Förändring i tangentiell kraft vid rothalsen. vevmekanism

23.11.2021

2.1.1 Val av l och längd L på vevstaken

För att minska höjden på motorn utan en betydande ökning av tröghets- och normalkrafter togs värdet på förhållandet mellan vevens radie och längden på vevstaken i den termiska beräkningen l = 0,26 för prototypmotorn .

Under dessa omständigheter

där R är vevens radie - R = 70 mm.

Resultaten av beräkningen av kolvens förskjutning, utförd på en dator, ges i bilaga B.

2.1.3 Rotationsvinkelhastighet för vevaxeln u, rad / s

2.1.4 Kolvhastighet Vп, m/s

2.1.5 Kolvacceleration j, m/s2

Resultaten av beräkningen av kolvens hastighet och acceleration ges i bilaga B.

Dynamik

2.2.1 Allmänt

Den dynamiska beräkningen av vevmekanismen består i att bestämma de totala krafterna och momenten som härrör från gastrycket och från tröghetskrafterna. Dessa krafter används för att beräkna hållfastheten och slitaget hos huvuddelarna, samt för att bestämma ojämnheten i vridmomentet och graden av ojämnhet i motorslaget.

Under motordrift påverkas vevmekanismens delar av: krafter från gastrycket i cylindern; tröghetskrafter av fram- och återgående rörliga massor; centrifugalkrafter; tryck på kolven från sidan av vevhuset (ungefär lika med atmosfärstryck) och gravitation (de tas vanligtvis inte med i den dynamiska beräkningen).

Alla verkande krafter i motorn uppfattas: av användbara motstånd på vevaxeln; friktionskrafter och motorfästen.

Under varje arbetscykel (720 för en fyrtaktsmotor) ändras krafterna som verkar i vevmekanismen kontinuerligt i storlek och riktning. Därför, för att bestämma arten av förändringen i dessa krafter genom vevaxelns rotationsvinkel, bestäms deras värden för ett antal individuella axelpositioner, vanligtvis var 10 ... 30 0.

Resultaten av den dynamiska beräkningen är tabellerade.

2.2.2 Tryckkrafter hos gaser

Gastryckskrafterna som verkar på kolvområdet, för att förenkla den dynamiska beräkningen, ersätts av en enda kraft riktad längs cylinderaxeln och nära kolvtappsaxeln. Denna kraft bestäms för varje tidpunkt (vinkel c) enligt det faktiska indikatordiagrammet, byggt på basis av termisk beräkning(vanligtvis för normal effekt och motsvarande hastighet).

Rekonstruktion av indikatordiagrammet till ett detaljerat diagram med vevaxelns rotationsvinkel utförs vanligtvis enligt metoden av prof. F. Brix. För detta byggs en hjälphalvcirkel med radien R = S / 2 under indikatordiagrammet (se figuren på ark 1 i A1-format under rubriken "Indikatordiagram i P-S-koordinater"). Längre från mitten av halvcirkeln (punkt O) i riktning mot N.M.T. Brix-korrigeringen lika med Rl / 2 skjuts upp. Halvcirkeln är uppdelad av strålar från centrum O i flera delar, och från centrum av Brix (punkt O) dras linjer parallellt med dessa strålar. Punkterna som erhålls på en halvcirkel motsvarar vissa strålar q (i A1-formatbilden är intervallet mellan punkter 30 0). Från dessa punkter dras vertikala linjer upp till skärningen med linjerna i indikatordiagrammet, och de erhållna tryckvärdena bärs längs vertikalen

motsvarande vinklar c. Utvecklingen av indikatordiagrammet börjar vanligtvis från V.M.T. under intagsslaget:

a) indikatordiagrammet (se figuren på ark 1 i A1-formatet), som erhålls i termisk beräkning, är utplacerat längs vevens rotationsvinkel med Brix-metoden;

Brix-korrigering

där Ms är skalan för kolvens slaglängd på indikatordiagrammet;

b) skalan för det expanderade diagrammet: tryck Мр = 0,033 MPa / mm; vevens rotationsvinkel Mf = 2 gr p.c. / mm;

c) enligt det utökade diagrammet, var 10 0 av vevens rotationsvinkel, bestäms värdena för Ap g och läggs in i den dynamiska beräkningstabellen (i tabellen ges värdena efter 30 0 ):

d) enligt det expanderade diagrammet var 10:e 0:e 00:00, bör det tas med i beräkningen att trycket på det kollapsade indikatordiagrammet räknas från absoluta noll, och det expanderade diagrammet visar övertrycket över kolven

MN/m 2 (2,7)

Följaktligen kommer trycken i motorcylindern, mindre än atmosfärstrycket, att vara negativa på det utökade diagrammet. Gastryckskrafterna riktade mot vevaxelns axel anses vara positiva och från vevaxeln - negativa.

2.2.2.1 Gastryckets kraft på kolven Рг, Н

Pg = (pg - p 0) F P * 106 H, (2,8)

där F P uttrycks i cm 2, och p g och p 0 - i MN / m 2,.

Av ekvation (139) följer att kurvan för tryckkrafterna för gaserna P g längs vevaxelns rotationsvinkel kommer att ha samma förändringskaraktär som kurvan för gastrycket Ap g.

2.2.3 Reduktion av massor av delar av vevmekanismen

Genom rörelsens natur kan massorna av delarna av vevmekanismen delas in i massor som rör sig ömsesidigt (kolvgrupp och övre vevstångshuvud), massor som utför rotationsrörelse (vevaxel och nedre vevstångshuvud): massor som utför komplexa plan -parallell rörelse (vevstång).

För att förenkla den dynamiska beräkningen ersätts den faktiska vevmekanismen av ett dynamiskt ekvivalent massasystem.

Kolvgruppens massa anses inte vara koncentrerad till axeln.

kolvtapp vid punkt A [2, figur 31, b].

Vevstångsgruppens massa m Ш ersätts av två massor, varav en m ШП är koncentrerad på kolvtappens axel vid punkt A - och den andra m ШК - på vevaxeln i punkt B. Värdena av dessa massor bestäms från uttrycken:

där L ШК är vevstakens längd;

L, MK - avstånd från mitten av vevhuvudet till vevstakens tyngdpunkt;

L ШП - avstånd från mitten av kolvhuvudet till vevstakens tyngdpunkt

Med hänsyn till cylinderdiametern - S / D-förhållandet för en radmotor och ett tillräckligt högt värde på p g, ställs massan av kolvgruppen (kolv gjord av aluminiumlegering) in t P = m j

2.2.4 Tröghetskrafter

Tröghetskrafterna som verkar i vevmekanismen, i enlighet med arten av rörelsen hos de reducerade massorna Pg, och centrifugaltröghetskrafterna för de roterande massorna K R (Figur 32, a;).

