Реферат: Расчет авиационного поршневого двигателя
--PAGE_BREAK--1.4 Расчет процесса сжатияЦель расчета процесса сжатия – определение давления <img border=«0» width=«20» height=«24» src=«ref-1_1495684433-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064"> и температуры <img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495684536-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065"> газов в конце этого процесса.
1. Давление в конце такта сжатия:
<img border=«0» width=«273» height=«25» src=«ref-1_1495684640-487.coolpic» v:shapes="_x0000_i1066">
2. Температура в конце такта сжатия:
<img border=«0» width=«235» height=«25» src=«ref-1_1495685127-385.coolpic» v:shapes="_x0000_i1067">
1.5 Расчет процесса сгорания
Цель расчета процесса сгорания – определение максимальных значений давления <img border=«0» width=«20» height=«24» src=«ref-1_1495685512-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068"> и температуры <img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495685615-102.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069"> газов при сгорании топлива.
1. Температура <img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495685615-102.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070"> газов определим из уравнения сгорания, полученного на основании первого принципа термодинамики:
<img border=«0» width=«317» height=«72» src=«ref-1_1495685819-804.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071">,
где <img border=«0» width=«25» height=«25» src=«ref-1_1495686623-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072"> — низшая теплота сгорания топлива с учетом условий, при которых протекает процесс сгорания.
<img border=«0» width=«505» height=«41» src=«ref-1_1495686743-902.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073">;
<img border=«0» width=«13» height=«21» src=«ref-1_1495687645-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074"> — коэффициент эффективного выделения теплоты. Примем <img border=«0» width=«60» height=«21» src=«ref-1_1495687735-155.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075">;
<img border=«0» width=«25» height=«24» src=«ref-1_1495687890-116.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076"> – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания <img border=«0» width=«25» height=«19» src=«ref-1_1495688006-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077"> топлива.
<img border=«0» width=«424» height=«45» src=«ref-1_1495688111-1016.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078">
Действительное количество воздуха для сгорания 1кг топлива будет составлять:
<img border=«0» width=«211» height=«41» src=«ref-1_1495689127-442.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079">.
<img border=«0» width=«77» height=«45» src=«ref-1_1495689569-252.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080"> — действительный коэффициент молекулярного изменения, где <img border=«0» width=«20» height=«24» src=«ref-1_1495689821-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081"> — химический коэффициент молекулярного изменения.
Для случая <img border=«0» width=«37» height=«19» src=«ref-1_1495689924-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082"> определяем
<img border=«0» width=«548» height=«83» src=«ref-1_1495690039-1469.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083">.
Тогда:
<img border=«0» width=«172» height=«41» src=«ref-1_1495691508-433.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084">.
<img border=«0» width=«44» height=«24» src=«ref-1_1495691941-138.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085"> — средняя молярная теплоемкость газов в интервале температур от 0 до <img border=«0» width=«16» height=«24» src=«ref-1_1495692079-95.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">.
<img border=«0» width=«223» height=«24» src=«ref-1_1495692174-358.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087">
Тогда
<img border=«0» width=«449» height=«41» src=«ref-1_1495692532-814.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088">.
<img border=«0» width=«508» height=«85» src=«ref-1_1495693346-1459.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089">
Подставим все известные величины в исходное уравнение:
<img border=«0» width=«496» height=«44» src=«ref-1_1495694805-1013.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090">
Решим данное уравнение с помощью программного пакета MathCAD 13.
<img border=«0» width=«560» height=«60» src=«ref-1_1495695818-5933.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091">
Расчет температуры <img border=«0» width=«16» height=«24» src=«ref-1_1495701751-94.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092"> в пакете MathCAD 13
В результате получим: <img border=«0» width=«83» height=«25» src=«ref-1_1495701845-203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093">, <img border=«0» width=«81» height=«24» src=«ref-1_1495702048-193.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094">
2. Определим максимальное давление сгорания
<img border=«0» width=«352» height=«45» src=«ref-1_1495702241-705.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">
1.6 Расчёт процесса расширения
Цель расчёта процесса расширения – определение давления <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495702946-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096"> и температуры <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495703051-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097"> в конце такта расширения.
1. Находим давление в конце такта расширения:
<img border=«0» width=«223» height=«44» src=«ref-1_1495703154-553.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098">
2.Находим температуру в конце такта расширения:
<img border=«0» width=«195» height=«44» src=«ref-1_1495703707-496.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099">
продолжение
--PAGE_BREAK--1.7 Определение индикаторных параметров двигателя
1. Индикаторное давление
<img border=«0» width=«332» height=«51» src=«ref-1_1495704203-814.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100">,
где <img border=«0» width=«15» height=«17» src=«ref-1_1495705017-94.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101"> — коэффициент полноты (скругления) индикаторной диаграммы. Примем <img border=«0» width=«60» height=«21» src=«ref-1_1495705111-160.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102">.
<img border=«0» width=«180» height=«45» src=«ref-1_1495705271-479.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103"> — степень повышения давления.
Тогда:
<img border=«0» width=«535» height=«51» src=«ref-1_1495705750-1213.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104">
2. Определяем индикаторный КПД.
<img border=«0» width=«553» height=«51» src=«ref-1_1495706963-1386.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105">
3. Удельный индикаторный расход топлива равен
<img border=«0» width=«325» height=«45» src=«ref-1_1495708349-734.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106">.
1.8 Определение эффективных параметров двигателя
1. Среднее эффективное давление
<img border=«0» width=«275» height=«24» src=«ref-1_1495709083-407.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107">,
где <img border=«0» width=«120» height=«67» src=«ref-1_1495709490-399.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108"> — коэффициент, оценивающий долю индикаторной мощности, затраченной на привод нагнетателя.
Эффективный КПД нагнетателя:
<img border=«0» width=«261» height=«25» src=«ref-1_1495709889-441.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109">
<img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495710330-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110"> — теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива, <img border=«0» width=«120» height=«41» src=«ref-1_1495710430-344.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111">.
Тогда
<img border=«0» width=«248» height=«63» src=«ref-1_1495710774-710.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112">.
Среднее давление механических потерь <img border=«0» width=«35» height=«24» src=«ref-1_1495711484-129.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113"> характеризует мощность, затраченную на преодоление сил трения, на привод вспомогательных механизмов и агрегатов и на “насосные” потери.
Для определения <img border=«0» width=«35» height=«24» src=«ref-1_1495711484-129.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114"> пользуются эмпирическими уравнениями, полученными на основании экспериментальных данных.
<img border=«0» width=«275» height=«53» src=«ref-1_1495711742-727.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115">,
где <img border=«0» width=«527» height=«24» src=«ref-1_1495712469-770.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116">
<img border=«0» width=«383» height=«53» src=«ref-1_1495713239-926.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117">
Среднее эффективное давление:
<img border=«0» width=«320» height=«24» src=«ref-1_1495714165-494.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118">
2. Механический КПД
<img border=«0» width=«188» height=«45» src=«ref-1_1495714659-495.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119">
3. Значение эффективного КПД
<img border=«0» width=«228» height=«24» src=«ref-1_1495715154-388.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120">
4. Удельный эффективный расход топлива
<img border=«0» width=«327» height=«45» src=«ref-1_1495715542-730.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121">
1.9 Определение геометрических параметров двигателя
1. Рабочий объем цилиндра двигателя
<img border=«0» width=«387» height=«45» src=«ref-1_1495716272-862.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122">
2. Определяем диаметр цилиндра <img border=«0» width=«17» height=«16» src=«ref-1_1495717134-93.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123"> и ход поршня <img border=«0» width=«15» height=«19» src=«ref-1_1495717227-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124">. Обозначим отношение <img border=«0» width=«49» height=«41» src=«ref-1_1495717318-170.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125">. Тогда <img border=«0» width=«141» height=«44» src=«ref-1_1495717488-350.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126">, откуда <img border=«0» width=«81» height=«47» src=«ref-1_1495717838-299.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127">.
Значение m принимаем по прототипу <img border=«0» width=«69» height=«20» src=«ref-1_1495718137-173.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128">.
<img border=«0» width=«181» height=«49» src=«ref-1_1495718310-522.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129">.
3. Ход поршня <img border=«0» width=«216» height=«20» src=«ref-1_1495718832-348.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130">.
