Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
Динамический расчёт двигателя
|
|
Для расчёта деталей кривошипно-шатунного механизма на прочность и выявление нагрузок на трансмиссию машин необходимо определить величины и характер изменения сил и моментов, действующих в двигателе. С этой целью проводят динамический расчёт кривошипно-шатунного механизма в следующем порядке.
1. Индикаторная диаграмма строится на листе бумаги формата А1 в верхнем левом углу.
2. В правом верхнем углу строится диаграмма фаз газораспределения, а под нею схема кривошипно-шатунного механизма с указанием точек приложения и знаков действия сил.
3. Построенная скругленная индикаторная диаграмма, пользуясь методом Брикса, развёртывается в диаграмму избыточных сил давления газов по углу поворота коленчатого вала двигателя в масштабе 
.
4. Ниже полуокружности наносятся координаты и строятся графики перемещения, скорости и ускорения поршня в выбранном ранее масштабе.
5. Руководствуясь найденными размерами двигателя, определяется масса частей, совершающих возвратно-поступательное движение, и масса частей, совершающих вращательное движение. Для этой цели необходимо задаться конструктивными массами поршневой и шатунной группы.
После этого производится расчёт полного значения масс, пользуясь
таблицей 2.
Таблица 2: «Конструктивные массы, отнесённые к площади поршня, 
»
| Элементы КШМ | Конструктивная масса |
| Дизельный ДВС (D=80…120мм) | |
| Поршень из алюминиевого сплава | 150…300 |
| Шатун | 250…400 |
| Колено вала без противовесов: - стальной кованный вал со сплошными шейками | 200…400 |
| -чугунный литой вал с полыми шейкам | 150…300 |
Масса частей, движущихся возвратно-поступательно, рассчитывается следующим образом.
;
;
;
.
Масса вращающихся деталей
;
;
;
;
.
6. Производится расчёт сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме:
- силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс
;
- центробежной силы инерции вращающихся масс
;
- силы инерции вращающихся масс шатуна
;
- суммарной силы, действующей на поршень,
;
- боковой силы, перпендикулярной оси цилиндра,
;
- силы, действующей вдоль шатуна,
;
- нормальной силы, действующей вдоль радиуса кривошипа,
;
- тангенциальной силы, касательной к окружности кривошипа
.
Значения тригонометрических функций для выбранного значения берутся из справочных таблиц. Расчёт значений всех действующих сил производится через каждые 
поворота коленчатого вала. Данные для расчётов сил для различных углов сводятся в таблицу.
Таблица 3: «Расчётные данные давлений и сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме».
| φ | Pj,МПа | PΣ,МПа | Pj,Н | PΣ,Н | N,кН | S,КН | K,КН | T,КН. | М,Н*м |
| 0 | -0,6 | -0,6 | -7276,4 | -7276,4 | 0,0 | -7,3 | -7,3 | 0,0 | |
| 20 | -0,5 | -0,5 | -6568,8 | -6568,8 | -0,6 | -6,6 | -6,0 | -2,8 | -211,35 |