Tröghetskraft från fram- och återgående massor

2.2.4.1 Från de beräkningar som erhållits på en dator bestäms värdet på tröghetskraften för fram- och återgående massor:

I likhet med kolvens acceleration kan kraften P j: representeras som summan av tröghetskrafterna för den första P j1- och andra P j2-ordningen

I ekvationerna (143) och (144) indikerar minustecknet att tröghetskraften är riktad i motsatt riktning mot accelerationen. Tröghetskrafterna hos de fram- och återgående massorna verkar längs cylinderns axel och anses, liksom gastryckskrafterna, vara positiva om de är riktade mot vevaxelns axel, och negativa om de är riktade bort från vevaxeln.

Konstruktionen av kurvan för tröghetskraften för fram- och återgående massor utförs med metoder som liknar konstruktionen av accelerationskurvan

kolv (se figur 29), men på en skala av M p och M n i mm, där ett diagram över gastryckskrafter är inritade.

Beräkningar av P J bör utföras för samma vevlägen (vinklar q) för vilka Dr r och Dr bestämdes

2.2.4.2 Centrifugaltröghetskraft för roterande massor

Kraften K R är konstant i storlek (vid u = const), verkar längs vevaxelns radie och är konstant riktad från vevaxelns axel.

2.2.4.3 Centrifugaltröghetskraft för roterande vevstakemassor

2.2.4.4 Centrifugalkraft som verkar i vevmekanismen

2.2.5 Totala krafter som verkar i vevmekanismen:

a) de totala krafterna som verkar i vevmekanismen bestäms av den algebraiska additionen av tryckkrafterna hos gaser och tröghetskrafterna för fram- och återgående massor. Den totala kraften koncentrerades på kolvtappens axel

P = P Г + P J, Н (2,17)

Grafiskt ritas kurvan för de totala krafterna med hjälp av diagram

Pg = f (q) och P J = f (q) (se figur 30,) När man summerar dessa två diagram byggda på samma skala MR, kommer det resulterande P-diagrammet att vara i samma skala MR.

Den totala kraften P, såväl som krafterna Pg och P J, riktas längs cylindrarnas axel och appliceras på kolvtappens axel.

Slaget från kraften P överförs till cylinderns väggar vinkelrät mot dess axel och till vevstaken i riktning mot dess axel.

Kraften N, som verkar vinkelrätt mot cylinderns axel, kallas normalkraften och uppfattas av cylinderns väggar N, N

b) normalkraften N anses vara positiv om det moment som den skapar i förhållande till axeltapparnas vevaxel har en riktning motsatt rotationsriktningen för motorbomullen.

Värdena för normalkraften Ntgw bestäms för l = 0,26 enligt tabellen

c) kraften S som verkar längs vevstaken verkar på den och överförs sedan * till veven. Det anses positivt om det komprimerar vevstaken, och negativt om det sträcks.

Kraft som verkar längs vevstaken S, N

S = P (1 / cos in), H (2,19)

Från verkan av kraften S på vevstakstappen uppstår två komponenter av kraften:

d) kraft riktad längs vevens radie K, N

e) tangentiell kraft riktad tangentiellt mot cirkeln för vevaxelns radie, T, N

T-kraften anses vara positiv om den trycker ihop knäets kinder.

2.2.6 Genomsnittlig tangentiell kraft per cykel

där Р Т - genomsnittligt indikatortryck, MPa;

F p - kolvarea, m;

f - slag av prototypmotorn

2.2.7 Vridmoment:

a) av värdet d) bestäms vridmomentet för en cylinder

M kr.ts = T * R, m (2,22)

Kurvan för förändringen av kraften T beroende på q är också kurvan för förändringen i Mcr.ts, men på en skala

M m = Mp * R, N * m i mm

För att plotta kurvan för det totala vridmomentet M cr för den flercylindriga motorn, summeras kurvorna för vridmomenten för varje cylinder grafiskt, varvid den ena kurvan förskjuts i förhållande till den andra med vevens rotationsvinkel mellan blinkningarna. Eftersom värdena och arten av förändringen i vridmomentet i vevaxelns rotationsvinkel är desamma från alla cylindrar i motorn, skiljer de sig endast i vinkelintervall lika med vinkelintervallen mellan blinkningar i enskilda cylindrar, sedan till beräkna motorns totala vridmoment räcker det med en vridmomentkurva på en cylinder

b) för en motor med lika intervall mellan blinkningarna kommer det totala vridmomentet att ändras periodiskt (i är antalet motorcylindrar):

För en fyrtaktsmotor genom O -720 / L grader. Vid grafisk plottning av M cr-kurvan (se ark med whatman-papper 1, A1-format), delas M cr.ts-kurvan för en cylinder in i ett antal sektioner lika med 720 - 0 (för fyrtaktsmotorer), alla sektioner av kurvan sammanförs och summeras.

Den resulterande kurvan visar förändringen i motorns totala vridmoment som en funktion av vevaxelns rotationsvinkel.

c) medelvärdet för det totala vridmomentet M cr.av bestäms av arean innesluten under kurvan M cr.

där F 1 och F 2 är den positiva arean respektive den negativa arean i mm 2, innesluten mellan M cr-kurvan och AO-linjen och är ekvivalenta med det arbete som utförs av det totala vridmomentet (för i? 6 är den negativa arean vanligtvis frånvarande);

ОА — längden på intervallet mellan blinkningar på diagrammet, mm;

M m är skalan av ögonblick. N * m i mm.

Momentet M kr.sr är det genomsnittliga indikatormomentet

motor. Det faktiska effektiva vridmomentet taget från motoraxeln.

där s m är motorns mekaniska verkningsgrad

De huvudsakliga beräknade uppgifterna om krafterna som verkar i vevmekanismen genom vevaxelns rotationsvinkel ges i bilaga B.

Vevmekanismen (KShM) är huvudmekanismen för kolvförbränningsmotorn, som tar emot och överför betydande belastningar. Därför är beräkningen av styrkan hos KShM av stor betydelse. I tur och ordning beräkningar av många motordelar beror på kinematik och dynamik hos driftdonet. Den kinematiska analysen av KShM fastställer rörelselagarna för dess länkar, i första hand kolven och vevstaken.

11.1. KShM-typer

Tre typer av KShM används i kolvförbränningsmotorer:

central (axiell);

blandad (deaxial);

med en bogserad vevstake.

V centrala KShM cylinderns axel skär med vevaxelns axel (Fig. 11.1).

Ris. 11.1. Centralt KShM-schema: φ - nuvarande rotationsvinkel för vevaxeln; β är avböjningsvinkeln för vevstångsaxeln från cylinderaxeln (när vevstången avböjs i vevens rotationsriktning anses vinkeln β vara positiv, i motsatt riktning - negativ); S - kolvslag;
R- vevens radie; L är längden på vevstaken; x är kolvens rörelse;

ω - vevaxelns vinkelhastighet

Vinkelhastigheten beräknas med formeln

En viktig designparameter för KShM är förhållandet mellan vevaxelns radie och vevstakens längd:

Det visade sig att med en minskning av λ (på grund av en ökning av L) det finns en minskning av tröghets- och normalkrafter. Detta ökar höjden på motorn och dess massa, därför tas λ i bilmotorer från 0,23 till 0,3.

