Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет

Харківський політехнічний інститут

Кафедра двигунів внутрішнього згорання

Курсовий проект

по курсу

Конструкція і динаміка ДВЗ

на тему:

Динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізму двигуна

Виконав: студент гр. ТМ-47а

Степанченко В.В

Перевірив: Васильченко І.Д.

Харків 2010

ЗАВДАННЯ

Виконати динамічний розрахунок тракторного двигуна СМД-21, визначити сили й моменти, що діють у відсіку двигуна, а також навантаження, діючі на шатунні і корінні шийки і підшипники, крутні моменти, що передаються до корінних шийок.

На основі динамічного розрахунку визначити ступінь нерівномірності обертання колінчатого валу.



РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка: 49 с., 12 рис., 8 табл., 4 джерела.

Ключові слова: кривошипно-шатунний механізм, двигун, колінвал, відсік двигуна, корінна шийка, шатунна шийка, шатунний підшипник, корінний підшипник, годограф, нерівномірність обертання

В даній роботі виконаний динамічний розрахунок тракторного двигуна на базі СМД-21, визначені сили та моменти діючі у відсіку двигуна, а також навантаження діючі на шатунну шийку та підшипник, обертові моменти на корінних шийках. На основі вихідних даних побудовані годографи навантажень.

На основі динамічного розрахунку визначено ступінь нерівномірності обертання колінчатого валу. Перевірено вал на міцність.



ЗМІСТ

Завдання

Реферат

Перелік умовних позначень

Вступ

1. Підготовка вихідних даних

1.1 Дані двигуна

1.2 Дані шатунно-поршневої групи

1.3 Дані колінчатого валу

1.4 Підготовка додаткових вихідних даних

1.5 Зкруглення індикаторної діаграми

2. Розрахунок сил і обертового моменту у відсіку двигуна

3. Визначення крутних моментів, що передаються через корінні шийки

4. Розрахунок навантажень на шатунні шийки та підшипники

5. Розрахунок навантажень на корінні шийки та підшипники

6. Оцінка нерівномірності обертання колінчатого валу

7. Аналіз зовнішньої зрівноваженості

8. Розрахунок колінчатого валу на міцність

Висновки

Список літератури



ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

ДВЗ - двигун внутрішнього згорання;

КШМ - кривошипно-шатунний механізм;

ПРЦД - порядок роботи циліндрів двигуна.



ВСТУП

Динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізму (КШМ) є одним з найважливіших етапів проектування нових та модернізації існуючих двигунів внутрішнього згорання (ДВЗ).

Умови роботи деталей КШМ характеризуються зусиллями, що виникають в них за різних режимів роботи двигуна. Величина і характер зміни механічних навантажень, що приходяться на ці деталі визначається на основі дослідження кривошипно-шатунного механізму. Динамічному розрахунку передує тепловий розрахунок, що забезпечує можливість вибору основних розмірів двигуна і знаходження тиску газів в циліндрі двигуна.

Аналіз усіх сил, діючих в КШМ, необхідний для розрахунку двигуна на міцність і визначення навантажень в підшипниках. Сили, діючі в КШМ поділяються на сили тиску газів, сили інерції рухомих мас в механізмі і сили тертя. У свою чергу сили інерції рухомих мас поділяються на сили інерції обернено-поступово рухаючих мас і сили інерції обертаючих мас. При цьому також проводиться аналіз врівноваженості двигуна.



1. ПІДГОТОВКА ВИХІДНИХ ДАНИХ

1.1 Дані двигуна

Результати розрахунку робочого процесу дизеля з наддувом

Вихідні дані:

Частота обертання к.в.: 1800 об/мин

Діаметр циліндра: 0,120 м

Хід поршня: 0,140 м

Ступінь стиску: 16,0

Число циліндрів: 4

Довжина шатуна: 0,250 м

ККД турбокомпресора: 0,55

Розміри циліндра:

Робочий об'єм циліндра: 1,583E-3 м куб

Об'єм камери стиску: 1,056E-4 м куб

Параметри повітря:

Теор. необхід. кіл-ть повітря: 0,497 кмоль пов/кг пал

Хімічний коеф. молекулярної зміни: 1,035

Коеф. надлишку повітря: 1,91

Сумарний коеф. надлишку повітря: 1,91

Параметри наддуву:

Тиск наддуву: 0,1982 МПа

Ступінь підвищення тиску в нагнітачі: 2,0313

Тиск газів на випуску: 0,1611 МПа

Температура після нагнітача: 377 К

Температура після повітроохолоджувача: 333 К

Ефективність повітроохолоджувача: 0,52

Параметри наповнення:

Підігрів заряду при наповненні: 57,4 К

Коефіцієнт наповнення: 1,582

Потенціальний заряд циліндра: 6,584E-5

Коеф. залишкових газів: 0,062

Кількість свіжої суміші: 1,042E-4 кмоль/цикл

Кількість суміші вкінці наповнення: 1,139E-4 кмоль/цикл

Об'єм вкінці наповнення: 1,689E-3 м куб

Температура вкінці наповнення: 353 К

Тиск вкінці наповнення: 0,198 МПа

Коефіцієнт збігу продувочного повітря: 0

Параметри стиску:

Показник адіабати стиску: 1,366

Кількість робочого тіла вкінці стиску: 1,339E-4 кмоль/цикл

Об'єм вкінці стиску: 1,056E-4 м куб

Температура вкінці стиску: 974 К

Тиск вкінці стиску: 8,7405 МПа

Параметри згорання:

