Кінематичний розрахунок кривошипно-шатунного механізма

4.2.  Кінематичний розрахунок кривошипно-шатунного механізма

Кінематичний розрахунок центрального кривошипно-шатунного механізма проводився за формулами (2), (5), (6). Кінематичний розрахунок дезаксіального механізма – за формулами (7) – (9).

Розрахунок проводився на ПК за програмами, наведеними в додатку 1. Результати розрахунків представлені в таблицях 1 – 9 додатку 2.

Як показують результати розрахунків, у двигунах з дезаксіальним КШМ (при позитивному дезаксіалі) спостерігається зменшення швидкості поршня при його перебуванні в районі в.м.т. на такті розширення (0...30^о повороту колінчастого вала). При значенні е=0.002 мм швидкість поршня зменшується на 2-7%, при значенні е=0.004 мм – на 4-11% у порівнянні з аксіальним КШМ (таблиця 5).

Таблиця 5

j, град	Швидкість поршня V, м/сек
	е = -0,004мм	е = -0,002мм	е = 0	е =0,002мм	е =0,004мм
330 340 350 0 (в.м.т.) 10 20 30	-7,3 -5,0 -2,4 0,3 3,0 5,6 7,9	-7,5 -5,1 -2,5 0,1 2,8 5,4 7,7	-7,6 -5,3 -2,7 0 2,7 5,3 7,6	-7,7 -5,4 -2,8 -0,1 2,5 5,1 7,5	-7,9 -5,6 -3,0 -0,3 2,4 5,0 7,3

4.3.  Динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізма

Сила інерції мас, що здійснюють зворотно-поступальний рух, обчислю-валась за формулою (15)

P_j = – m×j.

Маса частин, які здійснюють зворотно-поступальний рух, рівна

m = m_п + m₁,

де m_п – маса комплектного поршня, включаючи маси власне поршня, поршневих кілець, поршневого пальця, m₁ – частина маси шатуна, приведена до осі поршневого пальця. Маси поршня і шатуна визначалися зважуванням. Частина маси шатуна, приведена до осі поршневого пальця, приймалась рівною (згідно рекомендацій) m₁ = 0.25m_ш.

Прискорення мас, які здійснюють зворотно-поступальний рух, розраховано в розділі 4.3.

Сила тиску газів на поршень визначалась за формулою (21)

Р_г = (р_г – р₀)×F_n.

Значення тиску газів в циліндрі визначалось за індикаторною діаграмою. Так як в літературі не наводиться індикаторна діаграма робочого циклу двигуна ВАЗ-2106, проводилась побудова наближеної діаграми для даного двигуна. За основу взято наведену в [6] індикаторну діаграму робочого циклу чотиритактного бензинового двигуна і трансформовано її в індикаторну діаграму досліджуваного двигуна з врахуванням значень тиску у базових точках. Такими є наступні точки: точка а – тиск в кінці такту впуску, точка с – тиск в кінці такту стиску, точка z – максимальний тиск в циліндрі в кінці процесу горіння, точка b – тиск на початку процесу випуску. З врахуванням даних, наведених в таблицях 1-4, а також параметрів двигуна, тиск в базових точках рівний:

p_а = p_в – Dp_а = p_в – 0.1p_в = 0.9p_в = 0.9*0.108 = 0.093 МПа;

p_c = p_a= 0.093 * 8.5^1.34 = 1.64 МПа;

p_z = 0.85lp_c = 0.85 * 3.9 * 1.64 = 5.4 МПа;

p_b=0.35 МПа.

Побудована за такими даними діаграма наведена на рис.9.

Значення сили тиску газів через 10^о повороту колінчастого вала наведено в таблицях додатку 4 і позначено як P₁. Сила інерції мас, що рухаються зворотно-поступально, позначена в цих таблицях як Р₂.

Сила N, яка притискає поршень до стінки циліндра, обчислювалась за формулою (11)

N = P×tgb.

Значення кута b для аксіального кривошипно-шатунного механізма виходячи з розрахункової схеми, наведеної на рис.2, розраховувалось як

.

Значення кута b для дезаксіального кривошипно-шатунного механізма виходячи з розрахункової схеми, наведеної на рис.3, розраховувалось як

.