4. Общий рабочий объем двигателя <img border=«0» width=«201» height=«25» src=«ref-1_1495719180-369.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131">
5. Проверяем правильность расчетов основных размеров двигателя
<img border=«0» width=«415» height=«41» src=«ref-1_1495719549-816.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132">.
2. Динамический расчет
Цель динамического расчета состоит в построении по данным теплового расчета индикаторной диаграммы и нахождении сил, действующих на все звенья кривошипно-шатунного механизма.
Выполнение динамического расчета авиационного поршневого двигателя связано с довольно большим объемом расчетной работы, поэтому целесообразно проводить его на ЭВМ. Особенность такого расчета – учет в нем главного динамического эффекта, создаваемого прицепными механизмами, — сил второго порядка. Динамический расчет звездообразного двигателя без учета этих сил неприемлем, поскольку при этом создается ложное впечатление об уравновешенности механизма и о запасах прочности коленчатого вала, редуктора и воздушного винта.
продолжение
--PAGE_BREAK--2.1 Допущения
1. Учитываем только силы избыточного давления газов на поршень и силы инерции КШМ.
2. Индикаторные диаграммы во всех цилиндрах считаем одинаковыми. Теоретические диаграммы корректируем только в точке, соответствующей концу сгорания.
В конце сжатия и расширения диаграммы не корректируем. Считаем, что в течение насосных ходов газовые силы пренебрежимо малы по сравнению с силами инерции КШМ. Поэтому в тактах всасывания и выхлопа газовые силы считаем равными нулю.
3. Предполагаем геометрическое подобие деталей КШМ проектируемого двигателя и прототипа.
4. Для расчета сил инерции реальное распределение масс в КШМ приводим к расчетной схеме, в которой все массы считаем точечными, сосредоточенными на осях поршневых пальцев и оси шатунной шейки коленчатого вала.
5. Приведенные массы поступательно-движущихся частей в цилиндре с главным и прицепным шатунами считаем одинаковыми.
6. Отличия в кинематике и динамике прицепных механизмов от центрального не учитываем вплоть до заключительного этапа динамического расчета. На заключительном этапе динамического расчета учитываем главный динамический эффект, создаваемый прицепными механизмами.
2.2 Определение основных размеров КШМ
Схема кривошипно-шатунного механизма с прицепными шатунами показана на рисунке 2.
<img border=«0» width=«403» height=«265» src=«ref-1_1495720365-7667.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133">
Рисунок 2 Схема кривошипно-шатунного механизма с прицепными шатунами.
Ход поршня <img border=«0» width=«79» height=«20» src=«ref-1_1495728032-184.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134"> и радиус кривошипа <img border=«0» width=«172» height=«41» src=«ref-1_1495728216-387.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135"> найдены в тепловом расчете.
Основные размеры центрального КШМ вполне определяются радиусом <img border=«0» width=«16» height=«16» src=«ref-1_1495728603-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136"> и длиной шатуна <img border=«0» width=«15» height=«16» src=«ref-1_1495728694-88.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137">. Отношение <img border=«0» width=«45» height=«41» src=«ref-1_1495728782-163.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138"> принимаем таким же как и у прототипа, <img border=«0» width=«68» height=«20» src=«ref-1_1495728945-165.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139">. Тогда длина шатуна:
<img border=«0» width=«172» height=«44» src=«ref-1_1495729110-434.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140">.
Угол прицепа:
<img border=«0» width=«241» height=«41» src=«ref-1_1495729544-482.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141">
Радиусы прицепов <img border=«0» width=«12» height=«13» src=«ref-1_1495730026-82.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142"> прицепных шатунов в различных цилиндрах неодинаковы. Из условия геометрического подобия следует, что
<img border=«0» width=«288» height=«45» src=«ref-1_1495730108-626.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143">.
В звездообразных двигателях при одинаковой длине прицепных шатунов всегда минимальным получается радиус прицепа шатунов, которые работают в цилиндрах, противоположных главному. Для семицилиндровых двигателей – это 4-й и 5-й цилиндры. Длину прицепного шатуна определяем по формуле:
<img border=«0» width=«212» height=«47» src=«ref-1_1495730734-474.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144">,
где <img border=«0» width=«20» height=«24» src=«ref-1_1495731208-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145"> — угол между плоскостью симметрии главного шатуна и rmin.
<img border=«0» width=«433» height=«44» src=«ref-1_1495731308-927.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146">.
Радиус остальных прицепов находим по формуле:
<img border=«0» width=«241» height=«47» src=«ref-1_1495732235-604.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147">, где <img border=«0» width=«56» height=«19» src=«ref-1_1495732839-134.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148">.
<img border=«0» width=«545» height=«47» src=«ref-1_1495732973-1223.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149">
Результаты расчета сводим в таблицу 1
Таблица 1 Радиусы прицепов шатунов
<img border=«0» width=«13» height=«19» src=«ref-1_1495734196-89.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150">
1
2
3
<img border=«0» width=«15» height=«24» src=«ref-1_1495734285-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151">
0,078
0,79
0,076
2.3 Разнос масс КШМ с прицепными шатунами
1. Каждый прицепной шатун заменяют двумя массами, одна из которых <img border=«0» width=«24» height=«24» src=«ref-1_1495734376-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152"> сосредотачивается на оси поршневого пальца, а другая <img border=«0» width=«24» height=«24» src=«ref-1_1495734482-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153"> – на оси прицепного шатуна.
2. Под “приведенным” главным шатуном (рисунок 3) понимают собственно главный шатун плюс массы пальцев прицепных шатунов <img border=«0» width=«28» height=«24» src=«ref-1_1495734588-110.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154"> и массы <img border=«0» width=«28» height=«24» src=«ref-1_1495734698-112.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155">, сосредоточенные на осях этих пальцев. Обозначим<img border=«0» width=«104» height=«24» src=«ref-1_1495734810-220.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156">; <img border=«0» width=«137» height=«27» src=«ref-1_1495735030-372.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157">. Приведенный главный шатун заменяем массами МПШ, сосредоточенной на оси поршневого пальца, и <img border=«0» width=«32» height=«24» src=«ref-1_1495735402-124.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158">, сосредоточенной на оси шатунной шейки. Величины <img border=«0» width=«32» height=«24» src=«ref-1_1495735526-125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159"> и <img border=«0» width=«32» height=«24» src=«ref-1_1495735402-124.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160"> определяем из формул:
<img border=«0» width=«269» height=«52» src=«ref-1_1495735775-632.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161">,
<img border=«0» width=«116» height=«24» src=«ref-1_1495736407-236.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162">.
<img border=«0» width=«315» height=«268» src=«ref-1_1495736643-10693.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163">
Рисунок 3 – Схема приведения масс главного шатуна.
3. Приведенная масса поступательно-движущихся частей.
Эта масса различна в цилиндрах с главным шатуном и с прицепным.
В цилиндре с прицепным шатуном
<img border=«0» width=«99» height=«24» src=«ref-1_1495747336-215.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164">,
где <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495747551-101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165"> – масса комплекта поршня;
<img border=«0» width=«24» height=«24» src=«ref-1_1495734376-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166"> – часть массы прицепного шатуна, отнесенная к оси поршневого пальца.
В цилиндре с главным шатуном
<img border=«0» width=«99» height=«24» src=«ref-1_1495747758-210.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167">
4. Приведенная масса вращательно-движущихся частей
<img border=«0» width=«107» height=«24» src=«ref-1_1495747968-231.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168">,
где <img border=«0» width=«25» height=«24» src=«ref-1_1495748199-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169">- масса вращательно-движущихся частей;
<img border=«0» width=«32» height=«24» src=«ref-1_1495735402-124.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170"> — часть массы шатуна;
<img border=«0» width=«25» height=«24» src=«ref-1_1495748438-114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1171">– приведенная масса кривошипа.
продолжение
--PAGE_BREAK--2.4 Силы инерции
Силы инерции поступательно-движущихся масс переменны по величине и направлению и действуют по осям цилиндров. Силу инерции в цилиндре с главным шатуном находят из уравнения:
<img border=«0» width=«272» height=«27» src=«ref-1_1495748552-467.coolpic» v:shapes="_x0000_i1172">,
а силу инерции в цилиндре с прицепным шатуном – из уравнения:
<img border=«0» width=«88» height=«25» src=«ref-1_1495749019-203.coolpic» v:shapes="_x0000_i1173">,
где <img border=«0» width=«31» height=«24» src=«ref-1_1495749222-113.coolpic» v:shapes="_x0000_i1174"> — ускорения масс <img border=«0» width=«29» height=«23» src=«ref-1_1495749335-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1175"> и <img border=«0» width=«31» height=«24» src=«ref-1_1495749456-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1176">.