Ступінь підвищення тиску: 1,32

Повний коефіцієнт молекулярної зміни: 1,033

Кількість суміші вкінці згоряння: 1,176E-4 кмоль/цикл

Об'єм вкінці згоряння: 1,534E-4 м куб

Температура вкінці згоряння: 1804 К

Максимальний тиск циклу: 11,5 МПа

Кут максимального тиску циклу: 18 гр

Параметри розширення:

Показник адіабати розширення: 1,213

Кількість робочого тіла вкінці розширення: 1, 176E-4 кмоль/цикл

Об'єм вкінці розширення: 1,416E-3 м куб

Температура вкінці розширення: 1124 К

Тиск вкінці розширення: 0,7761 МПа

Індикаторні показники:

Повна ступінь розширення: 11,008

Середній індикаторний тиск: 1,3553 МПа

Індикаторна робота: 2146 Дж/цикл

Індикаторна потужність: 128,76 кВт

Індикаторний ККД: 0,461

Питома індикаторна витрата палива: 184,4 г/кВтч

Середній тиск насосних ходів: -0,0284 МПа

Робота насосних ходів: -44,9 Дж/цикл

Потужність насосних ходів: -2,7 кВт

Доля насосних ходів: -0,010

Ефективні показники:

Середня швидкість поршня: 8,4 м/с

Середній тиск механічних втрат: 0,1674 МПа

Робота механічних втрат: 265,1 Дж/цикл

Потужність механічних втрат: 15,9 кВт

Доля механічних втрат: 0,057

Середній ефективний тиск: 1,1579 МПа

Ефективна робота: 1836 Дж/цикл

Ефективна потужність: 110,16 кВт

Ефективний ККД: 0,395

Питомі ефективні витрати палива: 215,9 г/кВтч

Механічний ККД: 0,856

Часові витрати палива: 23,78 кг/ч

Циклова подача: 1,101E-04 кг/цикл

Коеф. наповн. по параметрам перед клапанами: 0,919

Параметри турбокомпресора:

Потужність нагнітача: 15,57 кВт

Температура перед турбіною: 913 К

Температура після турбіни: 839 К

Потужність турбіни: 15,89 кВт

ККД турбіни: 0,72

Механічний ККД турбокомпресора: 0,98

Таблиця 1.1

Діаграма зтиску-згоряння-розширенняя

alfa V p

180 1,689E-3 0, 237

190 1,680E-3 0, 239

200 1,654E-3 0, 244

210 1,611E-3 0, 253

220 1,549E-3 0, 267

230 1,471E-3 0, 286

240 1,376E-3 0, 314

250 1,266E-3 0, 351

260 1,142E-3 0, 404

270 1,008E-3 0, 480

280 8,673E-4 0, 589

290 7,243E-4 0, 753

300 5,845E-4 1, 010

310 4,534E-4 1, 428

320 3,366E-4 2, 145

330 2,393E-4 3, 417

340 1,663E-4 5, 619

350 1,209E-4 8, 680

360 1,056E-4 10, 451

360 1,056E-4 13, 000

379 1,620E-4 13, 000

380 1,663E-4 12, 584

390 2,393E-4 8, 005

400 3,366E-4 5, 242

410 4,534E-4 3, 621

420 5,845E-4 2, 641

430 7,243E-4 2, 024

440 8,673E-4 1, 618

450 1,008E-3 1, 342

460 1,142E-3 1, 149

470 1,266E-3 1, 012

480 1,376E-3 0, 912

490 1,471E-3 0, 839

500 1,549E-3 0, 787

510 1,611E-3 0, 750

520 1,654E-3 0, 726

530 1,680E-3 0, 712

540 1,689E-3 0, 707

1.2 Дані шатунно-поршневої групи

Маса поршня m_п, кг: 3,1

Маса шатуна m_L, кг: 4,3

Довжина шатуна L, мм: 250

Відстань між віссю ваги шатунного підшипника до центра

ваги шатуна L_B, мм: 80

1.3 Дані колінчатого валу

Матеріал колінчатого вала: Сталь 45

Діаметр шатунної шийки d, мм: 78

Діаметр отвору в шатунній шийці d₁, мм: 31

Довжина шатунної шийки с, мм: 51

Діаметр корінної шийки D, мм: 92

Діаметр отвору у корінній шийці D₁ , мм: 0

Довжина корінних шийок а, мм: а_0,1=58; а_1,2= а_3,4=44; а_2,3=64; а_4,к=65

Ширина щоки h, мм: 150

Висота щоки H, мм: 175

Товщина щоки b, мм: 27

Масовий момент інерції маховика ?_м, кг*м²: 2,4

1.4 Підготовка додаткових вихідних даних

Площа поршня F_п, м²

де D_ц - діаметр циліндра двигуна.

Радіус кривошипа R, м

де S - хід поршня, м.

Конструктивний параметр КШМ

Кутова швидкість обертання колінчатого валу щ, рад/с

Прямолінійно рухома маса в циліндрі двигуна m_a, кг

Обертова маса шатуна m_BL, кг

Маса шатунної шийки зведена до її осі m_ш, кг

де Э - зміщення осі отвору в шатунній шийці відносно шатунної шийки

с - густина матеріалу колінчатого валу

Маса щоки, зведена до осі шатунної шийки m_щ, кг,

де Х_щ - відстань між віссю обертання кривошипу до центру маси щоки

Приведена маса кривошипа m_k, кг

Обертова маса у відсіку двигуна m_В, кг



Сила інерції обертової маси Р_ив, кН

Сила інерції обертової частини шатуна Р_ивL, кН

1.5 Зкруглення індикаторної діаграми

Тиск при = 360?, МПа:

де р_с - тиск в циліндрі вкінці такту стиснення;

р_z - максимальний тиск циклу.



