Obliczanie kinematyki i dynamiki kshm. mechanizm korbowy

Podczas pracy silnika w wale korbowym działają następujące główne czynniki siłowe: siły ciśnienia gazu, siły bezwładności poruszających się mas mechanizmu, siły tarcia oraz moment oporu użytecznego. W analizie dynamicznej zwykle pomija się siły tarcia wału korbowego.

Ryż. 8.3. Wpływ na elementy KShM:

a - siły gazowe; b - siły bezwładności P j ; c - siła odśrodkowa bezwładności K r

Siły ciśnienia gazu. Siła ciśnienia gazu powstaje w wyniku realizacji cyklu pracy w butlach. Siła ta działa na tłok, a jej wartość określa się jako iloczyn spadku ciśnienia i jego powierzchni: P g = (rg - p 0) F p (tu pg to ciśnienie w cylindrze silnika nad tłokiem; p 0 to ciśnienie w skrzyni korbowej, F n to powierzchnia tłoka). Dla oceny dynamicznego obciążenia elementów KShM ważna jest zależność siły P g od czasu

Siła ciśnienia gazu działająca na tłok obciąża ruchome elementy wału korbowego, przenoszona jest na łożyska główne skrzyni korbowej i jest równoważona wewnątrz silnika dzięki sprężystemu odkształceniu elementów łożyskowych skrzyni korbowej siłą działającą na głowica cylindra (ryc. 8.3, a). Siły te nie są przenoszone na mocowania silnika i nie powodują jego niezrównoważenia.

Siły bezwładności poruszających się mas. KShM to układ o parametrach rozłożonych, którego elementy poruszają się nierównomiernie, co prowadzi do występowania obciążeń bezwładnościowych.

Szczegółowa analiza dynamiki takiego układu jest w zasadzie możliwa, ale wiąże się z dużą ilością obliczeń. Dlatego w praktyce inżynierskiej do analizy dynamiki silnika wykorzystuje się modele parametrów skupionych stworzone w oparciu o metodę mas zastępczych. W takim przypadku, w dowolnym momencie musi być spełniona dynamiczna równoważność modelu i rozpatrywanego układu rzeczywistego, co zapewnia równość ich energii kinetycznych.

Zwykle stosuje się model dwóch mas połączonych absolutnie sztywnym elementem bezwładnościowym (ryc. 8.4).

Ryż. 8.4. Tworzenie dwumasowego modelu dynamicznego KShM

Pierwsza masa zastępcza mj jest skoncentrowana w miejscu połączenia tłoka z korbowodem i porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym z parametrami kinematycznymi tłoka, druga mr znajduje się w miejscu połączenia korbowodu z korbą i obraca się jednostajnie pod kątem prędkość ω.

Części zespołu tłoków wykonują prostoliniowy ruch posuwisto-zwrotny wzdłuż osi cylindra. Ponieważ środek masy zespołu tłoków praktycznie pokrywa się z osią sworznia tłokowego, to do wyznaczenia siły bezwładności P jp wystarczy znać masę zespołu tłoków mp, która może być skoncentrowana w danym punkcie, oraz przyspieszenie środka masy j, które jest równe przyspieszeniu tłoka: P jp = - m p j.

Wał korbowy wykonuje równomierny ruch obrotowy. Strukturalnie składa się z połączenia dwóch połówek czopu głównego, dwóch policzków i czopu korbowodu. Przy równomiernym obrocie na każdy z tych elementów korby działa siła odśrodkowa proporcjonalna do jego masy i przyspieszenia dośrodkowego.

W modelu zastępczym korbę zastąpiono masą mk, odsuniętą od osi obrotu w odległości r. Wartość masy mk określa się na podstawie warunku równości siły odśrodkowej przez nią wytworzonej do sumy sił odśrodkowych mas elementów korby: K k \u003d K r ww + 2K rw lub mk rω 2 \ u003d mww rω 2 + 2m w ρ w ω 2 , skąd otrzymujemy m k \u003d m w.w + 2m w ρ w ω 2 /r.

Elementy grupy korbowodów wykonują złożony ruch płasko-równoległy. W modelu dwumasowym KShM masa grupy korbowodów mw jest podzielona na dwie masy zastępcze: mw. n, skoncentrowany na osi sworznia tłokowego, oraz m sh.k, odniesiony do osi czopu korbowodu wału korbowego. W takim przypadku muszą być spełnione następujące warunki:

1) suma mas skoncentrowanych w punktach wymiany modelu korbowodu musi być równa masie wymienianego łącznika KShM: m sh. p + mw.k = mw

2) położenie środka masy elementu rzeczywistego KShM i zastąpienie go w modelu musi pozostać bez zmian. Wtedy m sz. p \u003d m w l w.k / l w i m w.k \u003d m w l w.p / l w.

Spełnienie tych dwóch warunków zapewnia statyczną równoważność systemu zastępczego z rzeczywistym KShM;

3) warunek dynamicznej równoważności modelu zastępczego jest spełniony, gdy suma momentów bezwładności mas znajdujących się w punktach charakterystycznych modelu jest równa. Warunek ten zwykle nie jest spełniony dla dwumasowych modeli korbowodów istniejących silników, jest pomijany w obliczeniach ze względu na małe wartości liczbowe.

Ostatecznie, łącząc masy wszystkich ogniw CVL w punktach wymiany dynamicznego modelu CVL, otrzymujemy:

masa skoncentrowana na osi palca i posuwisto-zwrotna wzdłuż osi cylindra, m j \u003d m p + m w. P;

masa umieszczona na osi czopu korbowodu i wykonująca ruch obrotowy wokół osi wału korbowego, m r \u003d m k + m sh.k. W przypadku silników spalinowych w kształcie litery V z dwoma korbowodami umieszczonymi na jednym czopie korbowodu wału korbowego, m r \u003d m k + 2 m sh.k.

Zgodnie z przyjętym modelem KShM, pierwsza masa zastępcza mj, poruszająca się nierównomiernie z parametrami kinematycznymi tłoka, wywołuje siłę bezwładności P j = - mjj, a druga masa mr, obracająca się jednostajnie z prędkością kątową korba, wytwarza siłę odśrodkową bezwładności K r = K rw + K k \u003d - mr rω 2.

Siła bezwładności Pj jest równoważona reakcjami podpór, na których zainstalowany jest silnik. Będąc zmiennym pod względem wartości i kierunku, jeśli nie przewidziano specjalnych środków, może to być przyczyną zewnętrznego niewyważenia silnika (patrz ryc. 8.3, b).

Analizując dynamikę, a zwłaszcza wyważenie silnika, uwzględniając wcześniej uzyskaną zależność przyspieszenia y od kąta obrotu korby φ, siła P j jest przedstawiana jako suma sił bezwładności pierwszego (P jI) i drugiego (P jII) rzędu:

gdzie С = - m j rω 2 .

