|
После выполнения кинематического и динамического расчетов производится анализ уравновешенности рассматриваемого двигателя. Для достижения этой цели в расчетно-пояснительной записке на формате А3 миллиметровой бумаги необходимо в масштабе вычертить схему кривошипно-шатунного механизма: - для рядных ДВС – ортогональная проекция, вид слева; - для V-образных ДВС – схема КШМ в изометрии. На схеме с указанием точек приложения и плоскостей стрелками нужно нанести направления действия сил инерции и моментов сил инерции. Далее производится подсчет значений неуравновешенных сил инерции и моментов сил инерции для случая нахождения поршня первого цилиндра в ВМТ. Полученные значения цифрами указываются на схеме. Проводится анализ и дается оценка конструктивной уравновешенности двигателя. Затем производится выбор мероприятий для снижения или полного устранения действия неуравновешенных сил инерции и моментов сил инерции. Определяются плоскости установки противовесов, их форма, масса и расстояние от оси коренной шейки. Предлагаются различные способы крепления дополнительных масс. Обосновывается необходимость установки специального механизма уравновешивания, его конструкция, место установки, способ привода. В конце раздела следует отметить преимущества и недостатки выбранного способа уравновешивания с точки зрения его влияния на такие показатели двигателя, как: - наличие шумов и вибраций при работе; - долговечность; - металлоемкость; - технологичность производства; - удобство обслуживания и ремонта. Расчет деталей двигателя на прочность
При расчёте основных деталей двигателя на прочность необходимо производить краткое описание конструкции и условий работы детали (тепловой режим, вид нагрузки, нагружающие силы, расчётный скоростной режим.), некоторые сведения о технологии изготовления и о материале детали Для каждой рассчитываемой детали должны быть выполнены эскизы со всеми необходимыми для расчёта размерами, схемы и эпюры нагружения, эпюры напряжений. Эскизы и графики, необходимые для расчёта, выполняются карандашом на миллиметровой бумаге формата А4, подшиваются в расчетно-пояснительную записку.
Расчет поршня
Рис. 9. Поршень и эпюра нагружения поршневого пальца Определяем основные размеры поршня, пользуясь данными таблицы 5. Таблица 5 Основные конструктивные соотношения элементов поршня
На основании данных проведенных ранее расчетов принимаем: диаметр цилиндра D, мм; ход поршня S, мм; действительное максимальное давление сгорания pZ, МПа при каком-то n, мин-1; площадь поршня FП, см2; наибольшую нормальную силу N, МН при каком-то угле φ, градусов; массу поршневой группы mП, кг; максимальную частоту вращения холостого хода nx.x.max, мин-1; значение λ. В соответствии с данными таблицы 5, принимаем: толщину днища поршня δ, мм; высоту поршня Н, мм; высоту юбки поршня hю, мм; радиальную толщину кольца t, мм; радиальный зазор кольца в канавке поршня ∆t, мм; толщину стенки головки поршня s, мм; величину верхней кольцевой перемычки hП, мм; число и диаметр масляных каналов в поршне nМ и dM. Только для поршня бензинового ДВС определяем напряжение изгиба в днище поршня
где При высоком значении напряжения предлагаем мероприятия по повышению стойкости к изгибу. Определяем напряжение сжатия в сечении x—x:
При этом площадь сечения х—х равна
и значения
Определяем напряжение разрыва в сечении х – х: |
stydopedia.ru
Министерство образования и науки Украины
Национальный аэрокосмический университет
им. Н.Е. Жуковского “ХАИ”
Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине
“Авиационные двигатели”
Харьков 2008
Содержание
1. Тепловой расчет
1.1 Исходные данные
1.2 Выбор дополнительных исходных данных
1.3 Расчет процесса наполнения
1.4 Расчет процесса сжатия
1.5 Расчет процесса сгорания
1.6 Расчёт процесса расширения
1.7 Определение индикаторных параметров двигателя
1.8 Определение эффективных параметров двигателя
1.9 Определение геометрических параметров двигателя
2. Динамический расчет
2.1 Допущения
2.3 Разнос масс КШМ с прицепными шатунами
2.4 Силы инерции
2.6 Суммарная сила, действующая на поршень
2.7 Силы, действующие в центральном КШМ
2.8 Суммарные радиальные и окружные силы действующие на шатунную шейку
3. Уравновешивание двигателя
4. Расчет на прочность коленчатого вала
4.1 Силы, действующие на колено коленчатого вала
4.2 Определение запаса прочности в шатунной шейке
4.3 Определение запаса прочности в коренной шейке
5. Расчет поршневого пальца
6. Расчет поршневых колец
Список использованной литературы
Под тепловым расчетом поршневого двигателя внутреннего сгорания подразумевается определение параметров, характеризующих рабочие процессы двигателя, а так же величин, определяющих энергетические и экономические параметры его работы.
