Презентация по МДК 01.02 Двигатели АТТ на тему Динамика КШМ

Динамика – наука, изучающая силы, действующие на элементы КШМ и возникающие при этом моменты. Силы действующие на КШМ:1. Сила давления газов (Рг);2. Сила тяжести (mg);3. Сила трения (Fтр);4. Сила инерции:4.1 Сила инерции вращающихся масс (KR);4.2 Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс (Рj). Силы давления газов Силы давления газов, действующих на площадь поршня, для упрощения динамического расчета заменяют одной силой, направленной по оси цилиндра и приложена к оси поршневого пальца. Сила давления газов направленная к оси к/в считается положительной, и от нее считается отрицательной. Рг = (Рг – ро)·FпСилу давления газов определяют графически, использую развернутую индикаторную диаграмму. Методика построения развернутой индикаторной диаграммы (Метод Брикса):1. Строим под индикаторной диаграммой вспомогательную полуокружность радиусом R=S/2. 2. Определение поправки Брикса (смещение центра полуокружности осуществляется в сторону развертывание диаграммы). 3. Из второго центра проводим лучи, соответствующие определенным углам φ (интервал между точками 30°).4. Из точек проводим вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторной диаграммы. 5. Полученные величины давлений откладывают на вертикали соответствующих углов φ. Осью развернутой диаграммы является линия атмосферного давления. Приведение масс частей КШМВ зависимости от характера движения масс КШМ силы инерции можно разделить на три группы:1. Силы инерции масс, движущихся возвратно-поступательно;2. Силы инерции вращающихся масс;3. Силы инерции масс, совершающих сложное движение.Для упрощения динамического расчета действительный КШМ заменяют динамически эквивалентной системой сосредоточенных сил. 1. Масса поршневой группы (mп) сосредоточена на оси поршневого пальца в точке А.2. Масса шатунной группы (mш) заменена двумя массами: 2.1 (mш.п) – сосредоточена на оси поршневого пальца в точке А;2.2 (mш.к) – сосредоточена на оси кривошипа в точке В.mш.п = 0,275 mшmш.к= 0,725 mш Рис.1 приведенная система КШМ 3. Масса кривошипа заменена двумя массами: 3.1 На оси кривошипа (mк); 3.2 На оси коренной шейки (mо). Рис.2 приведение масс кривошипа Следовательно, система сосредоточенных масс, динамически эквивалентная КШМ, состоит из:1. Массы (mj = mш.п + mп), сосредоточенной в точке А, имеющий возвратно-поступательное движение;2. Массы (mR = mк + mш.к), сосредоточенной в точке В, имеющей вращательное движение. Элементы КШМ Конструктивные массы, кг/м2 Бензиновые двигатели (D=60-100 мм) Дизельные двигатели(D=80-120 мм) Поршневая группа,(mп= mп / Fп)поршень из AL сплава чугунный поршень 80 – 150150 – 250 150 – 300250 – 400 Шатун, (mш= mш/ Fп)стальной кованный вал 150 – 200 200 – 400 Конструктивные относительные массы деталей КШМ Силы инерции Силы инерции подразделяют на:1.Сила инерции поступательно движущихся масс (Pj): Pj = – mj . j = – mj . R . ω2 (cos + λ cos2)Расчеты Pj производятся для тех же положений кривошипа (углов φ) для которых определялись ΔРг и Рг. 2.Центробежная силы инерции вращающихся масс (КR): Постоянна по величине (при ω=сonst), действует по радиусу кривошипа и направлена от оси коленчатого вала. КR = – mR . R . 2 Рис.1 Схема инерционных и газовых сил Суммарные силы, действующие в КШМОпределяются алгебраическим сложением сил давления газов и сил возвратно-поступательно движущихся масс: Р = Рг + РjПри расчете целесообразно использовать удельные силы (избыточное давление над поршнем + удельные силы инерции) Р = ΔР + РjСуммарная сила Р направлена по оси цилиндра и приложена к оси поршневого пальца. Сила N (нормальная сила) – действует перпендикулярно оси цилиндра и воспринимается стенками цилиндра. N = Р . tgСила N считается + , если создаваемый ею момент относительно оси к/в направлен противоположно направлению вращения вала. Сила S – действует вдоль шатуна. S=P(1/cosφ)Сила S считается +, если сжимает шатун, и – , если его растягивает.