Расчетно-практическое занятие № 3.1 по профессиональному модулю.

Расчётно­ практическое занятие № 3.1 Тема : Теория поршневых ДВС. Наименование : Динамический расчёт двигателя. Норма времени – 2*45 = 90мин. Задание – Произвести расчёт сил, действующих в кривошипно­шатунном  механизме (КШМ), поршневого ДВС в следующем порядке : 1.Используя индикаторную и лучевую диаграммы определить текущее значение  давления газов в цилиндре [Рх(мпа)], в функции поворота  коленчатого вала[αпкв]  2. Определить суммарную величину сил инерции, действующих в цилиндро­ поршневой группе [Рϳ12 = Р 1ϳ  + Р 2ϳ ] ;(кн), используя графический метод; 3. Расчитать текушее значение силы давления газов в функции от αпкв:                   Рг = f(αпкв) ; 4. Расчитать текущее значение результирующей силы, действующей на днище  поршня и поршневой палец :   Ррез.= Р г± Р 12ϳ 5.  Полученные данные занести в сводную таблицу №3.1 динамического расчёта  (колонки с второй по пятую)                               «Результаты динамического расчёта двигателя.»таблица №3.1.1   αпкв град. № Точки  ;(кн); Рг кн Р 12ϳ кн Ррез кн Рх мпа Z кн Рс кн R кн sin(α+β ) /cosβ   6 Т    кн   7 cos(α+β ) /cos β    8   2   3   4   5   1   0  30   60  ­­­­ 360 375 390 ­­­­ 660 690 720   9  10  11  12 1 2 3 ­­­ 13 14 15 ­­­­ 24 25 26 6.  Для расчёта используются дополнительные параметры двигателя приведённые в таблице № 3.2 Дополнительные данные для динамического расчета»  таблица  №3.1.2 № вариант.    dц     мм       λш      mп     кг     mш    кг   m" шк кг/м2 1   2    3    4     5   6   7   8   9   10   11   12   13    14    15   16    17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32    33   34    35   36   37   38   39   40    41 100 110 76 79 80 115 115 82 82 140 140 84 86 88 90 92 130 124 122 120 118 116 114 112 94 110 108 106 104 96 98 94 90 78 76 72 76 79 82 89 91 0,278 0,278 0,25 0,25 0,25 0,263 0,263 0,250 0,25 0,294 0,294 0,238 0,238 0,238 0,238 0,238 0,278 0,278 0,278 0,278 0,238 0,238 0,238 0,238 0,25 0,25 0,263 0,263 0,263 0,263 0,278 0,278 0,294 0,263 0,25 0,238 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 2,15 2,15 0,83 0,72 0,52 2,96 4,15 0,45 0,45 2,15 2,15 0,8 0,79 0,76 0,74 0,7 2,55 2,56 2,58 2,6 2,7 2,71 2,74 2,76 0,45 0,49 4,15 4,21 4,01 0,72 0,71 2,15 2,96 2,74 4,01 4,15 0,78 0,85 0,95 0,96 1,06 9. Условные обозначения: 2,58 2,38 0,315 0,89 0,78 3,25 4,62 0,95 0,95 2,6 2,7 0,9 0,85 0,84 0,64 0,6 3,11 3,12 3,14 3,0 2,9 2,85 2,75 2,7 0,9 0,95 6,97 7,01 7,21 1,08 1,1 2,6 3,0 2,8 7,2 6,9 0,69 0,71 0,84 0,99 1,16 275 202 139 127 135 240 220 120 130 260 250 140 160 170 180 190 186 184 182 180 178 172 170 165 110 160 158 156 150 110 100 260 240 200 200 190 180 110 150 148 175 ­dц­ диаметр цилиндра;(мм); ­λш­ отношение радиуса кривошипа к длине шатуна ; ­mп ­ масса поршневого комплекта ;(кг); ­ mш ­ масса шатуна ;(кг) ; ­ m" шк ­ удельная масса неуравновешенной части коленчатого вала ; (кг/м2) 10. Порядок проведения динамического  расчёта(часть №1): 10.1 Расчёт сил давления газов, сил инерции первого и второго порядка,  суммарная сила инерции и результирующая сила.    Анализ сил, действующих в кривошипно­шатунном механизме (КШМ),  необходим для расчёта  деталей двигателя на прочность и определения нагрузок на подшипники. Детали КШМ подвергаются воздействию следующих сил(рис.2):  ­сила давление газов в цилиндре (Рг); сила инерции возвратно­движущихся деталей КШМ (Рј1.2); центробежные силы инерции вращающихся масс (Рс). Силы давления  газов зависят от протекания рабочего процесса в цилиндре двигателя и  определяются по индикаторным диаграммам. Силы инерции зависят то массы  деталей, движущихся с переменными скоростями. 1.Определение сил, действующих вдоль оси цилиндра на поршневой палец. На  поршневой палец действует сила давления газов (Рг)  и силы инерции возвратно­ движущихся масс ( Рј1.2) кривошипно­шатунного механизма. 1.1Сила давления газов определяется по формуле:  Рг = (Рх­Р0)*(d2/4)*3.14*106;(н);      Р0 – давление окружающей среды; (мпа).  