Визначення прискорення поршня
Визначення прискорення поршня - розділ Механіка, Індикаторні діаграми 4-х та 2-х тактних двигунів. Основні показники .
C=Rω(sina+1/2λ sin2a)
і зробивши перетворення, отримаємо прискорення поршня (вм/сек 2 )-
а = Rω 2 (cоsа + R/L cos 2а), ( 5 )
Уст. м. т.а=0 0 і прискоренняао= Rω 2 (1+R/L) Ун. м. т.а=180°: Отже,а 180=-Rω 2 (1-R/L )
Ст.ст. м. т. прискорення спрямоване вниз, у бік руху поршня, а в н. м. т . - Вгору. Прискоренняст. м. т. за абсолютною величиною буде більше прискорення ун. м. т.
Представимо вираза = Rω 2 (cоsа + R/L cos 2а), у наступному вигляді:а=Rω 2 cоsа + λRω 2 cос2а
Прийнявши для побудовиλ=1/4 іRω 2 =1 отримаємо λ Rω 2 =1/4
У довільному масштабі по осі абсцис відкладають кути повороту кривошипа від 0° через кожні 15° до 360°, а по осі ординат - відповідні їм значенняRω 2 cоsа іλRω 2 cос2а. Поєднавши кінці ординат, отримаємо дві косінусоїди (рис. 248)
Косинусоїда 1 першого порядку є кривою прискорення поршня приL =∞, тобто графічно зображує перший доданокRω 2 cоsа,
а косинусоїда2другого порядку - поправку на непрямий вплив шатуна, рівнуλRω 2 cos2а a.
Графік дійсного прискорення3отримують шляхом алгебраїчної складання ординат косинусоїди приL = ∞ і косинусоїди, що враховують виправлення Брікса.
З графіка видно, що й урахувати вплив кінцевої довжини шатуна, то тут для низхідного ходу поршняа=0, коли поршень трохи дійшов до середини ходу, а висхідного ходу поршняа=0, коли поршень трохи перейшов за середину ходу.
Відповісти на питання:
1. Які типи кривошипно-шатунних механізмів застосовують у дизелебудуванні.
2. Що враховує поправка Бріксу.
3. Дати визначення середньої швидкості поршня і що вона характеризує у двигуні.
4. За яких положень поршня досягаються найбільші значення прискорення поршня.
3.7 основи теорії ДВС 2012
Розташування кривошипів валу залежить від числа та розташування циліндрів двигуна з урахуванням забезпечення рівномірності чергування робочих тактів. Кривошипи валу розташовують під певним кутом, який для чотиритактних двигунів визначається відношенням:
а =(720°)Z, 360z---для 2-хтактних двс
деZ- число циліндрів двигуна. Наприклад для 6-циліндрового 4-х тактного ДВС кут заклинки мотилів (кривошипів) буде 720 6 = 120 град
При роботі двигуна в КШМ кожного циліндра діють сили:
- тиску газів на поршень Р,
- маси частин КШМ, що поступально рухаються,G,
- інерції поступально рухомих частинPі
- тертя в КШМ Рт.
Сили тертя не піддаються точному розрахунку; їх вважають включеними в опір гребного гвинта і не беруть до уваги. Отже, у випадку на поршень діє рушійна силаPд = Р + G +Pі.
Сили, віднесені до 1 м 2 площі поршня,
Рухаюче зусилляРд прикладено до центру поршневого пальця (пальця крейцкопфа) і направлено вздовж осі циліндра (рис. 216). На пальці поршняPд розкладається на складові:
Рн - нормальний тиск, що діє перпендикулярно до осі циліндра і притискає поршень до втулки;
Рш - зусилля, що діє вздовж осі шатуна і що передається на вісь шийки кривошипа, де воно у свою чергу розкладається на складові Рτ і РR (рис. 216).
Зусилля Рτ діє перпендикулярно кривошипу, викликає його обертання і називається дотичним. ЗусилляРR діє вздовж кривошипу і називається радіальним.
З геометричних співвідношень маємо:
Чисельне значення та знак тригонометричних величин
для двигунів з різними постійними КШМ = R /Lможна прийняти за даними
Величину і знакРд визначають з діаграми рушійних сил, що представляє графічне зображення закону зміни рушійної сили за один оберт колінчастого валу для двотактних двигунів і за два оберти для чотиритактних залежно від кута повороту колінчастого валу. Щоб отримати значення рушійної сили, необхідно попередньо побудувати три діаграми.