2. РОЗРАХУНОК СИЛ І ОБЕРТОВОГО МОМЕНТУ У ВІДСІКУ ДВИГУНА

Рисунок 2.1 - Схема сил у відсіку двигуна

Для розрахунку обертового моменту використовуються наступні залежності.

Сила тиску газів, кН

де р_г - тиск газів у циліндрі, Мпа.

Прискорення поршня, м/с²

,

Сила інерції прямолінійно рухомої маси, кН

.

Сумарна сила в точці А, кН

_.

Кут між віссю шатуна та віссю циліндра , градуси:

Нормальна сила, що передається поршнем на стінки циліндра, кН

Сила, що передається по шатуну на кривошип, кН

.

Радіальна складова сили Q_A на кривошипі, кН

Повна радіальна сила у відсіку двигуна, кН

Тангенціальна складова сили Q_A на кривошипі, кН

.

Крутний момент на кривошипі, кН•м

.

Результати розрахунку представлені у таблиці 2.1.

За результатами розрахунку построєні графіки:

1) Р_г,Р_иа,Р_А = f(б) - рис 2.2;

2) N_A, Q_A, Z_A, Т_А = f(б) - рис 2.3;

3) Z, = f(б) - рис 2.4.

Похибка розрахунку

,

де М_i - значення індикаторного обертового моменту, кН•м,

,

де Р_i - середній індикаторний тиск, МПа

Р_НП - тиск насосних втрат, МПа

V_h - об'єм двигуна;

Z₀ - число циліндрів у відсіку двигуна;

ф - тактність двигуна;