От действия силы S возникают две составляющие:1. Сила, направленная по радиусу кривошипаСила К считается + , если она сжимает щеки колена. 2. Тангенциальная сила, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипаСила Т + , если направление создаваемого ею момента совпадает с направлением вращения коленчатого вала.Точность расчетов и построения кривой силы Т проверяют по формуле:где Тср – среднее значение тангенциальной силы за цикл. Рис. 2 Схема действия суммарных сил в КШМ Произведение силы Т на радиус кривошипа R называется крутящим моментом одного цилиндра: Мкр.ц. = Т.R Методика построения кривой Мкр:1.Определение крутящего момента одного цилиндра Мкр.ц. = Т.R2.Определение периода изменения крутящего момента θ = 720/i3.Суммирование значений крутящего момента осуществляется табличным методом через каждые 10° угла поворота к/в.4.По данным строится кривая Мкр в масштабе Мм =10Нм в 1 мм. Действительный эффективный крутящий момент : Рис.3 Построение кривой крутящего момента 4-х цилиндрового четырехтактного двигателя Диаграмма износа шеек коленчатого валаДиаграмма износа дает возможность определить места наибольших и наименьших нагрузок и износов, что необходимо для правильного выбора масляных отверстий. Методика построения диаграммы износа шеек к/в:Строится на основании полярной диаграммы нагрузки на данную шейку.1. Проводят окружность, соответствующая диаметру шейки;2. Делят окружность на равное количество секторов (обычно 12);3. Откладывают на каждом луче отрезки, в заданном масштабе, суммарные нагрузки и усилия, действующие на шейку, а концы отрезков соединяют плавной кривой, характеризующей износ шейки. Рис 4. Диаграмма износа шатунной шейки к/в Меньшее усилие на шейку соответствует в процессе впуска и выпуска, большее при сжатии, горении и расширении.Ось масляного отверстия выбирается в районе середины ненагруженного участка со смещением от центра в сторону противоположную максимальной нагрузкам. Решение задачОпределить массу возвратно-поступательно движущихся частей КШМ Р4 бензинового двигателя с диаметром цилиндра 94мм, радиусом кривошипа 46мм и длиной шатуна 152мм. Уравновешивание ДВСК неуравновешенным силам и моментам относятся:Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс и центробежные силы инерции вращающихся масс КR;Крутящий момент Мкр. и равный ему, но противоположно направленный опрокидывающий момент Мопр. = – Мкр, воспринимаемый опорами двигателя. Двигатель считается полностью уравновешенным, если при установившемся режиме работы силы и моменты, действующие на его опоры, постоянны по величине и направлению.  Условия уравновешенности двигателя записывают в следующем виде: Уравновешивание двигателей различного типаОдноцилиндровый двигатель Неуравновешенными силами являются: Неуравновешенных моментов нет: Для уравновешивания на продолжении щек устанавливают два одинаковых противовеса, центры которых расположены на расстоянии ρ от оси к/в. - не могут полностью уравновешиваться противовесами, для уравновешивания необходимо устанавливать два противовеса на двух дополнительных валах, расположенных параллельно оси коленчатого вала и симметрично относительно оси цилиндров. аналогично как . Двухцилиндровый двигатель с кривошипами, направленными в одну сторону Порядок работы двигателя 1 – 2 Промежутки между вспышками 360°.