| 40 | -0,4 | -0,4 | -4657,1 | -4657,1 | -0,8 | -4,7 | -3,0 | -3,6 | -271,4 |
| 60 | -0,2 | -0,2 | -2090,4 | -2090,4 | -0,5 | -2,1 | -0,6 | -2,1 | -154,43 |
| 80 | 0,0 | 0,0 | 459,7 | 459,7 | 0,1 | 0,5 | 0,0 | 0,5 | 35,58 |
| 100 | 0,2 | 0,2 | 2449,4 | 2449,4 | 0,7 | 2,5 | -1,1 | 2,3 | 172,13 |
| 120 | 0,3 | 0,3 | 3638,7 | 3638,7 | 0,9 | 3,7 | -2,6 | 2,7 | 203,86 |
| 140 | 0,3 | 0,3 | 4120,5 | 4120,5 | 0,7 | 4,2 | -3,6 | 2,1 | 156,99 |
| 160 | 0,3 | 0,3 | 4198,9 | 4198,9 | 0,4 | 4,2 | -4,1 | 1,1 | 80,30 |
| 180 | 0,3 | 0,3 | 4182,5 | 4182,5 | 0,0 | 4,2 | -4,2 | 0,0 | |
| 200 | 0,3 | 0,3 | 4198,9 | 4198,9 | -0,4 | 4,2 | -4,1 | -1,8 | -135,1 |
| 220 | 0,3 | 0,3 | 4120,1 | 4120,1 | -0,7 | 4,2 | -3,6 | -3,2 | -240,1 |
| 240 | 0,3 | 0,3 | 3637,2 | 3637,2 | -0,9 | 3,7 | -2,6 | -3,6 | -268,7 |
| 260 | 0,2 | 0,3 | 2446,5 | 3106,5 | -0,8 | 3,2 | -1,4 | -3,2 | -240,44 |
| 280 | 0,0 | 0,2 | 455,4 | 2435,4 | -0,7 | 2,5 | -0,2 | -2,3 | -171,15 |
| 300 | -0,2 | 0,1 | -2095,3 | 1204,7 | -0,3 | 1,2 | 0,4 | -0,9 | -67,49 |
| 320 | -0,4 | 0,4 | -4661,4 | 5238,6 | -0,9 | 5,3 | 3,4 | -2,7 | -199,59 |
| 340 | -0,5 | 1,9 | -6571,3 | 23128,7 | -2,2 | 23,2 | 21,0 | -5,9 | -442,34 |
| 360 | -0,6 | 4,0 | -7276,4 | 47503,6 | 0,0 | 47,5 | 47,5 | 0,0 | |
| 370 | -0,6 | 9,6 | -7094,7 | 115665,3 | 5,4 | 115,8 | 113,0 | 25,4 | 1908,48 |
| 380 | -0,5 | 6,3 | -6566,3 | 75029,5 | 7,0 | 75,3 | 68,1 | 32,2 | 2414,08 |
| 400 | -0,4 | 2,7 | -4652,9 | 32544,7 | 5,7 | 33,0 | 21,3 | 25,3 | 1896,544255 |
| 420 | -0,2 | 1,2 | -2085,6 | 14150,4 | 3,4 | 14,5 | 4,1 | 13,9 | 1045,36 |
| 440 | 0,0 | 0,9 | 463,9 | 11261,5 | 3,1 | 11,7 | -1,1 | 11,6 | 871,64 |
| 460 | 0,2 | 0,9 | 2452,3 | 10246,9 | 2,8 | 10,6 | -4,5 | 9,6 | 720,1 |
| 480 | 0,3 | 0,8 | 3640,1 | 9639,5 | 2,3 | 9,9 | -6,8 | 7,2 | 540,05 |
| 500 | 0,3 | 0,8 | 4120,9 | 9268,9 | 1,6 | 9,4 | -8,1 | 4,7 | 353,15 |
| 520 | 0,3 | 0,7 | 4198,8 | 8950,8 | 0,8 | 9,0 | -8,7 | 2,3 | 171,18 |
| 540 | 0,3 | 0,7 | 4182,5 | 8861,9 | 0,0 | 8,9 | -8,9 | 0,0 | |
| 560 | 0,3 | 0,7 | 4198,9 | 8515,3 | -0,8 | 8,5 | -8,3 | -3,7 | -273,98 |
| 580 | 0,3 | 0,7 | 4119,7 | 8079,7 | -1,4 | 8,2 | -7,1 | -6,3 | -470,85 |
| 600 | 0,3 | 0,6 | 3635,8 | 7232,8 | -1,7 | 7,4 | -5,1 | -7,1 | -534,32 |
| 620 | 0,2 | 0,5 | 2443,5 | 5677,5 | -1,5 | 5,9 | -2,5 | -5,9 | -439,44 |
| 640 | 0,0 | 0,3 | 451,2 | 3091,2 | -0,8 | 3,2 | -0,3 | -2,9 | -217,23 |
| 660 | -0,2 | 0,0 | -2100,1 | 176,9 | 0,0 | 0,2 | 0,1 | -0,1 | -9,91 |
| 680 | -0,4 | -0,2 | -4665,7 | -2751,7 | 0,5 | -2,8 | -1,8 | 1,4 | 104,84 |
| 700 | -0,5 | -0,4 | -6573,8 | -5075,6 | 0,5 | -5,1 | -4,6 | 1,3 | 97,07 |
| 720 | -0,6 | -0,6 | -7276,3 | -7276,3 | 0,0 | -7,3 | -7,3 | 0,0 |
7. По рассчитанным данным строятся графики изменения сил в зависимости от угла поворота коленчатого вала.