Siła odśrodkowa bezwładności K r = - m r rω 2 od mas wirujących wału korbowego jest wektorem o stałej wielkości, skierowanym wzdłuż promienia korby i obracającym się ze stałą prędkością kątową ω. Siła K r jest przenoszona na mocowania silnika, powodując zmienne pod względem wielkości reakcji (patrz ryc. 8.3, c). Tak więc siła K r , jak również siła P j , mogą być przyczyną nierównowagi zewnętrznej silnika spalinowego.

Całkowite siły i momenty działające w mechanizmie. Siły Р g i Р j mające wspólny punkt przyłożenia do układu i pojedynczą linię działania, w dynamicznej analizie KShM są zastępowane siłą całkowitą, która jest sumą algebraiczną: Р Σ \u003d Р g + Р j (ryc. 8.5, a).

Ryż. 8.5. Siły w KShM: a - schemat projektowy; b - zależność sił w wale korbowym od kąta obrotu wału korbowego

Aby przeanalizować działanie siły P Σ na elementy wału korbowego, rozłożono ją na dwie składowe: S i N. Siła S działa wzdłuż osi korbowodu i powoduje powtarzalne, zmienne naprężenie ściskające jego elementów. Siła N jest prostopadła do osi cylindra i dociska tłok do jego zwierciadła. Działanie siły S na powierzchnię styku korbowód-korba można oszacować, przenosząc ją wzdłuż osi korbowodu do punktu ich przegubu (S") i rozkładając ją na siłę normalną K skierowaną wzdłuż osi korby i styczną siła T.

Siły K i T działają na główne łożyska wału korbowego. Aby przeanalizować ich działanie, siły są przenoszone na środek podpory głównej (siły K, T „i T"). Para sił T i T "na poboczu r wytwarza moment obrotowy M k, który jest następnie przenoszony na koło zamachowe, w którym wykonuje użyteczną pracę. Suma sił K" i T" daje siłę S", która z kolei rozkłada się na dwie składowe: N" i .

Jest oczywiste, że N" = - N i = P Σ. Siły N i N" na poboczu h wytwarzają moment wywracający M def = Nh, który jest następnie przenoszony na mocowania silnika i równoważony przez ich reakcje. M def i wywołane nią reakcje podpór zmieniają się w czasie i mogą być przyczyną zewnętrznego niewyważenia silnika.

Główne relacje dla rozważanych sił i momentów mają następującą postać:

Na szyjce korby na korbę działa siła S "kierowana wzdłuż osi korbowodu, a siła odśrodkowa K rw działająca wzdłuż promienia korby. Powstała siła R w. w (rys. 8.5, b), obciążająca połączenie czop pręta jest wyznaczany jako suma wektorowa tych dwóch sił.

Rdzenne szyje korba silnika jednocylindrowego jest obciążona siłą i odśrodkowa siła bezwładności mas korby. Ich wynikowa siła , działający na korbę, jest odbierany przez dwa główne łożyska. Dlatego siła działająca na każdy czop główny jest równa połowie siły wynikowej i jest skierowana w przeciwnym kierunku.

Zastosowanie przeciwwag prowadzi do zmiany obciążenia szyjki korzenia.

Całkowity moment obrotowy silnika. W silniku jednocylindrowym moment obrotowy Ponieważ r jest wartością stałą, charakter jej zmiany kąta obrotu korby jest całkowicie zdeterminowany zmianą siły stycznej T.

Wyobraźmy sobie silnik wielocylindrowy jako zespół silników jednocylindrowych, w których procesy robocze przebiegają identycznie, ale są przesunięte względem siebie w odstępach kątowych zgodnie z przyjętą kolejnością pracy silnika. Moment skręcający czopy główne można zdefiniować jako sumę geometryczną momentów działających na wszystkie korby poprzedzające dany czop korbowy.

Rozważmy jako przykład tworzenie momentów obrotowych w czterosuwowym (τ \u003d 4) czterocylindrowym (i \u003d 4) silniku liniowym z kolejnością działania cylindrów 1 -3 - 4 - 2 (ryc. 8.6) .

Przy równomiernej przemianie błysków przesunięcie kątowe pomiędzy kolejnymi skokami roboczymi będzie wynosić θ = 720°/4 = 180°. wtedy, biorąc pod uwagę kolejność działania, przesunięcie pędu między pierwszym a trzecim cylindrem wyniesie 180°, między pierwszym a czwartym – 360°, a między pierwszym a drugim – 540°.

Jak wynika z powyższego wykresu, moment skręcania i-tego czopu głównego wyznacza się przez zsumowanie krzywych sił T (rys. 8.6, b) działających na wszystkie poprzedzające go korby i-1.

Moment skręcający ostatni czop główny to całkowity moment obrotowy silnika M Σ , który jest następnie przenoszony na skrzynię biegów. Zmienia się w zależności od kąta obrotu wału korbowego.

Średni całkowity moment obrotowy silnika w przedziale kątowym cyklu pracy M k. cf odpowiada momentowi wskaźnikowemu M i wytwarzanemu przez silnik. Wynika to z faktu, że tylko siły gazu wytwarzają pozytywną pracę.

Ryż. 8.6. Tworzenie całkowitego momentu obrotowego czterosuwowego silnika czterocylindrowego: a - schemat projektowy; b - tworzenie momentu obrotowego

Gdy silnik pracuje na wale korbowym każdego cylindra, działają następujące siły: ciśnienie gazu na tłok P, masy poruszających się translacyjnie części wału korbowegog , bezwładność translacyjnych części ruchomychP oraz i tarcie w wale korbowym R T .

Siły tarcia nie podlegają precyzyjnym obliczeniom; są one uważane za zawarte w obciążeniu śmigła i nie są brane pod uwagę. Dlatego w ogólnym przypadku siła napędowa działa na tłokP D = P + G +P oraz .

Siły związane z 1 m 2 powierzchnia tłoka,

siła napędowar D przymocowany do środka sworznia tłokowego (trzpień krzyżakowy) i skierowany wzdłuż osi cylindra (ryc. 216). Na sworzniu tłokowymP D rozkłada się na składniki:

r n - normalne ciśnienie działające prostopadle do osi cylindra i dociskające tłok do tulei;

r w - siła działająca wzdłuż osi korbowodu i przenoszona na oś szyjki korby, gdzie z kolei rozkłada się na elementy składower ? orazr r (ryc. 216).

Wysiłekr ? działa prostopadle do korby, powoduje jej obrót i nazywa się styczną. Wysiłekr r działa wzdłuż korby i jest nazywany promieniowym. Z relacji geometrycznych mamy:

Wartość liczbowa i znak wielkości trygonometrycznych

dla silników z różnymi stałymi wałami korbowymi? =R/L można przyjmować zgodnie z

rozmiar i znakr D wyznaczona z wykresu sił napędowych, reprezentującego graficzną reprezentację prawa zmian siły napędowej na obrót wału korbowego dla silników dwusuwowych i dwóch obrotów dla silników czterosuwowych, w zależności od kąta obrotu wału korbowego. Aby uzyskać wartość siły napędowej, musisz najpierw zbudować następujące trzy wykresy.

