3 Построение индикаторной диаграммы
Строим
диаграмму в осях
,
Масштаб давления:
-
0,05
МПа/мм;
Масштаб перемещения поршня:
-
1
мм S/мм.
От начала координат
в масштабе
по оси абсцисс откладываем значения
приведённой высоты камеры сжатия
и
хода поршня S.
мм.
Абсцисса точки z на индикаторной диаграмме дизеля определяется по уравнению
По оси ординат в
масштабе
откладываем величины давлений в
характерных точках
диаграммы,
а также значение
.
Построение политропы сжатия и расширения осуществляется по промежуточным точкам. Значения давления в промежуточных точках определяется по выражениям:
для
политропы сжатия;
для
политропы расширения.
Рассчитанные значения давления в промежуточных точках сводим в таблицу 1.
Таблица 1- Величины давлений в промежуточных точках политропы сжатия и расширения
№ точки |
Sx, мм |
Политропа сжатия |
Политропа расширения |
||
px/μp, мм |
px, МПа |
px/μp, мм |
px, МПа |
||
1 |
10 |
61,62 |
3,081 |
174,67 |
8,73 |
2 |
20 |
23,87 |
1,194 |
72,53 |
3,63 |
3 |
30 |
13,71 |
0,685 |
43,37 |
2,17 |
4 |
40 |
9,25 |
0,462 |
30,12 |
1,51 |
5 |
50 |
6,82 |
0,341 |
22,70 |
1,13 |
6 |
60 |
5,31 |
0,266 |
18,0 |
0,90 |
7 |
70 |
4,30 |
0,215 |
14,81 |
0,74 |
8 |
80 |
3,58 |
0,179 |
12,5 |
0,63 |
9 |
90 |
3,05 |
0,153 |
10,8 |
0,54 |
10 |
100 |
2,64 |
0,132 |
9,4 |
0,47 |
11 |
110 |
2,32 |
0,116 |
8,4 |
0,42 |
12 |
120 |
2,06 |
0,103 |
7,5 |
0,37 |
13 |
124 |
1,97 |
0,098 |
7,2 |
0,36 |
4 Динамический расчёт двигателя
Определяем массу КШМ.
Определяем площадь поршня:
м²;
определяем массу поршня
кг;
определяем массу шатуна
кг;
определяем массу колена вала без противовесов
кг;
определяем массу частей движущихся возвратно поступательно
кг;
кг;
Определяем массу вращающихся деталей.
Для V образного двигателя
кг;
кг.
МПа.
Производим расчёт сил, действующих в КШМ, Н:
- сила инерции возвратно поступательных масс
;
- центробежной силы инерции вращающихся масс
;
-сила инерции вращающихся масс шатуна
;
- суммарной силы, действующей на поршень
;
- боковой силы перпендикулярной оси цилиндра
;
-сила, действующая вдоль шатуна
;
- нормальной силы, действующей вдоль радиуса кривошипа
;
- Тангенциальной силы, касательной окружности кривошипа
;
Данные расчётов сил для различных углов сводятся в таблицу 2.