М_кср - середнє поточне значення обертового моменту, кН•м,



,

де М_кі - значення крутного моменту, кН•м,

Розбіжність між і складає =7,82%, що допустимо

двигун навантаження вал міцність

Таблиця 2.1

Розрахунок сил і обертового моменту у відсіку двигуна

б	в	рг	Pг	A	Pia	Pa	Na	Qa	Za	Z	Ta	M
0	0	0,167	0,757	3180,31	-14,235	-13,478	0	-13,478	-13,478	-35,028	0	0
10	2,7869	0,161	0,689	3100,61	-13,878	-13,189	-0,642	-13,205	-12,877	-34,427	-2,923	-0,205
20	5,4954	0,158	0,655	2867,71	-12,836	-12,180	-1,172	-12,237	-11,045	-32,595	-5,267	-0,369
30	8,0478	0,157	0,644	2499,59	-11,188	-10,544	-1,491	-10,649	-8,386	-29,936	-6,563	-0,459
40	10,3686	0,16	0,678	2024,13	-9,060	-8,382	-1,534	-8,521	-5,435	-26,985	-6,563	-0,459
50	12,3858	0,164	0,723	1476,28	-6,608	-5,885	-1,292	-6,025	-2,793	-24,343	-5,339	-0,374
60	14,0334	0,169	0,780	894,46	-4,004	-3,224	-0,806	-3,323	-0,914	-22,464	-3,195	-0,224
70	15,2549	0,174	0,836	316,86	-1,418	-0,582	-0,159	-0,603	-0,050	-21,600	-0,601	-0,042
80	16,0065	0,177	0,870	-222,29	0,995	1,865	0,535	1,940	-0,203	-21,753	1,930	0,135
90	16,2602	0,179	0,893	-695,69	3,114	4,007	1,169	4,174	-1,169	-22,719	4,007	0,280
100	16,0065	0,181	0,915	-1085,19	4,857	5,773	1,656	6,005	-2,633	-24,183	5,397	0,378
110	15,2549	0,183	0,938	-1382,72	6,189	7,127	1,944	7,387	-4,264	-25,814	6,032	0,422
120	14,0334	0,186	0,972	-1590,16	7,118	8,089	2,022	8,338	-5,796	-27,346	5,995	0,420
130	12,3858	0,189	1,006	-1717,89	7,689	8,695	1,909	8,902	-7,052	-28,602	5,433	0,380
140	10,3686	0,191	1,028	-1782,52	7,979	9,007	1,648	9,156	-7,959	-29,509	4,527	0,317
150	8,0478	0,194	1,062	-1803,90	8,074	9,136	1,292	9,227	-8,558	-30,108	3,449	0,241
160	5,4954	0,195	1,074	-1801,85	8,065	9,139	0,879	9,181	-8,888	-30,438	2,299	0,161
170	2,7869	0,197	1,096	-1793,13	8,026	9,122	0,444	9,133	-9,061	-30,611	1,147	0,080
180	0	0,198	1,107	-1788,93	8,007	9,115	0	9,115	-9,115	-30,665	0	0
190	-2,7869	0,199	1,119	-1793,13	8,026	9,145	-0,445	9,156	-9,083	-30,633	-1,150	-0,080
200	-5,4954	0,204	1,175	-1801,85	8,065	9,240	-0,889	9,283	-8,987	-30,537	-2,325	-0,163
210	-8,0478	0,211	1,254	-1803,90	8,074	9,329	-1,319	9,421	-8,738	-30,288	-3,522	-0,247
220	-10,3686	0,223	1,390	-1782,52	7,979	9,368	-1,714	9,524	-8,278	-29,828	-4,709	-0,330
230	-12,3858	0,239	1,571	-1717,89	7,689	9,260	-2,034	9,481	-7,510	-29,060	-5,786	-0,405
240	-14,0334	0,262	1,831	-1590,16	7,118	8,948	-2,237	9,223	-6,411	-27,961	-6,631	-0,464
250	-15,2549	0,293	2,181	-1382,72	6,189	8,370	-2,283	8,676	-5,008	-26,558	-7,084	-0,496
260	-16,0065	0,338	2,689	-1085,19	4,857	7,547	-2,165	7,851	-3,442	-24,992	-7,056	-0,494
270	-16,2602	0,401	3,401	-695,69	3,114	6,515	-1,900	6,787	-1,900	-23,450	-6,515	-0,456
280	-16,0065	0,492	4,430	-222,29	0,995	5,425	-1,556	5,643	-0,591	-22,141	-5,612	-0,393
290	-15,2549	0,629	5,978	316,86	-1,418	4,559	-1,243	4,726	0,391	-21,159	-4,710	-0,330
300	-14,0334	0,843	8,396	894,46	-4,004	4,392	-1,098	4,527	1,245	-20,305	-4,353	-0,305
310	-12,3858	1,193	12,351	1476,28	-6,608	5,743	-1,261	5,880	2,725	-18,825	-5,210	-0,365
320	-10,3686	1,793	19,131	2024,13	-9,060	10,071	-1,843	10,238	6,530	-15,020	-7,885	-0,552
330	-8,0478	2,857	31,154	2499,59	-11,188	19,966	-2,823	20,165	15,879	-5,671	-12,428	-0,870
340	-5,4954	4,699	51,969	2867,71	-12,836	39,133	-3,765	39,314	35,485	13,935	-16,922	-1,185
350	-2,7869	7,259	80,897	3100,61	-13,878	67,018	-3,262	67,098	65,434	43,884	-14,850	-1,040
360	0	10,81	121,023	3180,31	-14,235	106,788	0	106,788	106,788	85,238	0	0
370	2,7869	11,5	128,820	3100,61	-13,878	114,942	5,595	115,078	112,224	90,674	25,470	1,783
380	5,4954	10,432	116,752	2867,71	-12,836	103,916	9,998	104,396	94,229	72,679	44,936	3,146
390	8,0478	6,707	74,659	2499,59	-11,188	63,471	8,974	64,102	50,480	28,930	39,507	2,766
400	10,3686	4,436	48,997	2024,13	-9,060	39,937	7,307	40,600	25,896	4,346	31,268	2,189
410	12,3858	3,091	33,798	1476,28	-6,608	27,190	5,971	27,838	12,904	-8,646	24,667	1,727
420	14,0334	2,271	24,532	894,46	-4,004	20,529	5,131	21,160	5,821	-15,729	20,344	1,424
430	15,2549	1,751	18,656	316,86	-1,418	17,238	4,701	17,868	1,478	-20,072	17,806	1,246
440	16,0065	1,408	14,780	-222,29	0,995	15,775	4,525	16,412	-1,717	-23,267	16,322	1,143
450	16,2602	1,173	12,125	-695,69	3,114	15,239	4,445	15,874	-4,445	-25,995	15,239	1,067
460	16,0065	1,008	10,260	-1085,19	4,857	15,118	4,337	15,727	-6,896	-28,446	14,135	0,989
470	15,2549	0,89	8,927	-1382,72	6,189	15,116	4,123	15,668	-9,044	-30,594	12,794	0,896
480	14,0334	0,804	7,955	-1590,16	7,118	15,073	3,767	15,536	-10,799	-32,349	11,170	0,782
490	12,3858	0,742	7,255	-1717,89	7,689	14,944	3,282	15,300	-12,120	-33,670	9,338	0,654
500	10,3686	0,696	6,735	-1782,52	7,979	14,713	2,692	14,958	-13,002	-34,552	7,395	0,518
510	8,0478	0,665	6,385	-1803,90	8,074	14,459	2,044	14,603	-13,544	-35,094	5,459	0,382
520	5,4954	0,61	5,763	-1801,85	8,065	13,828	1,330	13,892	-13,449	-34,999	3,479	0,244
530	2,7869	0,541	4,983	-1793,13	8,026	13,009	0,633	13,025	-12,922	-34,472	1,635	0,114
540	0	0,488	4,384	-1788,93	8,007	12,392	0	12,392	-12,392	-33,942	0	0
550	-2,7869	0,435	3,786	-1793,13	8,026	11,812	-0,575	11,826	-11,732	-33,282	-1,485	-0,104
560	-5,4954	0,383	3,198	-1801,85	8,065	11,263	-1,084	11,315	-10,954	-32,504	-2,834	-0,198
570	-8,0478	0,334	2,644	-1803,90	8,074	10,718	-1,516	10,825	-10,040	-31,590	-4,047	-0,283
580	-10,3686	0,29	2,147	-1782,52	7,979	10,126	-1,853	10,294	-8,948	-30,498	-5,089	-0,356
590	-12,3858	0,248	1,672	-1717,89	7,689	9,362	-2,056	9,585	-7,592	-29,142	-5,850	-0,409
600	-14,0334	0,217	1,322	-1590,16	7,118	8,440	-2,109	8,699	-6,047	-27,597	-6,254	-0,438
610	-15,2549	0,196	1,085	-1382,72	6,189	7,274	-1,984	7,540	-4,352	-25,902	-6,157	-0,431
620	-16,0065	0,184	0,949	-1085,19	4,857	5,806	-1,666	6,041	-2,649	-24,199	-5,429	-0,380
630	-16,2602	0,178	0,881	-695,69	3,114	3,995	-1,165	4,162	-1,165	-22,715	-3,995	-0,280
640	-16,0065	0,177	0,870	-222,29	0,995	1,865	-0,535	1,940	-0,203	-21,753	-1,930	-0,135
650	-15,2549	0,177	0,870	316,86	-1,418	-0,548	0,149	-0,568	-0,047	-21,597	0,566	0,040
660	-14,0334	0,177	0,870	894,46	-4,004	-3,134	0,783	-3,230	-0,888	-22,438	3,105	0,217
670	-12,3858	0,18	0,904	1476,28	-6,608	-5,704	1,253	-5,840	-2,707	-24,257	5,175	0,362
680	-10,3686	0,183	0,938	2024,13	-9,060	-8,122	1,486	-8,257	-5,267	-26,817	6,359	0,445
690	-8,0478	0,183	0,938	2499,59	-11,188	-10,250	1,449	-10,352	-8,152	-29,702	6,380	0,447
700	-5,4954	0,179	0,893	2867,71	-12,836	-11,943	1,149	-11,998	-10,830	-32,380	5,165	0,362
710	-2,7869	0,172	0,814	3100,61	-13,878	-13,065	0,636	-13,080	-12,756	-34,306	2,895	0,203
720	0	0,167	0,757	3180,31	-14,235	-13,478	0	-13,478	-13,478	-35,028	0	0