1. Wykres zmiany ciśnienia pw cylindrze w zależności od kąta obrotu korby?. Na podstawie obliczeń procesu pracy silnika budowany jest teoretyczny wykres indykatorowy, zgodnie z którym wyznacza się ciśnienie w cylindrze p w zależności od jego objętości V. W celu przebudowy wykresu indykatorowego ze współrzędnych pV na współrzędne p- ? (ciśnienie - kąt wału), linie ok. m. t. i n. m. t. należy rozciągnąć w dół i narysować linię prostą AB równoległą do osi V (ryc. 217). Odcinek AB jest dzielony przez punktO na pół i od tego miejsca promień AO opisuje okrąg. Od środka punktu okręguO w kierunku n. mt położyć cięcieOO " = 1 / 2 r 2 / L Korekcja Brixa. Bo

Wartość stałej KShM? = R / L jest akceptowane zgodnie z danymi eksperymentalnymi. Aby otrzymać wartość korekcji OO" na skali wykresu, wartość odcinka AO zastępuje się R we wzorze OO" = 1/2 ?R. Od punktu O ", zwanego biegunem Brixa, drugi okrąg opisany jest dowolnym promieniem i podzielony na dowolną liczbę równych części (zwykle co 15 °). Od bieguna BrixaO „Promienie są rysowane przez punkty podziału. Z punktów przecięcia promieni z okręgiem o promieniu AO wykreśla się w górę proste równoległe do osi p. Następnie w wolnej przestrzeni rysunku współrzędne ciśnienia gazu są zbudowany przy użyciu miernika ciśnienia gazur - kąt obrotu korby?°; przyjmując za punkt odniesienia linię ciśnienia atmosferycznego, wartości rzędnych procesów napełniania i rozprężania pobiera się z wykresu pV dla kątów 0°, 15°, 30°, ..., 180° i 360° , 375°, 390°, ..., 540 °, przenieś je na współrzędne dla tych samych kątów i połącz uzyskane punkty płynną krzywą. Podobnie zbudowane są sekcje sprężania i wydechu, ale w tym przypadku z poprawką BrixOO „odłożyć na bok”AB na bok w. m. t. W wyniku tych konstrukcji uzyskuje się szczegółowy wykres indykatorowy (ryc. 218,a ), które można wykorzystać do określenia ciśnienia gazówr na tłoku pod dowolnym kątem? obrót korby. Skala ciśnienia rozwiniętego wykresu będzie taka sama jak na wykresie we współrzędnych p-V. Przy konstruowaniu wykresu p = f(?) siły, które przyczyniają się do ruchu tłoka są uważane za dodatnie, a siły uniemożliwiające ten ruch są ujemne.

2. Wykres sił masowych poruszających się posuwisto-zwrotnie części wału korbowego. W silnikach spalinowych do bagażnika masa części poruszających się translacyjnie obejmuje masę tłoka i część masy korbowodu. W poprzeczkach dodatkowo znajdują się masy pręta i suwaka. Masę części można obliczyć, jeśli istnieją rysunki z wymiarami tych części. Część masy korbowodu, która wykonuje ruch posuwisto-zwrotny,g 1 = g w ja 1 / ja , gdzieg w - masa korbowodu, kg; l - długość korbowodu, m; ja 1 - odległość od środka ciężkości korbowodu do osi czopa korby,m :

Do obliczeń wstępnych można przyjąć określone wartości mas części poruszających się translacyjnie: 1) dla szybkoobrotowych silników czterosuwowych montowanych na bagażniku 300-800 kg/m 2 i wolnoobrotowe 1000-3000 kg/m 2 ; 2) dla szybkoobrotowych silników dwusuwowych montowanych w bagażniku 400-1000 kg/m 2 i wolnoobrotowe 1000-2500 kg/m 2 ; 3) dla szybkoobrotowych czterosuwowych silników wodzikowych 3500-5000 kg/m 2 i wolnoobrotowe 5000-8000 kg/m 2 ;

4) dla wodzikowych szybkoobrotowych silników dwusuwowych 2000-3000 kg/m 2 i wolnoobrotowe 9000-10 000 kg/m 2 . Ponieważ wielkość masy poruszających się translacyjnie części wału korbowego i ich kierunek nie zależą od kąta obrotu korby?, to wykres siły masy będzie miał postać pokazaną na ryc. 218,b . Ten diagram jest zbudowany w tej samej skali, co poprzedni. W tych częściach wykresu, w których siła masy przyczynia się do ruchu tłoka, jest uważana za dodatnią, a tam, gdzie przeszkadza, jest ona ujemna.

3. Schemat sił bezwładności części poruszających się translacyjnie. Wiadomo, że siła bezwładności ciała poruszającego się translacyjnier oraz = Ga n (G - masa ciała, kg; a - przyspieszenie, m / s 2 ). Masa ruchomych translacyjnych części KShM, odniesiona do 1 m 2 powierzchnia tłoka, m = G / F. Przyspieszenie tej masy jest określone przezwzór (172). Tak więc siła bezwładności poruszających się translacyjnie części KShM, odniesiona do 1 m 2 powierzchnię tłoka można wyznaczyć dla dowolnego kąta obrotu korby ze wzoru

Obliczenie R oraz dla innych? wskazane jest wytwarzanie w formie tabelarycznej. Zgodnie z tabelą wykres sił bezwładności poruszających się translacyjnie części zbudowany jest w tej samej skali, co poprzednie. Charakter krzywejP oraz = F (?) podano na ryc. 218,v . Na początku każdego skoku tłoka siły bezwładności uniemożliwiają jego ruch. Dlatego siły R oraz mieć znak ujemny. Na końcu każdego skoku siły bezwładności R oraz przyczyniają się do tego ruchu i dlatego uzyskują pozytywny znak.

