Исследование сил действующих на коленчатый вал двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование сил действующих на коленчатый вал двигателя

Данные для расчета:

Марка ДВС: А-01М

4-хтактный

6 цилиндров

Топливо - дизель

СП- с воспламенением от сжатия

Nном=99 кВт при n=1700 об/мин

Mкр=683 Нм при n=1100…1300 об/мин

D=130 мм; S= 130 мм.

л=0,24.

Расчет кинематики двигателя.

Длина шатуна L_Ш:

L_Ш=R/л= 65/0,24=270 мм

Перемещение поршня. Изменение хода поршня по углу поворота коленчатого вала строят графическим методом в масштабе M_S=2 мм в мм и M_ц=2⁰ в мм через каждые 30⁰. Поправка Брикса:

Rл/(2M_S)=65*0,24/(2*2)=3,9 мм

Угловая скорость вращения коленчатого вала:

щ=рn/30=3,14*1700/30=178 рад/с.

Скорость поршня. Изменение скорости поршня по углу поворота коленчатого вала строят графическим методом в масштабе M_V=0,4 м/с в мм:

щR/M_V=178*0,065/0,4=28,9 мм;

щRл/(M_V2)=178*0,065*0,240/(0,4*2)=3,5 мм;

±V_{П max}?щRv1+л²=178*0,065*v1+0,24²=11,9 м/с.

Ускорение поршня. Изменение ускорения поршня по углу поворота коленчатого вала строят графическим методом в масштабе M_j=100 м/с² в мм:

щ²R/M_j=178²*0,065/100=20,6 мм;

щ²Rл/M_j=178²*0,065*0,240/100=4,9 мм;

j_max= щ²R (1+л)=178²*0,065 (1+0,24)=2553 м/с²;

j_min= -щ²R (л+1/8л)=178²*0,065 (0,24+1/8*0,24)=1566 м/с².

Таблица 1.1

При j=0, V_п=±11,9 м/с, а точки перегиба S соответствуют повороту кривошипа на 76⁰ и 284⁰.

Рисунок 2.1 - Зависимости пути, скорости и ускорения поршня дизеля от угла поворота кривошипа

Расчет динамики двигателя.

Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма.

По таблице (1, таблица 8.1, стр. 166) с учетом диаметра цилиндра, отношения S/D, V-образного расположения цилиндров и достаточно высокого значения p_z устанавливаются:

масса поршневой группы (для поршня из алюминевого сплава m¹_п=300 кг/м²)

m_п=m¹_пF_п=300*0,0132=3,96 кг

масса шатуна (m¹_ш=400 кг/м²)

m_ш=m¹_шF_п=400*0,0132=5,28 кг

масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (для стального кованного вала m¹_k=400 кг/м²)

m_k=m¹_kF_П=400*0,0132=5,28 кг

масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

m_ш.п.=0,275m_ш=0,275*5,28=1,45 кг

масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:

m_ш.к.=0,725m_ш=0,725*5,28=3,83 кг

массы, совершающие возвратно-поступательное движение:

m_j=m_п+m_ш.п.=3,96+1,45=5,41 кг

массы, совершающие вращательное движение:

m_R?=m_k+2m_ш.к.=5,28+2*3,83=12,94 кг

Полные и удельные силы инерции.

Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс определяют по кривой ускорений (см. рис. 2.1 и табл. 1.1):

полные силы

P_j= - jm_j*10^-3= - j*5,41*10^-3 кH;

удельные силы

p_j=P_j/F_п= P_j*10^-3/0,0132 МПа.

Значения p_j заносят в таблицу 1.2.

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна одного цилиндра

К_Rш= - m_ш.к.Rщ²*10^-3= -3,83*0,065*178²*10^-3= -7,88 кH.

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа

К_Rк= - m_кRщ²*10^-3= -5,28*0,065*178²*10^-3= -10,87 кH.

Центробежная сила инерции вращающихся масс, действующая на кривошип

К_R?= К_Rк+2 К_Rш= -10,87+2*(-7,88)= -26,63 кH.

Таблица 1.2

Рисунок 2.2 - Зависимость р и ?р_г от угла поворота кривошипа

Удельные суммарные силы. Удельная суммарная сила (МПа), сосредоточенная на оси поршневого пальца (рис. 2.2 и табл. 1.2):

р=?р_г+р_j.

Удельные силы р_N, p_S, p_K и p_T определяют аналитическим методом. расчет этих сил для различных ц сводят в таблицу 1.3.

Графики изменения удельных сил р_N, p_S, p_K и p_T в зависимости от ц представлены на рис. 2.3, где М_Р=0,08 МПа в мм и М_ц=3⁰ в мм.

Среднее значение удельной тангенциальной силы за цикл:

P_Tср=2р_i/(рф)=2*1,3478/(3,14*4)=0,215 МПа

Крутящие моменты. Крутящий момент одного цилиндра

Mкр.ц.=TR=T*0,065 kH*м.

Изменение крутящего момента цилиндра в зависимости от ц выражает кривая р_Т (рис. 2.3 и табл. 1.3), но в масштабе

М_М=М_рF_пR=0,08*0,0132*0,065*10³=0,06864 kH*м в мм,

Период изменения крутящего момента четырехтактного дизеля с равными интервалами между вспышками и=720/i=720/6=120⁰.

Таблица 1.3

Таблица 1.4

Рисунок 2.3 - Графики изменения удельных сил р_N, p_S, p_K и p_T.

Суммирование значений крутящих моментов всех восьми цилиндров двигателя производится табличным методом через каждый 10⁰ угла поворота коленчатого вала. По полученным данным строят кривую М_кр в масштабе М_м=25Н*м в мм и М_ц=1⁰ в мм.

Рисунок 2.4 - Суммарный крутящий момент дизеля

Уравновешивание.

Центробежные силы инерции рассчитываемого двигателя полностью уравновешены: ?К_R=0.

Суммарный момент центробежных сил действует во вращающейся плоскости, составляющей с плоскостью первого кривошипа угол 18⁰26', величина его

?М_R=v10 (m_k+2m_ш.к.) Rщ²a.

Силы инерции первого порядка взаимно уравновешены: ?R_j1=0.

Суммарный момент сил инерции первого порядка действует в той же плоскости, где и равнодействующий момент центробежных сил, величина его

?М_j1=v10m_j Rщ²a.

Силы инерции второго порядка и их моменты полностью уравновешены:

?R_j2=0; ?М_j2=0.

Уравновешивание моментов ?М_j1 и ?М_R осуществляется установкой двух противовесов на концах коленчатого вала в плоскости действия моментов, т.е. под углом 18⁰26'.

Суммарные моменты ?М_j1 и ?М_R действуют в одной плоскости поэтому

?М_j1 и ?М_R=аRщ²v10 (m_j+m_k+2m_ш.к.).

Масса каждого противовеса определяется из условия равенства моментов

m_пр?сщ²b=?М_j1 и ?М_R.

Расстояние центра тяжести общего противовеса от оси коленчатого вала принимаем с=125 мм.

Расстояние между центрами тяжести общих противовесов - b=720 мм.

Расстояние между центрами шатунных шеек - а=160 мм.

Масса общего противовеса

поршень коленчатый кривошип двигатель

m_пр=аRv10 (m_j+m_k+2m_ш.к.)/(сb)=160*65*v10 (5,41+5,28+2*3,83) /(125*720)=6,7 кг

Размещено на Allbest.ru

Размещено на Allbest.ru