λ-värdena för vissa bil- och traktormotorer anges i tabellen. 11.1.

Tabell 11. 1. Värden för parametern λ för olika motorer

V disaxiell KShM(fig. 11.2) cylinderaxeln skär inte vevaxelns axel och är förskjuten relativt den med ett avstånd a.

Ris. 11.2. Diagram över deaxial KShM

Disaxial KShM har några fördelar jämfört med den centrala KShM:

ett ökat avstånd mellan vevaxeln och kamaxlarna, som ett resultat av vilket utrymmet för rörelse av det nedre vevstakehuvudet ökas;

mer enhetligt slitage av motorcylindrar;

med samma värden R och λ är ett längre kolvslag, vilket hjälper till att minska innehållet av giftiga ämnen i motorns avgaser;

ökat motorvolym.

I fig. 11.3 visar KShM med bogserad vevstake. Vevstången, som är vridbart ansluten direkt till vevaxelns axeltapp, kallas huvudstången, och vevstaken, som är ansluten till huvudet med hjälp av ett stift placerat på dess huvud, kallas släp. Ett sådant KShM-schema används på motorer med ett stort antal cylindrar när de vill minska längden på motorn. Kolvarna som är anslutna till huvud- och vevstaken har inte samma slaglängd, eftersom axeln på vevhuvudet på den släpande vevstaken under drift beskriver en ellips, vars halvstora axel är större än vevens radie . I den V-formade tolvcylindriga D-12-motorn är skillnaden i kolvslag 6,7 mm.

Ris. 11.3. KShM med bogserad vevstake: 1 - kolv; 2 - kompressionsring; 3 - kolvstift; 4 - kolvstiftsplugg; 5 - bussning av det övre vevstakehuvudet; 6 - huvudvevstake; 7 - bogserad vevstake; 8 - bussning av det nedre huvudet på den bogserade vevstaken; 9 - stift för att fästa vevstaken; 10 - lokaliseringsstift; 11 - skär; 12-konisk stift

11.2. Kinematik för den centrala KShM

I den kinematiska analysen av vevaxeln antas det att vevaxelns vinkelhastighet är konstant. Uppgiften för den kinematiska beräkningen är att bestämma kolvens rörelse, hastigheten på dess rörelse och acceleration.

11.2.1. Kolvrörelse

Kolvens rörelse beroende på vevens rotationsvinkel för en motor med en central styrväxel beräknas med formeln

Analys av ekvation (11.1) visar att kolvens rörelse kan representeras som summan av två rörelser:

x 1 - förskjutning av första ordningen, motsvarar kolvens förskjutning med en oändligt lång vevstång (L = ∞ vid λ = 0):

x 2 - andra ordningens förskjutning, är en korrigering för vevstakens slutliga längd:

Värdet på x 2 beror på λ. För en given λ kommer extremvärden x 2 att ske om

det vill säga inom ett varv kommer extremvärdena på x 2 att motsvara rotationsvinklarna (φ) 0; 90; 180 och 270°.

Förskjutningen kommer att nå sina maximala värden vid φ = 90 ° och φ = 270 °, dvs när cos φ = -1. I dessa fall kommer den faktiska förskjutningen av kolven att vara

MagnitudenλR / 2, kallas Brix-korrigering och är den slutliga vevstakslängdkorrigeringen.

I fig. 11.4 visar kolvrörelsens beroende av vevaxelns rotationsvinkel. När veven vrids 90°, rör sig kolven mer än halva sitt slag. Detta beror på det faktum att när veven vrids från TDC till BDC, rör sig kolven under verkan av vevstakens rörelse längs cylinderns axel och dess avvikelse från denna axel. I den första fjärdedelen av cirkeln (från 0 till 90 °) avviker vevstången, samtidigt med dess rörelse till vevaxeln, från cylinderaxeln, och båda rörelserna av vevstaken motsvarar kolvens rörelse i en riktning , och kolven färdas mer än hälften av sin bana. När veven rör sig i den andra fjärdedelen av cirkeln (från 90 till 180 °), sammanfaller inte riktningarna för vevstaken och kolvens rörelser, kolven går den kortaste vägen.

Ris. 11.4. Beroende av kolvens förskjutning och dess komponenter på vevaxelns rotationsvinkel

Kolvens rörelse för var och en av rotationsvinklarna kan bestämmas grafiskt, vilket kallas Brix-metoden. För att göra detta, från mitten av en cirkel med radien R = S / 2, deponeras Brix-korrigeringen mot NMT, ett nytt centrum hittas O 1 . Från centrum O 1 genom vissa värden på φ (till exempel var 30°), ritas radievektorn tills den skär cirkeln. Projektionerna av skärningspunkterna på cylinderaxeln (TDC-BDC-linjen) ger de önskade kolvpositionerna för de givna värdena för vinkeln φ. Användningen av moderna automatiserade datorverktyg gör att du snabbt kan bli beroende x=f(φ).

11.2.2. Kolvhastighet

Derivatan av kolvens rörelse - ekvation (11.1) med avseende på rotationstiden ger kolvens rörelsehastighet:

I likhet med kolvens rörelse kan kolvens hastighet också representeras i form av två komponenter:

var V 1 - första ordningens kolvhastighetskomponent:

V 2 - komponent av kolvhastigheten av andra ordningen:

Komponent V 2 representerar kolvens hastighet med en oändligt lång vevstake. Komponent V 2 är korrigeringen för kolvhastigheten för vevstakens ändlängd. Beroendet av förändringen i kolvens hastighet på vevaxelns rotationsvinkel visas i fig. 11.5.

Ris. 11.5. Kolvhastighetens beroende av vevaxelns rotationsvinkel

Hastigheten når sina maximala värden vid vevaxelns rotationsvinklar mindre än 90 och mer än 270 °. Det exakta värdet av dessa vinklar beror på λ-värdena. För λ från 0,2 till 0,3 motsvarar de maximala kolvhastigheterna vevaxelns rotationsvinklar från 70 till 80 ° och från 280 till 287 °.

Den genomsnittliga kolvhastigheten beräknas enligt följande:

Den genomsnittliga kolvhastigheten i bilmotorer är vanligtvis mellan 8 och 15 m/s. Värdet på den maximala kolvens hastighet kan bestämmas med tillräcklig noggrannhet som

11.2.3. Kolvacceleration

Kolvens acceleration definieras som den första derivatan av hastigheten över tiden eller som den andra derivatan av kolvens förskjutning över tiden:

var och - harmoniska komponenter av första och andra ordningen av kolvacceleration, respektive j 1 och j 2. I detta fall uttrycker den första komponenten kolvens acceleration med en oändligt lång vevstake, och den andra komponenten uttrycker accelerationskorrigeringen för vevstakens slutliga längd.

Beroendet av förändringen i accelerationen av kolven och dess komponenter på vevaxelns rotationsvinkel visas i fig. 11.6.