Siły bezwładności można również wyznaczyć graficznie. Aby to zrobić, weź segment AB, którego długość odpowiada skokowi tłoka w skali osi odciętej (ryc. 219) rozwiniętego diagramu wskaźnika. Od punktu A w dół wzdłuż pionu wykreślony jest odcinek AC na skali rzędnych wykresu wskaźnikowego, wyrażający siłę bezwładności poruszających się translacyjnie części w c. m.t. (? = 0), równeP ja(m.m.t) = g / F r ? 2 (1+?). W tej samej skali, od punktu B, odchodzi segment VD - siła bezwładności w n. m. t. (? \u003d 180 °), równy P ja(n.m.t) = - g / F r ? 2 (jeden - ?). Punkty C i D są połączone linią prostą. Od punktu przecięcia SD i AB na skali rzędnych odcinek EK równy 3?G/A R? 2 . Punkt K jest połączony liniami prostymi z punktami C i D, a powstałe odcinki KS i KD dzieli się na taką samą liczbę równych części, ale nie mniej niż pięć. Punkty podziału są ponumerowane w jednym kierunku i połączone liniami prostymi o tej samej nazwie.1-1 , 2-2 , 3-3 i tak dalej przez punkty C iD a punkty przecięcia linii łączących te same liczby rysują gładką krzywą wyrażającą prawo zmiany sił bezwładności podczas ruchu tłoka w dół. Dla obszaru odpowiadającego ruchowi tłoka do v. m.t., krzywa siły bezwładności będzie lustrzanym odbiciem zbudowanej.

Wykres siły napędowejP D = F (?) jest konstruowane przez algebraiczne zsumowanie rzędnych odpowiednich kątów diagramów

Przy sumowaniu rzędnych tych trzech wykresów zachowana jest powyższa zasada znaków. Zgodnie z tabeląr D = F (?) Można wyznaczyć siłę napędową, odniesioną do 1 m 2 obszar tłoka dla dowolnego kąta korby.

Siła działająca na 1 m 2 powierzchnia tłoka będzie równa odpowiedniej rzędnej na wykresie siły napędowej pomnożonej przez skalę rzędnych. Całkowita siła napędzająca tłok

gdzie pi D - siła napędowa, odniesiona do 1 m 2 powierzchnia tłoka, n/m 2 ; D - średnica cylindra, m.

Korzystając ze wzorów (173), korzystając z wykresu sił napędowych, można wyznaczyć wartości ciśnienia normalnego p n siłar w , siła styczna P ? i siła promieniowaP r w różnych pozycjach korby. Graficzne wyrażenie prawa zmiany siły P ? w zależności od kąta? obrót korby nazywa się wykresem siły ścinającej. Obliczanie wartościr ? dla innych? wyprodukowane za pomocą schematuP D = F : (?) i wzór (173).

Zgodnie z danymi obliczeniowymi budowany jest wykres sił stycznych dla jednego cylindra silnika dwusuwowego (ryc. 220, a) i czterosuwowego (ryc. 220,6). Wartości dodatnie są kreślone w górę od osi x, wartości ujemne są kreślone w dół. Siłę styczną uważa się za dodatnią, jeśli jest skierowana w kierunku obrotu wału korbowego, a ujemną, jeśli skierowana jest w kierunku przeciwnym do obrotu wału korbowego. wykres warstwowyr ? = F (?) Wyraża w pewnej skali pracę siły stycznej w jednym cyklu. Siły styczne dla dowolnego kąta? obrót wału można określić w następujący prosty sposób. Opisz dwa okręgi - jeden z promieniem korbyr a drugie pomocnicze - o promieniu ?R (ryc. 221). Wydać na dany kąt? promień OA i przedłuż go do przecięcia z okręgiem pomocniczym w punkcie B. Zbudować? Od punktu A na wybranej skali wykreśla się wielkość siły napędowej P D dla tego?; następnie odcinek ED, narysowany prostopadle do osi walca do przecięcia z linią prostąOGŁOSZENIE , równoległyWIĘC , i będzie pożądanym P ? dla wybranych?.

Zmiana siły stycznej?r ? silnik można przedstawić jako sumaryczny wykres sił stycznych?r ? = F (?). Aby go zbudować, potrzebujesz tylu diagramów P ? = F (?), ile cylindrów ma silnik, ale przesunięty jeden względem drugiego o kąt? vsp kręcenie korbą pomiędzy dwoma kolejnymi błyskami (Rys. 222,a-c ). Dodając algebraicznie rzędne wszystkich wykresów pod odpowiednimi kątami, otrzymujemy rzędne całkowite dla różnych pozycji korby. Łącząc ich końce, dostajesz schemat?P ? = F (?). Wykres sumarycznych sił stycznych dla dwucylindrowego silnika dwusuwowego przedstawiono na ryc. 222,k. Podobnie skonstruowano schemat dla wielocylindrowego silnika czterosuwowego.

Wykres?r ? = F (?) można również skonstruować analitycznie, mając tylko jeden wykres sił stycznych dla jednego cylindra. Aby to zrobić, musisz podzielić diagramr ? = F (?) na działkach co? vsp stopnie. Każda sekcja jest podzielona na taką samą liczbę równych odcinków i ponumerowana, ryc. 223 (dla czterosuwuz = 4). Współrzędne krzywejr ? = F (?) odpowiadające tym samym numerom punktów sumuje się algebraicznie, w wyniku czego otrzymuje się rzędne krzywej całkowitej siły ścinającej.

Do diagramu?r ? = F (?) zadają średnią wartość siły stycznej P ? cp . Aby wyznaczyć średnią rzędną P ? cp sumaryczny wykres sił stycznych na skali rysunku to pole pomiędzy krzywą a osią odciętych na odcinku długości? vsp podziel przez długość tej części diagramu. Jeżeli krzywa całkowitego wykresu sił stycznych przecina oś odciętych, to wyznaczenie P ? Poślubić musisz podzielić sumę algebraiczną obszaru między krzywą a osią X przez długość wykresu diagramu. Wykreślenie na wykresie wartości P ? Poślubić w górę od osi x, uzyskaj nową oś. Odcinki między krzywą a tą osią, położone powyżej linii P ? , wyraź pracę pozytywną, a pod osią - negatyw. Między R ? Poślubić a siła oporu napędzanego zespołu musi być równa.

Możesz ustawić zależność R ? Poślubić od średniego ciśnienia wskaźnikar i : dla silnika dwusuwowego P ? cp =p i z/? a dla silnika czterosuwowego P ? cp =p i z/2? (z to liczba cylindrów). By P ? cp określić średni moment obrotowy na wale silnika

gdzie D jest średnicą cylindra, m; R - promień korby, m.

Podczas pracy silnika w wale korbowym działają następujące główne czynniki siłowe: siły ciśnienia gazu, siły bezwładności poruszających się mas mechanizmu, siły tarcia oraz moment oporu użytecznego. W analizie dynamicznej zwykle pomija się siły tarcia wału korbowego.

8.2.1. Siły ciśnienia gazu

Siła ciśnienia gazu powstaje w wyniku realizacji cyklu pracy w cylindrze silnika. Siła ta działa na tłok, a jej wartość określa się jako iloczyn spadku ciśnienia na tłoku i jego powierzchni: P g = (p g -P O )F P . Tutaj r d - ciśnienie w cylindrze silnika nad tłokiem; r o - ciśnienie w skrzyni korbowej; F n to powierzchnia dna tłoka.