По данным расчета и по заданным мощности и частоте вращения коленчатого вала можно определить основные размеры проектируемого двигателя. Кроме того, по данным теплового расчета с достаточной для практики точностью можно построить индикаторную диаграмму, необходимую для определения газовых сил, действующих на поршень двигателя, на стенки и головку цилиндра, на элементы кривошипно-шатунного механизма.
1) Эффективная мощность на расчетной высоте –
. 2) Частота вращения коленчатого вала –
. 3) Число цилиндров –
. 4) Степень сжатия –
. 5) Давление наддува –
. 6) Расчетная высота –
. 7) Прототип двигателя – АИ-26.
1. Коэффициент избытка воздуха принимаем равным
. 2. Топливо. Сорт применяемого топлива зависит от степени сжатия и давления наддува. В нашем случае (относительно невысокая степень сжатия) наиболее подходящим является бензин Б-91/115.
Низшую теплотворную способность топлива определим по формуле
Элементарный состав авиабензина Б-91/115 включает в себя:
; 
; 
, средняя молекулярная масса – 
. Тогда: 
3. Параметры воздуха на расчетной высоте.
Цель расчета процесса наполнения – определение давления
и температуры 
свежего заряда в конце хода выпуска. 1. Согласно заданию давление наддува
. Находим температуру воздуха в конце такта наполнения 
где
- повышение температуры воздуха в нагнетателе. Адиабатическая работа сжатия 1кг воздуха равна: 
. Адиабатический КПД центробежного нагнетателя примем равным
. Тогда:
; 
. 2. Определяем коэффициент наполнения двигателя с наддувом на расчетной высоте
, где
- приведенный коэффициент наполнения. Примем
, тогда 
. 3. Находим давление в конце такта наполнения.
где pr – давление остаточных газов в конце такта наполнения. Принимаем:
. Степень подогрева свежей смеси в процессе наполнения
условно характеризует результат суммарного теплообмена смеси со стенками цилиндра и донышком поршня, а также понижение температуры за счет испарения топлива. При
,
. Тогда: 
. После подстановки найденных и полученных величин получим
. 4. Определяем коэффициент остаточных газов
, где
- температура остаточных газов. Примем
, тогда: 
. 5. Находим температуру газов в конце такта впуска
. Цель расчета процесса сжатия – определение давления
и температуры 
газов в конце этого процесса. 1. Давление в конце такта сжатия:
2. Температура в конце такта сжатия:
Цель расчета процесса сгорания – определение максимальных значений давления
и температуры 
газов при сгорании топлива. 1. Температура
газов определим из уравнения сгорания, полученного на основании первого принципа термодинамики: 
, где
- низшая теплота сгорания топлива с учетом условий, при которых протекает процесс сгорания. 
; 
- коэффициент эффективного выделения теплоты. Примем 
; 
– теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 
топлива. 
Действительное количество воздуха для сгорания 1кг топлива будет составлять:
. mirznanii.com
V-образный двигатель можно рассматривать как совокупность двухрядныхдвигателей.
Если у рядного двигателя силы инерции данного порядка уравновешены, то и у соответствующего двухрядного двигателя с тем же числом цилиндров в ряду и с тем же расположением колен вала силы инерции того же порядка будут уравновешены.