Силы инерции вращательно-движущихся масс находят по формулам:
<img border=«0» width=«95» height=«25» src=«ref-1_1495749583-221.coolpic» v:shapes="_x0000_i1177">,
<img border=«0» width=«92» height=«25» src=«ref-1_1495749804-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1178">.
Силы <img border=«0» width=«37» height=«21» src=«ref-1_1495750016-124.coolpic» v:shapes="_x0000_i1179">, постоянные по модулю, приложены к оси шатунной шейки и направлены по радиусу кривошипа.
2.5 Построение верхней петли индикаторной диаграммы
Согласно принятым ранее допущениям считаем, что в такте наполнения и выхлопа разность абсолютных давлений в цилиндре и картере равна нулю. Абсолютные давления в тактах сжатия и расширения меняются по политропам. Сгорание происходит при постоянном объеме. В конце сгорания давление составляет 0.85 от расчетного. Расширение заканчивается скачкообразным падением давления в НМТ от расчетного <img border=«0» width=«20» height=«24» src=«ref-1_1495750140-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1180"> до давления в картере <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495750243-109.coolpic» v:shapes="_x0000_i1181">.
Таким образом, расчету подлежат только давления в ходе расширения и сжатия, определяемые по формуле:
<img border=«0» width=«105» height=«51» src=«ref-1_1495750352-339.coolpic» v:shapes="_x0000_i1182">,
где <img border=«0» width=«36» height=«24» src=«ref-1_1495750691-125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1183"> — давление в НМТ;
<img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495750816-105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1184"> – полный объем цилиндра,
<img border=«0» width=«373» height=«44» src=«ref-1_1495750921-721.coolpic» v:shapes="_x0000_i1185">
<img border=«0» width=«16» height=«17» src=«ref-1_1495751642-93.coolpic» v:shapes="_x0000_i1186"> – текущий объем над поршнем,
<img border=«0» width=«305» height=«48» src=«ref-1_1495751735-779.coolpic» v:shapes="_x0000_i1187">,
где <img border=«0» width=«381» height=«44» src=«ref-1_1495752514-714.coolpic» v:shapes="_x0000_i1188">
<img border=«0» width=«13» height=«15» src=«ref-1_1495753228-84.coolpic» v:shapes="_x0000_i1189"> – показатель политропы (в процессе сжатия <img border=«0» width=«56» height=«20» src=«ref-1_1495753312-145.coolpic» v:shapes="_x0000_i1190">, в процессе расширения <img border=«0» width=«57» height=«20» src=«ref-1_1495753457-146.coolpic» v:shapes="_x0000_i1191">). После подстановки получим:
<img border=«0» width=«340» height=«101» src=«ref-1_1495753603-1131.coolpic» v:shapes="_x0000_i1192">.
Вычисления выполнены с помощью пакета Microsoft EXCEL, полученные данные занесены в таблицу 1
Таблица 1 – Давления и объемы в ходе расширения и сжатия
Сжатие
Расширение
<img border=«0» width=«27» height=«20» src=«ref-1_1495754734-107.coolpic» v:shapes="_x0000_i1193">
<img border=«0» width=«67» height=«24» src=«ref-1_1495754841-178.coolpic» v:shapes="_x0000_i1194">
<img border=«0» width=«63» height=«25» src=«ref-1_1495755019-177.coolpic» v:shapes="_x0000_i1195">
<img border=«0» width=«27» height=«20» src=«ref-1_1495754734-107.coolpic» v:shapes="_x0000_i1196">
<img border=«0» width=«69» height=«25» src=«ref-1_1495755303-183.coolpic» v:shapes="_x0000_i1197">
<img border=«0» width=«64» height=«27» src=«ref-1_1495755486-183.coolpic» v:shapes="_x0000_i1198">
180
89267
0,00312
360
1119735
0,00048
190
86819
0,00318
370
862225
0,00058
200
80365
0,00337
380
488627
0,00089
210
72102
0,00365
390
273784
0,00136
220
64068
0,00399
400
167575
0,00196
230
57477
0,00432
410
113280
0,00261
240
52823
0,00460
420
83752
0,00327
250
50251
0,00477
430
66934
0,00386
260
49855
0,00480
440
57259
0,00433
270
51896
0,00466
450
52023
0,00465
280
57000
0,00435
460
49884
0,00480
290
66478
0,00388
470
50197
0,00478
300
82961
0,00329
480
52692
0,00461
310
111869
0,00264
490
57271
0,00433
320
164913
0,00198
500
63797
0,00400
330
268448
0,00138
510
71794
0,00367
340
477973
0,00090
520
80081
0,00338
350
847071
0,00059
530
86642
0,00319
360
1119735
0,00048
540
89265
0,00312
продолжение
--PAGE_BREAK--2.6 Суммарная сила, действующая на поршень
Под суммарной силой, действующей на поршень, понимают сумму газовой силы и силы инерции
<img border=«0» width=«85» height=«25» src=«ref-1_1495755669-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1199">,
где <img border=«0» width=«20» height=«23» src=«ref-1_1495755859-102.coolpic» v:shapes="_x0000_i1200"> — сила давления газов на поршень, <img border=«0» width=«128» height=«44» src=«ref-1_1495755961-308.coolpic» v:shapes="_x0000_i1201">
<img border=«0» width=«16» height=«17» src=«ref-1_1495756269-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1202"> — абсолютное давление в цилиндре,
<img border=«0» width=«21» height=«23» src=«ref-1_1495756360-107.coolpic» v:shapes="_x0000_i1203"> — абсолютное давление в картере,
<img border=«0» width=«19» height=«25» src=«ref-1_1495756467-101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1204"> — сила инерции поступательно-движущихся масс.
2.7 Силы, действующие в центральном КШМ
В центральном КЩМ действуют силы, показанные на рисунке 4. Причем они имеют положительные значения. При направлении, противоположном указанному, силы считают отрицательными. Они равны:
<img border=«0» width=«72» height=«45» src=«ref-1_1495756568-232.coolpic» v:shapes="_x0000_i1205">,
<img border=«0» width=«83» height=«24» src=«ref-1_1495756800-197.coolpic» v:shapes="_x0000_i1206">,
<img border=«0» width=«125» height=«44» src=«ref-1_1495756997-352.coolpic» v:shapes="_x0000_i1207">,
<img border=«0» width=«125» height=«44» src=«ref-1_1495757349-351.coolpic» v:shapes="_x0000_i1208">,
<img border=«0» width=«125» height=«21» src=«ref-1_1495757700-247.coolpic» v:shapes="_x0000_i1209">.
<img border=«0» width=«174» height=«251» src=«ref-1_1495757947-5940.coolpic» v:shapes="_x0000_i1210">
Рисунок 4 – Силы, действующие в центральном КШМ.
2.8 Суммарные радиальные и окружные силы действующие на шатунную шейку
На шатунную шейку звездообразного двигателя действуют силы каждого цилиндра одновременно. Складываясь, они дают суммарную радиальную силу <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495763887-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1211"> и суммарную касательную силу <img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495684536-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1212">. Для получения <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495763887-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1213"> и <img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495684536-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1214"> нужно сложить силы <img border=«0» width=«16» height=«16» src=«ref-1_1495764303-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1215">, а затем силы <img border=«0» width=«16» height=«16» src=«ref-1_1495764394-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1216"> каждого цилиндра, действующие в каждый момент поворота кривошипа коленчатого вала.
Поскольку индикаторный процесс во всех цилиндрах предполагают одинаковым и силы инерции одинаковы, то силы <img border=«0» width=«16» height=«16» src=«ref-1_1495764394-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1217"> и <img border=«0» width=«16» height=«16» src=«ref-1_1495764303-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1218"> в различных цилиндрах оказываются сдвинутыми одна относительно другой по фазе на угол <img border=«0» width=«25» height=«41» src=«ref-1_1495764667-137.coolpic» v:shapes="_x0000_i1219">.