Aby ocenić dynamiczne obciążenie elementów wału korbowego, zależność siły r g od czasu. Uzyskuje się go zwykle poprzez przebudowanie wykresu indykatorowego ze współrzędnych r–V we współrzędnych r-φ definiując V φ =x φ F P Z za pomocą zależności (84) lub metod graficznych.

Siła ciśnienia gazu działająca na tłok obciąża ruchome elementy wału korbowego, przenoszona jest na łożyska główne skrzyni korbowej i jest równoważona wewnątrz silnika dzięki sprężystemu odkształceniu elementów tworzących przestrzeń wewnątrzcylindrową siłami r d i r/ g działając na głowicę cylindra i na tłok. Siły te nie są przenoszone na mocowania silnika i nie powodują jego niezrównoważenia.

8.2.2. Siły bezwładności poruszających się mas KShM

Prawdziwy KShM to układ o parametrach rozłożonych, którego elementy poruszają się nierównomiernie, co powoduje pojawienie się sił bezwładności.

W praktyce inżynierskiej do analizy dynamiki CVL szeroko stosuje się układy o parametrach skupionych, równoważnych mu dynamicznie, syntetyzowanych w oparciu o metodę podstawienia mas. Kryterium równoważności jest równość w dowolnej fazie cyklu roboczego całkowitych energii kinetycznych modelu ekwiwalentnego i mechanizmu, który zastępuje. Technika syntezy modelu odpowiadającego CVSM polega na zastąpieniu jego elementów systemem mas połączonych nieważkimi absolutnie sztywnymi wiązaniami.

Detale grupy tłoków wykonują prostoliniowy ruch posuwisto-zwrotny wzdłuż osi cylindra i w analizie jego właściwości bezwładności może być zastąpiony przez równą masę m n, skupiony w środku masy, którego położenie praktycznie pokrywa się z osią sworznia tłokowego. Kinematyka tego punktu jest opisana prawami ruchu tłoka, w wyniku których siła bezwładności tłoka Pj P = -m P J, gdzie J- przyspieszenie środka masy równe przyspieszeniu tłoka.

Rysunek 14 - Schemat mechanizmu korbowego silnika w kształcie litery V z ciągnionym korbowodem

Rysunek 15 - Trajektorie punktów zawieszenia korbowodu głównego i przyczepy

Wał korbowy wykonuje równomierny ruch obrotowy. Strukturalnie składa się z połączenia dwóch połówek czopów głównych, dwóch policzków i czopu korbowodu. Właściwości bezwładnościowe korby opisuje suma sił odśrodkowych elementów, których środki masy nie leżą na osi jej obrotu (policzki i czop korbowodu): K k \u003d K r w W +2K r w =t w . w rω 2 +2t SCH ρ SCH 2 , gdzie K r w . w K r ty i r, p u - siły odśrodkowe i odległości odpowiednio od osi obrotu do środków masy czopa korbowodu i policzka, m w.w i m u - odpowiednio masy szyjki i policzków korbowodu.

Elementy grupy korbowodów wykonują złożony ruch płasko-równoległy, które można przedstawić jako połączenie ruchu postępowego z parametrami kinematycznymi środka masy i ruchu obrotowego wokół osi przechodzącej przez środek masy prostopadłej do płaszczyzny wychylenia korbowodu. W związku z tym jego właściwości bezwładności opisują dwa parametry - siła bezwładności i moment.

Równoważnym układem, który zastępuje KShM jest układ dwóch sztywno połączonych mas:

Masa skupiona na osi sworznia i posuwisto-zwrotna wzdłuż osi cylindra z parametrami kinematycznymi tłoka, mj =m P +m w . P ;

Masa umieszczona na osi czopu korbowodu i wykonująca ruch obrotowy wokół osi wału korbowego, t r = t Do +t w . do (dla silników spalinowych w kształcie litery V z dwoma korbowodami umieszczonymi na jednym czopie wału korbowego, t r = m do + m toaleta.

Zgodnie z przyjętym modelem KShM masa mj powoduje siłę bezwładności P j \u003d -m j j, i masa r wytwarza odśrodkową siłę bezwładności K r \u003d - a w W t r = t r rω 2 .

Siła bezwładności Pj jest wyważony przez reakcje podpór, na których zainstalowany jest silnik. Ponieważ jest zmienny pod względem wielkości i kierunku, może, jeśli nie zostaną podjęte żadne specjalne środki w celu jego zrównoważenia, spowodować zewnętrzne niewyważenie silnika, jak pokazano na rysunku 16, a.

Analizując dynamikę silnika spalinowego, a zwłaszcza jego bilans, biorąc pod uwagę wcześniej uzyskaną zależność przyspieszenia J od kąta korby φ siła bezwładności Rj wygodnie jest przedstawić go jako sumę dwóch funkcji harmonicznych, które różnią się amplitudą i szybkością zmiany argumentu i są nazywane siłami bezwładności pierwszego ( Pj I) i drugi ( Pj ii) zamówienie:

Pj= – m j rω 2(sałata φ+λ cos2 φ ) = C sałata φ + λC sałata 2φ=Pf i +Pj II ,

gdzie Z = –m j rω 2 .

Siła odśrodkowa bezwładności K r =m r rω 2 masy wirujące KShM to wektor o stałej wielkości, skierowany od środka obrotu wzdłuż promienia korby. Moc K r jest przenoszony na mocowania silnika, powodując zmienne pod względem wielkości reakcji (Rysunek 16, b). Tak więc siła K r jak moc R J, może być przyczyną niewyważenia silnika spalinowego.

a - moc Pj;moc Kr; K x \u003d K r sałata φ = K r sałata( t); K y \u003d K r grzech φ = K r grzech( t)

Ryż. 16 - Wpływ sił bezwładności na mocowania silnika.

Kinematyka mechanizmu korbowego

W silnikach spalinowych do ciągników samochodowych stosuje się głównie dwa rodzaje mechanizmu korbowego (KShM): centralny(osiowe) i przesiedlony(nieosiowy) (ryc. 5.1). Mechanizm przesunięcia można utworzyć, jeśli oś cylindra nie przecina osi wału korbowego silnika spalinowego lub jest przesunięta względem osi sworznia tłokowego. Wielocylindrowy silnik spalinowy powstaje na podstawie wskazanych schematów wału korbowego w postaci konstrukcji liniowej (rzędowej) lub wielorzędowej.

Ryż. 5.1. Schematy kinematyczne KShM silnika ciągnika samochodowego: a- centralny liniowy; b- offset liniowy

Prawa ruchu części wału korbowego badane są na podstawie jego budowy, głównych parametrów geometrycznych jego ogniw, bez uwzględnienia sił powodujących jego ruch i sił tarcia, a także braku szczelin pomiędzy współpracującymi elementami ruchomymi oraz stałą prędkość kątową korby.