Ris. 11.6. Beroende av förändringar i accelerationen av kolven och dess komponenter
från vevaxelns rotationsvinkel

Accelerationen når maximala värden vid kolvens position vid TDC, och minimivärden vid BDC eller nära BDC. Dessa förändringar i j-kurvan i området från 180 till ± 45 ° beror på värdet på λ. Vid λ> 0,25 har j-kurvan en konkav form mot φ-axeln (sadel), och accelerationen når sina minimivärden två gånger. Vid λ = 0,25 är accelerationskurvan konvex, och accelerationen når det största negativa värdet endast en gång. Den maximala accelerationen av kolven i en bils förbränningsmotor är 10 000 m/s 2. Kinematiken för de disaxiala KShM och KShM med en bogserad vevstake skiljer sig något från kinematiken för den centrala KShM och beaktas inte i denna utgåva.

11.3. Förhållandet mellan kolvslag och cylinderlopp

Slagförhållande S till cylinderdiametern D är en av huvudparametrarna som bestämmer storleken och vikten på motorn. I bilmotorer, värdena S/D från 0,8 till 1,2. Motorer med S/D> 1 kallas långslagsmotorer och med S/D< 1 - короткоходными. Detta förhållande påverkar direkt kolvens hastighet och därmed motoreffekten. När S/D-värdet minskar blir följande fördelar uppenbara:

motorhöjden minskar;

genom att minska den genomsnittliga kolvhastigheten minskas mekaniska förluster och slitage på delar minskas;

förutsättningarna för placering av ventiler förbättras och förutsättningar skapas för att öka deras storlek;

det blir möjligt att öka diametern på huvud- och vevstakestapparna, vilket ökar vevaxelns styvhet.

Men det finns också negativa punkter:

längden på motorn och längden på vevaxeln ökar;

belastningarna på delarna från gastryckskrafterna och från tröghetskrafterna ökar;

höjden på förbränningskammaren minskar och dess form försämras, vilket i förgasarmotorer leder till en ökning av tendensen till detonation och i dieselmotorer - till en försämring av förhållandena för blandningsbildning.

Det anses ändamålsenligt att sänka värdet S/D med en ökning av motorns varvtal. Detta är särskilt fördelaktigt för V-formade motorer, där en ökning av korttakten gör det möjligt att erhålla optimal massa och totala dimensioner.

S/D-värden för olika motorer:

Förgasarmotorer - 0,7-1;

Dieselmotorer med medelhastighet - 1,0-1,4;

Höghastighetsdieselmotorer - 0,75-1,05.

Vid val av S/D-värden bör man komma ihåg att krafterna som verkar i KShM i större utsträckning beror på cylinderdiametern och i mindre utsträckning på kolvens slaglängd.

Kinematics of KShM

I förbränningsmotorer med förbränningsmotorer används huvudsakligen följande tre typer av vevmekanismer (KShM): central(axial), förskjuten(deaxial) och bogserad vevstakemekanism(fig. 10). Genom att kombinera dessa scheman är det möjligt att bilda KShM av både linjära och flerradiga flercylindriga förbränningsmotorer.

Fig. 10. Kinematiska diagram:

a- central KShM; b- förskjuten KShM; v- en mekanism med en bogserad vevstake

Kinematiken för KShM beskrivs fullständigt om lagarna för förändring i rörelsetid, hastighet och acceleration för dess länkar är kända: vev, kolv och vevstake.

När förbränningsmotorn är igång utför huvudelementen i KShM olika typer av rörelser. Kolven rör sig fram och tillbaka. Vevstången utför en komplex planparallell rörelse i svängningsplanet. Vevaxelns vev gör en rotationsrörelse kring sin axel.

I kursprojektet utförs beräkningen av de kinematiska parametrarna för den centrala KShM, vars designschema visas i Fig. 11.

Ris. 11. Designschema för centrala KShM:

Diagrammet använder följande notation:

φ - vevens rotationsvinkel, mätt från cylinderaxelns riktning i vevaxelns rotationsriktning medurs, vid φ = 0 kolven är i övre dödpunkten (TDC - punkt A);

β - vevstångsaxelns avvikelsevinkel i planet för dess rullning bort från cylinderaxelns riktning;

ω - vevaxelns vinkelhastighet;

S = 2r- kolvslag; r- vevens radie;

l w- vevstakens längd; - förhållandet mellan vevens radie och längden på vevstaken;

x φ- rörelse av kolven när veven vrids i en vinkel φ

De huvudsakliga geometriska parametrarna som bestämmer rörelselagarna för elementen i den centrala vevaxeln är vevaxelns radie r och vevstakens längd l NS.

Parameter λ = r/l w är ett kriterium för den kinematiska likheten hos den centrala mekanismen. Samtidigt för KShM av olika storlekar, men med samma λ rörelselagarna för analoga element är likartade. I fordonsförbränningsmotorer används mekanismer med λ = 0,24...0,31.

De kinematiska parametrarna för KShM i kursprojektet beräknas endast för förbränningsmotorns märkeffekt med en diskret inställning av vevens rotationsvinkel från 0 till 360º med ett steg på 30º.

Vevkinematik. Rotationsrörelsen för vevaxeln bestäms om beroenden av rotationsvinkeln φ är kända , vinkelhastighet ω och acceleration ε från tid t.

I den kinematiska analysen av KShM är det vanligt att göra ett antagande om konstantiteten för vevaxelns vinkelhastighet (rotationshastighet) ω, rad/s. Sedan φ = ωt, ω= konst och ε = 0. Vinkelhastighet och vevaxelhastighet n (rpm) relaterat till förhållandet ω = πn/trettio. Detta antagande tillåter oss att studera rörelselagarna för KShM-elementen i en mer bekväm parametrisk form - som en funktion av vevens rotationsvinkel och, om nödvändigt, gå till den tidsmässiga formen med hjälp av det linjära förhållandet φ och t.

Kolv kinematik. Kinematiken hos en fram- och återgående kolv beskrivs av beroenden av dess förskjutning NS, fart V och acceleration j från vevens rotationsvinkel φ .

Kolvförskjutning x φ(m) när veven vrids genom en vinkel definieras φ som summan av dess förskjutningar från att vrida veven genom en vinkel φ (x jag ) och från avböjningen av vevstaken i en vinkel β (NS II ):

Värdena x φ bestäms upp till små andra ordningen inklusive.

Kolvhastighet V φ(m/s) definieras som den första derivatan av kolvens rörelse i förhållande till tiden

, (7.2)

Hastigheten når sitt maximala värde vid φ + β = 90 °, medan vevstakens axel är vinkelrät mot vevens radie och

(7.4)

Används ofta för att bedöma designen av förbränningsmotorer genomsnittlig kolvhastighet, som definieras som V p.w. = Sn / 30,är relaterad till den maximala kolvens hastighet med förhållandet som för den använda λ är lika med 1,62 ... 1,64.

· Kolvacceleration j(m/s 2) bestäms av derivatan av kolvens hastighet med avseende på tiden, vilket motsvarar exakt

(7.5)

och ungefär

I moderna förbränningsmotorer j= 5000 ... 20000m/s 2.