На шейку кривошипа дополнительно к <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495763887-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1220"> действует в радиальном направлении центробежная сила <img border=«0» width=«20» height=«19» src=«ref-1_1495764908-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1221"> вращательно-движущихся масс шатуна <img border=«0» width=«37» height=«23» src=«ref-1_1495765007-137.coolpic» v:shapes="_x0000_i1222">.
На щеки коленчатого вала действует в радиальном направлении дополнительно к силе <img border=«0» width=«21» height=«24» src=«ref-1_1495763887-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1223"> центробежная сила <img border=«0» width=«16» height=«19» src=«ref-1_1495765248-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1224">, возникшая в результате вращения массы <img border=«0» width=«27» height=«24» src=«ref-1_1495765339-118.coolpic» v:shapes="_x0000_i1225">.
Динамический расчет выполнен на ЭВМ. Это позволило значительно упростить процедуру расчета, а вместе с тем и повысить его точность. Результаты вычисления суммарных окружных и радиальных сил отображены в таблице 2; полных сил, действующих на шатунную шейку в окружном и в радиальном направлениях – в таблице 3.
Результаты расчета избыточного (Р) и абсолютного (PR) давления газов на поршень, силы инерции поступательно-движущихся частей (F), силы, действующей по оси цилиндра (PS), нормально к оси цилиндра (NS), окружной силы от одного цилиндра (Т) и радиальной силы от одного цилиндра (ZS) помещены в таблице 4.
Параметры ввода
Число цилиндров 7
Число однорядных звезд, <img border=«0» width=«36» height=«21» src=«ref-1_1495765457-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1226">.
Число прицепных шатунов, <img border=«0» width=«39» height=«21» src=«ref-1_1495765576-122.coolpic» v:shapes="_x0000_i1227">.
Частота вращения коленчатого вала, <img border=«0» width=«93» height=«41» src=«ref-1_1495765698-273.coolpic» v:shapes="_x0000_i1228">.
Степень сжатия, <img border=«0» width=«49» height=«20» src=«ref-1_1495765971-133.coolpic» v:shapes="_x0000_i1229">.
Ход поршня, <img border=«0» width=«79» height=«20» src=«ref-1_1495728032-184.coolpic» v:shapes="_x0000_i1230">.
Диаметр цилиндра, <img border=«0» width=«73» height=«20» src=«ref-1_1495766288-171.coolpic» v:shapes="_x0000_i1231">.
Отношение радиуса к длине главного шатуна, <img border=«0» width=«68» height=«20» src=«ref-1_1495728945-165.coolpic» v:shapes="_x0000_i1232">.
Радиус прицепа шатунов, <img border=«0» width=«85» height=«20» src=«ref-1_1495766624-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1233">.
Давление в конце pасшиpения, <img border=«0» width=«104» height=«24» src=«ref-1_1495766815-230.coolpic» v:shapes="_x0000_i1234">.
Давление в конце наполнения, <img border=«0» width=«96» height=«24» src=«ref-1_1495767045-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1235">.
Атмосферное давление, <img border=«0» width=«96» height=«24» src=«ref-1_1495767264-214.coolpic» v:shapes="_x0000_i1236">.
Показатель политpопы сжатия, <img border=«0» width=«72» height=«24» src=«ref-1_1495767478-172.coolpic» v:shapes="_x0000_i1237">.
Показатель политpопы pасшиpения, <img border=«0» width=«87» height=«24» src=«ref-1_1495767650-198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1238">.
Таблица 2 – Суммарные окружные и радиальные силы.
-----------------------------------------------
| TC | ZC | ZCD |
-----------------------------------------------
| 24334.54000| -28539.68000| -28539.68000|
| 16694.21000| -34419.33000| -34419.33000|
| 10324.36000| -34938.66000| -28069.61000|
| 8007.59900| -25581.32000| -25581.32000|
| 9021.97900| -24514.77000| 27376.85000|
| 26920.21000| 28033.34000| 28033.34000|
| 33954.51000| 4737.10500| 4564.03100|
| 31262.81000| -15762.70000| -15762.70000|
-----------------------------------------------
Таблица 3 — Полные силы действующие на шатунную шейку
в окружном и в радиальном направлениях.
| Угол| TSI | ZSI | ZSID |
--------------------------------------------------------
|.00|.24335E+05 | -.20928E+05 | -.20928E+05 |
| 12.86|.15000E+05 | -.26998E+05 | -.26998E+05 |
| 25.71|.70217E+04 | -.28081E+05 | -.21212E+05 |
| 38.57|.32616E+04 | -.19630E+05 | -.19630E+05 |
| 51.43|.30707E+04 | -.19769E+05 |.32123E+05 |
| 64.29|.20062E+05 |.31336E+05 |.31336E+05 |
| 77.14|.26533E+05 |.64309E+04 |.62579E+04 |
| 90.00|.23651E+05 | -.15763E+05 | -.15763E+05 |
|102.86|.16913E+05 | -.30233E+05 | -.30233E+05 |
|115.71|.98361E+04 | -.37722E+05 | -.37722E+05 |
|128.57|.43731E+04 | -.39685E+05 | -.32816E+05 |
|141.43|.32616E+04 | -.31533E+05 | -.31533E+05 |
|154.29|.57193E+04 | -.31373E+05 |.20519E+05 |
|167.14|.25226E+05 |.20612E+05 |.20612E+05 |
|180.00|.33954E+05 | -.28748E+04 | -.30479E+04 |
|192.86|.32957E+05 | -.23184E+05 | -.23184E+05 |
|205.71|.27637E+05 | -.35398E+05 | -.35398E+05 |
|218.57|.21440E+05 | -.40371E+05 | -.40371E+05 |
|231.43|.16276E+05 | -.39685E+05 | -.32816E+05 |
|244.29|.14866E+05 | -.28884E+05 | -.28884E+05 |
|257.14|.16443E+05 | -.26209E+05 |.25683E+05 |
|270.00|.34532E+05 |.28033E+05 |.28033E+05 |
|282.86|.41376E+05 |.64309E+04 |.62578E+04 |
|295.71|.38121E+05 | -.12460E+05 | -.12460E+05 |
|308.57|.30286E+05 | -.23794E+05 | -.23794E+05 |
|321.43|.21440E+05 | -.28468E+05 | -.28468E+05 |
|334.29|.13627E+05 | -.28081E+05 | -.21212E+05 |
|347.14|.97015E+04 | -.18160E+05 | -.18160E+05 |
|360.00|.90220E+04 | -.16903E+05 |.34989E+05 |
|372.86|.25226E+05 |.35454E+05 |.35454E+05 |
|385.71|.30652E+05 |.11595E+05 |.11422E+05 |
|398.57|.26517E+05 | -.98114E+04 | -.98114E+04 |
|411.43|.18383E+05 | -.23794E+05 | -.23794E+05 |
|424.29|.98361E+04 | -.31117E+05 | -.31117E+05 |
|437.14|.29033E+04 | -.33245E+05 | -.26376E+05 |
|450.00|.39568E+03 | -.25581E+05 | -.25581E+05 |
|462.86|.16009E+04 | -.26209E+05 |.25683E+05 |
|475.71|.20062E+05 |.24731E+05 |.24731E+05 |
|488.57|.28003E+05 | -.87905E+01 | -.18186E+03 |
|501.43|.26517E+05 | -.21714E+05 | -.21714E+05 |
|514.29|.21032E+05 | -.35398E+05 | -.35398E+05 |
|527.14|.15000E+05 | -.41840E+05 | -.41840E+05 |
|540.00|.10324E+05 | -.42551E+05 | -.35682E+05 |
|552.86|.97013E+04 | -.33002E+05 | -.33002E+05 |
|565.71|.12325E+05 | -.31373E+05 |.20519E+05 |
|578.57|.31666E+05 |.22082E+05 |.22082E+05 |
|591.43|.39906E+05 | -.89038E+01 | -.18198E+03 |
|604.29|.38121E+05 | -.19065E+05 | -.19065E+05 |
|617.14|.31756E+05 | -.30234E+05 | -.30234E+05 |
|630.00|.24306E+05 | -.34419E+05 | -.34419E+05 |
|642.86|.17745E+05 | -.33245E+05 | -.26376E+05 |
|655.71|.14866E+05 | -.22279E+05 | -.22279E+05 |
|668.57|.14973E+05 | -.19769E+05 |.32123E+05 |
|681.43|.31666E+05 |.33985E+05 |.33985E+05 |
|694.29|.37257E+05 |.11595E+05 |.11422E+05 |
|707.14|.32957E+05 | -.83416E+04 | -.83416E+04 |
|720.00|.24335E+05 | -.20928E+05 | -.20928E+05 |
Таблица 4 – Результаты расчета давлений и сил.
