Тепловой расчет двигателя

'       Cos/5 1      CosjS

Сила Z считается положительной, если она направлена к оси коленчатого  вала, сила Т считается положительной, если создаваемый ей момент совпадает с направлением вращения коленчатого вала двигателя. Результаты расчета сводятся в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

 

ОС	Рг, мПа	Р., мПа	Р1( мПа	N/ мПа	S, мПа	1, мПа	Т, мПа
О
30
60
• it
720

По данным таблицы 2.1. на листе 1, под развернутой диаграммой с  сохранением цены деления шкалы  угла поворота коленчатого вала вычерчивают  диаграмму силы N, силы Т, определяющей крутящий момент одного цилиндра, а также силы Z (рис.2.2.).

На листе строится нормальная сила N в зависимости от хода поршня (рис 2.3.). С учетом диаметра цилиндра и хода поршня изображается гильза цилиндра и наносятся координаторные оси, при этом положительная сила N должна быть направлена влево. Шкала угла поворота коленчатого вала нелинейная, деления шкалы рассчитываются по перемещению поршня.

где <"'-=1мм/мм - масштаб  шкалы;

Ха - перемещение поршня от ВМТ, соответствующее повороту коленчатого  вала. Значения х« сводят в таблицу.

График силы N вычерчивают  тонкими линиями. В предположении, что износ цилиндра пропорционален величине силы, строится эпюра износа методом графического суммирования.

2.3. Диаграммы крутящего  момента двигателя

Кривая изменения тангенциальной силы Т в зависимости от угла а в определенном масштабе является кривой изменения крутящего момента одного цилиндра.

Для построения кривой суммарного момента многоцилиндрового двигателя  с равномерным чередованием вспышек  производят графическое суммирование кривых крутящих моментов каждого цилиндра, сдвигая одну кривую относительно другой на угол между вспышками.

авсп = 720°/i, где i - число цилиндров.Диаграмма крутящего момента строится под индикаторной диаграммой в нижней левой части листа (рис.2.4.).

Крутящий момент определяем по формуле:

MKp=RTFn*106 Нм, где Т - тангенциальная сила, МПа; Fn=7iD2/4 - площадь поршня, м2; R - радиус кривошипа, м. Среднее значение суммарного крутящего момента можно определить по формуле:

"• "        ОА       Um'

где ОА - отрезок построения диаграммы; Fi,F2 - площади диаграмм; -"«-- масштаб крутящего момента. 2.4. Построение полярной диаграммы нагрузок на шатунную шейку коленвала

На втором листе (рис.2.5.) строится векторная диаграмма результирующей силы, действующей на шатунную шейку  кривошипа.

На шейку кривошипа  действуют силы T,Z и центробежная сила части шатуна, совершающей вращательное движение Кш.

Так как расчет ведется  для постоянной частоты вращения коленчатого вала, то сила Кш постоянна по величине и направлена по радиусу кривошипа от оси коленчатого вала.

Кш = -(0,7...0,8)тиДсй210"9, мПа, где тш - масса шатуна, кг/м2; R - радиус кривошипа в мм.

Оси координат (рис.2.5.) принимаем  совпадающими с направлением сил Т и Z. Масштаб сил Т и Z должен быть одинаков. Для учета влияния центробежной силы перенесем начало координат по оси Z из точки О в точку Oi, расположенную на расстоянии Кш.

Для каждого положения  кривошипа, начиная от О до конца цикла, из таблицы 2.1 берут величины сил Т и Z, откладывая их по осям в выбранном масштабе с учетом знака. Из концов этих векторов проводят перпендикуляры, точку пересечения которых отмечают соответствующим углом поворота коленвала. Полученные точки являются концами векторов суммарной силы, действующей на шатунную шейку для каждого угла поворота. Полученные точки соединяют плавной кривой, которая обозначает замкнутый контур.

2.5. Развернутая диаграмма  нагрузок, действующих на шатунную  шейку

Для нахождения максимальной, минимальной  и средней нагрузок действующих  на шатунную шейку, полярную диаграмму  перестраивают в прямоугольные  координаты R^-a (рис.2.6.).

Построение развернутой  диаграммы ведут в следующем  порядке:

наносятся координаты оси  Ruim-a и выполняется их разметка в соответствующих 
масштабах; 4

из центра Oi полярной диаграммы измеряются вектора силы для 0°, 300,60° и т.д. 
углов поворота кривошипа а и переносятся на прямоугольные координаты;

полученные точки соединяют  плавной кривой;

.развернутую диаграмму  планиметрируют, находят ее среднюю ординату и проводят 
на чертеже среднюю линию, обозначающую среднюю нагрузку Яшш ср;

- по величине средней нагрузки проверяют шатунные подшипники по удельным 
нагрузкам.

2.6. Диаграмма износа шатунной  шейки

На основании полярной диаграммы нагрузок на шатунную шейку  коленчатого вала можно построить  диаграмму износа шейки. Эта диаграмма  дает возможность определить наиболее и наименее нагруженные участки  шатунной шейки с целью правильного  определения местонахождения маслянного отверстия. Кроме того диаграмма дает наглядное представление о характере износа шейки по всей окружности.