3. ВИЗНАЧЕННЯ КРУТНИХ МОМЕНТІВ, ЩО ПЕРЕДАЮТЬСЯ ДО КОРІННИХ ШІЙОК

Крутний момент на носку колінчатого валу, кН•м,

де N_eo - потужність, що відбирається з носка колінчатого валу або що подається до нього, кВт.

Якщо N_eo невелике - менше 5% від індикаторної потужності, то М_0,1 можна не враховувати

Крутний момент на корінній шийці 1,2, кН•м,

де М₁ - крутний момент, що виникає на 1^му кривошипі, кН•м.

Крутний момент на корінній шийці 2,3, кН•м,

де М₂ - крутний момент, що виникає на 2^му кривошипі, кН•м.

Крутний момент на корінній шийці 3,4, кН•м,

де М₃ - крутний момент, що виникає на 3^му кривошипі, кН•м.

Крутний момент на корінній шийці 4,к, кН•м,

де М₄ - крутний момент, що виникає на 4^му кривошипі, кН•м;

М_к - сумарний крутний момент на фланці колінвалу.

Визначаємо інтервал роботи суміжних циліндрів в градусах повороту колінчатого валу

де х - тактність двигуна;

z - число циліндрів двигуна.

Порядок роботи циліндрів двигуна:1-3-4-2.

Число циліндра у ПРЦД:1-2-3-4.

Визначаємо кути відставання роботи циліндрів від першого

Визначаємо початкові значення кутів повороту кривошипів

де Д - кут чергування роботи циліндрів;

S_i - число циліндра у ПРЦД.

Результати розрахунку представлені у таблиці 3.1.

За результатами розрахунку построєні графіки М_к, М_кср, М_кі = f(a) - Рисунок 3.1.

Похибка розрахунку



,

де М_i - значення індикаторного крутного моменту, кН•м,

,

де Р_i - середній індикаторний тиск, МПа;

Р_НП - тиск насосних втрат, МПа;

V_h - об'єм двигуна;

z - число циліндрів двигуна;

ф - тактність двигуна;