Maximalt värde gäller för φ = 0 och 360°. Vinkel φ = 180 ° för mekanismer med λ< 0,25 motsvarar minimiaccelerationen . Om λ> 0,25, sedan finns det ytterligare två extrema kl. En grafisk tolkning av ekvationerna för kolvens förskjutning, hastighet och acceleration visas i fig. 12.

Ris. 12. Kinematiska parametrar för kolven:

a- rör på sig; b- fart, v- acceleration

Vevstångens kinematik. Den komplexa plan-parallella rörelsen av vevstaken består av rörelsen av dess övre huvud med kolvens kinematiska parametrar och dess nedre vevhuvud med parametrarna för vevans ände. Dessutom gör vevstaken en roterande (gungning) rörelse i förhållande till ledpunkten för vevstaken med kolven.

· Vinkelrörelse av vevstaken ... Extrema värden ske vid φ = 90 ° och 270 °. I bilmotorer

· Vinkelhastighet för vevstakens gungning(rad/s)

eller . (7.7)

Extremt värde observerad vid φ = 0 och 180 °.

· Vinkelacceleration av vevstaken(rad/s 2)

Extrema värden uppnås vid φ = 90 ° och 270 °.

Förändringen i vevstakens kinematiska parametrar genom vevaxelns rotationsvinkel visas i fig. 13.

Ris. 13. Kinematiska parametrar för vevstaken:

a- vinkelrörelse; b- vinkelhastighet, v- vinkelacceleration

KShM dynamik

Analys av alla krafter som verkar i vevmekanismen är nödvändig för att beräkna styrkan hos motordelar, bestämma vridmoment och lagerbelastningar. I kursprojektet genomförs det för nominell effektläge.

Krafterna som verkar i motorns vevmekanism är uppdelade i kraften hos gastrycket i cylindern (index r), tröghetskraften hos mekanismens rörliga massor och friktionskraften.

Tröghetskrafterna för vevmekanismens rörliga massor är i sin tur uppdelade i tröghetskrafterna för massorna som rör sig fram och tillbaka (index j) och tröghetskrafterna för de roterande massorna (index R).

Under varje arbetscykel (720º för en fyrtaktsmotor) ändras krafterna som verkar i KShM kontinuerligt i storlek och riktning. Därför, för att bestämma arten av förändringen i dessa krafter genom vevaxelns rotationsvinkel, bestäms deras värden för individuella sekventiella positioner av axeln med ett steg lika med 30º.

Gastryckkraft. Gastryckets kraft uppstår som ett resultat av en arbetscykel i motorcylindern. Denna kraft verkar på kolven, och dess värde definieras som produkten av tryckfallet över kolven av dess area: P G = (sid G - R o ) F n, (H) . Här R g - tryck i motorcylindern ovanför kolven, Pa; R o - tryck i vevhuset, Pa; F n är arean av kolven, m 2.

För att bedöma den dynamiska belastningen av CRM-elementen, beroendet av kraften P r från tid (vevens rotationsvinkel). Det erhålls genom att bygga om indikatordiagrammet från koordinater p - V in koordinater R -φ. Vid grafisk omarrangering på abskissaxeln i diagrammet p - V skjuta upp flyttningen x φ kolv från TDC eller förändring i cylindervolym V φ = x φ F n (Fig. 14) motsvarande en viss rotationsvinkel för vevaxeln (praktiskt taget efter 30 °) och vinkelrät återställs till skärningspunkten med kurvan för den betraktade cykeln i indikatordiagrammet. Det resulterande ordinatvärdet överförs till diagrammet R- φ för den avsedda rotationsvinkeln för veven.

Kraften från gastrycket som verkar på kolven belastar de rörliga elementen i vevaxeln, överförs till vevaxelns huvudlager och balanseras inuti motorn på grund av den elastiska deformationen av elementen som bildar det inre cylinderutrymmet, av krafter R r och R d "verkar på cylinderhuvudet och på kolven, som visas i fig. 15. Dessa krafter överförs inte till motorfästena och orsakar inte obalans.

Ris. 15. Gaskrafternas inverkan på KShM:s strukturella delar

Tröghetskrafter. En riktig KShM är ett system med fördelade parametrar, vars element rör sig ojämnt, vilket orsakar uppkomsten av tröghetskrafter.

En detaljerad analys av dynamiken i ett sådant system är i princip möjlig, men det innebär en stor mängd beräkningar.

I detta avseende, i ingenjörspraktik, används dynamiskt ekvivalenta system med klumpade parametrar, syntetiserade på basis av metoden för att ersätta massor, i stor utsträckning för att analysera dynamiken i CS. Ekvivalenskriteriet är jämlikheten i varje fas av arbetscykeln av de totala kinetiska energierna för den ekvivalenta modellen och den mekanism som den ersätter. Syntesmetoden för en modell som motsvarar en CWM är baserad på att ersätta dess element med ett system av massor som är sammankopplade med viktlösa absolut stela bindningar (Fig. 16).

Detaljer om vevmekanismen har en annan karaktär av rörelse, vilket orsakar uppkomsten av tröghetskrafter av olika slag.

Ris. 16. Bildande av en ekvivalent dynamisk KShM-modell:

a- KShM; b- motsvarande KShM-modell; c - krafter i KShM; G- massa av KShM;

d- vevstakens massa; e- vevens massa

Delar av kolvgruppen utför en rätlinjig fram- och återgående rörelse längs cylinderns axel och i analysen av dess tröghetsegenskaper kan ersättas med en lika stor massa T NS , koncentrerad i massans centrum, vars position praktiskt taget sammanfaller med kolvtappens axel. Kinematiken för denna punkt beskrivs av kolvens rörelselagar, vilket resulterar i kolvens tröghetskraft P j n = –M NS j, var j- acceleration av masscentrum lika med kolvens acceleration.

var K r sh.sh, K r u och r, ρ u - centrifugalkrafter och avstånd från rotationsaxeln till vevstångstappens respektive kindens massacentrum, T sh och m u - massor av vevstakens hals respektive kinder. Vid syntetisering av en likvärdig modell ersätts veven med en massa m till, belägen på avstånd r från vevens rotationsaxel. Värdet m k bestäms utifrån villkoret att centrifugalkraften som skapas av den är lika med summan av centrifugalkrafterna för vevelementens massor, från vilken vi efter transformationerna erhåller m Till = t sh.sh + m SCH ρ SCH /r.

Elementen i vevstakegruppen utför en komplex plan-parallell rörelse, vilket kan representeras som en kombination av translationsrörelse med de kinematiska parametrarna för massacentrum och rotationsrörelse runt en axel som går genom masscentrum vinkelrätt mot vevstakens gungplan. I detta avseende beskrivs dess tröghetsegenskaper av två parametrar - tröghetskraft och moment. Varje system av massor i dess tröghetsparametrar kommer att vara ekvivalent med vevstakegruppen i fallet med jämlikhet mellan deras tröghetskrafter och tröghetsmoment. Den enklaste av dem (fig. 16, G) består av två massor, varav en m wp = m NS l sh.k / l w är fokuserad på kolvtappens axel och den andra m sh.k = m NS l wp / l w - i mitten av vevaxelns vevstakstapp. Här l wp och l sh.k - avståndet från massans placering till massans centrum.