Рх – текущее давление по индикаторной диаграмме; (мпа). d(dц) – диаметр цилиндра; (м).  Определение текущего значения давления газов в цилиндре двигателя в функции  от угла поворота  коленчатого вала производится графоаналитическим методом.  Для этого под построенной индикаторной диаграммой строится полуокружность  радиусом, равным половине длины диаграммы  (lvh/2), (рис3).  Вправо по  горизонтали от центра полуокружности в том же масштабе откладывается отрезок  (0­01), равный величине  λш*rкш/2 ,  где  rкш – радиус кривошипа;   λш – отношение радиуса  кривошипа к длине шатуна. Если длина индикаторной  диаграммы не равна ходу поршня то отрезок  [ 0­01]     (поправка Брикса)    следует находить по выражению   λш*r/2 ,  где  r =lд/2. Из конца этого отрезка  (точка 01) проводится ряд лучей под углом  α1,α2,α3……α25,α26  к горизонтали до пересечения с полуокружностью  (рекомендуемый интервал 300 пкв). Проекции концов этих лучей на соответствующие ветви индикаторной указывают, какие точки рабочего процесса  соответствуют тем или иным углам поворота  коленчатого вала (пкв), а по  масштабной оси ординат можно определить давление в этих точках. Величины  давлений  «Рх» и соответственно «Рг» при различных значениях угла поворота  (αпкв) за период рабочего цикла заносятся в таблицу № 3.1.1.  = 3,14*n н/30, (с­1) . ) + α λш*cos(2 )]α , (н) ; ) ]α  и сил инерции второго порядка, действующих  1.2Определение значений величины силы инерции  (Рј12) . Суммарная сила инерции рассчитывается  в соответствии углом поворота  αпкв по  формуле:   Рј12 = ­ mј*rкш *ω2[ cos(  где mј – масса, совершающая возвратно­поступательное движение рассчитываемая по формуле mј = mп+0,275*mш , (кг); mп – масса поршневого коплекта,(кг);  mш – масса шатуна, (кг)э Значение масс (mп,mш) принимают, ориентируясь на  данные двигателей прототипов(табл.№ 3.1.2)  ω – угловая скорость вращения коленчатого вала  определяется из выражения      ω Суммарная сила инерции движущихся возвратно­поступательно масс  рассматривают как алгебраическую сумму сил инерции первого порядка              [Рј1 = ­mј*rкш*ω2*λш*cos( одновременно [Рј2 =­mј*rкш*λш*ω2*cos(2 )]α , аналитический подсчёт  которых ,  весьма кропотливое и ёмкое по времени занятие. В целях экономии времени  определение значений  сил инерции удобнее производить графическим путём. Для  этого в принятом масштабе проводим из общего центра  «0» (см. рис 4)  две  полуокружности   ( одну радиусом  r1= m*rкш*ω2 , другую радиусом r2= r1* шλ ) и  ряд лучей под углами (α1,α2,α3……  α6) к вертикали. Вертикальные проекции  отрезков лучей, пересекающих первую окружность,  дают в принятом масштабе   значение сил Рј1 при соответствующих углах поворота коленчатого вала , а  проекции отрезков тех же лучей, пересекающих вторую окружность, значения сил  Рј2 при углах поворота коленчатого вала , соответственно вдвое меньших. Через  центр «0» проводим горизонтальную линию и откладываем на ней,  как  на оси  абсцисс, значения углов поворота  (α) коленчатого вала за рабочий цикл(от 00 до  7200). По точкам пересечения указанных выше проекций с ординатами,  проходящими через соответствующие значения  углов (α) на оси абсцисс, строим  кривые  Рј1 и Рј2 . Путём суммирования ординат кривых Рј1 и Рј2 получаем кривую  результирующей силы инерции Рј12(см.рис 4). 1.3Определив силы Рг и Рј12, находим алгебраическим сложением их  результирующую силу Ррез  , действующую на поршневой палец : Ррез = Рг +  Рј12, (н).  Все расчёты по названным выше силам заносятся в сводную таблицу  текущих  значений (табл.№3.1.1)  и строится сводный график сил, действующих на поршневой палец. Для этого на оси абсцисс прямоугольных координат   откладывается значение углов (α) поворота коленчатого вала за рабочий цикл ( от  00 до 7200 )  в принятом масштабе и  строятся кривые сил Рг, Рј12 и Ррез в принятом  масштабе по оси ординат(см. рис 5).  Правило знаков:   ­ сила считается положительной, если она направлена к центру кривошипа;     ­ сила считается отрицательной, если она направлена от центра кривошипа.