Такт впуска
-------------------------------------------------------------------------------------
| Угол |Давлен. Р | Сила PR |Сила ин. F|Сум.силаPS| Сила NS |Окp.сила T|Pад.сила Z|
-------------------------------------------------------------------------------------
|.00|.0000E+00|.0000E+00|-.1295E+05|-.1295E+05|.0000E+00|.0000E+00|-.1295E+05|
| 12.86|.0000E+00|.0000E+00|-.1242E+05|-.1242E+05|-.7559E+03|-.3501E+04|-.1194E+05|
| 25.71|.0000E+00|.0000E+00|-.1090E+05|-.1090E+05|-.1300E+04|-.5900E+04|-.9254E+04|
| 38.57|.0000E+00|.0000E+00|-.8572E+04|-.8572E+04|-.1481E+04|-.6502E+04|-.5779E+04|
| 51.43|.0000E+00|.0000E+00|-.5725E+04|-.5725E+04|-.1251E+04|-.5256E+04|-.2592E+04|
| 64.29|.0000E+00|.0000E+00|-.2682E+04|-.2682E+04|-.6807E+03|-.2712E+04|-.5506E+03|
| 77.14|.0000E+00|.0000E+00|.2385E+03|.2385E+03|.6585E+02|.2472E+03|-.1113E+02|
| 90.00|.0000E+00|.0000E+00|.2777E+04|.2777E+04|.7882E+03|.2777E+04|-.7882E+03|
|102.86|.0000E+00|.0000E+00|.4766E+04|.4766E+04|.1316E+04|.4354E+04|-.2344E+04|
|115.71|.0000E+00|.0000E+00|.6146E+04|.6146E+04|.1560E+04|.4860E+04|-.4072E+04|
|128.57|.0000E+00|.0000E+00|.6961E+04|.6961E+04|.1521E+04|.4494E+04|-.5529E+04|
|141.43|.0000E+00|.0000E+00|.7336E+04|.7336E+04|.1267E+04|.3583E+04|-.6526E+04|
|154.29|.0000E+00|.0000E+00|.7434E+04|.7434E+04|.8868E+03|.2427E+04|-.7083E+04|
|167.14|.0000E+00|.0000E+00|.7416E+04|.7416E+04|.4514E+03|.1210E+04|-.7331E+04|
|180.00|.0000E+00|.0000E+00|.7396E+04|.7396E+04|.4638E-02|.1170E-01|-.7396E+04|
-------------------------------------------------------------------------------------
Такт сжатия
-------------------------------------------------------------------------------------
| Угол |Давлен. Р | Сила PR |Сила ин. F|Сум.силаPS| Сила NS |Окp.сила T|Pад.сила Z|
-------------------------------------------------------------------------------------
|180.00|.8927E+05|.1731E+03|.7396E+04|.7569E+04|.5239E-02|.1378E-01|-.7569E+04|
|192.86|.9021E+05|.1897E+03|.7416E+04|.7606E+04|-.4629E+03|-.1241E+04|-.7518E+04|
|205.71|.9315E+05|.2416E+03|.7434E+04|.7676E+04|-.9157E+03|-.2505E+04|-.7313E+04|
|218.57|.9843E+05|.3351E+03|.7336E+04|.7671E+04|-.1325E+04|-.3747E+04|-.6824E+04|
|231.43|.1067E+06|.4817E+03|.6961E+04|.7443E+04|-.1626E+04|-.4805E+04|-.5912E+04|
|244.29|.1192E+06|.7014E+03|.6146E+04|.6847E+04|-.1738E+04|-.5415E+04|-.4536E+04|
|257.14|.1375E+06|.1026E+04|.4766E+04|.5792E+04|-.1599E+04|-.5291E+04|-.2848E+04|
|270.00|.1649E+06|.1510E+04|.2777E+04|.4287E+04|-.1217E+04|-.4287E+04|-.1217E+04|
|282.86|.2063E+06|.2241E+04|.2386E+03|.2480E+04|-.6847E+03|-.2570E+04|-.1157E+03|
|295.71|.2702E+06|.3371E+04|-.2682E+04|.6883E+03|-.1747E+03|-.6960E+03|.1413E+03|
|308.57|.3705E+06|.5143E+04|-.5725E+04|-.5817E+03|.1271E+03|.5340E+03|-.2633E+03|
|321.43|.5265E+06|.7900E+04|-.8572E+04|-.6723E+03|.1161E+03|.5100E+03|-.4532E+03|
|334.29|.7503E+06|.1185E+05|-.1090E+05|.9563E+03|-.1141E+03|-.5177E+03|.8121E+03|
|347.14|.9975E+06|.1622E+05|-.1242E+05|.3803E+04|-.2314E+03|-.1072E+04|.3656E+04|
|360.00|.1117E+07|.1834E+05|-.1295E+05|.5387E+04|-.1026E-01|-.4786E-01|.5387E+04|
Такт сгорания
-------------------------------------------------------------------------------------
| Угол |Давлен. Р | Сила PR |Сила ин. F|Сум.силаPS| Сила NS |Окp.сила T|Pад.сила Z|
-------------------------------------------------------------------------------------
|360.00|.4054E+07|.7023E+05|-.1295E+05|.5728E+05|-.7929E-01|-.3724E+00|.5728E+05|
|372.86|.4298E+07|.7454E+05|-.1242E+05|.6212E+05|.3781E+04|.1751E+05|.5972E+05|
|385.71|.3308E+07|.5706E+05|-.1090E+05|.4616E+05|.5507E+04|.2499E+05|.3920E+05|
|398.57|.2390E+07|.4082E+05|-.8572E+04|.3225E+05|.5571E+04|.2446E+05|.2174E+05|
|411.43|.1731E+07|.2918E+05|-.5725E+04|.2345E+05|.5124E+04|.2153E+05|.1062E+05|
|424.29|.1295E+07|.2148E+05|-.2683E+04|.1880E+05|.4770E+04|.1900E+05|.3858E+04|
|437.14|.1011E+07|.1645E+05|.2384E+03|.1669E+05|.4609E+04|.1730E+05|-.7789E+03|
|450.00|.8227E+06|.1313E+05|.2777E+04|.1591E+05|.4515E+04|.1591E+05|-.4515E+04|
|462.86|.6964E+06|.1090E+05|.4766E+04|.1567E+05|.4326E+04|.1431E+05|-.7704E+04|
|475.71|.6104E+06|.9383E+04|.6146E+04|.1553E+05|.3941E+04|.1228E+05|-.1029E+05|
|488.57|.5517E+06|.8345E+04|.6961E+04|.1531E+05|.3344E+04|.9882E+04|-.1216E+05|
|501.43|.5122E+06|.7646E+04|.7336E+04|.1498E+05|.2588E+04|.7318E+04|-.1333E+05|
|514.29|.4868E+06|.7199E+04|.7434E+04|.1463E+05|.1746E+04|.4776E+04|-.1394E+05|
|527.14|.4727E+06|.6949E+04|.7416E+04|.1437E+05|.8743E+03|.2344E+04|-.1420E+05|
|540.00|.4682E+06|.6869E+04|.7396E+04|.1427E+05|.2962E-01|.8129E-01|-.1427E+05|
-------------------------------------------------------------------------------------
Такт выхлопа
-------------------------------------------------------------------------------------
| Угол |Давлен. Р | Сила PR |Сила ин. F|Сум.силаPS| Сила NS |Окp.сила T|Pад.сила Z|
-------------------------------------------------------------------------------------
|540.00|.0000E+00|.0000E+00|.7396E+04|.7396E+04|.1536E-01|.4214E-01|-.7396E+04|
|552.86|.0000E+00|.0000E+00|.7416E+04|.7416E+04|-.4513E+03|-.1210E+04|-.7331E+04|
|565.71|.0000E+00|.0000E+00|.7434E+04|.7434E+04|-.8868E+03|-.2427E+04|-.7083E+04|
|578.57|.0000E+00|.0000E+00|.7336E+04|.7336E+04|-.1267E+04|-.3583E+04|-.6526E+04|
|591.43|.0000E+00|.0000E+00|.6961E+04|.6961E+04|-.1521E+04|-.4494E+04|-.5529E+04|
|604.29|.0000E+00|.0000E+00|.6146E+04|.6146E+04|-.1560E+04|-.4860E+04|-.4072E+04|
|617.14|.0000E+00|.0000E+00|.4766E+04|.4766E+04|-.1316E+04|-.4354E+04|-.2344E+04|
|630.00|.0000E+00|.0000E+00|.2777E+04|.2777E+04|-.7882E+03|-.2777E+04|-.7882E+03|
|642.86|.0000E+00|.0000E+00|.2386E+03|.2386E+03|-.6588E+02|-.2473E+03|-.1114E+02|
|655.71|.0000E+00|.0000E+00|-.2682E+04|-.2682E+04|.6807E+03|.2712E+04|-.5505E+03|
|668.57|.0000E+00|.0000E+00|-.5725E+04|-.5725E+04|.1251E+04|.5256E+04|-.2592E+04|
|681.43|.0000E+00|.0000E+00|-.8572E+04|-.8572E+04|.1481E+04|.6502E+04|-.5779E+04|
|694.29|.0000E+00|.0000E+00|-.1090E+05|-.1090E+05|.1300E+04|.5900E+04|-.9254E+04|
|707.14|.0000E+00|.0000E+00|-.1242E+05|-.1242E+05|.7560E+03|.3501E+04|-.1194E+05|
|720.00|.0000E+00|.0000E+00|-.1295E+05|-.1295E+05|.2237E-01|.1066E+00|-.1295E+05|