М_кср - середнє значення крутного моменту, кН•м,

де М_кі - поточне значення крутного моменту, кН•м,

Розбіжність між і складає =4,83%, що допускається

Таблиця 3.1

Крутні моменти, що діють на кривошипи

б1	М1=М1,2	б2	М2	М2.3	б3	М3	М3,4	б4	М4	Мк
0	0	180	0	0	540	0,000	0,000	360	0	0
10	-0,205	190	-0,080	-0,285	550	-0,104	-0,389	370	1,783	1,394
20	-0,369	200	-0,163	-0,531	560	-0,198	-0,730	380	3,146	2,416
30	-0,459	210	-0,247	-0,706	570	-0,283	-0,989	390	2,766	1,776
40	-0,459	220	-0,330	-0,789	580	-0,356	-1,145	400	2,189	1,044
50	-0,374	230	-0,405	-0,779	590	-0,409	-1,188	410	1,727	0,538
60	-0,224	240	-0,464	-0,688	600	-0,438	-1,126	420	1,424	0,298
70	-0,042	250	-0,496	-0,538	610	-0,431	-0,969	430	1,246	0,277
80	0,135	260	-0,494	-0,359	620	-0,380	-0,739	440	1,143	0,404
90	0,280	270	-0,456	-0,176	630	-0,280	-0,455	450	1,067	0,611
100	0,378	280	-0,393	-0,015	640	-0,135	-0,150	460	0,989	0,839
110	0,422	290	-0,330	0,093	650	0,040	0,132	470	0,896	1,028
120	0,420	300	-0,305	0,115	660	0,217	0,332	480	0,782	1,114
130	0,380	310	-0,365	0,016	670	0,362	0,378	490	0,654	1,032
140	0,317	320	-0,552	-0,235	680	0,445	0,210	500	0,518	0,728
150	0,241	330	-0,870	-0,628	690	0,447	-0,182	510	0,382	0,200
160	0,161	340	-1,185	-1,024	700	0,362	-0,662	520	0,244	-0,419
170	0,080	350	-1,040	-0,959	710	0,203	-0,757	530	0,114	-0,642
180	0,000	360	0,000	0	720	0,000	0	540	0,000	0
190	-0,080	370	1,783	1,702	10	-0,205	1,498	550	-0,104	1,394
200	-0,163	380	3,146	2,983	20	-0,369	2,614	560	-0,198	2,416
210	-0,247	390	2,766	2,519	30	-0,459	2,060	570	-0,283	1,776
220	-0,330	400	2,189	1,859	40	-0,459	1,400	580	-0,356	1,044
230	-0,405	410	1,727	1,322	50	-0,374	0,948	590	-0,409	0,538
240	-0,464	420	1,424	0,960	60	-0,224	0,736	600	-0,438	0,298
250	-0,496	430	1,246	0,751	70	-0,042	0,708	610	-0,431	0,277
260	-0,494	440	1,143	0,649	80	0,135	0,784	620	-0,380	0,404
270	-0,456	450	1,067	0,611	90	0,280	0,891	630	-0,280	0,611
280	-0,393	460	0,989	0,597	100	0,378	0,974	640	-0,135	0,839
290	-0,330	470	0,896	0,566	110	0,422	0,988	650	0,040	1,028
300	-0,305	480	0,782	0,477	120	0,420	0,897	660	0,217	1,114
310	-0,365	490	0,654	0,289	130	0,380	0,669	670	0,362	1,032
320	-0,552	500	0,518	-0,034	140	0,317	0,283	680	0,445	0,728
330	-0,870	510	0,382	-0,488	150	0,241	-0,246	690	0,447	0,200
340	-1,185	520	0,244	-0,941	160	0,161	-0,780	700	0,362	-0,419
350	-1,040	530	0,114	-0,925	170	0,080	-0,845	710	0,203	-0,642
360	0,000	540	0	0	180	0,000	0	720	0,000	0
370	1,783	550	-0,104	1,679	190	-0,080	1,598	10	-0,205	1,394
380	3,146	560	-0,198	2,947	200	-0,163	2,784	20	-0,369	2,416
390	2,766	570	-0,283	2,482	210	-0,247	2,236	30	-0,459	1,776
400	2,189	580	-0,356	1,833	220	-0,330	1,503	40	-0,459	1,044
410	1,727	590	-0,409	1,317	230	-0,405	0,912	50	-0,374	0,538
420	1,424	600	-0,438	0,986	240	-0,464	0,522	60	-0,224	0,298
430	1,246	610	-0,431	0,815	250	-0,496	0,320	70	-0,042	0,277
440	1,143	620	-0,380	0,762	260	-0,494	0,269	80	0,135	0,404
450	1,067	630	-0,280	0,787	270	-0,456	0,331	90	0,280	0,611
460	0,989	640	-0,135	0,854	280	-0,393	0,462	100	0,378	0,839
470	0,896	650	0,040	0,935	290	-0,330	0,606	110	0,422	1,028
480	0,782	660	0,217	0,999	300	-0,305	0,695	120	0,420	1,114
490	0,654	670	0,362	1,016	310	-0,365	0,651	130	0,380	1,032
500	0,518	680	0,445	0,963	320	-0,552	0,411	140	0,317	0,728
510	0,382	690	0,447	0,829	330	-0,870	-0,041	150	0,241	0,200
520	0,244	700	0,362	0,605	340	-1,185	-0,579	160	0,161	-0,419
530	0,114	710	0,203	0,317	350	-1,040	-0,722	170	0,080	-0,642
540	0,000	720	0,000	0	360	0	0	180	0,000	0
550	-0,104	10	-0,205	-0,309	370	1,783	1,474	190	-0,080	1,394
560	-0,198	20	-0,369	-0,567	380	3,146	2,578	200	-0,163	2,416
570	-0,283	30	-0,459	-0,743	390	2,766	2,023	210	-0,247	1,776
580	-0,356	40	-0,459	-0,816	400	2,189	1,373	220	-0,330	1,044
590	-0,409	50	-0,374	-0,783	410	1,727	0,944	230	-0,405	0,538
600	-0,438	60	-0,224	-0,661	420	1,424	0,763	240	-0,464	0,298
610	-0,431	70	-0,042	-0,473	430	1,246	0,773	250	-0,496	0,277
620	-0,380	80	0,135	-0,245	440	1,143	0,898	260	-0,494	0,404
630	-0,280	90	0,280	0,001	450	1,067	1,068	270	-0,456	0,611
640	-0,135	100	0,378	0,243	460	0,989	1,232	280	-0,393	0,839
650	0,040	110	0,422	0,462	470	0,896	1,358	290	-0,330	1,028
660	0,217	120	0,420	0,637	480	0,782	1,419	300	-0,305	1,114
670	0,362	130	0,380	0,743	490	0,654	1,396	310	-0,365	1,032
680	0,445	140	0,317	0,762	500	0,518	1,280	320	-0,552	0,728
690	0,447	150	0,241	0,688	510	0,382	1,070	330	-0,870	0,200
700	0,362	160	0,161	0,522	520	0,244	0,766	340	-1,185	-0,419
710	0,203	170	0,080	0,283	530	0,114	0,397	350	-1,040	-0,642
720	0,000	180	0,000	0	540	0,000	0	360	0,000	0



4. РОЗРАХУНОК НАВАНТАЖЕНЬ НА ШАТУННІ ШИЙКИ ТА ПІДШИПНИКИ

В однорядному двигуні шатунна шийка навантажена силою Q_A, яка в точці В (див. рис 2.1 ) замінюється силами Z_A і Т_А, а також силою інерції Р_ивL обертаючої маси шатуна.

Радіальна складова навантаження на шийку, кН,

Тангенціальна складова навантаження, кН,

Повне навантаження на шатунну шийку, кН,

Шатунний підшипник навантажений реакціями шатунної шийки,

;

.

Розрахунок представлено у табл. 4.1. Результати розрахунку представляють у обертаючій системі координат Z_ш-Т_ш у вигляді годографу навантажень на шатунну шийку, рис 4.1, і в системі координат R_zш-R_тш у вигляді годографу навантажень на шатунний підшипник, рис 4.2.

