Расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968М

 

      По данным табл.4.1. строим графики  зависимости перемещения, скорости  и ускорения  поршня  от угла  поворота коленчатого вала (см. рис.4.1., 4.2., 4.3.).  

4.2.Динамический  расчет двигателя

4.2.1.Силы  давления  газов 

   Используя  метод Брикса производим развертывание  индикаторной диаграммы по углу  поворота коленчатого вала (рис.4.4.). Поправка Брикса: R*l/(2M_S)=35*0,285/(2*1)=4,98 мм,

где M_S=1 мм в мм - масштаб хода поршня на индикаторной диаграмме (масштаб изменен для удобства).

   Масштабы  развернутой диаграммы: давлений  и удельных сил M_P =0,04 МПа в мм;  угла поворота кривошипа М_j=2° в мм, или М_j’=4*p/ОВ=4*3,14/360=0,0349 рад в мм, где ОВ- длина развернутой индикаторной диаграммы в мм.

   По  развернутой индикаторной диаграмме  через каждые 30°  угла поворота  кривошипа (на участках резкого  изменения давления интервал  сокращается до 10°) определяем  значение D p_Г и заносим в гр.2 сводной табл.4.2. динамического расчета. 
 

4.2.2.Приведение  масс частей кривошипно-шатунного  механизма 

   По  табл.21 [1,с.127] с учетом диаметра цилиндра, отношения S/D и V-образного расположения цилиндров устанавливаем:

а.  масса  поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава принято m’_п=100 кг/м²):

    m_п=m’_п*F п=100*0,005024=0,5024 кг;

б.  масса  шатуна (для стального кованного  шатун  принято m’_ш=150 кг/м²):

    m_ш= m’_ш* F _п=150*0,005024=0,7536 кг;

в.  масса  неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (для чугунного

литого вала принято m’_к=180 кг/м²): m_к= m’_к* F _п=180*0,005024=0,9043 кг.

   Масса  шатуна, сосредоточенная па оси  поршневого пальца:

    m_ш×п=0,275*m_ш=0,275*0,7536=0,207 кг.

   Масса  шатуна, сосредоточенная на оси  кривошипа:

        m_ш×к=0,725*m_ш=0,725*0,7536=0,546 кг.

   Массы,  совершающие возвратно-поступательные  движения:

    m_j=m_п+m_ш×п=0,5024+0,207=0,709 кг.

   Массы,  совершающие вращательное движение:

        m_R=m_к+m_ш×к=0,904+0,546=1,45 кг. 

4.2.3.Удельные  и полные силы  инерции 

   Из  табл.4.1. переносим значения j в гр.3 табл. 4.2. и определяем значения удельной силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс (гр.4):

    p_j=-j*m_j/F_п=-j*0,709*10^-6/0,005024=-j*135,3*10^-6  МПа.

   Центробежная  сила инерции вращающихся масс:

    K_R=-m_R*R*w²=-1,45*0,035*471²*10^-3=-11,258 кН.

   Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна:

    K_Rш=-m_ш×к*R*w²=-0,546*0,035*471²*10^-3=-4,239 кН.

   Центробежная  сила инерции вращающихся масс  кривошипа:

    K_Rк=-m_к*R*w²=-0,904*0,035*471²*10^-3=-7,019 кН. 
 

4.2.4.Удельные  суммарные силы 

   Удельная сила, сосредоточенная на оси поршневого  пальца (гр.5 табл.4.2.): p=Dp_г+ р_j.

   Удельная  нормальная сила (гр.7 табл. 4.2.): p_N=p*tgb,

где значения tgb определяем для l=0,285 по табл.22 [1,с.130] и заносим в гр.6.

   Удельная сила, действующая вдоль шатуна (гр.9 табл. 4.2.): p_s=p*(1/cosb).

   Удельная сила, действующая по радиусу кривошипа (гр.11 табл. 4.2.): p_к=p*cos(j+b)/cosb.

   Удельная тангенциальная сила (гр.13 табл. 4.2.): p_T= p*sin(j+b)/cosb.

   Полная тангенциальная сила (гр.14): T=p_T*F_П=p_T*0,0073898*10³.

Таблица 4.2.

 

     По данным табл. 4.2. строим графики изменения удельных сил p_j , p , p_s , p_N , p_K и p_T в зависимости от угла поворота коленчатого вала j (рис. 4.5., 4.6., 4.7, 4.8.).

   Среднее  значение тангенциальной силы  за цикл:

      а.  по данным теплового расчета:

         Т_ср=2*10⁶*Рi*F_п/(p*t)=2*10⁶*1*0,005024/(3,14*4)=800 Н

      б.  по площади, заключенной между  кривой Р_Т и осью абцисс (рис. 4.8.):

          Р_Тср =(åF₁ -åF₂)*М_р/ОВ=(3493-2073)*0,04/360=0,1585

          Т_ср= Р_Тср * F_п=0,1585*0,005024*10⁶=795,1 Н

   Ошибка:   D=(800-795,1)/800=0,6 % 

4.2.5.Крутящие  моменты 

   Крутящий  момент одного цилиндра (гр.15 табл.4.2.):

         М_кр.ц=Т*R=T*0,046*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  (табл. 4.3.) через каждые 30° угла поворота коленчатого вала и по полученным данным строится кривая  М_кр  (рис. 4.9.). 

Таблица 4.3.

 

    Средний крутящий момент двигателя:

по данным теплового  расчета:

    М_{кр. ср}=М_i=М_е/h_м=95,3/0,849=112,2 Н* м.

по площади, заключенной  под кривой М_кр (рис.4.7.):

         М_кр.ср= М_м= =111,02 Н* м.

   Погрешность  составит:D=100*(112,2-111,02)/112,2=1,05 %.

   Максимальный  и минимальный крутящие моменты  (рис.4.9.):

         М_кр.max= 336,2 Н* м;  М_кр.min= -137,9 Н* м. 

4.2.6.Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала 

   Для  проведения расчета результирующей  силы, действующей на шатунную  шейку двигателя, составляем табл.4.4.

   Суммарная  сила, действующая на шатунную  шейку по радиусу кривошипа:

        Р_к=К+К_Rш=(К-4,239) кН,  где К=р_к*F_п=р_к*0,005024*10³ кН.

   Результирующую  силу R_ш.ш , действующую на шатунную шейку, определяем графическим сложением векторов сил Т и Р_к при построении полярной диаграммы (рис.4.10.). Масштаб сил на полярной диаграмме М_р=0,1 кН в мм. Значения R_ш.ш для различных j заносим в табл.4.4. и по ним строим диаграмму R_Ш.Ш. в прямоугольных координатах (рис.4.11.). 
 

Таблица 4.4.