Когда силы инерции данного порядка у однорядного двигателя неуравновешены, величина неуравновешенной силы у двухрядного двигателя определяется геометрической суммой векторов неуравновешенных сил инерции цилиндров каждого ряда. При этом нужно учитывать, что суммарная сила инерции одного ряда цилиндров сдвинута по фазе относительно суммарной силы инерции другого ряда на угол между рядами.
Таким образом, силы инерции первого и второго порядков переменны по величине и направлению. Уравновесить эти силы с помощью противовесов, расположенных на коленчатом валу, невозможно.
Центробежная сила может быть полностью уравновешена с помощью противовесов на коленчатом валу.
Моменты сил инерции первого и второго порядков и центробежной силы инерции уравновешены.
Эта сила постоянна по величине и всегда направлена по радиусу кривошипа. Следовательно, она может быть полностью уравновешена при помощи двух противовесов, установленных на продолжении щекколенчатоговала.
Рпр — расстояние центра тяжести противовеса от оси коленчатого вала. Полученные зависимости справедливы при условии, что оси двух цилиндров находятся в одной плоскости. Однако в V-образ-ных автомобильных двигателях шатуны обычно располагаются рядом на одной шейке. Следовательно, оси цилиндров находятся в разных плоскостях и на двигатель действует дополнительный момент. Для определения его величины приложим к точке А, лежащей на пересечении оси симметрии колена с осью вала,равныеивзаимнопротивоположнонаправленныесилы.
Этот момент действует во вращающейся плоскости С — С, перпендикулярной к плоскости колена. Этот момент весьма незначителен и его обычно не учитывают.
Эта сила направлена по горизонтали и обычно не уравновешивается.
Центробежная сила может быть уравновешена с помощью противовесов, расположенных на продолжении щек коленчатого вала.
Моменты сил инерции первого и второго порядков и центробежной силы равны нулю.
maestria.ru
Во время работы двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют различные силы, изменяющиеся по величине и направлению. Одни из них полезны и обеспечивают работу двигателя, другие вредны, вызывая износ деталей.
К полезным относится сила давления газов в цилиндре двигателя при рабочем ходе. К вредным относятся силы инерции движущихся деталей и силы трения, возникающие при движении трущихся пар.
При поступательном движении и вращении деталей кривошипно-шатунного механизма возникают инерционные силы поступательно движущихся масс и центробежные силы вращающихся масс. Эти силы передаются на остов двигателя и раму трактора или автомобиля. Периодическое изменение сил инерции как по величине, так и по направлению вызывает вибрацию двигателя и машины в целом. Эти вибрации ослабляют резьбовые соединения деталей, дополнительно нагружают подшипники коленчатого вала и ускоряют их износ.
Уравновешивание двигателя заключается в создании такой системы сил при установившемся режиме работы, в которой равнодействующие сил и моментов этих сил постоянны по значению и направлению или равны нулю. Уравновешивание сил инерции достигается выбором определенного числа цилиндров, расположения колен вала и применением дополнительных движущихся масс — противовесов. Эти способы обычно применяют совместно. Колена вала четырехцилиндровых двигателей расположены под углом 180°. При этом силы инерции двух крайних поршней и шатунов, движущихся в одну сторону, почти полностью уравновешиваются силами инерции двух средних поршней и шатунов, движущихся в противоположную сторону (рис. 23, а). Противовесы, выполненные на щеках коленчатого вала, уравновешивают детали кривошипно-шатунного механизма каждого цилиндра.
В двухцилиндровом тракторном двигателе сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс может быть полностью уравновешена специальным уравновешивающим механизмом (рис.
23, б). Уравновешивающий механизм этого двигателя состоит из двух грузов 2, закрепленных на концах балансирного вала 3. Вал опирается на втулки, приводится во вращение от коленчатого вала и имеет с ним одинаковую частоту вращения. На маховике и шкиве привода вентилятора расположены противовесы 7 и 5. Силы инерции Рц, действующие по оси первого цилиндра, равны силе инерции Рц2 действующей по оси второго цилиндра, и их сумма равна 0. Но как равные и противоположно направленные, они создают момент, действующий в плоскости осей цилиндров. Этот момент уравновешивается суммарным моментом (направленным в противоположную сторону), создаваемым грузами 2 и противовесами 7 и 5 при работе двигателя.
