 0,097

190 5,238E-4 0,098

200 5,158E-4 0,100

210 5,024E-4 0,104

220 4,835E-4 0,109

230 4,593E-4 0,117

240 4,297E-4 0,128

250 3,953E-4 0,144

260 3,566E-4 0,166

270 3,144E-4 0,197

280 2,700E-4 0,242

290 2,247E-4 0,311

300 1,804E-4 0,421

310 1,387E-4 0,603

320 1,015E-4 0,924

330 7,045E-5 1,523

340 4,711E-5 2,642

350 3,262E-5 4,368

360 2,771E-5 5,462

360 2,771E-5 9,500

376 3,735E-5 9,500

380 4,711E-5 7,164

390 7,044E-5 4,393

400 1,015E-4 2,819

410 1,387E-4 1,928

420 1,804E-4 1,401

430 2,247E-4 1,072

440 2,700E-4 0,858

450 3,144E-4 0,713

460 3,566E-4 0,612

470 3,953E-4 0,539

480 4,297E-4 0,487

490 4,593E-4 0,450

500 4,835E-4 0,422

510 5,024E-4 0,403

520 5,158E-4 0,390

530 5,238E-4 0,383

540 5,264E-4 0,381

Діаграма насосних ходів

alfa p V M T

476 0,503 4,990E-4 2,024E-5 1246

480 0,483 4,297E-4 2,024E-5 1234

490 0,440 4,593E-4 2,012E-5 1207

500 0,401 4,835E-4 1,975E-5 1182

510 0,364 5,024E-4 1,902E-5 1155

520 0,325 5,158E-4 1,792E-5 1124

530 0,285 5,238E-4 1,649E-5 1091

540 0,247 5,264E-4 1,485E-5 1054

550 0,212 5,238E-4 1,315E-5 1016

560 0,178 5,158E-4 1,135E-5 975

570 0,151 5,024E-4 9,735E-6 936

580 0,132 4,835E-4 8,471E-6 906

590 0,121 4,593E-4 7,540E-6 887

600 0,117 4,297E-4 6,854E-6 879

610 0,116 3,953E-4 6,273E-6 878

620 0,117 3,566E-4 5,686E-6 879

630 0,118 3,144E-4 5,053E-6 881

640 0,119 2,700E-4 4,369E-6 883

650 0,120 2,247E-4 3,655E-6 885

660 0,120 1,804E-4 2,950E-6 886

670 0,122 1,387E-4 2,287E-6 889

680 0,124 1,015E-4 1,696E-6 893

690 0,127 7,045E-5 1,201E-6 898

700 0,132 4,711E-5 8,252E-7 906

710 0,136 3,262E-5 5,833E-7 912

720 0,116 2,771E-5 4,410E-7 878

010 0,092 3,272E-5 4,572E-7 789

020 0,078 4,711E-5 7,803E-7 563

030 0,074 7,044E-5 1,443E-6 435

040 0,075 1,015E-4 2,423E-6 379

050 0,078 1,387E-4 3,674E-6 352

060 0,080 1,804E-4 5,123E-6 337

070 0,081 2,247E-4 6,686E-6 329

080 0,082 2,704E-4 8,299E-6 323

090 0,083 3,148E-4 9,880E-6 319

100 0,084 3,570E-4 1,142E-5 316

110 0,085 3,957E-4 1,292E-5 315

120 0,087 4,301E-4 1,434E-5 314

130 0,089 4,595E-4 1,566E-5 314

140 0,091 4,837E-4 1,684E-5 314

150 0,093 5,025E-4 1,783E-5 315

160 0,094 5,159E-4 1,859E-5 315

170 0,096 5,238E-4 1,910E-5 316

180 0,097 5,264E-4 1,940E-5 317

190 0,098 5,237E-4 1,948E-5 318

200 0,100 5,157E-4 1,940E-5 319

210 0,103 5,022E-4 1,934E-5 322

212 0,104 4,990E-4 1,933E-5 322

1.2 Дані шатунно-поршневої групи

Маса поршня m_п, кг: 1,165

Маса шатуна m_L, кг: 1,04

Длина шатуна L, мм: 137

Відстань між віссю шатунного підшипника до центра

маси шатуна L_B, мм: 80

1.3 Данні колінчатого валу

Матеріал колінчатого вала: Чавун спеціальний

Діаметр шатунної шийки d, мм: 51

Діаметр отвору в шатунній шийці d₁, мм: 0

Довжина шатунної шийки с, мм: 35

Діаметр корінної шийки D, мм: 51

Діаметр отвору у корінній шийці D₁, мм: 0

Довжина корінних шийок а, мм: а_0,1=32; а_1,2= а_2,3=32

Ширина щоки h, мм: 80

Висота щоки H, мм: 114

Товщина щоки b, мм: 18

Масовий момент інерції маховика ?_м, кг*м²: 2,4

1.4 Підготовка додаткових вихідних даних

Площа поршня F_п, м²,

де D_ц - діаметр циліндра двигуна.

