Определение сил инерции, действующих в характерных точках КШМ

Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс определяют по кривой ускорений (см. таблицу 4.1).

Полные силы: P_j = - j ∙ m_i ∙ 10^-3 = - j ∙ 0,897 ∙ 10^-3 кН

Удельные силы p_j = P_j/ F_п = P_j / 0,006358 ∙ 10^-3 Мпа

Значения p_j заносятся в таблицу 4.1.

Центробежная сила инерции вращающихся масс:

K_R = - m_R ∙ Rω² ∙ 10^-3 = - 1,581 ∙ (43∙10^-3)∙ 586²∙10^-3 = -23,345 кН

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна:

K_Rш = - m_шк ∙ Rω² ∙ 10^-3 = - 0,691 ∙ (43∙10^-3)∙ 586²∙10^-3 = -10,203 кН

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа:

K_Rк = - m_к R ω² ∙ 10^-3 = - 0,890 ∙ (43∙10^-3)∙ 586²∙10^-3 = -13,142 кН

Таблица 4.1 – Силы инерции

Суммарные силы, действующие в КШМ

Удельная суммарная сила сосредоточенная на оси поршневого кольца:

p = Δp_г + P_j,

Удельные силы p_N; p_S; p_к и p_т определяют аналитическим методом. Расчёт для различных j в таблице 4.1.

p_N = p ∙ tgβ,

где p_N называется удельной нормальной силой и воспринимается стенками цилиндра.

Сила действующая вдоль шатуна и передающаяся на кривошип:

p_S = p ∙ (1/cosβ)

От действия силы p_S на шатунную шейку возникают две составляющие удельные силы:

p_к = p∙cos∙(j + β)/cosβ,

где p_к - удельная сила направленная по радиусу кривошипа;

p_т = p∙sin∙(j + β)/cosβ,

где p_т – удельная сила направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа.

T = p_т∙F_п – тангенциальная сила

Для того чтобы перейти к нормальным силам нужно удельную силу умножить на площадь поршня F_п.

Крутящий момент одного цилиндра:

М_кр.ц. = T ∙ R

Среднее значение суммарного крутящего момента М_кр.ср. определяется по площади заключённой между кривой М_кр. И осью абсцисс.

М_кр.ср. = (F₁ – F₂) M_м/ОА,

где F₁ и F₂ – соответственно положительная и отрицательная площади, M_м – масштаб.

Рисунок 4.2 - Построение кривых удельных сил p_K и p_T

Рисунок 4.3 - Построение кривых удельных сил p_n и p_s

Период изменения крутящего момента четырёхтактного двигателя с равными интервалами между вспышками

0 = 720 / i = 720/4 = 180º.

Суммирование крутящих моментов всех четырёх цилиндров двигателя осуществляется табличным методом (см. таблицу 4.2) через каждые 10º угла поворота коленчатого вала и по полученным данным строится кривая M_кр (см. рисунок 4.4).

Средний крутящий момент двигателя:

M_{кр. ср} = M_i = M_e/η_M = 229,81 / 0,89 = 258,21 Нм

Порядок зажигания по цилиндрам

Коленчатый вал рассчитываемого двигателя полноопорный с кривошипами, расположенными под углом γ_к = 180º. Порядок работы двигателя 1 – 3 – 4 – 2. Следовательно, когда первый кривошип будет находиться в положении φ₃ = (720) – 180 = 540º, четвёртый φ₄ = (720) – 540 = =180º.

Рисунок 4.4 – Графики крутящих моментов

Таблица 4.2 – Крутящие моменты

РАСЧЁТЫ НА ПРОЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ ДВС

Выбор расчётного режима

Величина и характер изменения основных нагрузок, воздействующих на детали двигателя, зависят от эксплуатационного режима работы двигателя. Обычно рассчитывают детали для режимов, на которых они работают в наиболее тяжёлых условиях.

С учётом этого для быстроходного инжекторного двигателя принимаем следующий расчётный режим: для мощности N_eм = 132,44 кВт при частоте вращения n_м = 3400 ^об/_мин. и рассчитываем детали от совместного действия газовых и инерционных нагрузок.

Расчёт на прочность деталей цилиндровой группы

Головка блока цилиндров представляет собой деталь сложной конфигурации. Головки блока цилиндров работают в условиях воздействия на них больших знакопеременных нагрузок и высоких температур, вызывающих значительные напряжения. Вследствие сложности конструктивных форм, определяющихся влиянием различных факторов, а также невозможности точного учёта всех действующих на головку сил, расчёт её на прочность является весьма условным.

Толщины δ_гол. нижней опорной стенки головки и толщины δ_р. стенок водяной рубашки для бензиновых двигателей:

δ_гол. = 0,09 D = 0,09 ∙ 90 = 8,1 мм

δ_р. = 2,2 + 0,03 D = 2,2 + 0,03 ∙ 90 = 4,9 мм

Материал для изготовления головки блока: алюминиевый сплав.