Таблица 2 – Расчётные данные давлений и сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме
φ |
Pj,Н |
Pj, Мпа |
Pг(мм) |
Pг |
PΣ |
PΣ, Н |
N, кН |
S, кН |
K, кН |
T, кН |
0 |
-18390,5 |
-1,5 |
0,0 |
0,0 |
-1,5 |
-18390,5 |
0,0 |
-18,4 |
-18,4 |
0,0 |
20 |
-16602,1 |
-1,4 |
0,0 |
0,0 |
-1,4 |
-16602,1 |
-1,5 |
-16,7 |
-15,1 |
-7,1 |
40 |
-11770,6 |
-1,0 |
0,0 |
0,0 |
-1,0 |
-11770,6 |
-2,1 |
-11,9 |
-7,7 |
-9,1 |
60 |
-5283,4 |
-0,4 |
0,0 |
0,0 |
-0,4 |
-5283,4 |
-1,3 |
-5,4 |
-1,5 |
-5,2 |
80 |
1161,8 |
0,1 |
0,0 |
0,0 |
0,1 |
1161,8 |
0,3 |
1,2 |
-0,1 |
1,2 |
100 |
6190,6 |
0,5 |
0,0 |
0,0 |
0,5 |
6190,6 |
1,7 |
6,4 |
-2,7 |
5,8 |
120 |
9196,5 |
0,8 |
0,0 |
0,0 |
0,8 |
9196,5 |
2,2 |
9,5 |
-6,5 |
6,9 |
140 |
10414,3 |
0,9 |
0,0 |
0,0 |
0,9 |
10414,3 |
1,8 |
10,6 |
-9,2 |
5,3 |
160 |
10612,3 |
0,9 |
0,0 |
0,0 |
0,9 |
10612,3 |
1,0 |
10,7 |
-10,3 |
2,7 |
180 |
10570,9 |
0,9 |
0,0 |
0,0 |
0,9 |
10570,9 |
0,0 |
10,6 |
-10,6 |
0,0 |
200 |
10612,4 |
0,9 |
0,8 |
0,0 |
0,9 |
11101,2 |
-1,0 |
11,1 |
-10,8 |
-2,8 |
220 |
10413,3 |
0,9 |
1,1 |
0,1 |
0,9 |
11083,2 |
-2,0 |
11,2 |
-9,7 |
-5,6 |
240 |
9192,8 |
0,8 |
1,8 |
0,1 |
0,9 |
10267,0 |
-2,5 |
10,6 |
-7,3 |
-7,7 |
260 |
6183,2 |
0,5 |
2,8 |
0,1 |
0,7 |
7879,1 |
-2,2 |
8,2 |
-3,5 |
-7,4 |
280 |
1151,1 |
0,1 |
4,9 |
0,2 |
0,3 |
4126,4 |
-1,1 |
4,3 |
-0,4 |
-4,3 |
300 |
-5295,7 |
-0,4 |
10,1 |
0,5 |
0,1 |
787,6 |
-0,2 |
0,8 |
0,2 |
-0,8 |
320 |
-11781,4 |
-1,0 |
24,0 |
1,2 |
0,2 |
2702,6 |
-0,5 |
2,7 |
1,8 |
-2,1 |
340 |
-16608,4 |
-1,4 |
67,0 |
3,4 |
2,0 |
23826,1 |
-2,2 |
23,9 |
21,6 |
-10,2 |
360 |
-18390,5 |
-1,5 |
125,2 |
6,3 |
4,7 |
57149,6 |
0,0 |
57,1 |
57,1 |
0,0 |
370 |
-17931,3 |
-1,5 |
252,0 |
12,6 |
11,1 |
134150,7 |
6,3 |
44,6 |
131,1 |
29,5 |
380 |
-16595,8 |
-1,4 |
159,0 |
8,0 |
6,6 |
79360,7 |
7,4 |
79,7 |
72,1 |
34,0 |
400 |
-11759,8 |
-1,0 |
63,7 |
3,2 |
2,2 |
26707,3 |
4,7 |
27,1 |
17,4 |
20,8 |
420 |
-5271,2 |
-0,4 |
30,2 |
1,5 |
1,1 |
12930,4 |
3,1 |
13,3 |
3,8 |
12,7 |
440 |
1172,6 |
0,1 |
17,4 |
0,9 |
1,0 |
11667,4 |
3,2 |
12,1 |
-1,1 |
12,0 |
460 |
6197,9 |
0,5 |
11,6 |
0,6 |
1,1 |
13180,4 |
3,6 |
13,7 |
-5,8 |
12,4 |
480 |
9200,1 |
0,8 |
8,7 |
0,4 |
1,2 |
14450,6 |
3,5 |
14,9 |
-10,2 |
10,8 |
500 |
10415,3 |
0,9 |
7,3 |
0,4 |
1,2 |
14826,9 |
2,6 |
15,0 |
-13,0 |
7,5 |
520 |
10612,3 |
0,9 |
6,6 |
0,3 |
1,2 |
14607,4 |
1,4 |
14,7 |
-14,2 |
3,7 |
540 |
10570,9 |
0,9 |
6,3 |
0,3 |
1,2 |
14360,9 |
0,0 |
14,4 |
-14,4 |
0,0 |
560 |
10612,4 |
0,9 |
5,8 |
0,3 |
1,2 |
14100,6 |
-1,3 |
14,2 |
-13,7 |
-3,6 |
580 |
10412,3 |
0,9 |
5,3 |
0,3 |
1,1 |
13592,7 |
-2,4 |
13,8 |
-11,9 |
-6,9 |
600 |
9189,1 |
0,8 |
4,7 |
0,2 |
1,0 |
12007,5 |
-2,9 |