När motorn är i drift i KShM, verkar följande huvudkraftfaktorer: gastryckskrafterna, tröghetskrafterna hos mekanismens rörliga massor, friktionskrafterna och momentet av användbart motstånd. Friktionskrafter försummas vanligtvis i den dynamiska analysen av CWM.

8.2.1. Gastryckskrafter

Gastryckets kraft uppstår som ett resultat av en arbetscykel i motorcylindern. Denna kraft verkar på kolven, och dess värde definieras som produkten av tryckfallet över kolven av dess area: P G = (sid G –P O ) F NS . Här R g - tryck i motorcylindern ovanför kolven; R o - tryck i vevhuset; F n är arean av kolvens botten.

För att bedöma den dynamiska belastningen av CRM-elementen, beroendet av kraften R d då och då. Det erhålls vanligtvis genom att bygga om ett indikatordiagram från koordinater R–V inkoordinater R-φ genom att definiera V φ = x φ F NS med med hjälp av beroende (84) eller grafiska metoder.

Gastryckskraften som verkar på kolven belastar de rörliga elementen i vevhuset, överförs till vevhusets huvudlager och balanseras inuti motorn på grund av den elastiska deformationen av elementen som bildar det inre cylinderutrymmet, av krafter R r och R/ g som verkar på cylinderhuvudet och på kolven. Dessa krafter överförs inte till motorfästena och orsakar inte obalans.

8.2.2. Tröghetskrafterna för de rörliga massorna av KShM

En riktig KShM är ett system med fördelade parametrar, vars element rör sig ojämnt, vilket orsakar uppkomsten av tröghetskrafter.

I ingenjörspraktik används dynamiskt ekvivalenta system med klumpade parametrar, syntetiserade på basis av metoden för substitutionsmassor, i stor utsträckning för att analysera dynamiken hos CWM. Ekvivalenskriteriet är jämlikheten i varje fas av arbetscykeln av de totala kinetiska energierna för den ekvivalenta modellen och den mekanism som den ersätter. Syntesmetoden för en modell som motsvarar en CWM är baserad på att ersätta dess element med ett system av massor som är sammankopplade med viktlösa absolut stela bindningar.

Delar av kolvgruppen utför en rätlinjig fram- och återgående rörelse längs cylinderns axel och i analysen av dess tröghetsegenskaper kan ersättas med en lika stor massa m n, koncentrerad i massans centrum, vars position praktiskt taget sammanfaller med kolvtappens axel. Kinematiken för denna punkt beskrivs av kolvens rörelselagar, vilket resulterar i kolvens tröghetskraft P j NS = –M NS j, var j - acceleration av masscentrum lika med kolvens acceleration.

Figur 14 - Diagram över vevmekanismen för en V-formad motor med en bogserad vevstake

Figur 15 - Banor för upphängningspunkterna för huvud- och bogserade vevstakar

Vevaxelns vev utför en jämn roterande rörelse. Strukturellt består den av en uppsättning av två halvor av huvudhalsarna, två kinder och en vevnål. Vevens tröghetsegenskaper beskrivs av summan av elementens centrifugalkrafter, vars masscentrum inte ligger på rotationsaxeln (kinder och vevstift): K k = K r sh.sh + 2K r u = t NS . NS rω 2 + 2t SCH ρ SCH ω 2, var K r NS . NS K r u och r, ρ u - centrifugalkrafter och avstånd från rotationsaxeln till vevstångstappens respektive kindens massacentrum, m sh och m u - massor av vevstakens hals respektive kinder.

Det ekvivalenta systemet, som ersätter KShM, är ett system med två styvt sammankopplade massor:

Massan koncentrerades på stiftets axel och rörde sig fram och tillbaka längs cylinderns axel med kolvens kinematiska parametrar, m j = m NS + m NS . NS ;

Massan som ligger på vevstångsaxelns axel och gör en rotationsrörelse runt vevaxelns axel, t r = t Till + t NS . k (för V-formade förbränningsmotorer med två vevstakar placerade på en vevaxel vevstakstapp, t r = m till + m sh.k.

I enlighet med den accepterade KShM-modellen är massan m j orsakar tröghetskraft P j = -m j j, och massan t r skapar en centrifugal tröghetskraft K r = - a sh.sh t r = t r rω 2.

Tröghetskraft P j balanserad av reaktionerna från stöden på vilka motorn är installerad, som varierar i storlek och riktning, om inga speciella åtgärder vidtas för att balansera den, kan det orsaka extern obalans hos motorn, som visas i figur 16, a.

När man analyserar dynamiken hos förbränningsmotorn och särskilt dess balans, med hänsyn till det tidigare erhållna accelerationsberoendet j från vevens rotationsvinkel φ tröghetskraft P j det är bekvämt att representera det som summan av två övertonsfunktioner som skiljer sig åt i argumentets amplitud och förändringshastighet och kallas tröghetskrafterna för den första ( P j I) och den andra ( P j II) ordning:

P j= - m j rω 2(cos φ+λ cos2 φ ) = C cos φ + λC cos 2φ = P f jag + P j II ,

var MED = –M j rω 2.

Centrifugalkraften av tröghet K r = m r rω 2 roterande massor KShM är en vektor med konstant magnitud riktad från rotationscentrum längs vevens radie. Tvinga K röverförs till motorfästena, vilket orsakar svar med varierande storlek (Figur 16, b). Alltså styrkan K r som kraften P j, kan vara orsaken till obalansen i förbränningsmotorn.

en - tvinga P j;tvinga K r; K x = K r cos φ = K r för ( ωt); K y = K r synd φ = K r synd ( ωt)

Ris. 16 - Effekt av tröghetskrafter på motorns fästen.

Under motordrift utsätts KShM för följande krafter: från trycket från gaser på kolven, trögheten hos mekanismens rörliga massor, tyngdkraften hos enskilda delar, friktion i mekanismens länkar och motståndet hos mekanismen. energimottagare.

Den beräknade bestämningen av friktionskrafterna är mycket svår och tas vanligtvis inte med i beräkningen vid beräkning av krafterna för last-CRS.

I FOD och SOD försummas vanligtvis delars gravitationskrafter på grund av deras obetydliga värde i jämförelse med andra krafter.

Sålunda är huvudkrafterna som verkar i KShM krafterna från gastrycket och tröghetskrafterna hos de rörliga massorna. Krafterna från gastrycket beror på arten av flödet av arbetscykeln, tröghetskrafterna bestäms av storleken på massorna av de rörliga delarna, storleken på kolvslaget och rotationshastigheten.

Att hitta dessa krafter är nödvändigt för att beräkna motordelar för styrka, identifiera lagerbelastningar, bestämma graden av ojämn rotation av vevaxeln, beräkna vevaxeln för torsionsvibrationer.