Уравновешивающий механизм устанавливают и в некоторых четырехцилиндровых тракторных двигателях средней мощности. Он включает в себя два груза 2, которые вращаются в противоположные стороны с частотой, в два раза превышающей частоту вращения коленчатого вала. Центры тяжести грузов при вращении направлены одновременно в одну
сторону.
Рис. 25(19). Способы уравновешивания двигателей: а - четырехцилиндрового, б - двухцилиндрового, в - уравновешивающий механизм двигателя; 1 - противовес на маховике, 2 - грузы, 3 - балансирный вал, 4 - шестерня, 5- противовес на шкиве, 6 - промежуточные шестерни, 7 - шестерни с грузами, 8 - регулировочные прокладки, 9 - зубчатый венец щеки коленчатого вала, 10 - корпус
Грузы отлиты заодно с осями, запрессованными в шестерни 7. Оси грузов вращаются в роликовых цилиндрических подшипниках, установленных в корпусе 10 уравновешивающего механизма. Шестерни приводятся во вращение от зубчатого венца 9, смонтированного на средней части коленчатого вала около третьей коренной шейки.
От вращения грузов возникают центробежные силы Рц, которые раскладываются на составляющие силы — горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные силы, действующие в противоположных направлениях, уравновешивают друг друга. Вертикальные силы складываются и в сумме, равные Вс, уравновешивают по вертикали сумму инерционных сил Ри во всех четырех цилиндрах.
Механизм устанавливается на двигатель при положении поршня первого цилиндра в ВМТ. Шестерни должны быть установлены по меткам, нанесенным на их зубьях и впадинах при расположении грузов внизу. Боковой зазор в зацеплении шестерен с венцом (в пределах 0,2—0,35 мм) регулируется прокладками 8.
studfiles.net
Вследствие этого особенно большие затруднения возникают при проектировании коленчатых валов для многоцилиндровых быстроходных двигателей с большим литражом и высокой мощностью (например, для многорядных звездообразных двигателей). В двигателях для наземного транспорта в большинстве случаев вполне достаточно пяти расположенных в один ряд цилиндров. В отличие от четырехтактного двигателя, в двухтактном для равномерного чередования вспышек желательно иметь нечетное число цилиндров в этом случае в рядных двигателях кривошипы не расположены попарно в одной плоскости, и уравновешивание моментов, создаваемых возвратно движущимися массами, является более трудным. Уравновешивание сил, напротив, облегчается. Недостатком У-образных двигате- [c.446]
Уравновешивание четырехцилиндровых двигателей. В четырехцилиндровом рядном четырехтактном двигателе угловой интервал между вспышками составляет 720/4 = 180°. Коленчатый вал такого двигателя должен быть выполнен с коленами, развернутыми под углом 180°. [c.299]
УРАВНОВЕШИВАНИЕ ДВУХЦИЛИНДРОВОГО РЯДНОГО ДВИГАТЕЛЯ С УГЛОМ [c.48]
Фиг. 54. к уравновешиванию двухцилиндрового рядного двигателя. [c.49]
УРАВНОВЕШИВАНИЕ ШЕСТИЦИЛИНДРОВОГО РЯДНОГО ДВИГАТЕЛЯ [c.55]
Расположение цилиндров вертикальное в один или два ряда, горизонтальное (чаще всего для автовагонов) и У-образное. У горизонтальных двигателей цилиндры располагаются по одну или по обе стороны коленчатого вала. Число цилиндров выбирается главным образом из условия простоты уравновешивания, располагаемого габарита, допустимой цилиндровой мощности, потребной жёсткости коленчатого вала, возможности пуска двигателя с любого положения коленчатого вала (при воздушном пуске). В большинстве случаев принимают 6, 8 и 10 цилиндров при рядном расположении и 12 и 16 при У-об-разном. [c.500]