-------------------------------------------------------------------------------------
продолжение
--PAGE_BREAK--3. Уравновешивание двигателя
Силы инерции вращательно движущихся масс в однорядной звезде как и в одноцилиндровом двигателе, неуравновешенны и уравновешиваются противовесами:
<img border=«0» width=«139» height=«25» src=«ref-1_1495767848-267.coolpic» v:shapes="_x0000_i1239">,
где:
— центробежная сила вращающихся частей равна: <img border=«0» width=«93» height=«25» src=«ref-1_1495768115-213.coolpic» v:shapes="_x0000_i1240">
— сила инерции от неуравновешенных частей равна:
<img border=«0» width=«369» height=«27» src=«ref-1_1495768328-617.coolpic» v:shapes="_x0000_i1241">
Тогда получим, что
<img border=«0» width=«211» height=«41» src=«ref-1_1495768945-435.coolpic» v:shapes="_x0000_i1242">
Рассмотрим вопрос уравновешивания сил инерции поступательно движущихся масс.
Если исходить из положения, что все шатуны в двигателе центральные, то силы <img border=«0» width=«27» height=«25» src=«ref-1_1495769380-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1243"> и <img border=«0» width=«31» height=«25» src=«ref-1_1495769500-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1244"> всех цилиндров соответственно равны. В этом случае результирующая сила инерции первого порядка <img border=«0» width=«32» height=«25» src=«ref-1_1495769627-125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1245">будет представлять собой постоянный по величине вектор, приложенный к шатунной шейке коленчатого вала и вращающийся вместе с коленом. Он равен
<img border=«0» width=«12» height=«23» src=«ref-1_1495769752-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1246"><img border=«0» width=«135» height=«41» src=«ref-1_1495769825-322.coolpic» v:shapes="_x0000_i1247">,
где <img border=«0» width=«29» height=«24» src=«ref-1_1495770147-124.coolpic» v:shapes="_x0000_i1248"> — поступательно движущаяся масса, относящаяся к одному цилиндру, <img border=«0» width=«99» height=«24» src=«ref-1_1495770271-222.coolpic» v:shapes="_x0000_i1249">;
Z – число цилиндров в одной звезде.
Тогда <img border=«0» width=«287» height=«41» src=«ref-1_1495770493-547.coolpic» v:shapes="_x0000_i1250">. — боковой цилиндр.
Такую силу легко уравновесить, добавив к противовесам соответствующую массу.
Результирующий вектор сил инерции второго порядка равен нулю, т.е. по силам <img border=«0» width=«31» height=«25» src=«ref-1_1495769500-127.coolpic» v:shapes="_x0000_i1251"> самоуравновешивание обеспечивается.
В действительности же вследствие разницы в массах шатунов и в кинематике поршней главного и боковых цилиндров результирующий вектор сил инерции первого порядка не постоянный по величине, а содержит переменную составляющую; конец вектора описывает эллипс, большая ось которого совпадает с направлением оси главного цилиндра. Амплитуда переменной составляющей
<img border=«0» width=«183» height=«27» src=«ref-1_1495771167-351.coolpic» v:shapes="_x0000_i1252">,
где <img border=«0» width=«41» height=«24» src=«ref-1_1495771518-143.coolpic» v:shapes="_x0000_i1253"> — разность поступательно движущихся масс главного и бокового цилиндра: <img border=«0» width=«215» height=«24» src=«ref-1_1495771661-368.coolpic» v:shapes="_x0000_i1254">,
Тогда в момент <img border=«0» width=«40» height=«19» src=«ref-1_1495772029-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1255"> <img border=«0» width=«40» height=«25» src=«ref-1_1495772149-146.coolpic» v:shapes="_x0000_i1256"> равна:
<img border=«0» width=«260» height=«27» src=«ref-1_1495772295-464.coolpic» v:shapes="_x0000_i1257">
<img border=«0» width=«131» height=«192» src=«ref-1_1495772759-1522.coolpic» v:shapes="_x0000_i1258">
Рисунок 5 – Результирующий вектор сил инерции первого порядка.
4. Расчет на прочность коленчатого вала
Коленчатый вал служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршней в цилиндрах двигателя во вращательное движение и для преобразования силы давления газов на поршни – в крутящий момент.
Коленчатый вал воспринимает всю избыточную мощность, развиваемую газами в цилиндрах, и передает ее на винт, который является основным потребителем мощности двигателя, на нагнетатель, механизм газораспределения, агрегаты.
4.1 Силы, действующие на колено коленчатого вала
При работе двигателя колено вала нагружается следующими силами (рисунок 6)
<img border=«0» width=«255» height=«272» src=«ref-1_1495774281-9083.coolpic» v:shapes="_x0000_i1259">
Рисунок 6 – Силовое нагружение колена
1) В плоскости колена действует сила Z
2) Перпендикулярно к плоскости колена действует сила Т
3) В плоскости колена действует сила инерции от вращающихся масс шатуна:
<img border=«0» width=«155» height=«27» src=«ref-1_1495783364-301.coolpic» v:shapes="_x0000_i1260">; <img border=«0» width=«125» height=«24» src=«ref-1_1495783665-244.coolpic» v:shapes="_x0000_i1261">;
<img border=«0» width=«71» height=«41» src=«ref-1_1495783909-202.coolpic» v:shapes="_x0000_i1262">, (смотри рисунок 7)
где <img border=«0» width=«267» height=«45» src=«ref-1_1495784111-579.coolpic» v:shapes="_x0000_i1263">
<img border=«0» width=«189» height=«44» src=«ref-1_1495784690-453.coolpic» v:shapes="_x0000_i1264">
<img border=«0» width=«203» height=«44» src=«ref-1_1495785143-474.coolpic» v:shapes="_x0000_i1265">
Тогда <img border=«0» width=«205» height=«24» src=«ref-1_1495785617-358.coolpic» v:shapes="_x0000_i1266">
<img border=«0» width=«268» height=«25» src=«ref-1_1495785975-453.coolpic» v:shapes="_x0000_i1267">
<img border=«0» width=«367» height=«143» src=«ref-1_1495786428-4632.coolpic» v:shapes="_x0000_i1268">
Рисунок 7 – Разнос масс шатуна
4) В плоскости колена действует сила инерции от массы шатунной шейки <img border=«0» width=«40» height=«24» src=«ref-1_1495791060-133.coolpic» v:shapes="_x0000_i1269">
<img border=«0» width=«461» height=«25» src=«ref-1_1495791193-702.coolpic» v:shapes="_x0000_i1270">
(Все необходимые объемы соответствующих частей деталей и радиусы их центров масс определены по твердотельной модели исполненной в пакете Solid Works)
5) В плоскости колена действуют силы инерции от масс щек <img border=«0» width=«24» height=«25» src=«ref-1_1495791895-112.coolpic» v:shapes="_x0000_i1271">.