Att ta med massor av delar och länkar till KShM

För att förenkla beräkningarna ersätts de faktiska massorna av de rörliga länkarna i CRM med de reducerade massorna koncentrerade till de karakteristiska punkterna för CRM och dynamiskt eller, i extrema fall, statiskt ekvivalenta med de verkliga fördelade massorna.

Kolvtappens centrum, vevstakstappen och en punkt på vevaxelns axel tas som karakteristiska punkter för KShM. I crosshead-dieselmotorer, istället för mitten av kolvtappen, tas mitten av crossheaden som den karakteristiska punkten.

De translationellt rörliga massorna (LDM) M s i trunkdieselmotorer inkluderar massan av kolven med ringar, kolvtapp, kolvringar och en del av vevstakens massa. I tvärhuvudsmotorer inkluderar den reducerade massan kolvens massa med ringar, stången, tvärhuvudet och en del av vevstakens massa.

Den reducerade LHD M S anses vara centrerad antingen i mitten av kolvtappen (trunk ICEs) eller i mitten av crosshead crosshead (crosshead-motorer).

Den obalanserade roterande massan (HBM) M R är summan av den återstående delen av vevstångsmassan och en del av vevmassan reducerad till vevstaksaxeln.

Vevens fördelade massa ersätts konventionellt med två massor. En massa placerad i mitten av vevstakestappen, den andra - placerad på vevaxelns axel.

Vevens balanserade roterande massa orsakar inte tröghetskrafter, eftersom mitten av dess massa ligger på vevaxelns rotationsaxel. Emellertid ingår tröghetsmomentet för denna massa som en beståndsdel av det givna tröghetsmomentet för hela KShM.

I närvaro av en motvikt ersätts dess fördelade massa av en reducerad koncentrerad massa belägen på ett avstånd från vevaxelns radie R från vevaxelns rotationsaxel.

Att ersätta de fördelade massorna av vevstake, knä (vev) och motvikt med klumpade massor kallas massminskning.

Genom att minska vevstakens massor

Den dynamiska modellen av vevstaken är ett rakt linjesegment (en viktlös stel stav) med en längd som är lika med vevstakens längd L med två massor koncentrerade i ändarna. På kolvtappens axel är massan av den translationsrörliga delen av vevstaken M ШS, på vevstångens axel - massan av den roterande delen av vevstaken M ШR.

Ris. 8.1

M w - den faktiska massan av vevstaken; Ts.m. - vevstakens massacentrum; L är längden på vevstaken; L S och L R - avståndet från vevstakens ändar till dess massacentrum; M шS - massan av den progressivt rörliga delen av vevstaken; M wR - massan av den roterande delen av vevstaken

För full dynamisk ekvivalens av en riktig vevstake och dess dynamiska modell måste tre villkor vara uppfyllda

För att tillfredsställa alla tre villkor en dynamisk modell av en vevstake med tre massor skulle behöva göras.

För att förenkla beräkningarna behålls tvåmassmodellen, som begränsar oss till villkoren för endast statisk ekvivalens

I detta fall

Som framgår av de erhållna formlerna (8.3), för att beräkna M шS och M шR, är det nödvändigt att känna till L S och L R, d.v.s. platsen för vevstakens massacentrum. Dessa värden kan bestämmas genom beräkningsmetod (grafisk-analytisk) eller experimentellt (genom att svänga eller väga). Du kan använda den empiriska formeln av prof. V.P. Terskikh

där n är motorvarvtalet, min -1.

Du kan också ta ungefär

M wS? 0,4 Mw; M wR? 0,6 M w.

Föra massorna av vevan

Den dynamiska modellen av veven kan representeras som en radie (tyngdlös styv stav) med två massor i ändarna Mk och Mk0.

Statisk ekvivalensvillkor

var är kindens massa; - en del av kindens massa, reducerad till vevstångsaxelns axel; - en del av kindens massa, reducerad till slitbanans axel; c är avståndet från kindens masscentrum till vevaxelns rotationsaxel; R är vevens radie. Från formlerna (8.4) får vi

Som ett resultat kommer de minskade massorna av veven att ta formen

var är vevstakstappens massa;

Ramhalsens massa.

Ris. 8.2

Att ta med motviktsmassorna

Den dynamiska motviktsmodellen liknar vevmodellen.

Figur 8.3

Minskad obalanserad motvikt

var är motviktens faktiska massa;

c 1 - avstånd från motviktens masscentrum till vevaxelns rotationsaxel;

R är vevens radie.

Motviktens reducerade massa anses vara belägen i en punkt på avstånd R mot masscentrum i förhållande till vevaxelns axel.

Dynamisk modell av KShM

Den dynamiska modellen för KShM som helhet är baserad på modellerna av dess länkar, medan massorna koncentrerade till punkter med samma namn summeras.

1. Reducerad translationsrörelsemassa koncentrerad i mitten av kolvtappen eller tvärhuvudet

M S = MP + M ShT + M KR + M ShS, (8,9)

där MP är massan av kolvsatsen;

M SHT - stavens massa;

М КР - tvärhuvudmassa;

М ШS - PDM för vevstakedelen.

2. Minskad obalanserad roterande massa koncentrerad i mitten av vevstakestappen

MR = M K + M SHR, (8,10)

där M K är den obalanserade roterande delen av knämassan;

М ШR - НВМ av vevstakedelen;

Vanligtvis, för beräkningarnas bekvämlighet, ersätts de absoluta massorna med relativa

där F p är arean av kolven.

Faktum är att tröghetskrafterna summeras med trycket av gaser och vid användning av massor i relativ form erhålls samma dimension. Dessutom, för dieselmotorer av samma typ, varierar värdena för m S och m R inom snäva gränser och deras värden anges i den speciella tekniska litteraturen.

Om det är nödvändigt att ta hänsyn till delarnas gravitationskrafter, bestäms de av formlerna

där g är tyngdaccelerationen, g = 9,81 m/s 2.

Föreläsning 13. 8.2. Tröghetskrafter för en cylinder

När CRM rör sig uppstår tröghetskrafter från de translationsrörelser och roterande massor av CRM.

Tröghetskrafter LDM (refereras till F P)

termodynamisk kolv marinmotor

q S = -m S J. (8,12)

"-"-tecknet beror på att tröghetskrafternas riktning vanligtvis är i motsatt riktning mot accelerationsvektorn.

Att veta det får vi

Vid TDC (b = 0).

Vid BNM (b = 180).

Låt oss beteckna amplituderna för tröghetskrafterna av första och andra ordningen

P I = - m S Rsh 2 och P II = - m S l Rsh 2

q S = P I cosb + P II cos2b, (8,14)

där Pi cosb är första ordningens tröghetskraft hos LDM;

P II cos2b - andra ordningens tröghetskraft hos LDM.

Tröghetskraften q S appliceras på kolvtappen och är riktad längs arbetscylinderns axel, dess värde och tecken beror på b.