Известны конструкции рядных двухцилиндровых двигателей, в которых шатунные шейки расположены под углом 360°. Такое расположение шеек целесообразно, так как оно для четырехтактных двигателей обеспечивает равномерное чередование одноименных процессов одного цилиндра относительно другого. Уравновешивание же сил инерции таких двигателей в принципе ничем не отличается от рассмотренных выше одноцилиндровых двигателей. [c.299]
Схема уравновешивания сил инерции 1 и 2-го порядков показана па рис. 1.49, е. Уравновешивание спаренных кривошипно-полэунных механизмов, например, в рядных двигателях достигается за счет фазового сдвига кривошипов. Так, в шестицилиндровом двигателе с взаимным углом заклинивания кривошипов 120 оказываются уравновешенными силы инерции всех порядков, кроме 6-го и кратного шести. [c.59]
В заключение заметим, что уравновешивание спаренных кривошипно-шатунных механизмов, как например, в рядных двигателях в большой мере достигается за счет конструктивного оформления кривошлпов. Так, например, в шестицилиндровом двигателе с взаимным углом з-акли нив ания кривошипо1в под 120° оказываются уравновешенными силы инерции всех порядков, кроме б-го и кратного шести. [c.72]
Уравновешивание шестицилиндровых двигателей. Для рядных шестицилиндро-Бых двигателей наибольшее распространение получила схема вала с расположением кривошипов под углом 120° (рис. 3.22). Такой двигатель считается гюлностью уравновешенным [c.161]
Изложенный признак уравновешенности можно получить и аналитически. При аналитическом суммировании сил инерции рядных двигателей пр иходилось иметь дело с суммами косинусов или синусов. Например, при уравновешивании шестицилиндрового двигателя мы имели [c.59]
Уравновешивание шестици линдровых двигателей. В шестицилиндровом рядном четырехтактном двигателе (рис. 25.8, б) угловой интервал между вспыш ками составляет у = 720/6 = 120°, следовательно, коленчатый вал такого двигателя должен быть выполнен с коленами, развернутыми под углом 120°. Нетрудно доказать, что силы Р/п и Р/ инерции первого и второго порядков, а также центробежные силы 2Рвр инерции шестицилиндрового двигателя полностью уравновешиваются, так как сумма проекций этих сил на плоскость, перпендикулярную оси коленчатого вала, при любом угле его поворота равды . . ............. е. [c.300]
mash-xxl.info
Сила инерции первого порядка P,„iможет быть уравновешена только с помощью применения специального механизма. Схема уравновешивания силы Pwi~—m/tco2cos(p. Для уравновешивания этой силы в плоскости, проходящей через ось цилиндра перпендикулярно оси вала, приводят во вращение в противоположных Еиправлениях две одинаковые массы т’, значение каждой из которых должно удовлетворять уравнению т р’ =0,5т/?. Массы т должны быть расположены так, чтобы при ф=0 у=ф=0.
При работе двигателя каждая масса т будет вращаться с угловой скоростью со коленчатого вала и вызывать центробежную силу m’p’co2=0,5m/?co2.
Раскладывая векторы центробежных сил на вертикальные и горизонтальные составляющие, замечаем, что горизонтальные составляющие центробежных сил при любых углах ф взаимно уравновешиваются,авертикальныесоставляющие даютравнодействующую 7?i=2m’p’to2cos(p=TO7?to2cos(p, которая равна силе Pwi, но направлена в противоположную сторону. Следовательно, найденная равнодействующая Riполностью уравновешивает силу инерции Pwi.
Установив на колене вала, кроме основных противовесов, уравновешивающих силу Pr(смотри ниже) еще дополнительные массы, можно перенести силу инерции первого порядка Pwiиз вертикальной плоскости в горизонтальную. Для этого необходимо, чтобы суммарная масса т двух противовесов удовлетворяла уравнению т’ р’ =mR.