Результати розрахунку сили N представлені в таблиці 5.

За отриманими результатами побудовано графічні залежності сили N від кута повороту колінчастого вала двигуна при різних значеннях дезаксіалу (рис.10). Як видно з рисунка, максимальне значення бокової сили N при русі поршня з в.м.т. до н.м.т. при такті розширення зменшується на 10% при е=0.002 мм і на 19% при е=0.004 мм в порівнянні з аксіальним механізмом. При русі поршня з н.м.т. до в.м.т. при такті стиску ця сила зростає відповідно на 9% і 17%. Нерівномірність навантаження k стінок циліндра визначалась як частка від ділення максимальної бокової сили при такті розширення до максимального її значення при такті стиску. Для аксіального механізма нерівномірність навантаження становить k=3,85, для дезаксіального при значенні е=0.002 мм k=3,13, при значенні е=0.004 - k=2,63.

Таблиця 5

j, град	N, Н
	е=-0.004	е=-0.003	е=-0.002	е=-0.001	е=0	е=0.001	е=0.002	е=0.003	е=0.004
0	43.16	32.37	21.58	10.79	0	-10.79	-21.58	-32.38	-43.16
10	-17.22	-23.10	-29.01	-34.94	-40.93	-46.85	-52.83	-58.83	-64.85
20	-57.81	-64.01	-70.24	-76.51	-83.16	-89.17	-95.56	-101.98	-108.45
30	-98.32	-104.99	-111.72	-118.52	-126.21	-132.29	-139.26	-146.30	-153.40
40	-134.83	-141.98	-149.22	-156.54	-165.17	-171.43	-179.01	-186.67	-194.42
50	-160.13	-167.56	-175.11	-182.76	-191.55	-198.40	-206.38	-214.48	-222.69
60	-194.87	-203.17	-211.59	-220.15	-228.88	-237.67	-246.64	-255.74	-264.99
70	-198.41	-206.68	-215.11	-223.69	-230.93	-241.32	-250.37	-259.58	-268.95
80	-180.61	-188.37	-196.29	-204.38	-209.73	-221.06	-229.66	-238.44	-247.39
90	-159.26	-166.43	-173.77	-181.28	-185.49	-196.82	-204.85	-213.07	-221.46
100	-138.13	-144.66	-151.36	-158.22	-162.34	-172.43	-179.80	-187.33	195.04
110	-105.21	-110.65	-116.25	-121.99	-126.39	-133.93	-140.12	-146.47	-152.98
120	-83.43	-88.03	-92.75	-97.60	-102.62	-107.69	-112.93	-118.30	-123.81
130	-62.07	-65.78	-69.60	-73.51	-78.57	-81.66	-85.90	-90.23	-94.68
140	-67.08	-71.09	-75.18	-79.35	-84.82	-87.92	-92.33	-96.83	-101.40
150	-51.02	-54.72	-58.49	-62.31	-67.02	-70.12	-74.11	-78.16	-82.27
160	-50.41	-55.83	-61.30	-66.80	-72.68	-77.93	-83.55	-89.20	-94.89
170	-25.75	-34.53	-43.33	-52.16	-61.05	-69.86	-78.75	-87.65	-96.57
180	80.90	60.67	40.45	20.22	0	-20.22	-40.45	-60.67	-80.90
190	1019.36	926.00	832.69	739.44	646.57	553.09	459.98	366.91	273.88
200	1058.72	998.26	937.89	877.59	817.70	757.22	697.15	637.14	577.20
210	1050.87	1006.05	961.34	916.72	873.04	827.79	783.46	739.23	695.09
220	981.03	946.45	911.99	877.66	844.66	809.34	775.36	741.49	707.74
230	917.11	888.48	860.00	831.66	804.49	775.40	747.49	719.71	692.06
240	890.23	864.42	838.79	813.32	788.06	762.88	737.91	713.09	688.43
250	855.46	831.59	807.92	784.44	759.65	738.03	715.10	692.34	669.76
260	864.24	840.65	817.26	794.08	768.19	748.32	725.73	703.34	681.14
270	834.53	811.78	789.23	766.90	741.29	722.84	701.11	679.57	658.23
280	787.05	765.29	743.73	722.37	698.31	680.25	659.48	638.90	618.50
290	702.85	682.76	662.85	643.12	622.08	604.20	585.00	565.98	547.12
300	609.95	591.57	573.34	555.27	537.39	519.59	501.97	484.50	467.18
310	513.99	497.22	480.57	464.05	448.68	431.37	415.22	399.18	383.27
320	420.16	404.71	389.36	374.11	360.17	343.88	328.91	314.03	299.24
330	306.94	293.39	279.91	266.49	253.98	239.86	226.65	213.50	200.41
340	217.85	205.17	192.53	179.94	167.72	154.88	142.41	129.99	117.61
350	123.88	112.46	101.06	89.68	78.37	66.98	55.67	44.37	33.09
360	43.16	32.37	21.58	10.79	0	-10.79	-21.58	-32.38	-43.16