1. Діаграма зміни тиску р у циліндрі залежно від кута повороту кривошипа φ. За даними розрахунку робочого процесу двигуна будують теоретичну індикаторну діаграму, за якою визначають тиск в циліндрі р залежно від його об'єму V. Для того, щоб перебудувати індикаторну діаграму з координат рV координати р-φ (тиск - кут повороту вала), лінії в . м. т. та н. м. т. слід продовжити вниз і провести пряму АВ, паралельну до осі V (рис. 217). Відрізок АВ ділитьсяточкоюОнавпіл і з цієї точки радіусом АТ описується коло. Від центру кола точкиОу бік зв. м. т. відкладають відрізокOO' =1/2 R 2 / Lпоправка Брікса. Так як
Значення постійної КШМ = R/L приймають за досвідченими даними. Щоб отримати величину поправки OO', в масштабі діаграми формулу OO' = 1 / 2 R замість R підставляють значення відрізка АО. З точки О', яка називається полюсом Брікса, описують довільним радіусом друге коло і ділять її на будь-яке число рівних частин (зазвичай через кожні 15 °). З полюса БріксаО' через точки поділу проводять промені. З точок перетину променів з колом радіусом АТ проводять нагору прямі, паралельні осі р. Потім на вільному місці креслення будують за допомогою вимірювача координати тиску газівр- Кут повороту кривошипа φ °; приймаючи за початок відліку лінію атмосферного тиску, знімають з діаграми р-V значення ординат процесів наповнення та розширення для кутів 0°, 15°, 30°, …, 180° та 360°, 375°, 390°, . 540°, переносять їх у координати для цих кутів і з'єднують отримані точки плавної кривої. Аналогічно будують ділянки стиснення та випуску, але в цьому випадку поправку БріксаТО' відкладають на відрізкуАВу бік ст. м. т. В результаті зазначених побудов отримують розгорнуту індикаторну діаграму (рис. 218,а), за якою можна визначити тиск газіврна поршень для будь-якого кута повороту φ кривошипа. Масштаб тисків розгорнутої діаграми буде такий самий, як і на діаграмі в координатах р-V. При побудові діаграми p = f(φ) сили, що сприяють руху поршня, вважаються позитивними, а сили, що перешкоджають цьому руху, негативними.
2. Діаграма сил маси поворотно-поступально-рухливих елементівКШМ. У тронкових двигунах внутрішнього згоряння маса частин, що поступально рухаються, включає масу поршня і частина маси шатуна. У крейцкопфних додатково входять маси штока та повзуна. Масу елементів можна підрахувати, якщо є креслення з розмірами цих деталей. Частина маси шатуна, що здійснює зворотно-поступальний рух,G1 =Gшl1 /l, деGш-маса шатуна, кг; l - Довжина шатуна, м; l1 - відстань від центру ваги шатуна до осі кривошипної шийки,м:
Розгорнута діаграма сил тиску газів.
Діаграма питомих сил мас частин, що поступально рухаються.
Діаграма сил інерції поступально рухомих частин одного циліндра.
Для попередніх розрахунків питомі значення маси поступательно-рухомі частин можуть бути прийняті: 1) для тронкових швидкохідних чотиритактних двигунів 300-800 кг/м 2 і тихохідних 1000-3000 кг/м 2 ; 2) для тронкових швидкохідних двотактних двигунів 400-1000 кг/м2 і тихохідних 1000-2500 кг/м2; 3) для крейцкопфних швидкохідних чотиритактних двигунів 3500-5000 кг/м2 та тихохідних 5000-8000 кг/м2; для крейцкопфних швидкохідних двотактних двигунів 2000-3000 кг/м2 і тихохідних 9000-10000 кг/м2. Оскільки величина маси поступательно-рухущих частин КШМ та його напрям не залежить від кута повороту кривошипа φ, то діаграма сил маси матиме вигляд, показаний на рис. 218,б. Будується ця діаграма у тому масштабі, як і попередня. На тих ділянках діаграми, де сила маси сприяє руху поршня, вона вважається позитивною, а там, де перешкоджає, негативною
3. Діаграма сил інерції частин, що поступають рухаються. Відомо, що сила інерції тіла, що поступально рухаєтьсяРі =Gaн (G — маса тіла,кг; а - прискорення, м/сек 2). Маса поступально-рухомих частин КШМ, віднесена до 1 м 2 площі поршня, m = G / F. Прискорення руху цієї маси визначають за формулою (172). 7>а = - Rω 2 (cоsа + R/L cos 2а) – прискорення поршня.) Таким чином, сила інерції поступально рухомих частин КШМ, віднесена до 1 м 2 площі поршня, може бути визначена для будь-якого кута повороту кривошипа за формулою
Розрахунок Рі для різних φ доцільно проводити у табличній формі. За даними таблиці будують діаграму сил інерції поступально-рухомих частин у тому масштабі, як і попередні. Характер кривоїPі =f(φ) дано на рис. 218,в. На початку кожного ходу поршня сили інерції перешкоджають його руху. Тому сили Рі мають негативний знак. В кінці кожного ходу сили інерції Рі сприяють цьому руху і тому набувають позитивного значення.
ВІДПОВІСТИ НА ПИТАННЯ:
1. ЯК ВИЗНАЧАЄТЬСЯ СИЛА ТИСКУ ГАЗІВ НА ПОРШЕНЬ.
2. ЯКА СИЛА (МАЛ.216) ЗНОШУЄ ВТУЛКУ ЦИЛІНДРІВ.
3. ЯК ВИЗНАЧИТИ КУТ ЗАКЛИНКИ МОТИЛІВ КОЛЕНВАЛУ.
4. ЯКА СИЛА (МАЛ.216) ЗНОШУЄ ШИЙКИ КОЛЕНВАЛУ І ВКЛАДИШІ.
5. ПРИ ЯКОМУ ПОЛОЖЕННІ КОЛЕНВАЛУ ДОСЯГНУЮТЬСЯ МАКСИМАЛЬНІ ЗНАЧЕННЯ СИЛ ІНЕРЦІЇ ПОВЕРНЕНО-ПОСТУПНО РУХАЮТЬХ МАС.