Если дополнительные массы подобраны так, что развиваемая ими суммарная центробежная сила Pw— 0,5/n.fito2, т. е. равна половине максимального значения силы Pwiдля данного числа оборотов, то вертикальная слагающая Pwe—0,5mRab2cos(f> центробежной силы этих дополнительных масс будет всегда на 50% уменьшать действие силы Pwiна корпус двигателя. Однако при этом возникает горизонтальная составляющая Pwe=0,5mR(i>2s’mq> центробежной силы этих дополнительных масс, вызывающая вибрацию двигателя в горизонтальной плоскости, которой не было до установки этих масс. Так как величина сил Pwiи Ркв изменяется по косинусоидам, а величина силы Pwe— по синусоиде, то увеличение первых происходит одновременно с уменьшением второй и, наоборот, следовательно, максимальное воздействие от силы Рт на корпус двигателя при наличии дополнительных масс противовесов всегда будет на 50% меньше. Поэтому этот способ уравновешивания сил инерции первого порядка применяют для одноцилиндровых двигателей.
Сила инерции второго порядка PwU уравновешивается так же, как и сила инерции первого порядка. Только массы,применяемые дляуравновешиваниясилыинерции Pwu
должныудовлетворятьуравнению т" р" = -^ mRивращаться в противоположные стороны с угловой скоростью 2со. При ф = 0 угол у = 2ф = 0.
Описанные методы полного уравновешивания сил инерции первого и второго порядка конструктивно выполнимы.
Для противовесов удовлетворяет уравнению т’р’ = у mR. Угловые скорости вращения противовесов и коленчатого вала равны. Противовесы расположены симметрично относительно коленчатого вала и оси цилиндров двигателя. С противоположного конца первого первичного вала вращение через шестерню 4 передается шестерне 3, закрепленной на первом вторичном валу II, угловая скорость которого в 2 раза больше угловой скорости коленчатого вала. На этом валу в плоскости, проходящей через ось цилиндра двигателя, располагается противовес, масса т" которого удовлетворяетуравнениют"р" = -^ • -„ тЛ.
Через шестерни 9 и 2 вращение передается с первого вторичного вала на второй вторичный вал. Угловые скорости этих валов, расположенных симметрично по отношению к оси цилиндров двигателя, равны. Противовес на втором вторичном валу находится в той же плоскости, что и противовес на первом вторичном валу.
Со второго вторичного вала вращение передается через шестерни 1 и 8 на второй первичный вал /’, расположенный симметрично относительно оси цилиндра двигателя с первым первичным валом. Эти валы лежат в одной горизонтальной плоскости и вращаются с равными угловыми скоростями. На втором первичном валу противовесы располагаются так же, как и на первом первичном валу. Следовательно, противовесы на первичных валах уравновешивают силы инерции первого порядка, а противовесы на вторичных валах — силы инерции второго порядка.
Из-за сложности описанный способ уравновешивания сил Pwiи Pwiiпрактического применения не имеет.
Центробежная сила уравновешивается установкой на щеках коленчатого вала двух одинаковых противовесов. Равнодействующая центробежной силы противовесов проходит через серединную плоскость кривошипа и равна центробежной силе Рд, но направлена в противоположную сторону.
При расположении в плоскости противовесов дополнительных масс, предназначенных для частичного переноса силы инерции первого порядка из вертикальной плоскости в горизонтальную, суммарные массы противовесов подбирают по уравнению.
maestria.ru
В восьмицилиндровых четырехтактных двигателях с углом между рядами цилиндров 90° применяют коленчатые валы с четырьмя кривошипами, расположенными в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях (рис. 1.35). При уравновешивании условно рассматривают такие двигатели, как соединение четырех двухцилиндровых V-образных двигателей, последовательно установленных по оси коленчатого вала.
Неуравновешенные силы по парам цилиндров составляют:
первая пара
,
,
;
вторая пара
,
,
;
третья пара
,
,
;
четвертая пара
,
,
.
Рис. 1.35. Уравновешивание V-образного восьмицилиндрового двигателя
Силы инерции первого и второго порядков, центробежная сила и момент сил инерции второго порядка уравновешены, т. е.
, 
, 
, 
.
Результирующий момент сил инерции первого порядка и центробежных сил составляет:
,
где 
– горизонтальная составляющая результирующего момента;
– вертикальная составляющая результирующего момента.
