Основные размеры двигателя

1.8 Основные размеры двигателя

Литраж двигателя, л, дм³,

 

Здесь τ=4 – тактность современных транспортных двигателей.

Рабочий объем одного цилиндра, дм³,

где i – число цилиндров.

Диаметр цилиндра и ход поршня, мм:

где S/D – отношение хода поршня к диаметру цилиндра, которое по опытным данным имеет следующие значения:

S/D=0,7 – 1,0.

Полученные значения D и S округляют до целого числа и по полученным величинам подсчитывают показатели двигателя:

Литраж, дм³,

Крутящий момент, Н*м,

Числовой расход топлива, кг/ч,

 

Средняя скорость поршня, м/с,

 

Полученное значение N_e сравнивают с заданной мощностью. Если расхождение составляет более 5%, следует принять другие значения скорости поршня.

Используя параметры основных процессов рабочего цикла построить индикаторную диаграмму на миллиметровой бумаге формата А4.

1.9 Построение индикаторной диаграммы

Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится с использованием данных расчета рабочего процесса.

При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту, равную 1,2 – 1,7 ее основания.

В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, т.е. по величине равной ходу поршня в масштабе М_s, в зависимости от него масштаб принять 1:1, 1,5:1 или 2:1.

Отрезок ОА, мм, соответствующий объему камеры сгорания, определяется из соотношения

При построении диаграммы рекомендуется выбирать следующий ряд масштабов давлений: М_р=0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07 – 0,10 МН/м² на 1 мм чертежа.

Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках: а, с, z’, z, b, r.

Построение политроп сжатия и расширения можно производить графическим или аналитическим методами.

По наиболее распространенному графическому методу Брауэра политропы сжатия и расширения строят следующим образом.

Из начала координат проводят луч ОС под произвольным углом α к оси абсцисс (для получения достаточного количества точек па политропах рекомендуется α=15°). Далее из начала координат проводят луч OD и OE под определенными углами β₁ и β₂ к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений

где n₁ и n₂ – соответственно показатели политроп.

 

2.  ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма (КШМ) заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и от сил инерции.

Во время работы двигателя на детали КШМ действуют:

- силы давления газов в цилиндре;

- силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс;

- центробежные силы.

В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в КШМ, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для определения характера изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для различных положений кривошипа через 30°. Результата динамического расчета сводятся в таблицы.

За время полного рабочего цикла сила от давления газов, силы инерции и эффективный крутящий момент изменяются по величине и направлению. Центробежная сила от вращающихся масс изменяется только по направлению. В многоцилиндровых двигателях возникают продольные моменты от сил инерции возвратно-поступательно и вращательно движущихся масс (рис.1).

Рис.1. Схема сил и моментов, действующих в КШМ.

Р – суммарная сила; N – нормальная сила; S – сила, действующая по шатуну; К – сила, направленная по радиусу кривошипа; Т – тангенциальная сила; ω – угловая скорость; α – угол поворота кривошипа; β – угол наклона шатуна от оси цилиндра.

Основные исходные данные для динамического расчета – ход поршня, диаметр цилиндра и индикаторная диаграмма – получают в тепловом расчете. Дополнительно необходимо выбрать и обосновать длину шатуна, массы поршневой и шатунной групп.

Для определения длины шатуна пользуются величиной λ=R/L_ш, равной отношению радиуса кривошипа R (половина хода поршня S) к длине шатуна. Для предварительных расчетов принимаются λ=0,25 – 0,30.

Массы поршневой группы m_ш и неуравновешенных частей кривошипа m_k (кг) принимают по заданным удельным конструктивным массам, приходящимся на единицу площади поршня F_n

 

 

 

где F_n – площадь поршня, м²

D=60 – 100 мм

Удельная масса поршня m’_n=100 – 150 кг/м²

Удельная масса шатунаm’_ш=120 – 200 кг/м²

Удельная масса m’_k=150 – 200 кг/м²

Большие значения m’ соответствуют двигателям с большим диаметром цилиндра. V – образные двигатели с двумя шатунами на шатунной шейке имеют большие значения m’_k.