Разработка четырехтактного автомобильного двигателя Проведение расчета (стр. 3 из 7)
- удельная нормальная сила:
- удельная сила, действующая вдоль шатуна:
- удельная сила, действующая по радиусу кривошипа:
-удельная тангенциальная сила:
значения
, 
, 
, 
берем из [1].Значения всех расчетов сводим в табл.2.1 . Графики зависимости представлены на лист 1.
Диаграмма
одновременно в соответствующем масштабе является диаграммой крутящего момента создаваемого 1 цилиндром.Для определения крутящего момента строим диаграмму суммарной силы
.Из этого графика получаем
;Средний крутящий момент:
По среднему крутящему моменту определяем индикаторную мощность
Определим мощность и сравним ее с результатом теплового расчета
Ошибка находится в пределах нормы.
2.5 Построение полярной диаграммы сил,действующих на шатунную шейку
На шатунную шейку воздействуют силы, вызванные давлением газов и силой инерции поступательно движущихся масс, а так же силой инерции ращающихся масс шатуна. Для проведения расчета результирующей силы, действующей на шатунную шейку двигателя, составляем таблицу (табл.1)
Суммарная сила, действующая на шатунную шейку, находится по формуле:
Результирующая сила 
, действующая на шатунную шейку, подсчитывается графическим сложением векторов сил T , Z и РRШ при построении полярной диаграммы. При построении предполагается, что шейка неподвижна, а ось цилиндра вращается вокруг нее. Для построения выбираем полюс диаграммы (т.О) и проводим систему координат T-Z, причем плюсовая координата Т - вправо, Z - вниз. Для заданного угла поворота коленчатого вала из табл.2.1 откладываем по соответствующим осям в принятом масштабе значение сил T и Z. Соединяя последовательно точки плавной кривой, получаем полярную диаграмму без учета силы РRШ. Для ее учета из точки О в положительном направлении Z откладываем ее величину в принятом масштабе 
и получаем точку 
- действительный полюс диаграммы. Для получения действующей результирующей силы, действующей на шатунную шейку, полюс соединяют вектором с точкой полярной диаграммы, соответствующей этому углу поворота. Полученный вектор определяет и величину, и направление действующей силы. 
Диаграмма нагрузки на шатунную шейку в прямоугольных координатах представлена в приложении 1.
2.6 Построение диаграммы предполагаемого износашатунной шейки
На основании имеющейся полярной диаграммы нагрузок, действующих на шейку, можно построить диаграмму предполагаемого износа шатунной шейки. Принимают следующие допущения:
- износ шейки прямо пропорционален действующей силе;
-действие силы распространяется от точки ее приложения по дуге в 60˚, в обе стороны по поверхности шейки.
Способ построения состоит в следующем: в т.О проводят окружность произвольного радиуса и делят ее на равные части. Из т.А окружности откладывают отрезок
и т.д. От каждой точки А1,А2…Аn (n=24) в обе стороны по поверхности шейки откладываем угол 60˚. Затем строят новую окружность и делят ее на такое же количество частей и в определенном масштабе в направлении к центру окружности откладывают суммарную толщину полос; соединяя полученные точки определяем диаграмму предполагаемого износа шейки.Вид предполагаемого износа представлен на листе 1, а его построение и приложении 2; при этом на диаметральных линиях диаграммы указаны суммарные толщины.
Полученная диаграмма дает возможность определить положение масляного отверстия – самое не нагруженное место шейки. Для нашего расчета
.2.7 Расчет сил и моментов, действующих на коленчатый вал
Кривошип коленчатого вала многоцилиндрового двигателя нагружен силами
и крутящим моментом, который включает две составляющие: момент, обусловленный силой Т данного цилиндра, и момент от предыдущих цилиндров. Коленчатый вал рассчитываемого двигателя – полноопорный с кривошимами, расположенными под углом 
. Порядок работы двигателя 1-5-4-2-6-3-7-8. Схема коленчатого вала представлена на рис. 2.1. 
Рис. 2.1 Схема коленчатого вала
Для наглядного представления о совместной работе цилиндров строят диаграмму совместной работы цилиндров, которая представляет собой ряд чередующихся циклов работы каждого цилиндра в зависимости от угла поворота коленчатого вала.
Диаграмма совместной работы цилиндров
Построенная диаграмма позволяет определить угол поворота любого кривошипа при положении первого кривошипа в 0˚.
Через шейки коленчатого вала от первого до последнего цилиндра передается крутящий момент свой от каждого цилиндра. Следовательно, в любой момент времени крутящий момент на каждой шейке оказывается различным. Для выполнения расчетов на прочность и оценки крутящего момента на каждой шейке, строят таблицу набегающих моментов.
Таблица набегающих моментов показывает изменение крутящего момента на каждой шейке коленчатого вала по мере перемещения от первой до последней шейки в зависимости от угла поворота. Последний столбец таблицы представляет собой изменение полного (суммарного) момента на выходе из двигателя. Моменты на промежуточных шейках отличается от полного, как по величине, так и по направлению.
Расчет тангенциальных сил (а следовательно и моментов) для V-образного двигателя представлен в табл. 2.2.
Изменение набегающих моментов представлено в табл. 2.3. и 2.4.