Построение диаграммы  износа шатунной шейки осуществляют следующим образом (рис.2.7.):

проводят окружность, изображающую в произвольном масштабе шатунную шейку и 
делят ее на равное количество участков лучами d; O2 и т.д.;

переносят луч с диаграммы  износа параллельно самому себе на полярную диаграмму;

определяют по полярной диаграмме  сектор на шатунной шейке (по 60° в  каждую 
сторону от рассматриваемого луча), в котором действующие силы Яц,ш создают нагрузку 
(износ) по направлению рассматриваемого луча;

определяют величину каждой силы R^, действующей в секторе  рассматриваемого 
луча для соответствующих углов и заносят в таблицу 2.2.;

 

суммируют значения сил по рассматриваемому лучу в масштабе, эту нагрузку 
откладывают по лучу от окружности к центру;

полученные точки построения соединяют плавной кривой, характеризующей  износ 
шейки;

определяют по диаграмме  нагруженный и ненагруженный  участки и определяются с 
местоположением оси маслянного отверстия.

Таблица 2.2.а, град					Значе	эния		ля лу	чей
Лучи	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0°
30°
60°
■ < •
660°
690°
720°

2.7. Порядок построения  полярной диаграммы нагрузок, действующей  на коренную шейку коленчатого  вала

Для построения полярной диаграммы  необходимо знать схему коленчатого  вала, порядок чередования вспышек (порядок работы цилиндров) и значения сил Т и R в диапазоне изменения углов а от 0° до 720°.

Построение диаграммы  ведут следующим образом (рис.2.8.):

- определяют угол развала кривошипов коленвала, между которыми расположена 
коренная шейка аразв=720/1,

где i - число цилиндров двигателя;

- определяют    угол    между    вспышками    для    цилиндров,    где    расположена 
рассматриваемая коренная шейка аВСп;

наносят полярные оси Т и Z для цилиндров, с общим полюсом О, предварительно 
сдвинув их друг относительно друга на угол развала кривошипов;

из расчетов выбирают значения сил Ti и Zi для <х=0° и откладывают их на полярных 
осях 1-го цилиндра. Для второго цилиндра выбирают значения сил Т2 и Ъг, но отстающие от 
первого на угол между вспышками. Полученные точки на первых и вторых координатных 
осях геометрически суммируют. Полученную точку обозначают углом поворота кривошипа а 
по 1-му цилиндру;

полученные точки соединяют  плавной кривой в порядке возрастания  углов (от 0 до 
720°);

для учета центробежной силы вычисляют по формуле

С=тШк*Я*со2*10"9, МПа, где тшк = 0,725 тш- масса отнесенная к нижней головке шатуна.

В масштабе цр откладывают по положительным направлениям осей Zi и Ъг, а затем геометрически суммируют, конец равнодействующей будет новым полюсом Oi полярной диаграммы.

Примерный вид полярной диаграммы  показан в приложении (8-ми цилиндровый  двигатель).

При принятом способе построения масштаб сил на полярной диаграмме  для коренной шейки будет в 2 раза большим, чем на всех предыдущих диаграммах.

Подобно рассматриваемому выше для шатунной шейки может быть построена диаграмма износа и для коренной шейки.

2.8. Развернутая диаграмма  нагрузок, действующих на коренную  шейку

Для нахождения максимальной, минимальной и средних нагрузок, действующих на коренной подшипник, полярную диаграмму переносят в  прямоугольные координаты R^u - а (рис.2.9.).

Порядок построения следующий:

наносят  прямоугольные  координаты   Яш  -  а  и   выполняют  разбивку  осей  в 
соответствующих масштабах;

измеряют вектора силы из нового полюса полярной диаграммы  d до точки 
соответствующего угла а и переносят на прямоугольные координаты;

- полученные точки соединяют плавной кривой в порядке возрастания углов;

-на диаграмме определяют  максимальную, минимальную и среднюю  нагрузки и проверяют коренной  подшипник по удельным нагрузкам.

Примерный вид развернутой  диаграммы приведен в приложении.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных  двигателей. - М: Колос, 1992,-413с.

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.: Высшая школа., 
1995-368G

Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн 2. Динамика и конструирование: Учеб./ 
Луканин В.Н., Алексеев И.В., Шатров М.Г. и др. Под ред. В.КЛуканина. - М.: Высшая школа., 
1995-319С.

Учебное пособие к выполнению курсового проекта по дисциплине «Тракторы и 
автомобили» с использованием ЭВМ (тепловой и динамический расчет) - Новочеркасск: 
НИМИ, 1995, 45 с.

5. Методические   указания   к   выполнению   курсового   проекта   по   дисциплине 
«Автомобильные двигатели» (тепловой и динамический расчет автомобильных двигателей)- 
Зерноград: АЧГАА, 1997, 25с.