двигун навантаження вал міцність



Таблиця 4.1

Розрахунок навантажень на шатунну шийку та підшипник

б	в	Zш	Tш	Kш	Rzш	Rтш
0	0	-20,743	0	20,743	-20,743	0
10	2,7869	-20,142	-2,923	20,353	-20,290	1,608
20	5,4954	-18,310	-5,267	19,053	-18,794	3,127
30	8,0478	-15,651	-6,563	16,971	-16,370	4,478
40	10,3686	-12,700	-6,563	14,296	-13,155	5,595
50	12,3858	-10,058	-5,339	11,387	-9,392	6,437
60	14,0334	-8,179	-3,195	8,781	-5,322	6,985
70	15,2549	-7,315	-0,601	7,340	-1,204	7,240
80	16,0065	-7,468	1,930	7,713	2,701	7,225
90	16,2602	-8,434	4,007	9,337	6,208	6,974
100	16,0065	-9,898	5,397	11,274	9,191	6,529
110	15,2549	-11,529	6,032	13,012	11,581	5,933
120	14,0334	-13,061	5,995	14,371	13,388	5,223
130	12,3858	-14,317	5,433	15,313	14,657	4,434
140	10,3686	-15,224	4,527	15,883	15,471	3,592
150	8,0478	-15,823	3,449	16,195	15,966	2,716
160	5,4954	-16,153	2,299	16,316	16,214	1,820
170	2,7869	-16,326	1,147	16,366	16,341	0,912
180	0	-16,380	0	16,380	16,380	0
190	-2,7869	-16,348	-1,150	16,389	16,363	-0,912
200	-5,4954	-16,252	-2,325	16,418	16,316	-1,820
210	-8,0478	-16,003	-3,522	16,386	16,160	-2,716
220	-10,3686	-15,544	-4,709	16,241	15,839	-3,592
230	-12,3858	-14,775	-5,786	15,868	15,236	-4,434
240	-14,0334	-13,676	-6,631	15,199	14,273	-5,223
250	-15,2549	-12,273	-7,084	14,171	12,869	-5,933
260	-16,0065	-10,708	-7,056	12,823	11,037	-6,529
270	-16,2602	-9,165	-6,515	11,245	8,821	-6,974
280	-16,0065	-7,856	-5,612	9,654	6,404	-7,225
290	-15,2549	-6,874	-4,710	8,333	4,125	-7,240
300	-14,0334	-6,020	-4,353	7,428	2,529	-6,985
310	-12,3858	-4,540	-5,210	6,910	2,512	-6,437
320	-10,3686	-0,735	-7,885	7,919	5,604	-5,595
330	-8,0478	8,614	-12,428	15,121	14,443	-4,478
340	-5,4954	28,220	-16,922	32,905	32,756	-3,127
350	-2,7869	58,169	-14,850	60,034	60,013	-1,608
360	0	99,523	0	99,523	99,523	0
370	2,7869	104,959	25,470	108,005	107,993	1,608
380	5,4954	86,964	44,936	97,888	97,838	3,127
390	8,0478	43,215	39,507	58,553	58,381	4,478
400	10,3686	18,631	31,268	36,398	35,966	5,595
410	12,3858	5,639	24,667	25,304	24,471	6,437
420	14,0334	-1,444	20,344	20,395	19,162	6,985
430	15,2549	-5,787	17,806	18,723	17,267	7,240
440	16,0065	-8,982	16,322	18,630	17,172	7,225
450	16,2602	-11,710	15,239	19,218	17,908	6,974
460	16,0065	-14,161	14,135	20,008	18,913	6,529
470	15,2549	-16,309	12,794	20,729	19,862	5,933
480	14,0334	-18,064	11,170	21,238	20,586	5,223
490	12,3858	-19,385	9,338	21,517	21,055	4,434
500	10,3686	-20,267	7,395	21,574	21,273	3,592
510	8,0478	-20,809	5,459	21,513	21,341	2,716
520	5,4954	-20,714	3,479	21,004	20,925	1,820
530	2,7869	-20,187	1,635	20,253	20,232	0,912
540	0	-19,657	0	19,657	19,657	0
550	-2,7869	-18,997	-1,485	19,055	19,033	-0,912
560	-5,4954	-18,219	-2,834	18,438	18,348	-1,820
570	-8,0478	-17,305	-4,047	17,772	17,563	-2,716
580	-10,3686	-16,213	-5,089	16,993	16,609	-3,592
590	-12,3858	-14,857	-5,850	15,968	15,340	-4,434
600	-14,0334	-13,312	-6,254	14,708	13,749	-5,223
610	-15,2549	-11,617	-6,157	13,148	11,733	-5,933
620	-16,0065	-9,914	-5,429	11,303	9,226	-6,529
630	-16,2602	-8,430	-3,995	9,329	6,196	-6,974
640	-16,0065	-7,468	-1,930	7,713	2,701	-7,225
650	-15,2549	-7,312	0,566	7,334	-1,169	-7,240
660	-14,0334	-8,154	3,105	8,725	-5,228	-6,985
670	-12,3858	-9,972	5,175	11,234	-9,207	-6,437
680	-10,3686	-12,532	6,359	14,053	-12,891	-5,595
690	-8,0478	-15,417	6,380	16,685	-16,073	-4,478
700	-5,4954	-18,095	5,165	18,818	-18,556	-3,127
710	-2,7869	-20,021	2,895	20,229	-20,165	-1,608
720	0	-20,743	0	20,743	-20,743	0



Рисунок 4.1 Годограф навантажень на шатунну шийку

Рисунок 4.2 Годограф навантажень на шатунний підшипник

5. РОЗРАХУНОК НАВАНТАЖЕНЬ НА КОРІННІ ШИЙКИ ТА ПІДШИПНИКИ

При розрахунку навантажень на корінну опору 1, 2 колінчатого валу використовують модель розрізної балки, що дозволяє вважати систему статично визначеною і враховувати тільки ті сили, що діють на суміжних з опорою кривошипах 1 і 2. При цьому доцільно розглядати окремо навантаження на опори від змінних сил Z₁, T₁, Z₂, T₂.

