Курсовая работа (т): Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания

_x=R·[(1-соs φ)+ (1-соs 2φ)]=32,5·[(1-соs φ)+ (1-соs 2φ)] мм. (4.1.1)

Расчет s_x производится аналитически через каждые 10° угла поворота коленчатого вала.

Угловая скорость вращения коленчатого вала:

ω=πn/30=3,14·5600/30=586 рад/с.

υ_п=ωR(sin φ+sin 2φ)=586·0,033×(sin φ+0,285/2sin 2φ) м/с.        (4.1.2)

Ускорение поршня:

j=ω²R(cos φ+λcos 2φ)=586²·0,033 (соs φ+0,285 соs 2φ) м/с²         (4.1.3)

Параметры перемещения поршня даны в таблице 14.

Построены графики (в соответствии с рисунком 5, 6, 7).

Таблица 14

Параметры перемещения поршня

По табличным данным строем графики s_x в масштабе М_z=2 мм в мм, υ_п-в масштабе М_у=1 м/с в мм, j-в масштабе M_j=500 м/с² в мм. Масштаб угла поворота коленчатого вала М_φ=3° в мм.

При j=0 υ_п=±υ_max, а на кривой s_x-это точка перегиба.

Рисунок 5. График перемещения поршня.

Рисунок 6. График скорости поршня.

Рисунок 7. График ускорения поршня.

5. ДИНАМИКА

5.1 Силы давления газов

Индикаторную диаграмму, полученную в тепловом расчете, развертывают по углу поворота кривошипа по методу Брикса (в соответствии с рисунком 8).

Рисунок 8. Развернутая индикаторная диаграмма.

Основные параметры двигателя даны в таблице 15.

Таблица 15

Основные параметры двигателя

Поправка Брикса:

Rλ/(2M_s)=32,5·0,285/(2·1)=4,63 мм,

где М_s-масштаб хода поршня на индикаторной диаграмме.

Масштабы развернутой диаграммы:

давлений и удельных сил М_р=0,05 МПа в мм;

полных сил М_F=М_рF_п=0,05·0,003317=0,000166 МН в мм, или М_р=1659 Н в мм, угла поворота кривошипа М_φ=3° в мм, или М'_φ=4π/ОВ=4·3,14/240=0,0523 рад в мм, где ОВ - длина развернутой индикаторной диаграммы, мм.

По развернутой диаграмме через каждые 10° угла поворота кривошипа определяют значения Δр_r и заносят в таблицу 16.

Таблица 16

Значения давлений и удельных сил

φ^о                   Δр_r. МПа               j, м/с²        p_j, МПа  p, МПа  tg β         p_N, МПа p_s,

МПаp_к,

МПар_Т,

МПаТ,

кНМ_кр.ц,

5.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

С учетом диаметра цилиндра, отношения S/D устанавливаются:

-масса поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава принято т'_п=100 кг/м²): т_п=т'_п·F_п=100·0,003317=0,332 кг;

масса шатуна (для стального кованого шатуна принято т'_ш=150 кг/м²):

т_ш=т'_ш·F_п=150 0,003317=0,498 кг;

масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (для литого чугунного вала принято m'_к=140 кг/м²):

т_к=m'_к F_п=140 0,003317=0,464 кг.

Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

т_ш.п.=0,275т_ш=0,275·0,498=0,137 кг.

Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:

m_ш.к.=0,725m_ш=0,725·0,498=0,361 кг.

Массы, совершающие возвратно-поступательное движение:

m_j=т_п+т_ш.п=0,332+0,137=0,469 кг.

Массы, совершающие вращательное движение:

m_R=т_к+m_ш.к.=0,464+0,361=0,825 кг.

5.3 Удельные и полные силы инерции

Удельная сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс:

p_j=-jm_j/F_n=-j·469·10^-6/0,003317=-j141·10^-6 МПа.

Центробежная сила инерции вращающихся масс:

_R=-m_RRω²=-0,825 0,033-586²·10^-3=-9,207 кН.

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна:

К_Rш=-m_ш.к·Rω²=-0,361·0,033 586²·10^-3=-4,029 кН.

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа:

К_Rк=-m_к·Rω²=-0,464-0,033·586²·10^-3=-5,178 кН.

5.4 Удельные суммарные силы

Удельная сила (МПа), сосредоточенная на оси поршневого пальца:

=Δp_r+p_j

Удельная нормальная сила (МПа): p_N=p·tg β

Удельная сила (МПа), действующая вдоль шатуна: p_s=p (1/cos β)

Удельная сила (МПа), действующая по радиусу кривошипа:

р_х=р cos (φ+β)/cos β

Удельная и полная тангенциальные силы (МПа и кН):

_T=p·sin(φ+β)/cos β и T=p_T ·F_п=p_T·0,003317·10³

По табличным данным строят графики изменения удельных сил p_j, р, р_S, p_N, р_К и р_Т в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала φ (в соответствии с рисунком 9, 10, 11).

Рисунок 9. Графики изменения p_j и p.

Рисунок10. Графики изменения р_N и p_s.

Рисунок 11. Графики изменения р_К и p_Т.

Среднее значение тангенциальной силы за цикл:

по данным теплового расчета:

Т_ср=р_iF_п=1,4093·0,003317=744 Н;                   (5.4.1)

по площади, заключенной между кривой р_т и осью абсцисс:

р_Тср=М_р=0,05=0,215 МПа,      (5.4.2)

а Т_ср=р_Тср·F_п=0,215 0,003317·10⁶=713 Н

ошибка Δ=(744-713)100/744=4,2%.

5.5 Крутящие моменты

Крутящий момент одного цилиндра: М_кр.ц=ТR=T·0,033·10³ Н·м

Период изменения крутящего момента четырехтактного двигателя с равными интервалами между вспышками: θ=720/i=720/4=180°

Суммирование значений крутящих моментов всех четырех цилиндров двигателя осуществляется табличным методом (Таблица 17) через каждые 10° угла поворота коленчатого вала и по полученным данным строится кривая М_кр в масштабе М_м=10 Н·м в мм. (в соответствии с рисунком 12).

Рисунок 12. График изменения крутящего момента.

Таблица 17

Значения крутящих моментов