12,3 |
-8,5 |
-9,0 |
620 |
6175,9 |
0,5 |
4,1 |
0,2 |
0,7 |
8632,1 |
-2,4 |
9,0 |
-3,8 |
-8,1 |
640 |
1140,4 |
0,1 |
3,4 |
0,2 |
0,3 |
3180,2 |
-0,9 |
3,3 |
-0,3 |
-3,3 |
660 |
-5307,9 |
-0,4 |
2,6 |
0,1 |
-0,3 |
-3726,7 |
0,9 |
-3,8 |
-1,1 |
3,7 |
680 |
-11792,1 |
-1,0 |
1,8 |
0,1 |
-0,9 |
-10705,8 |
1,9 |
-10,9 |
-7,0 |
8,3 |
700 |
-16614,7 |
-1,4 |
0,9 |
0,0 |
-1,3 |
-16071,6 |
1,5 |
-16,1 |
-14,6 |
6,9 |
720 |
-18390,5 |
-1,5 |
0,0 |
0,0 |
-1,5 |
-18390,5 |
0,0 |
-18,4 |
-18,4 |
0,0 |
По рассчитанным данным строим графики изменения сил, в зависимости от угла поворота коленчатого вала.
На
верхнем графике строим изменение сил
давления газов
,
график удельной силы инерции
возвратно-поступательных движущихся
масс
и суммарной силы
;
МПа.
Ниже строим значения сил в масштабе:
- найденной ранее
силы
,
μ = 2 кН/мм;
- боковой силы N , действующей на стенки цилиндра и силы S, действующей вдоль шатуна, μ = 1 кН/мм;
- нормальной силы К, действующей по оси кривошипа и тангенциальной силы Т, μ = 1 кН/мм.
5 Кинематический расчет двигателя
Определяем значения перемещения, скорости и ускорения поршня, рассчитанных через 20 градусов поворота коленчатого вала.
При расчете значений, для двигателя с центральным кривошипно-шатунным механизмом, следует воспользоваться формулами:
- перемещения поршня
;
- скорости поршня
;
- ускорения поршня
;
Результаты расчётов сводим в таблицу.
Таблица 3 – Данные для построения графиков перемещения, скорости и ускорения поршня
φ |
S1, мм |
S2, мм |
S, мм |
W1, м/с |
W2, м/с |
W, м/с |
J1, м/с2 |
J2, м/с2 |
J, м/с2 |
0 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
2998,1 |
800,5 |
3798,6 |
30 |
8,31 |
2,07 |
10,37 |
6,82 |
1,58 |
8,39 |
2596,5 |
400,3 |
2996,8 |
60 |
31,00 |
6,21 |
37,20 |
11,81 |
1,58 |
13,38 |
1499,2 |
-400,1 |
1099,1 |
90 |
61,99 |
8,28 |
70,27 |
13,63 |
0,00 |
13,63 |
0,3 |
-800,5 |
-800,1 |
120 |
92,99 |
6,21 |
99,20 |
11,81 |
-1,58 |
10,23 |
-1498,6 |
-400,5 |
-1899,1 |
150 |
115,69 |
2,07 |
117,76 |
6,82 |
-1,58 |
5,24 |
-2596,1 |
400,0 |
-2196,1 |
180 |
124,00 |
0,00 |
124,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
-2998,1 |
800,5 |
-2197,6 |
210 |
115,70 |
2,07 |
117,77 |
-6,81 |
1,58 |
-5,24 |
-2596,8 |
400,6 |
-2196,2 |
240 |
93,02 |
6,21 |
99,22 |
-11,81 |
1,58 |
-10,23 |
-1499,8 |
-399,8 |
-1899,7 |
270 |
62,02 |
8,28 |
70,30 |
-13,63 |
0,00 |
-13,63 |
-1,0 |
-800,5 |
-801,5 |
300 |
31,02 |
6,21 |
37,23 |
-11,81 |
-1,58 |
-13,39 |
1498,0 |
-400,8 |
1097,3 |
330 |
8,32 |
2,07 |
10,39 |
-6,82 |
-1,58 |
-8,40 |
2595,8 |
399,7 |
2995,4 |
360 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
-0,01 |
0,00 |
-0,01 |
2998,1 |
800,5 |
3798,6 |