Głównymi parametrami geometrycznymi, które określają prawa ruchu elementów centralnego KShM są (ryc. 5.2, a): Pan promień wału korbowego; / w - długość korbowodu. parametr A = g/1 w jest kryterium podobieństwa kinematycznego mechanizmu centralnego. W silnikach spalinowych do ciągników samochodowych stosuje się mechanizmy o A = 0,24 ... 0,31. W nieosiowych wałach korbowych (rys. 5.2, b) ilość mieszania osi cylindra (palca) względem osi wału korbowego (a) wpływa na jego kinematykę. W przypadku silników spalinowych do ciągników samochodowych, przemieszczenie względne Do = a/g= 0,02...0,1 - dodatkowe kryterium podobieństwa kinematycznego.

Ryż. 5.2. Schemat obliczeniowy KShM: a- centralny; b- przesiedleńcy

Kinematyka elementów wału korbowego jest opisana, gdy tłok porusza się od GMP do BDC, a korba obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara zgodnie z prawami zmian w czasie (/) następujących parametrów:

• ? przemieszczenie tłoka - x;
• ? kąt korby - (p;
• ? kąt odchylenia korbowodu od osi cylindra - (3.

Analizę kinematyki wału korbowego przeprowadza się w stałość prędkość kątowa wału korbowego co lub prędkość obrotowa wału korbowego ("), połączone zależnością co \u003d kp/ 30.

Podczas pracy silnika spalinowego ruchome elementy wału korbowego wykonują następujące ruchy:

• ? ruch obrotowy wykorbienia wału korbowego względem własnej osi jest określony przez zależności kąta obrotu cp, prędkości kątowej co i przyspieszenia e w czasie T. W tym przypadku cp \u003d w/ oraz przy stałości w - e \u003d 0;
• ? ruch posuwisto-zwrotny tłoka opisany jest zależnościami jego przemieszczenia x, prędkości v i przyspieszenia J od kąta obrotu korby por.

Ruchomy tłok centralny KShM przy obrocie korby o kąt cp określa się jako sumę jej przemieszczeń od obrotu korby o kąt cp (Xj) oraz od odchylenia korbowodu o kąt p (xp) (patrz rys. 5.2):

Ta zależność, korzystając z relacji x = g/1 w, zależność między kątami cp i p (Asincp = sinp) można przedstawić w przybliżeniu jako sumę harmonicznych będących wielokrotnościami prędkości wału korbowego. Na przykład dla x= 0,3 amplitudy pierwszej harmonicznej odnoszą się do 100:4,5:0,1:0,005. Następnie, z wystarczającą dokładnością do praktyki, opis przemieszczenia tłoka można ograniczyć do pierwszych dwóch harmonicznych. Wtedy dla cp = co/

prędkość tłoka zdefiniowana jako i około

przyspieszenie tłoka obliczona według wzoru i około

W nowoczesnych silnikach spalinowych v max \u003d 10 ... 28 m / s, y max \u003d 5000 ... 20 000 m / s 2. Wraz ze wzrostem prędkości tłoka wzrastają straty tarcia i zużycie silnika.

Dla przesuniętego KShM przybliżone zależności mają postać

Zależności te, w porównaniu z ich odpowiednikami dla wału środkowego, różnią się dodatkowym wyrazem proporcjonalnym do kk. Ponieważ dla nowoczesnych silników jego wartość wynosi kk= 0,01...0,05, to jego wpływ na kinematykę mechanizmu jest niewielki i w praktyce zwykle pomijany.

Kinematyka złożonego ruchu płasko-równoległego korbowodu w płaszczyźnie jego wychylenia polega na ruchu jego głowicy górnej o parametrach kinematycznych tłoka oraz ruchu obrotowym względem punktu połączenia korbowodu z tłokiem .

Wał korbowy podczas pracy silnika poddawany jest następującym siłom: od ciśnienia gazów na tłok, bezwładności poruszających się mas mechanizmu, grawitacji poszczególnych części, tarcia w ogniwach mechanizmu oraz oporu energii odbiorca.

Obliczenie sił tarcia jest bardzo trudne i zwykle nie jest brane pod uwagę przy obliczaniu sił obciążających wałów korbowych.

W WOS i SOD siły grawitacji części są zwykle pomijane ze względu na ich nieznaczną wielkość w porównaniu z innymi siłami.

Zatem głównymi siłami działającymi w KShM są siły od ciśnienia gazów i siły bezwładności poruszających się mas. Siły od ciśnienia gazów zależą od charakteru przebiegu cyklu roboczego, siły bezwładności determinowane są wielkością mas części ruchomych, wielkością skoku tłoka i prędkością obrotową.

Znalezienie tych sił jest niezbędne do obliczenia wytrzymałości części silnika, identyfikacji obciążeń łożysk, określenia stopnia nierównomiernego obrotu wału korbowego oraz obliczenia drgań skrętnych wału korbowego.

Sprowadzanie mas części i ogniw KShM

Dla uproszczenia obliczeń rzeczywiste masy ruchomych części wału korbowego zastępuje się masami zredukowanymi skupionymi w charakterystycznych punktach wału korbowego i dynamicznie lub w skrajnych przypadkach statycznie równoważnymi rzeczywistym masom rozłożonym.

Dla charakterystycznych punktów wału korbowego przyjmuje się środki sworznia tłokowego, czopu korbowodu, punkt na osi wału korbowego. W dieslach z poprzeczką zamiast środka sworznia tłokowego za punkt charakterystyczny przyjmuje się środek poprzeczki poprzeczki.

Masy ruchome translacyjne (LMM) M w silnikach wysokoprężnych bagażnika obejmują masę tłoka z pierścieniami, sworznia tłokowego, pierścieni tłokowych i część masy korbowodu. W silnikach wodzikowych masa zredukowana obejmuje masę tłoka z pierścieniami, prętem, wodzikiem i część masy korbowodu.

Uważa się, że zredukowany LHD M S jest skoncentrowany albo w środku sworznia tłokowego (pień ICE) albo w środku poprzeczki (silniki z poprzeczką).

Niezrównoważona masa obrotowa (NVM) MR składa się z pozostałej części masy korbowodu i części masy korby, sprowadzonej do osi czopu korbowodu.

Rozłożona masa korby jest warunkowo zastępowana dwiema masami. Jedna masa umieszczona w środku czopu korbowodu, druga - umieszczona na osi wału korbowego.

Zrównoważona masa wirująca korby nie powoduje sił bezwładności, ponieważ środek jej masy znajduje się na osi obrotu wału korbowego. Jednak moment bezwładności tej masy jest uwzględniony jako składnik zredukowanego momentu bezwładności całego KShM.

W obecności przeciwwagi, jej rozłożona masa zostaje zastąpiona zredukowaną masą skupioną umieszczoną w odległości promienia korby R od osi obrotu wału korbowego.