Тогда
.
Плоскость, в которой действует суммарный момент и должны быть установлены противовесы, составляет с плоскостью первого колена угол 18? 30'.
Моменты сил инерции первого порядка и центробежных сил обычно уравновешивают противовесами, установленными на щеках коленчатого вала. Продольный момент от сил инерции первого порядка может быть уравновешен установкой противовесов на концах коленчатого вала. Массу каждого противовеса, размещаемого на концах вала, определяют из уравнения:
,
где а –расстояние между соседними плоскостями, в которых располагаются оси цилиндров.
Из уравнения масса противовесов равна:
.
На практике часто устанавливают противовесы на щеках кривошипа и на концах коленчатого вала (двигатели ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, ЗИЛ-131 и др.).
Действительная уравновешенность двигателя отличается от рассмотренной теоретической уравновешенности, при которой предполагается, что коленчатый вал абсолютно жесткий, вращается с постоянной угловой скоростью, а детали в различных цилиндрах имеют одинаковые размеры и массу. В действительности размеры и масса деталей двигателя различны и силы инерции для отдельных цилиндров получаются неравными.
Для максимального уменьшения влияния вредных факторов на уравновешенность двигателя вращательно движущиеся части тщательно балансируют, а части, движущиеся возвратно-по-ступательно, подбирают с минимальными отклонениями по размерам и массе. Строго контролируют распределение масс шатуна. Коленчатые валы и маховики подвергают статической и динамической балансировке. Несоблюдение технических условий на сборку деталей двигателя может привести к возникновению значительных неуравновешенных сил инерции.
Равномерность хода и расчет маховика двигателя
Общие положения
В идеальном двигателе угловая скорость вращения коленчатого вала ? считается постоянной.
В реальном двигателе даже при установившемся режиме работы угловая скорость ? не остается постоянной, а колеблется в течение одного цикла. Это объясняется изменением величины крутящего момента двигателя Мк, от которого и зависит в первую очередь равномерность хода двигателя.
График изменения постоянного по индикаторной диаграмме крутящего момента одноцилиндрового четырехтактного двигателя по углу поворота коленчатого вала представлен на рис. 1.36. Площади, расположенные над осью абсцисс (F2, F5, F7), представляют положительную работу, расположенные же под этой осью (F1, F3, F4, F6) – отрицательную.
Рис. 1.36. График крутящего момента одноцилиндрового четырехтактного двигателя
Разность между положительными и отрицательными площадями представляет работу крутящего момента за рабочий цикл двигателя:
Fизб = (F2 + F5 + F7) – (F1 + F3 + F4 + F6).
Среднее значение крутящего момента, которое может быть найдено при помощи диаграммы (рис. 1.36):
,
,
где АВ – длина отрезка в единицах длины,
а1 – масштаб моментов.
На рис. 1.36 работа среднего крутящего момента представлена в масштабе площадью прямоугольника, высота которого равна АВ.
Зная величину Мср, неравномерность крутящего момента можно определить по коэффициенту К, который называется степенью неравномерности крутящего момента:
,
где Мmax – максимальное значение крутящего момента за рабочий цикл двигателя.
В некоторых случаях для оценки равномерности изменения крутящего момента пользуются коэффициентом неравномерности крутящего момента
,
где Мmin– минимальное значение крутящего момента за рабочий цикл двигателя.
С увеличением числа цилиндров коэффициенты К и K1 уменьшаются. Примерная зависимость величины К от числа цилиндров i для четырехтактных бензиновых двигателей при полной нагрузке приведена в табл. 1.5.
Таблица 1.5
Значения К от числа цилиндров
| Число цилиндров | ||||||||
| V6 90? /120? | V8 90? /90? | V12 | ||||||
| 7.74 | 5.52 | 3.62 | 3.35 | 2.25 | 2.88 | 1.36 | 1.36 | 1.16 |
Степень неравномерности вращения коленчатого вала двигателя можно оценить коэффициентом неравномерности хода двигателя:
,
где ?max, ?min, ?cp– величины наибольшей, наименьшей и средней угловой скорости вращения коленчатого вала в течение одного рабочего цикла двигателя при установившемся режиме его работы.