<img border=«0» width=«409» height=«27» src=«ref-1_1495792007-660.coolpic» v:shapes="_x0000_i1272">
6) В плоскости колена действуют силы инерции противовесов РПР.
<img border=«0» width=«99» height=«24» src=«ref-1_1495792667-211.coolpic» v:shapes="_x0000_i1273">
7) От сил, действующих в плоскости колена, на опорах колена возникают реакции <img border=«0» width=«20» height=«17» src=«ref-1_1495792878-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1274">. В случае симметричного колена
<img border=«0» width=«252» height=«44» src=«ref-1_1495792975-477.coolpic» v:shapes="_x0000_i1275">.
<img border=«0» width=«377» height=«45» src=«ref-1_1495793452-766.coolpic» v:shapes="_x0000_i1276">
8) От силы <img border=«0» width=«16» height=«16» src=«ref-1_1495764394-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1277"> на опорах колена возникают реакции <img border=«0» width=«19» height=«17» src=«ref-1_1495794309-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1278">, действующие перпендикулярно к плоскости колена. В случае симметричного колена <img border=«0» width=«48» height=«41» src=«ref-1_1495794406-168.coolpic» v:shapes="_x0000_i1279">.
Силы Т, Z, реакции <img border=«0» width=«20» height=«17» src=«ref-1_1495792878-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1280"> и <img border=«0» width=«19» height=«17» src=«ref-1_1495794309-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1281"> переменны по величине и направлению и меняются в зависимости от угла поворота колена. Расчет этих сил реакции приведен в таблице 5.
продолжение
--PAGE_BREAK--4.2 Определение запаса прочности в шатунной шейке
Напряжения в расчетном сечении шатунной шейки при любом положении кривошипа можно определить, если колено рассматривать, как разрезную двухопорную балку. Это значит, что каждое колено мысленно вырезается двумя сечениями, проходящими через середины коренных подшипников, и рассматривается как балка на двух опорах (рисунок 8)
<img border=«0» width=«288» height=«227» src=«ref-1_1495794768-9066.coolpic» v:shapes="_x0000_i1282">
Рисунок 8 – Расчетная модель шатунной шейки
Очевидно, что наиболее напряженным сечением шатунной шейки будет сечение, лежащее посередине шейки.
Разрезаем шатунную шейку посередине, отбрасываем правую часть, закрепляем левую часть по расчетному сечению и определяем напряжения от оставшихся сил и моментов, включая и силы реакций опор:
а) от сил, действующих в плоскости колена, расчетное сечение нагружается изгибающим моментом:
<img border=«0» width=«209» height=«25» src=«ref-1_1495803834-359.coolpic» v:shapes="_x0000_i1283">;
б) от сил, действующих в плоскости, перпендикулярной к плоскости колена, расчетное сечение нагружается изгибающим моментом:
<img border=«0» width=«84» height=«24» src=«ref-1_1495804193-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1284">
<img border=«0» width=«226» height=«206» src=«ref-1_1495804384-7473.coolpic» v:shapes="_x0000_i1285">
Рисунок 7 – Твердотельная модель коленчатого вала (фрагмент)
Опасные точки шатунной шейки расположены у масляного отверстия (смотри рисунок 7.). Если его ось составляет с плоскостью колена угол g(g=300º, так как при этом положении силы Т и Z минимальны), то изгибающий момент в плоскости, проходящей через ось масляного отверстия, равен:
<img border=«0» width=«225» height=«25» src=«ref-1_1495811857-383.coolpic» v:shapes="_x0000_i1286">
Знак “-” показывает, что момент <img border=«0» width=«44» height=«24» src=«ref-1_1495812240-144.coolpic» v:shapes="_x0000_i1287"> вызывает у края отверстия напряжения сжатия.
Таблица 5 – Результаты расчета
α
T, Н
Z, Н
<img border=«0» width=«19» height=«17» src=«ref-1_1495812384-94.coolpic» v:shapes="_x0000_i1288">, Н
<img border=«0» width=«19» height=«17» src=«ref-1_1495812478-96.coolpic» v:shapes="_x0000_i1289">, Н
<img border=«0» width=«41» height=«24» src=«ref-1_1495812574-143.coolpic» v:shapes="_x0000_i1290"><img border=«0» width=«39» height=«17» src=«ref-1_1495812717-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1291">
<img border=«0» width=«43» height=«25» src=«ref-1_1495812837-149.coolpic» v:shapes="_x0000_i1292">,<img border=«0» width=«39» height=«17» src=«ref-1_1495812717-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1293">
My<img border=«0» width=«39» height=«17» src=«ref-1_1495812717-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1294">
<img border=«0» width=«16» height=«15» src=«ref-1_1495813226-89.coolpic» v:shapes="_x0000_i1295">,<img border=«0» width=«39» height=«17» src=«ref-1_1495813315-132.coolpic» v:shapes="_x0000_i1296">
<img border=«0» width=«33» height=«24» src=«ref-1_1495813447-128.coolpic» v:shapes="_x0000_i1297"><img border=«0» width=«39» height=«17» src=«ref-1_1495812717-120.coolpic» v:shapes="_x0000_i1298">
<img border=«0» width=«13» height=«15» src=«ref-1_1495813695-85.coolpic» v:shapes="_x0000_i1299">,<img border=«0» width=«39» height=«17» src=«ref-1_1495813315-132.coolpic» v:shapes="_x0000_i1300">
-2950
21119
395
197
15
12,86
-3501
-11940
-1751
21624
400
-228
3
-133
-5
25,71
-5900
-9254
-2950
22967
413
-384
-125
-9
-224
-8
38,57
-6502
-5779
-3251
24705
431
-423
-151
-11
-247
-9
51,43
-5256
-2592
-2628
26298
447
-342
-73
-5
-199
-7
64,29
-2712
-551
-1356
27319
457
-176
76
6
-103
-4
77,14
247
-11
124
27588
460
16
244
18
9
90,00
2777
-788
1389
27200
456
181
384
28
105
4
102,86
4354
-2344
2177
26422
448
283
469
35
165
6
115,71
4860
-4072
2430
25558
439
316
493
37
184
7
128,57
4494
-5529
2247
24830
432
292
469
35
171
6
141,43
3583
-6526
1792
24331
427
233
415
31
136
5
154,29
2427
-7083
1214
24053
424
158
349
26
92
3
167,14
1210
-7331
605
23929
423
79
280
21
46
2
180,00
-7396
23896
423
211
16
180,00
-7569
23810
422
211
16
192,86
-1241
-7518
-621
23835
422
-81
141
10
-47
-2
205,71
-2505
-7313
-1253
23938
423
-163
70
5
-95
-4
218,57
-3747
-6824
-1874
24182
425
-244
2
-142
-5
231,43
-4805
-5912
-2403
24638
430
-312
-55
-4
-182
-7
244,29
-5415
-4536
-2708
25326
437
-352
-86
-6
-205
-8
257,14
-5291
-2848
-2646
26170
445
-344
-75
-6
-201
-7
270,00
-4287
-1217
-2144
26986
453
-279
-15
-1
-163
-6
282,86
-2570
-116
-1285
27536
459
-167
85
6
-98
-4
295,71
-696
141
-348
27665
460
-45
191
14
-26
-1
308,57
534
-263
267
27462
458
35
259
19
20
1
321,43
510
-453
255
27367
457
33
257
19
19
1
334,29
-518
812
-259
28000
464
-34
203
15
-20
-1
347,14
-1072
3656
-536
29422
478
-70
179
13
-41
-2
360,00
5387
30288
486
243
18
360,00
57280
56234
746
373
28
372,86
17510
59720
8755
57454
758
1138
1365
101
665
25
385,71
24990
39200
12495
47194
656
1624
1734
128
948
35
398,57
24460
21740
12230
38464
568
1590
1661
123
928
34
411,43
21530
10620
10765
32904
513
1399
1468
109
817
30
424,29
19000
3858
9500
29523
479
1235
1309
97
721
27
437,14
17300
-779
8650
27205
456
1125
1202
89
657
24
450,00
15910
-4515
7955
25337
437
1034
1114
83
604
22
462,86
14310
-7704
7155
23742
421
930
1016
75
543
20
475,71
12280
-10290
6140
22449
408
798
895
66
466
17
488,57
9882
-12160
4941
21514
399
642
756
56
375
14
501,43
7318
-13330
3659
20929
393
476
608
45
278
10
514,29
4776
-13940
2388
20624
390
310
464
34
181
7
527,14
2344
-14200
1172
20494
389
152
326
24
89
3
540,00
-14270
20459
388
194
14
540,00
-7396
23896
423
211
16
552,86
-1210
-7331
-605
23929
423
-79
143
11
-46
-2
565,71
-2427
-7083
-1214
24053
424
-158
75
6
-92
-3
578,57
-3583
-6526
-1792
24331
427
-233
12
1
-136
-5
591,43
-4494
-5529
-2247
24830
432
-292
-37
-3
-171
-6
604,29
-4860
-4072
-2430
25558
439
-316
-54
-4
-184
-7
617,14
-4354
-2344
-2177
26422
448
-283
-21
-2
-165
-6
630,00
-2777
-788
-1389
27200
456
-181
71
5
-105
-4
642,86
-247
-11
-124
27588
460
-16
216
16
-9
655,71
2712
-551
1356
27319
457
176
381
28
103
4
668,57
5256
-2592
2628
26298
447
342
519
38
199
7
681,43
6502
-5779
3251
24705
431
423
581
43
247
9
694,29
5900
-9254
2950
22967
413
384
539
40
224
8
707,14
3501
-11940
1751
21624
400
228
397
29
133
5
720,00
-12950
21119
395
197
15
Определив изгибающий момент в опасной точке сечения, легко вычислить напряжение в этой точке:
<img border=«0» width=«68» height=«45» src=«ref-1_1495813912-237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1301">,
где <img border=«0» width=«365» height=«47» src=«ref-1_1495814149-791.coolpic» v:shapes="_x0000_i1302"> — момент сопротивления изгибу.