Висновки

1.  Отримано розрахункові залежності для визначення переміщення, швидкості і прискорення поршня для дезаксіального кривошипно-щатунного механізма автомобільного двигуна.

2.  Кінематичний аналіз КШМ показав, що в дезаксіальному механізмі швидкість поршня в районі в.м.т. на такті розширення на 2-11% нижча у порівнянні з центральним механізмом.

3.  Динамічний аналіз КШМ показав, що:

а) в дезаксіальному механізмі бокова сила N на такті розширення на 5-19% нижча у порівнянні з центральним механізмом;

б) нерівномірність навантаження стінок циліндра зменшується з k=3,85 у центральному механізмі до k=2,63 у дезаксіальному при значенні е=0,004 мм.

4. Отримані результати у дещо спрощеному варіанті можна використати для формулювання завдання на учбово-дослідну роботу під час лабораторного практикуму з курсу “Автомобілі і трактори”.

Література

1. Автомобильные и транспортные двигатели. Ч.І. Теория двигателей и системы их топливоподачи. – М.: Высш. школа, 1976. – 368с.

2. Автомобильные и транспортные двигатели. Ч.ІІ. Конструкция и расчет двигателей. Под ред. И. М. Ленина – М.: Высш. школа, 1976. – 280с.

3. Богданов С. К., Буренков М. М., Иванов И. Е. Автомобильные двигатели. – М.: Машиностроение, 1987. – 368с.

4. Вешкельский С.А., Лукьянченко Б.С. Техническая эксплуатация ДВС. –Л.: Машиностроение, 1986.

5. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и ком-бинированных двигателей. Под. Ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова. –М.: Машиностроение, 1980. –288 с.

6. Двигатели внутреннего сгорания /Хатян А. С., Морозов К. А., Луканин В. К. и др. – М.: Высш. школа, 1985. – 311 с.

7. Поршаков Б.П., Романов Б.А. Основы термодинамики и теплотехники. –М.:, Недра, 1982.

8. Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Конструкция автомобильных и тракторних двигателей. – М.: Высш. Школа, 1986. –352 с.

9. Романов Б. А. Двигатели внутреннего сгорания. – М.: Недра, 1989 – 172с.

ДОДАТКИ

Додаток 1

Програма розрахунку кінематичних характеристик аксіального КШМ

pi=3.14159265359

kp=pi/180: коефіцієнт переводу градусів у радіани

r=0.04

l=0.25

n=3000

w=pi*n/30

open "ZAD_1.TXT" for output as #1

print #1, " Fi"," S"," V"," j"

for fiGrad=0 to 360 step 10

fi=kp*fiGrad

S=r*((1+0.25*l)-(cos(fi)+0.25*l*cos(2*fi)))

V=r*w*(sin(fi)+0.5*l*sin(2*fi))

j=r*w^2*(cos(fi)+l*cos(2*fi))

print #1, fiGrad,

print #1, using "-#.######";S,:print #1, ,

print #1, using "-##.###";V,:print #1, ,

print #1, using "-####.###";j

next

end

Програма розрахунку кінематичних характеристик дезаксіального КШМ

pi=3.14159265359

kp=pi/180: коефіцієнт переводу градусів у радіани

r=0.04

l=0.25

n=3000

w=pi*n/30

open "ZAD_2.TXT" for output as #1

e=0.001

gosub 100

e=0.002

gosub 100

e=0.003

gosub 100

e=0.004

gosub 100

end