На верхнем графике строятся изменения сил давления газов 
, удельной силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс 
и суммарной силы 
.
Ниже строят значение сил в масштабе 
- боковой силы 
, действующей на стенку цилиндра и силы 
, действующую вдоль шатуна.
- нормальной силы 
, действующей по оси кривошипа и тангенциальную силу 
.
8. Для построения полярной диаграммы наносятся прямоугольные координаты силы Т по горизонтали и силы К по вертикали. Для принятых в расчетах величин углов j поворота коленчатого вала строится полярная диаграмма силы S, то есть откладываются ее составляющие (Т – по горизонтали, К – по вертикали), получая последовательно концы вектора S. Полученные точки j1, j2 и т. д. последовательно в порядке углов соединяют плавной кривой.
9. Для нахождения результирующей силы RШ.Ш на шатунную шейку необходимо полюс О переместить по вертикали вниз на величину вектора КR.Ш (КR.Ш постоянна по величине и направлению) и обозначить эту точку ОШ. Затем вокруг точки ОШ проводится окружность любого радиуса, удобнее - радиусом шатунной шейки RШ.Ш.min. Точка ОШ соединяется с точками j1, j2 и всеми остальными через 20о тонкими прямыми линиями, конец которых должен выходить за пределы окружности. Вектор ОШ-j для каждого угла дает и направление и значение результирующей силы (нагрузки) RШ.Ш.=S+KR.Ш на шатунную шейку.
10. Для построения развертки диаграммы нагрузки RШ.Ш в прямоугольные координаты через точку ОШ проводится горизонтальная линия, служащая осью углов j. Углы j обозначаются через выбранные 30о в пределах 0-720о и через эти точки проводятся вертикали. Для каждого угла j0, j1, j2 и т.д. берется значение результирующей силы RШ.Ш с полярной диаграммы нагрузки и откладывается по вертикали, причем все значения RШ.Ш считаются положительными. Точки соединяются плавной кривой результирующей силы RШ.Ш.=S+KR.Ш. На графике развертки обозначают точки (RШ.Ш)max, (RШ.Ш)min, (RШ.Ш)ср.
Средняя удельная нагрузка на подшипник, отнесенная к единице площади его диаметральной проекции, определится, как:
, МПа/м,
где: 
– диаметр шатунной шейки;
– рабочая ширина вкладыша (принимаем).
Если переместить центр ОШ вниз на значение силы КR, получим результирующую силу, действующую на колено вала.
11. Пользуясь полярной диаграммой, строим диаграмму износа шейки, дающую условное представление о характере износа в предположении, что износ пропорционален усилиям, действующим на шейку, и происходит в секторе ±60о от мгновенного направления силы S.
Для этого ниже полярной диаграммы строится еще одна окружность, радиусом RШ.Ш.min. К внешней стороне окружности прикладываются векторы усилий, параллельные соответствующим векторам Ош-j полярной диаграммы (параллельно силам S) так, чтобы линия действия их проходила через центр. Значение усилий RШ.Ш. для каждого угла j берется с развернутой диаграммы нагрузки, и под углом 60о к направлению каждого усилия в обе стороны проводятся кольцевые полоски, высота которых пропорционально этому усилию. Суммарная площадь этих полосок в итоге представляет собой условную диаграмму износа. На диаграмме износа шейки видна зона наибольших и наименьших давлений на нее. В месте наименьших давлений проводится осевая линия, где должно выводиться отверстие подвода масла к подшипнику.
12. Под графиком развернутой диаграммы нагрузки строят кривую суммарного индикаторного крутящего момента. Для этого по оси абсцисс откладывают значение угла поворота кривошипа j в пределах q от 0о до 720/8=90º.
По оси ординат откладывается значение крутящего момента, равное
Мi=Т´R, в масштабе mм=20 Нм/мм,
значение силы Т берется с построенного на листе 1 графика.
Предполагается, что крутящий момент в отдельных цилиндрах изменяется одинаково, лишь со сдвигом на угол q=720/i. Поэтому берется участок силы Т в пределах от 0о до (720/i)о, значение ее умножается на радиус кривошипа и полученные значения крутящего момента откладываются на строящемся графике. Затем берется следующий равный участок силы Т и т.д. Таким образом, получается число кривых крутящего момента, равное i.