Касательные напряжения от скручивающего момента
<img border=«0» width=«63» height=«47» src=«ref-1_1495814940-231.coolpic» v:shapes="_x0000_i1303">,
где <img border=«0» width=«84» height=«24» src=«ref-1_1495815171-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1304">,
<img border=«0» width=«276» height=«25» src=«ref-1_1495815361-446.coolpic» v:shapes="_x0000_i1305">.
Амплитудные напряжения циклов:
<img border=«0» width=«264» height=«41» src=«ref-1_1495815807-522.coolpic» v:shapes="_x0000_i1306">;
<img border=«0» width=«241» height=«41» src=«ref-1_1495816329-484.coolpic» v:shapes="_x0000_i1307">.
Зная предел усталости материала вала, определим запас прочности по нормальным и касательным напряжениям:
<img border=«0» width=«92» height=«69» src=«ref-1_1495816813-297.coolpic» v:shapes="_x0000_i1308">, <img border=«0» width=«85» height=«69» src=«ref-1_1495817110-272.coolpic» v:shapes="_x0000_i1309">,
где <img border=«0» width=«20» height=«24» src=«ref-1_1495817382-102.coolpic» v:shapes="_x0000_i1310">— коэффициент, учитывающий влияние концентрации напряжений при переменных нормальных напряжениях;
<img border=«0» width=«20» height=«24» src=«ref-1_1495817484-95.coolpic» v:shapes="_x0000_i1311"> — коэффициент, учитывающий влияние размеров детали при переменных нормальных напряжениях;
<img border=«0» width=«17» height=«24» src=«ref-1_1495817579-99.coolpic» v:shapes="_x0000_i1312">— коэффициент, учитывающий влияние концентрации напряжений при переменных касательных напряжениях;
<img border=«0» width=«17» height=«24» src=«ref-1_1495817678-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1313"> — коэффициент, учитывающий влияние размеров детали при переменных касательных напряжениях.
Для шеек валов у края смазочных отверстий <img border=«0» width=«12» height=«23» src=«ref-1_1495769752-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1314"><img border=«0» width=«96» height=«47» src=«ref-1_1495817841-257.coolpic» v:shapes="_x0000_i1315">.
Тогда
<img border=«0» width=«120» height=«44» src=«ref-1_1495818098-311.coolpic» v:shapes="_x0000_i1316">, <img border=«0» width=«107» height=«44» src=«ref-1_1495818409-285.coolpic» v:shapes="_x0000_i1317">
Суммарный запас прочности
<img border=«0» width=«219» height=«49» src=«ref-1_1495818694-557.coolpic» v:shapes="_x0000_i1318">
Таким образом, необходимый запас прочности по нормальным и касательным напряжениям для шатунной шейки обеспечивается.
продолжение
--PAGE_BREAK--4.3 Определение запаса прочности в коренной шейке
В коренной шейке определяются только касательные напряжения от действия крутящего момента <img border=«0» width=«84» height=«24» src=«ref-1_1495815171-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1319">.
Касательные напряжения от скручивающего момента <img border=«0» width=«63» height=«47» src=«ref-1_1495814940-231.coolpic» v:shapes="_x0000_i1320">, где
<img border=«0» width=«465» height=«47» src=«ref-1_1495819672-937.coolpic» v:shapes="_x0000_i1321">
Величина крутящего момента и касательных напряжений приведены в таблице 6.
Таблица 6 – Величина крутящего момента и касательных напряжений
<img border=«0» width=«57» height=«24» src=«ref-1_1495820609-161.coolpic» v:shapes="_x0000_i1322">
<img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495820770-98.coolpic» v:shapes="_x0000_i1323">
<img border=«0» width=«57» height=«24» src=«ref-1_1495820609-161.coolpic» v:shapes="_x0000_i1324">
<img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495820770-98.coolpic» v:shapes="_x0000_i1325">
<img border=«0» width=«57» height=«24» src=«ref-1_1495820609-161.coolpic» v:shapes="_x0000_i1326">
<img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495820770-98.coolpic» v:shapes="_x0000_i1327">
<img border=«0» width=«57» height=«24» src=«ref-1_1495820609-161.coolpic» v:shapes="_x0000_i1328">
<img border=«0» width=«19» height=«24» src=«ref-1_1495820770-98.coolpic» v:shapes="_x0000_i1329">
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
-66,5
-1,1
-23,6
-0,4
332,7
5,7
-23,0
-0,4
-112,1
-1,9
-47,6
-0,8
474,8
8,1
-46,1
-0,8
-123,5
-2,1
-71,2
-1,2
464,7
7,9
-68,1
-1,2
-99,9
-1,7
-91,3
-1,6
409,1
7,0
-85,4
-1,5
-51,5
-0,9
-102,9
-1,8
361,0
6,2
-92,3
-1,6
4,7
0,1
-100,5
-1,7
328,7
5,6
-82,7
-1,4
52,8
0,9
-81,5
-1,4
302,3
5,2
-52,8
-0,9
82,7
1,4
-48,8
-0,8
271,9
4,6
-4,7
-0,1
92,3
1,6
-13,2
-0,2
233,3
4,0
51,5
0,9
85,4
1,5
10,1
0,2
187,8
3,2
99,9
1,7
68,1
1,2
9,7
0,2
139,0
2,4
123,5
2,1
46,1
0,8
-9,8
-0,2
90,7
1,5
112,1
1,9
23,0
0,4
-20,4
-0,3
44,5
0,8
66,5
1,1
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Зная предел усталости материала вала, определим запас прочности по касательным напряжениям:;
<img border=«0» width=«85» height=«69» src=«ref-1_1495817110-272.coolpic» v:shapes="_x0000_i1330">,
где:
<img border=«0» width=«257» height=«41» src=«ref-1_1495821917-514.coolpic» v:shapes="_x0000_i1331">,
<img border=«0» width=«117» height=«44» src=«ref-1_1495822431-303.coolpic» v:shapes="_x0000_i1332">
Таким образом, запас прочности по касательным напряжениям для коренной шейки обеспечивается.
продолжение
--PAGE_BREAK--
еще рефераты
Еще работы по производству
Реферат по производству
Тепловой расчет блока электростанции
2 Сентября 2013
Реферат по производству
Проектирование двигательной установки и элементов конструкции второй ступени баллистической ракеты
2 Сентября 2013
Реферат по производству
Винтовентиляторный двигатель
2 Сентября 2013
Реферат по производству
Проектирование механических передач
2 Сентября 2013