Радіус кривошипа R, м,

де S - хід поршня, м.

Конструктивний параметр КШМ



Кутова швидкість обертання колінчатого валу щ, рад/с

Прямолінійно рухома маса в циліндрі двигуна m_a, кг

Обертова маса шатуна m_BL, кг

Маса шатунної шійки зведена до її осі m_ш, кг

де Е - зміщення осі отвору в шатунній шійці відносно шатунної шійки;

с - густина матеріалу колінчатого валу.

Маса щоки, зведена до осі шатунної шійки m_щ, кг

де Х_щ - відстань між віссю обертання кривошипу до центру маси щоки.

Приведена маса кривошипа m_k, кг

Обертова маса у відсіці двигуна m_В, кг

Сила інерції обертової маси Р_ив, кн.

Сила інерції обертової частини шатуна Р_ивL, кН

1.5 Скруглення індикаторної діаграми

Тиск при = 360?, МПа:

де р_с - тиск в циліндрі вкінці такту стиснення;

р_z-максимальний тиск циклу.



Рисунок 1.1 - Індикаторна діаграма

2. Розрахунок сил і обертового моменту у відсіку двигуна

Рисунок 2.1 - Схема сил у відсіку двигуна

Для розрахунку обертового моменту використовуються наступні залежності.

Сила тиску газів, кН:

де р_г - тиск газів у циліндрі, Мпа.

Прискорення поршня, м/с²:

Сила інерції прямолінійно рухомої маси, кН,

.

Сумарна сила в точці А, кН,

_.

Кут між віссю шатуна та віссю циліндра, градуси,

Нормальна сила, що передається поршнем на стінки циліндра, кН,

Сила, що передається по шатуну на кривошип, кН,

.

Радіальна складова сили Q_A на кривошипі, кН,

Повна радіальна сила у відсіку двигуна, кН,

Тангенціальна складова сили Q_A на кривошипі, кН,

.

дизель двигун шатун кривошип

Крутний момент на кривошипі, кН•м,

.

Результати розрахунку представлені у таблиці 2.1.

За результатами розрахунку построєні графіки:

1) Р_г, Р_иа, Р_А = f(б) - рис 2.2;

2) N_A, Q_A, Z_A, Т_А = f(б) - рис 2.3;

3) Z, = f(б) - рис 2.4.

Похибка розрахунку

де М_i - значення індикаторного обертового моменту, кН•м,

де Р_i - середній індикаторний тиск, МПа;

Р_НП - тиск насосних втрат, МПа;

V_h - об'єм двигуна;

Z₀ - число циліндрів у відсіку двигуна;

ф - тактність двигуна;

М_кср - середнє поточне значення обертового моменту, кН•м



де М_кі - поточне значення крутного моменту, кН•м.

Розбіжність між і складає =3,07%, що допустимо.