Zastąpienie rozłożonych mas korbowodu, kolana (korby) i przeciwwagi masami skupionymi nazywa się redukcją masy.

Doprowadzenie mas korbowodu

Model dynamiczny korbowodu to odcinek linii prostej (sztywny pręt nieważki) o długości równej długości korbowodu L z dwiema masami skupionymi na końcach. Na osi sworznia tłokowego znajduje się masa przesuwającej się części korbowodu M shS, na osi czopu korbowodu - masa obracającej się części korbowodu M shR.

Ryż. 8.1

M w - rzeczywista masa korbowodu; cm. - środek masy korbowodu; L to długość korbowodu; L S i L R - odległości od końców korbowodu do jego środka masy; M shS - masa ruchomej translacyjnej części korbowodu; M shR - masa obracającej się części korbowodu

Aby uzyskać pełną dynamiczną równoważność prawdziwego korbowodu i jego dynamicznego modelu, muszą być spełnione trzy warunki

Aby spełnić wszystkie trzy warunki należałoby wykonać dynamiczny model korbowodu o trzech masach.

Dla uproszczenia obliczeń zachowany jest model dwumasowy, ograniczony do warunków tylko statycznej równoważności

W tym przypadku

Jak widać z otrzymanych wzorów (8.3), do obliczenia MwS i MwR konieczna jest znajomość LS i LR, tj. położenie środka masy korbowodu. Wartości te można wyznaczyć metodą obliczeniową (wykresowo-analityczną) lub eksperymentalnie (huśtawką lub ważeniem). Możesz skorzystać z empirycznej formuły prof. W.P. Terskich

gdzie n to prędkość obrotowa silnika, min -1.

Możesz też z grubsza wziąć

M wS ? 0,4Mw; M wR ? 0,6 mln w.

Sprowadzanie mas korby

Model dynamiczny korby można przedstawić jako promień (sztywny pręt nieważki) z dwiema masami na końcach M do i M do 0 .

Statyczny warunek równoważności

gdzie jest masa policzka; - część masy policzka, zredukowana do osi czopu korbowodu; - część masy policzka sprowadzona do osi steru; c - odległość od środka masy policzka do osi obrotu wału korbowego; R to promień korby. Ze wzorów (8.4) otrzymujemy

W rezultacie zredukowane masy korby przyjmą formę

gdzie jest masa czopu korbowodu;

Masa szyjki ramy.

Ryż. 8,2

Sprowadzanie mas przeciwwagi

Model z dynamiczną przeciwwagą jest podobny do modelu z korbą.

Rys.8.3

Zmniejszona niewyważona masa przeciwwagi

gdzie jest rzeczywista masa przeciwwagi;

c 1 - odległość od środka masy przeciwwagi do osi obrotu wału korbowego;

R to promień korby.

Uważa się, że zmniejszona masa przeciwwagi znajduje się w punkcie w odległości R w kierunku środka masy względem osi wału korbowego.

Dynamiczny model KShM

Model dynamiczny KShM jako całości oparty jest na modelach jego ogniw, a masy skupione w tych samych punktach są sumowane.

1. Zmniejszona masa translacyjna skoncentrowana w środku sworznia tłokowego lub poprzeczki

M S \u003d M P + M PC + M KR + M WS , (8,9)

gdzie MP jest masą zespołu tłoka;

M PCS - masa pręta;

M CR - masa poprzeczki;

M ШS - PDM część korbowodu.

2. Zmniejszona niewyważona masa wirująca skoncentrowana w środku czopa korbowego

M R = М К + М ШR , (8.10)

gdzie M K - niezrównoważona obrotowa część masy kolana;

M SHR - HBM części korbowodu;

Zwykle dla wygody obliczeń masy bezwzględne zastępowane są względnymi.

gdzie F p - powierzchnia tłoka.

Faktem jest, że siły bezwładności sumuje się z ciśnieniem gazów, a w przypadku stosowania mas w postaci względnej uzyskuje się ten sam wymiar. Ponadto dla tego samego typu silników wysokoprężnych wartości m S i m R różnią się w wąskich granicach, a ich wartości podane są w specjalnej literaturze technicznej.

Jeśli konieczne jest uwzględnienie sił grawitacyjnych części, są one określone wzorami

gdzie g jest przyspieszeniem swobodnego spadania, g = 9,81 m/s 2 .

Wykład 13. 8.2. Siły bezwładności jednego cylindra

Kiedy KShM porusza się, siły bezwładności powstają z translacyjnych poruszających się i wirujących mas KShM.

Siły bezwładności LDM (w odniesieniu do F П)

tłok termodynamiczny silnika morskiego;

q S = -m S J. (8.12)

Znak „-”, ponieważ kierunek sił bezwładności jest zwykle odwrotnie skierowany do wektora przyspieszenia.

Wiedząc, że dostajemy

W GMP (b = 0).

BDC (b = 180).

Oznaczmy amplitudy sił bezwładności pierwszego i drugiego rzędu

P I \u003d - m S Rsh 2 i P II \u003d - m S l Rsh 2

q S = P I cosb + P II cos2b, (8.14)

gdzie P I cosb - siła bezwładności pierwszego rzędu PDM;

P II cos2b - siła bezwładności LDM drugiego rzędu.

Siła bezwładności qS jest przyłożona do sworznia tłokowego i skierowana wzdłuż osi cylindra roboczego, jej wartość i znak zależą od b.

Siłę bezwładności pierwszego rzędu PDM PI cosb można przedstawić jako rzut na oś cylindra pewnego wektora skierowanego wzdłuż korby od środka wału korbowego i działającego tak, jakby była odśrodkową siłą bezwładności o masie m S zlokalizowanej w środku czopu korbowego.

Ryż. 8.4

Rzut wektora na oś poziomą przedstawia wartość fikcyjną P I sinb, ponieważ w rzeczywistości taka wartość nie istnieje. Zgodnie z tym sam wektor, który przypomina siłę odśrodkową, również nie istnieje i dlatego nazywany jest fikcyjną siłą bezwładności pierwszego rzędu.

Wprowadzenie do rozważania fikcyjnych sił bezwładności, które mają tylko jeden rzeczywisty rzut pionowy, jest techniką warunkową, która pozwala na uproszczenie obliczeń LDM.

Fikcyjny wektor siły bezwładności pierwszego rzędu można przedstawić jako sumę dwóch składowych: siły rzeczywistej P I cosb skierowanej wzdłuż osi cylindra i siły fikcyjnej P I sinb skierowanej prostopadle do niego.

Siłę bezwładności drugiego rzędu P II cos2b można w podobny sposób przedstawić jako rzut na oś walca wektora P II fikcyjnej siły bezwładności drugiego rzędu PDM, która tworzy z osią walca kąt 2b i obraca się pod kątem prędkość 2sh.