Для автомобильных и тракторных двигателей при номинальных оборотах значения 
.
Для одноцилиндрового двигателя необходимая равномерность хода двигателя может быть обеспечена лишь при наличии маховика значительных размеров, что отрицательно отражается на приемистости двигателя. Теоретические и экспериментальные данные показывают, что на работу двигателя автомобиля и трактора в целом равномерность работы оказывает большее влияние, чем уравновешенность. С увеличением равномерности крутящего момента условия работы двигателя и механизмов автомобиля и трактора заметно улучшаются.
Расчет маховика
В многоцилиндровых двигателях размеры маховика, полученные расчетом, исходя из необходимой для нормальных режимов работы двигателя величины ?, получаются недостаточными для обеспечения режимов совместной работы двигателя и трансмиссии.
Поэтому следует провести расчет маховика на режиме трогания автомобиля или трактора с места, а затем провести проверку маховика на неравномерность хода двигателя. Этот расчет проводят в предположении, что трогание осуществляется при неизменном, соответствующем холостому ходу двигателя положении дроссельной заслонки (или неизменной подаче топлива), т. е. за счет кинетической энергии движущихся масс двигателя, освобождающейся при уменьшении оборотов коленчатого вала. Предполагается также, что сцепление включается мгновенно.
В действительности при трогании с места водитель, чтобы предохранить двигатель от остановки, одновременно с плавным включением сцепления увеличивает подачу рабочей смеси в цилиндры двигателя. Вследствие этого число оборотов коленчатого вала не уменьшается, а остается примерно постоянным, но сделанные предположения позволяют получить для различных двигателей сравнимые результаты расчета.
Достаточность махового момента двигателя при расчете маховика на трогание с места определяется отношением:
? = ? 2 / ? 1,
где ? 1 – угловая скорость коленчатого вала до включения сцепления, необходимая для трогания автомобиля с места без остановки двигателя;
? 2 – минимальная устойчивая угловая скорость коленчатого вала, при которой сцепление включено и автомобиль движется на первой передаче.
Это отношение можно получить из анализа условий включения сцепления. Предположим, что автомобиль трогается на первой передаче.
Условная схема автомобиля для этого случая представлена на рис. 1.37. На схеме вал 1 соответствует коленчатому валу двигателя, 3 – сцеплению, с моментоминерции Jс, валы 4, 5 – первичному и промежуточному, а 6, 8 – вторичному валам коробки передач. На той же схеме масса 2 с моментом инерции Jm соответствует массам вращающихся частей двигателя, масса 7 с моментом инерции JАВТ – массам поступательно движущихся и вращающихся частей автомобиля.
Рис. 1.37. К расчету маховика на режиме трогания автомобиля с места
Момент инерции движущихся масс автомобиля может быть определен по формуле:
,
где Gа – полный вес автомобиля,
rк – радиус колеса автомобиля, с учетом деформации шины,
i – передаточное число трансмиссии.
При включении сцепления происходит его буксование, в течение которого обороты коленчатого вала ? уменьшаются, обороты же первичного вала коробки передач ?n увеличиваются. В момент окончания буксования сцепления числа оборотов этих валов равны друг другу.
При трогании автомобиля с места момент трения сцепления Мсравен моменту сопротивлений Мп, приложенному к первичному валу коробки передач, и зависит от сопротивлений трения в механизмах передач и сопротивлений движению автомобиля.
Момент инерции движущихся масс двигателя равен:
,
где ? – коэффициент запаса сцепления 
,
? – отношение угловой скорости вала двигателя перед включением сцепления к угловой скорости, соответствующей минимальному числу оборотов двигателя 
.
Момент инерции маховика составляет:
.
Размеры маховика определяют из уравнения
,
где Мm – масса маховика;
Dm – диаметр окружности, проходящей через центр тяжести половины поперечного сечения маховика.
pdnr.ru
, МПа,
, мм.
, МПа.
, м2,
, мм2,
, мм.