Кривая суммарного индикаторного крутящего момента многоцилиндрового двигателя на участке q получается путем графического суммирования полученного числа i кривых крутящих моментов для отдельных цилиндров. Среднее значение индикаторного момента определится, как
(Мi)ср= (F2-F1)/q,
где F1 и F2 – положительная и отрицательная площади диаграммы,
(Мi)ср=(78000-3600)/90=827
Ввиду того, что при построении диаграммы индикаторного крутящего момента двигателя не учитывались затраты на трение, привод вспомогательных механизмов и т.д., для получения значения действительного эффективного крутящего момента необходимо учесть величину механического КПД:
(Ме)ср = (Мi)ср´hМ,
(Ме)ср =827´0,797=659 Нм.
Полученное значение среднего эффективного крутящего момента следует сопоставить с расчетным значением
(Ме)расч. = 9554´Nе/nном, Н´м,
(Ме)расч. = 9554´122/1800=647 Нм.
ε=(659-647)*100/659=1,8 %.
Отклонение графически полученного значения момента от его расчётного значения не превышает ±5%.
На первом листе строятся также графики перемещения, скорости и ускорения поршня.
Sп=R[(1-cosφ)+λ/4(1-cos2φ)],
Wп=Rω(sinφ)+λ/2sin2φ),
jп=Rω2(cosφ+λcos2φ).
Результаты расчётов сводим в таблицу.
Таблица 3 – Данные для построения графиков перемещения, скорости и ускорения поршня
 ,п.к.в.
| SI, мм | SII, мм | Sx, мм | WI,м/с | WII,м/с | W,м/с | jI,м/с 
| jII,м/с
| j,м/с
|
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2132 | 576 | 2708 |
| 20 | 3,62 | 0,95 | 4,57 | 3,87 | 0,98 | 4,85 | 2003 | 441 | 2444 |
| 40 | 14,04 | 3,35 | 17,4 | 7,27 | 1,50 | 8,8 | 1633 | 100 | 1733 |
| 60 | 30 | 6,1 | 36,1 | 9,79 | 1,32 | 11,1 | 1066 | -288 | 778 |
| 80 | 49,6 | 7,86 | 57,5 | 11,14 | 0,52 | 11,7 | 370 | -541 | -171 |
| 100 | 70,4 | 7,86 | 78,3 | 11,14 | -0,52 | 10,6 | -370 | -541 | -911 |
| 120 | 90 | 6,1 | 96,1 | 9,79 | -1,32 | 8,5 | -1066 | -288 | -1354 |
| 140 | 106 | 3,3 | 109,3 | 7,27 | -1,50 | 5,8 | -1633 | 100 | -1533 |
| 160 | 116 | 0,95 | 117 | 3,87 | -0,98 | 2,9 | -2003 | 441 | -1562 |
| 180 | 120 | 0 | 120 | 0 | 0 | 0 | -2132 | 576 | -1556 |
| 200 | 116 | 0,95 | 117 | -3,87 | 0,98 | -2,9 | -2003 | 441 | -1562 |
| 220 | 106 | 3,3 | 109,3 | -7,27 | 1,50 | -5,8 | -1633 | 100 | -1533 |
| 240 | 90 | 6,1 | 96,1 | -9,79 | 1,32 | -8,5 | -1066 | -288 | -1354 |
| 260 | 70,4 | 7,9 | 78,3 | -11,14 | 0,52 | -10,6 | -370 | -541 | -911 |
| 280 | 49,6 | 7,9 | 57,5 | -11,14 | -0,52 | -11,7 | 370 | -541 | -171 |
| 300 | 30 | 6,1 | 36,1 | -9,79 | -1,32 | -11,1 | 1066 | -288 | 778 |
| 320 | 14 | 3,35 | 17,4 | -7,27 | -1,50 | -8,8 | 1633 | 100 | 1733 |
| 340 | 3,6 | 0,95 | 4,57 | -3,84 | -0,98 | -4,8 | 2003 | 441 | 2444 |
| 360 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2132 | 576 | 2708 |
Date: 2015-07-24; view: 612; Нарушение авторских прав