Tröghetskraften av första ordningen för PDM PI cosb kan representeras som en projektion på cylinderaxeln för en viss vektor riktad längs veven från vevaxelns centrum och fungerar som om det vore tröghetskraften för massan m. S placerad i mitten av vevstakestappen.

Ris. 8.4

Projektionen av vektorn på den horisontella axeln representerar ett fiktivt värde P I sinb, eftersom ett sådant värde i verkligheten inte existerar. I enlighet med detta existerar inte heller själva vektorn, som liknar centrifugalkraften, och kallas därför den fiktiva tröghetskraften av första ordningen.

Införandet av fiktiva tröghetskrafter med endast en verklig vertikal projektion i beaktande är en villkorad teknik som gör det möjligt att förenkla LDM-beräkningarna.

Vektorn för den fiktiva tröghetskraften av första ordningen kan representeras som summan av två komponenter: den verkliga kraften P I cosb, riktad längs cylinderns axel och den fiktiva kraften P I sinb, riktad vinkelrätt mot den.

Tröghetskraften av andra ordningens P II cos2b kan på liknande sätt representeras som projektionen på cylinderaxeln för vektorn P II av den fiktiva tröghetskraften av andra ordningens PDM, vilket gör en vinkel på 2b med axeln av cylindern och roterar med en vinkelhastighet på 2sh.

Ris. 8.5

Den fiktiva tröghetskraften av andra ordningen av LDM kan också representeras som summan av två komponenter varav den ena är den verkliga P II cos2b, riktad längs cylinderns axel, och den andra är fiktiv P II sin2b, riktad vinkelrätt mot den första.

Tröghetskrafter NVM (refereras till F P)

Kraften q R appliceras på vevaxelns axel och riktas längs veven bort från vevaxelns axel. Tröghetskraftsvektorn roterar med vevaxeln i samma riktning och med samma rotationshastighet.

Om du rör dig så att början sammanfaller med vevaxelns axel, kan den delas upp i två komponenter

Vertikal;

Horisontell.

Ris. 8.6

Totala tröghetskrafter

Den totala tröghetskraften för LDM och NVM i vertikalplanet

Om vi separat betraktar tröghetskrafterna av första och andra ordningen, då i vertikalplanet den totala tröghetskraften av första ordningen

Andra ordningens tröghetskraft i vertikalplanet

Den vertikala komponenten av första ordningens tröghetskrafter tenderar att höja eller pressa motorn mot grunden en gång per varv, och andra ordningens tröghetskraft - två gånger per varv.

Den första ordningens tröghetskraft i horisontalplanet tenderar att förskjuta motorn från höger till vänster och bakåt en gång under ett varv.

Den kombinerade verkan av kraften från trycket från gaser på kolven och tröghetskrafterna hos KShM

Gastrycket som uppstår under motordrift påverkar både kolven och cylinderkåpan. Förändringslagen P = f (b) bestäms av ett detaljerat indikatordiagram erhållet experimentellt eller genom beräkning.

1) Om vi antar att atmosfärstrycket verkar på kolvens baksida hittar vi överskottsgastrycket på kolven

P г = P - P 0, (8,19)

där P är det aktuella absoluta trycket för gaser i cylindern, taget från indikatordiagrammet;

Р 0 - omgivningstryck.

Figur 8.7 - Krafter som verkar i KShM: a - utan att ta hänsyn till tröghetskrafterna; b - med hänsyn till tröghetskrafterna

2) Med hänsyn till tröghetskrafterna definieras den vertikala kraften som verkar på kolvtappens centrum som drivkraften

Pd = Pr + qs. (8.20)

3) Vi sönderdelar drivkraften i två komponenter - normalkraften P n och kraften som verkar på vevstaken P w:

Pn = Pd tgv; (8.21)

Normalkraften Pn pressar kolven mot cylinderbussningen eller tvärhuvudsreglaget mot dess styrning.

Kraften som verkar på vevstaken P w trycker ihop eller sträcker vevstaken. Den verkar längs vevstakens axel.

4) Vi överför kraften P w längs aktionslinjen till vevtappens centrum och sönderdelas i två komponenter - den tangentiella kraften t riktad tangentiellt mot cirkeln som beskrivs av radien R

och den radiella kraften z riktad längs vevens radie

Utöver kraften P w kommer tröghetskraften q R att appliceras på mitten av vevstakestappen.

Sedan den totala radiella kraften

Vi överför den radiella kraften z längs linjen för dess verkan till mitten av ramhalsen och applicerar vid samma punkt två ömsesidigt balanserande krafter och, parallella och lika med tangentialkraften t. Kraftparet t och driver vevaxeln. Momentet för detta kraftpar kallas vridmoment. Absolut vridmomentvärde

Mcr = tF p R. (8,26)

Summan av krafterna och z som appliceras på vevaxelns axel ger den resulterande kraften som belastar vevaxelns ramlager. Låt oss dela upp kraften i två komponenter - vertikal och horisontell. Den vertikala kraften, tillsammans med kraften från gastrycket på cylinderlocket, sträcker skelettets delar och överförs inte till fundamentet. Det är de motsatt riktade krafterna som bildar ett kraftpar med skuldran H. Detta kraftpar tenderar att rotera skelettet runt den horisontella axeln. Momentet för detta kraftpar kallas vältande eller omvänd vridmoment M def.

Vältmomentet överförs genom motorramen till fundamentramsstöden, till fartygets fundamentskrov. Följaktligen måste M def balanseras av det yttre reaktionsmomentet rf för fartygsfundamentet.

Proceduren för att bestämma de krafter som verkar i KShM

Beräkningen av dessa krafter utförs i tabellform. Beräkningssteget bör väljas med följande formler:

För tvåtaktare; - för fyrtaktare,

där K är ett heltal: i är antalet cylindrar.

			P n = P d tgv

Drivkraften avsåg området för kolven

P d = P g + q s + g s + P tr. (8.20)

Vi försummar friktionskraften P tr.

Om g s? 1,5% P z, då slarvar vi också.

Pg-värdena bestäms med hjälp av trycket i indikatordiagrammet P.

Pg = P - P 0. (8.21)

Tröghetskraften bestäms analytiskt

Ris. 8.8

Drivkraftskurvan Pd är den initiala för att plotta kraftdiagrammen Pn = f (b), Psh = f (b), t = f (b), z = f (b).

För att kontrollera korrektheten av konstruktionen av tangentialdiagrammet är det nödvändigt att bestämma den genomsnittliga tangentiella kraften t jfr.

Av diagrammet över tangentialkraften kan man se att t cf definieras som förhållandet mellan arean mellan linjen t = f (b) och abskissan och diagrammets längd.

Arean bestäms av en planimeter eller genom integration med trapetsmetoden

där n 0 är antalet sektioner i vilka det erforderliga området är uppdelat;

y i - ordinater för kurvan vid gränserna för sektionerna;

Efter att ha bestämt t cp i cm, använd skalan längs ordinatan, omvandla den till MPa.