Неуравновешенных моментов нет: Равнодействующие сил приложены к середине коленчатого вала и равны: ΣРj1 = 2mj·R·ω2·cos φ ΣРj2 = 2 mj· R ·ω2·λ·cos2φ ΣKR = 2mj· R ·ω2 Уравновешивание двухцилиндрового двигателя осуществляется с помощью дополнительных валов. Двухцилиндровый двигатель с кривошипами под углом 180° Порядок работы 1 – 2 Промежутки между вспышками чередуются через 180° и 540°. ΣРj1 – полностью уравновешиваются, т. е ΣРj1 =0 ΣРj2 – для первого и второго цилиндра равны и одинаково направлены. ΣРj2 = 2 mj· R ·ω2·λ·cos2φ Рj2 – уравновешивание можно добиться противове-сами, установленными на дополнительных валах. ,где а - расстояние между осями цилиндров Центробежные силы инерции от 1 и 2 цилиндров взаимно уравновешиваются: . Четырехцилиндровый рядный двигатель с кривошипами, расположенными под углом 180° Порядок работы двигателя 1-2-4-3 или 1-3-4-2Промежутки между вспышками равны 180°Кривошипы расположены под углом 180° для всех цилиндров равны и направлены в одну сторону. Их равнодействующая: можно уравновесить с помощью дополнительных валов. Шестицилиндровый рядный двигатель Порядок работы двигателя 1-5-3-6-2-4 или 1-4-2-6-3-5Промежутки между вспышками равны 120°Кривошипы расположены под углом 120°Шестицилиндровый рядный двигатель уравновешен полностью: V-образный шестицилиндровый двигатель с углом развала цилиндров 90° и тремя спаренными кривошипами под углом 120° Порядок работы двигателя 1л-1п-2л-2п-3л-3пПромежутки между вспышками чередуются через 90° и 150°Кривошипы расположены под углом 120° Уравновешивание осуществляется с помощью противовесов, а установкой противовесов на двух дополнительных валах. V-образный шестицилиндровый двигатель с углом развала цилиндров 60° и шестью кривошипами под углом 60° Порядок работы двигателя 1л-1п-2л-2п-3л-3пЧередование вспышек равномерное через 120° Уравновешивание осуществляется с помощью противовесов, установленных на продолжение двух щек коленчатого вала, а путем постановки противовесов на дополнительном валу, вращающемся со скоростью 2ω. Рядный восьмицилиндровый двигатель Порядок работы двигателя 1-6-2-5-8-3-7-4Промежутки между вспышками равны 90° Коленчатый вал имеет восемь кривошипов, которые расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Двигатель полностью уравновешен: Восьмицилиндровый V-образный двигатель Порядок работы двигателя 1л-1п-4л-2л-2п-3л-3п-4пПромежутки между вспышками равны 90° Уравновешивание - осуществляется с помощью противовесов, установленных на продолжение щек вала. Равномерность крутящего момента и хода двигателяКрутящий момент представляет собой периодическую функцию угла поворота коленчатого вала.Изменение крутящего момента обусловлено тремя факторами:1. Постоянное изменение полезного усилия на шатунных шейках к/в во время рабочего цикла;2. Особенности протекания рабочих процессов;3. Кинематические свойства КШМОценка степени равномерности крутящего момента осуществляется коэффициентом неравномерности: Коэффициент неравномерности уменьшается с увеличением числа цилиндров.В любой момент времени индикаторный крутящий момент двигателя уравновешивается суммарным моментом сопротивления и моментом сил инерции всех движущихся масс. где dω/dt – угловое ускорение к/в; Jo – момент сил инерции всех движущихся масс. Для установившегося режима работы: График изменения крутящего момента при установившемся режиме По площади F1 графически можно определить избыточную работу за один рабочий цикл: Расчет маховика Назначение – обеспечение равномерности хода двигателя и создание условий для трогания машины с места. Расчет маховика сводится к определению: 1. Момента инерции маховика (Jм); 2. Махового момента (mMDІср); 4Jм = mMDІср. 3. Максимальной окружной скорости (VM) VM = π·DM·n/60 окружная скорость:для чугунных маховиков VM 25-30 м/с для стальных маховиков VM 40-45 м/с