Таблиця 2.1 - Розрахунок сил і обертового моменту у відсіку двигуна

б, град	рц, МПа	Рг, МПа	в, град	а, м/с2	Риа, кН	Ра, кН	Na, кН	Qa, кН	Za, кН	Z, кН
0	0,116	0,097	0	7151,56	-10,410	-10,313	0	-10,313	-10,313	-22,367
10	0,092	-0,049	2,9861	6968,46	-10,143	-10,192	-0,532	-10,206	-9,945	-21,999
20	0,078	-0,134	5,8893	6433,69	-9,365	-9,499	-0,980	-9,549	-8,591	-20,645
30	0,074	-0,158	8,6269	5589,36	-8,136	-8,294	-1,258	-8,389	-6,554	-18,608
40	0,075	-0,152	11,1184	4500,75	-6,551	-6,703	-1,317	-6,832	-4,288	-16,342
50	0,078	-0,134	13,2861	3249,52	-4,730	-4,864	-1,148	-4,998	-2,247	-14,301
60	0,08	-0,122	15,0586	1925,42	-2,803	-2,924	-0,787	-3,028	-0,781	-12,835
70	0,081	-0,116	16,3741	617,27	-0,899	-1,014	-0,298	-1,057	-0,067	-12,121
80	0,082	-0,109	17,1841	-595,56	0,867	0,757	0,234	0,793	-0,099	-12,153
90	0,083	-0,103	17,4576	-1650,36	2,402	2,299	0,723	2,410	-0,723	-12,777
100	0,084	-0,097	17,1841	-2506,11	3,648	3,551	1,098	3,717	-1,698	-13,752
110	0,085	-0,091	16,3741	-3145,77	4,579	4,488	1,319	4,677	-2,774	-14,828
120	0,087	-0,079	15,0586	-3575,78	5,205	5,126	1,379	5,308	-3,757	-15,811
130	0,089	-0,067	13,2861	-3822,69	5,564	5,497	1,298	5,649	-4,528	-16,582
140	0,091	-0,055	11,1184	-3927,58	5,717	5,662	1,113	5,771	-5,053	-17,107
150	0,093	-0,043	8,6269	-3939,00	5,734	5,691	0,863	5,756	-5,360	-17,414
160	0,094	-0,036	5,8893	-3905,19	5,684	5,648	0,583	5,678	-5,507	-17,561
170	0,096	-0,024	2,9861	-3866,80	5,629	5,604	0,292	5,612	-5,570	-17,624
180	0,097	-0,018	0	-3850,84	5,605	5,587	0	5,587	-5,587	-17,641
190	0,098	-0,012	-2,9861	-3866,80	5,629	5,616	-0,293	5,624	-5,582	-17,636
200	0,1	0,000	-5,8893	-3905,19	5,684	5,684	-0,586	5,715	-5,542	-17,596
210	0,104	0,024	-8,6269	-3939,00	5,734	5,758	-0,874	5,824	-5,423	-17,477
220	0,109	0,055	-11,1184	-3927,58	5,717	5,772	-1,134	5,882	-5,150	-17,204
230	0,117	0,103	-13,2861	-3822,69	5,564	5,668	-1,338	5,824	-4,668	-16,722
240	0,128	0,170	-15,0586	-3575,78	5,205	5,375	-1,446	5,566	-3,940	-15,994
250	0,144	0,268	-16,3741	-3145,77	4,579	4,847	-1,424	5,051	-2,996	-15,050
260	0,166	0,401	-17,1841	-2506,11	3,648	4,049	-1,252	4,238	-1,936	-13,990
270	0,197	0,590	-17,4576	-1650,36	2,402	2,992	-0,941	3,136	-0,941	-12,995
280	0,242	0,863	-17,1841	-595,56	0,867	1,730	-0,535	1,811	-0,226	-12,280
290	0,311	1,283	-16,3741	617,27	-0,899	0,384	-0,113	0,401	0,025	-12,029
300	0,421	1,952	-15,0586	1925,42	-2,803	-0,851	0,229	-0,881	-0,227	-12,281
310	0,603	3,058	-13,2861	3249,52	-4,730	-1,672	0,395	-1,718	-0,772	-12,826
320	0,924	5,010	-11,1184	4500,75	-6,551	-1,541	0,303	-1,571	-0,986	-13,040
330	1,523	8,652	-8,6269	5589,36	-8,136	0,516	-0,078	0,522	0,408	-11,646
340	2,642	15,455	-5,8893	6433,69	-9,365	6,090	-0,628	6,123	5,508	-6,546
350	4,368	25,949	-2,9861	6968,46	-10,143	15,806	-0,825	15,828	15,423	3,369

3. Визначення крутних моментів, що передаються до корінних шийок

Крутний момент на носку колінчатого валу, кН•м,

де N_eo - потужність, що відбирається з носка колінчатого валу або що подається до нього, кВт.

Якщо N_eo невелике - менше 5% від індикаторної потужності, то М_0,1 можна не враховувати.

Крутний момент на корінній шійці 1,2, кН•м,

де М₁ - крутний момент, що виникає на 1^му кривошипі, кН•м.

Крутний момент на корінній шійці 2,3, кН•м,

де М₂ - крутний момент, що виникає на 2^му кривошипі, кН•м.

Крутний момент на корінній шійці 4, к, кН•м,

де М₃ - крутний момент, що виникає на 3^му кривошипі, кН•м;

М_к - сумарний крутний момент на фланці колінчастого валу.

Визначаємо інтервал роботи суміжних циліндрів в градусах повороту колінчатого валу



де х - тактність двигуна;

z - число циліндрів двигуна.

Порядок роботи циліндрів двигуна: 1-3-2.

Число циліндра у ПРЦД: 1-2-3.

Визначаємо початкові значення кутів повороту кривошипів

де i - тактність двигуна;

Д - кут чергування роботи циліндрів;

z - число циліндрів;

n - число циліндра у порядку роботи циліндрів.

Результати розрахунку представлені у таблиці 3.1.

За результатами розрахунку построєні графіки М_к, М_кср, М_кі = f(a)

Похибка розрахунку

де М_i - значення індикаторного крутного моменту, кН•м;

де Р_i - середній індикаторний тиск, МПа;

Р_НП - тиск насосних втрат, МПа;

V_h - об'єм двигуна;

z - число циліндрів двигуна;

ф - тактність двигуна;

М_кср - середнє значення крутного моменту, кН•м;

де М_кі - поточне значення крутного моменту, кН•м.

Розбіжність між і складає =2,97%, що допускається.

Размещено на Allbest.ru