Ryż. 8,5

Fikcyjną siłę bezwładności drugiego rzędu PDM można również przedstawić jako sumę dwóch składowych, z których jeden jest rzeczywistym P II cos2b, skierowanym wzdłuż osi cylindra, a drugi fikcyjnym P II sin2b, skierowanym prostopadle do pierwszy.

Siły bezwładności HBM (w odniesieniu do F П)

Siła qR jest przyłożona do osi czopu korbowodu i jest kierowana wzdłuż korby z dala od osi wału korbowego. Wektor siły bezwładności obraca się razem z wałem korbowym w tym samym kierunku iz tą samą prędkością.

Jeśli przesuniesz go tak, aby początek pokrywał się z osią wału korbowego, to można go rozłożyć na dwie części

pionowy;

Poziomy.

Ryż. 8,6

Całkowite siły bezwładności

Całkowita siła bezwładności LDM i NVM w płaszczyźnie pionowej

Jeśli rozpatrzymy oddzielnie siły bezwładności pierwszego i drugiego rzędu, to w płaszczyźnie pionowej całkowita siła bezwładności pierwszego rzędu

Siła bezwładności drugiego rzędu w płaszczyźnie pionowej

Składowa pionowa sił bezwładności pierwszego rzędu ma tendencję do podnoszenia lub dociskania silnika do fundamentu raz na obrót, a siły bezwładności drugiego rzędu - dwa razy na obrót.

Siła bezwładności pierwszego rzędu w płaszczyźnie poziomej ma tendencję do przemieszczania silnika z prawej strony na lewą iz powrotem raz podczas jednego obrotu.

Połączone działanie siły od ciśnienia gazów na tłok i sił bezwładności wału korbowego

Ciśnienie gazu występujące podczas pracy silnika oddziałuje zarówno na tłok, jak i na głowicę cylindra. Prawo zmiany P = f(b) określa szczegółowy wykres indykatorowy uzyskany eksperymentalnie lub obliczeniowo.

1) Zakładając, że ciśnienie atmosferyczne działa na tylną stronę tłoka, znajdujemy nadciśnienie gazu na tłoku

P g \u003d P - P 0, (8,19)

gdzie Р jest aktualnym bezwzględnym ciśnieniem gazu w butli, zaczerpniętym ze schematu indykatorowego;

P 0 - ciśnienie otoczenia.

Rys.8.7 - Siły działające w KSzM: a - bez uwzględnienia sił bezwładności; b - z uwzględnieniem sił bezwładności

2) Uwzględniając siły bezwładności, jako siłę napędową określa się siłę pionową działającą na środek sworznia tłokowego

Pd = Rg + qs. (8.20)

3) Rozkładamy siłę napędową na dwie składowe - siłę normalną P n i siłę działającą na korbowód P w:

P n \u003d R d tgv; (8.21)

Siła normalna P n dociska tłok do tulei cylindra lub suwaka poprzeczki do jego prowadnicy.

Siła działająca na korbowód PW ściska lub rozciąga korbowód. Działa wzdłuż osi korbowodu.

4) Przenosimy siłę P w wzdłuż linii działania do środka czopa korbowego i rozkładamy na dwie składowe - siłę styczną t skierowaną stycznie do okręgu opisanego promieniem R

oraz siła promieniowa z skierowana wzdłuż promienia korby

Oprócz siły Pw, siła bezwładności qR będzie przyłożona do środka czopu korbowodu.

Następnie całkowita siła promieniowa

Przenieśmy siłę promieniową z wzdłuż linii jej działania do środka szyjki ramy i przyłóżmy w tym samym punkcie dwie wzajemnie zrównoważone siły oraz równoległe i równe sile stycznej t. Para sił t i obraca wałem korbowym. Moment tej pary sił nazywany jest momentem obrotowym. Bezwzględna wartość momentu obrotowego

Mcr = tF p R. (8.26)

Suma sił iz przyłożonych do osi wału korbowego daje wynikową siłę obciążającą łożyska ramy wału korbowego. Rozłóżmy siłę na dwie składowe - pionową i poziomą. Siła pionowa wraz z siłą naporu gazu na pokrywę cylindra rozciąga detale szkieletu i nie przenosi się na fundament. Siły skierowane przeciwnie i tworzą parę sił z ramieniem H. Ta para sił ma tendencję do obracania ramy wokół osi poziomej. Moment tej pary sił nazywany jest momentem wywracającym lub odwrotnym M def.

Moment wywracający przenoszony jest poprzez szkielet silnika na podpory ramy fundamentowej, na kadłub fundamentowy statku. Dlatego M ODA musi być zbilansowana przez zewnętrzny moment reakcji r f fundamentu statku.

Procedura wyznaczania sił działających w KShM

Siły te są obliczane w formie tabelarycznej. Krok obliczeniowy należy wybrać za pomocą następujących wzorów:

Do dwusuwu; - do czterosuwu,

gdzie K jest liczbą całkowitą: i jest liczbą cylindrów.

Siła napędowa na powierzchnię tłoka

P d \u003d R g + q s + g s + P tr. (8.20)

Siła tarcia P tr jest pomijana.

Jeśli g s ? 1,5% P z , wtedy też zaniedbujemy.

Wartości P g określa się za pomocą ciśnienia wykresu indykatorowego P.

P g \u003d P - P 0. (8.21)

Siła bezwładności jest wyznaczana analitycznie

Ryż. 8,8

Krzywa siły napędowej Pd jest punktem wyjścia do wykreślenia wykresów siły Pn = f(b), Psh = f(b), t = f(b), z = f(b).

Aby zweryfikować poprawność konstrukcji wykresu stycznego, konieczne jest wyznaczenie siły stycznej t por. uśrednionej dla kąta obrotu korby.

Z wykresu siły stycznej można zobaczyć, że t cf definiuje się jako stosunek powierzchni między linią t \u003d f (b) a osią odciętych do długości wykresu.

Obszar jest określany przez planimetr lub przez integrację trapezową

gdzie n 0 to liczba sekcji, na które podzielony jest wymagany obszar;

y i - rzędne krzywej na granicach działek;

Po wyznaczeniu t cp w cm, korzystając ze skali wzdłuż osi y, przelicz na MPa.

Ryż. 8,9 - Wykresy sił stycznych jednego cylindra: a - silnik dwusuwowy; b - silnik czterosuwowy

Pracę wskaźnika na cykl można wyrazić w postaci średniego ciśnienia wskaźnika Pi oraz średniej wartości siły stycznej tcp w następujący sposób

P i F p 2Rz = t cp F p R2p,

gdzie współczynnik cyklu z = 1 dla dwusuwowych silników spalinowych iz = 0,5 dla czterosuwowych silników spalinowych.

Do silników dwusuwowych

Do silników czterosuwowych

Dopuszczalna rozbieżność nie powinna przekraczać 5%.