Таблица 2.2.Расчет тангенцальных сил для V-образного двигателя (Н)
| α | T1 | T5 | T1,5 | T2 | T6 | T2,6 | T3 | T7 | T3,7 | T4 | T8 | T4,8 |
| 0 | 0,00 | -2944,51 | -2944,51 | 8550,25 | 0,00 | 8550,25 | -3410,46 | 0,00 | -3410,46 | 0,00 | 2771,20 | 2771,20 |
| 30 | -6688,22 | 3747,94 | -2940,28 | 7740,68 | 7788,60 | 15529,28 | 2165,32 | -2838,40 | -673,08 | -3052,66 | 4865,29 | 1812,64 |
| 60 | -3919,51 | 6580,43 | 2660,92 | 3885,49 | 6599,79 | 10485,28 | 3603,56 | -5026,85 | -1423,28 | -5074,00 | 2820,50 | -2253,49 |
| 90 | 2771,20 | 0,00 | 2771,20 | 0,00 | 8550,25 | 8550,25 | 0,00 | -3410,46 | -3410,46 | -2944,51 | 0,00 | -2944,51 |
| 120 | 4865,29 | -6688,22 | -1822,93 | -3052,66 | 7740,68 | 4688,03 | 7788,60 | 2165,32 | 9953,92 | 3747,94 | -2838,40 | 909,54 |
| 150 | 2820,50 | -3919,51 | -1099,00 | -5074,00 | 3885,49 | -1188,50 | 6599,79 | 3603,56 | 10203,35 | 6580,43 | -5026,85 | 1553,58 |
| 180 | 0,00 | 2771,20 | 2771,20 | -2944,51 | 0,00 | -2944,51 | 8550,25 | 0,00 | 8550,25 | 0,00 | -3410,46 | -3410,46 |
| 210 | -2838,40 | 4865,29 | 2026,90 | 3747,94 | -3052,66 | 695,28 | 7740,68 | 7788,60 | 15529,28 | -6688,22 | 2165,32 | -4522,90 |
| 240 | -5026,85 | 2820,50 | -2206,34 | 6580,43 | -5074,00 | 1506,43 | 3885,49 | 6599,79 | 10485,28 | -3919,51 | 3603,56 | -315,95 |
| 270 | -3410,46 | 0,00 | -3410,46 | 0,00 | -2944,51 | -2944,51 | 0,00 | 8550,25 | 8550,25 | 2771,20 | 0,00 | 2771,20 |
| 300 | 2165,32 | -2838,40 | -673,08 | -6688,22 | 3747,94 | -2940,28 | -3052,66 | 7740,68 | 4688,03 | 4865,29 | 7788,60 | 12653,89 |
| 330 | 3603,56 | -5026,85 | -1423,28 | -3919,51 | 6580,43 | 2660,92 | -5074,00 | 3885,49 | -1188,50 | 2820,50 | 6599,79 | 9420,29 |
| 360 | 0,00 | -3410,46 | -3410,46 | 2771,20 | 0,00 | 2771,20 | -2944,51 | 0,00 | -2944,51 | 0,00 | 8550,25 | 8550,25 |
| 390 | 7788,60 | 2165,32 | 9953,92 | 4865,29 | -6688,22 | -1822,93 | 3747,94 | -3052,66 | 695,28 | -2838,40 | 7740,68 | 4902,29 |
| 420 | 6599,79 | 3603,56 | 10203,35 | 2820,50 | -3919,51 | -1099,00 | 6580,43 | -5074,00 | 1506,43 | -5026,85 | 3885,49 | -1141,35 |
| 450 | 8550,25 | 0,00 | 8550,25 | 0,00 | 2771,20 | 2771,20 | 0,00 | -2944,51 | -2944,51 | -3410,46 | 0,00 | -3410,46 |
| 480 | 7740,68 | 7788,60 | 15529,28 | -2838,40 | 4865,29 | 2026,90 | -6688,22 | 3747,94 | -2940,28 | 2165,32 | -3052,66 | -887,34 |
| 510 | 3885,49 | 6599,79 | 10485,28 | -5026,85 | 2820,50 | -2206,34 | -3919,51 | 6580,43 | 2660,92 | 3603,56 | -5074,00 | -1470,43 |
| 540 | 0,00 | 8550,25 | 8550,25 | -3410,46 | 0,00 | -3410,46 | 2771,20 | 0,00 | 2771,20 | 0,00 | -2944,51 | -2944,51 |
| 570 | -3052,66 | 7740,68 | 4688,03 | 2165,32 | -2838,40 | -673,08 | 4865,29 | -6688,22 | -1822,93 | 7788,60 | 3747,94 | 11536,53 |
| 600 | -5074,00 | 3885,49 | -1188,50 | 3603,56 | -5026,85 | -1423,28 | 2820,50 | -3919,51 | -1099,00 | 6599,79 | 6580,43 | 13180,21 |
| 630 | -2944,51 | 0,00 | -2944,51 | 0,00 | -3410,46 | -3410,46 | 0,00 | 2771,20 | 2771,20 | 8550,25 | 0,00 | 8550,25 |
| 660 | 3747,94 | -3052,66 | 695,28 | 7788,60 | 2165,32 | 9953,92 | -2838,40 | 4865,29 | 2026,90 | 7740,68 | -6688,22 | 1052,46 |
| 690 | 6580,43 | -5074,00 | 1506,43 | 6599,79 | 3603,56 | 10203,35 | -5026,85 | 2820,50 | -2206,34 | 3885,49 | -3919,51 | -34,01 |
| 720 | 0,00 | -2944,51 | -2944,51 | 8550,25 | 0,00 | 8550,25 | -3410,46 | 0,00 | -3410,46 | 0,00 | 2771,20 | 2771,20 |
Таблица 2.3. Таблица набегающих моментов на шатунные шейки (Н)