Мал. 5.1 - Схема до розрахунку навантажень на корінні шийки та підшипники

За даною схемою розрахунку навантажень, противаги на валу відсутні.

Розглядаючи моменти сил Z₁, T₁ відносно точки А і сил Z₂, T₂, відносно точки А₁, знаходимо змінні навантаження на опору за формулами:

;

;

де д₁₂ - кут між 1-м та 2-м кривошипом у напрямку обертання КВ.

Загальні навантаження на корінну шийку по осям R_x і R_y, кН,

Навантаження на корінний підшипник у нерухомій системі координат Х-У, кН,

Розрахунок представлено у табл.5.2. Результати розрахунку представлені у рухомій системі координат R_x-R_y у вигляді годографу навантажень на корінну шийку, рис. 5.2, і в нерухомій системі координат Х-У у вигляді годографу навантажень на корінний підшипник, рис. 5.3.

Таблиця 5.1

Розрахунок навантажень на корінну шийку та підшипник

б1, град	T1, кН	Z1, кН	б2, град	T2, кН	Z2, кН	Rx=XПН, кН	Ry=УПН, кН	K, кН	X, кН	У, кН
0	0	-35,028	180	0	-30,665	-2,140	0	2,140	-2,140	0
10	-2,923	-34,427	190	-1,150	-30,633	-1,837	-0,936	2,062	-1,972	-0,603
20	-5,267	-32,595	200	-2,325	-30,537	-0,914	-1,552	1,801	-1,390	-1,145
30	-6,563	-29,936	210	-3,522	-30,288	0,367	-1,553	1,596	-0,459	-1,528
40	-6,563	-26,985	220	-4,709	-29,828	1,689	-0,958	1,942	0,678	-1,820
50	-5,339	-24,343	230	-5,786	-29,060	2,682	0,273	2,696	1,933	-1,879
60	-3,195	-22,464	240	-6,631	-27,961	3,090	1,867	3,611	3,162	-1,742
70	-0,601	-21,600	250	-7,084	-26,558	2,795	3,491	4,472	4,237	-1,432
80	1,930	-21,753	260	-7,056	-24,992	1,872	4,823	5,173	5,074	-1,006
90	4,007	-22,719	270	-6,515	-23,450	0,528	5,637	5,661	5,637	-0,528
100	5,397	-24,183	280	-5,612	-22,141	-0,956	5,891	5,968	5,967	-0,082
110	6,032	-25,814	290	-4,710	-21,159	-2,351	5,743	6,206	6,201	0,245
120	5,995	-27,346	300	-4,353	-20,305	-3,626	5,531	6,614	6,603	0,375
130	5,433	-28,602	310	-5,210	-18,825	-5,090	5,694	7,638	7,634	0,240
140	4,527	-29,509	320	-7,885	-15,020	-7,620	6,651	10,114	10,112	-0,197
150	3,449	-30,108	330	-12,428	-5,671	-12,969	8,521	15,518	15,492	-0,895
160	2,299	-30,438	340	-16,922	13,935	-23,691	10,327	25,844	25,795	-1,601
170	1,147	-30,611	350	-14,850	43,884	-39,895	8,599	40,811	40,782	-1,541
180	0	-30,665	360	0	85,238	-62,171	0	62,171	62,171	0
190	-1,150	-30,633	370	25,470	90,674	-65,079	-14,314	66,634	66,575	2,795
200	-2,325	-30,537	380	44,936	72,679	-55,347	-25,411	60,902	60,700	4,949
210	-3,522	-30,288	390	39,507	28,930	-31,679	-23,128	39,223	38,998	4,190
220	-4,709	-29,828	400	31,268	4,346	-18,209	-19,327	26,553	26,372	3,101
230	-5,786	-29,060	410	24,667	-8,646	-10,810	-16,349	19,600	19,473	2,228
240	-6,631	-27,961	420	20,344	-15,729	-6,415	-14,473	15,830	15,741	1,681
250	-7,084	-26,558	430	17,806	-20,072	-3,332	-13,349	13,758	13,683	1,435
260	-7,056	-24,992	440	16,322	-23,267	-0,780	-12,535	12,559	12,480	1,408
270	-6,515	-23,450	450	15,239	-25,995	1,508	-11,665	11,762	11,665	1,508
280	-5,612	-22,141	460	14,135	-28,446	3,523	-10,590	11,161	11,041	1,631
290	-4,710	-21,159	470	12,794	-30,594	5,201	-9,389	10,733	10,602	1,676
300	-4,353	-20,305	480	11,170	-32,349	6,600	-8,325	10,624	10,509	1,553
310	-5,210	-18,825	490	9,338	-33,670	8,098	-7,796	11,240	11,177	1,192
320	-7,885	-15,020	500	7,395	-34,552	10,597	-8,174	13,383	13,371	0,550
330	-12,428	-5,671	510	5,459	-35,094	15,863	-9,549	18,515	18,512	-0,338
340	-16,922	13,935	520	3,479	-34,999	26,243	-10,875	28,407	28,380	-1,244
350	-14,850	43,884	530	1,635	-34,472	41,893	-8,781	42,804	42,782	-1,373
360	0	85,238	540	0	-33,942	63,611	0	63,611	63,611	0
370	25,470	90,674	550	-1,485	-33,282	66,148	14,350	67,687	67,635	2,645
380	44,936	72,679	560	-2,834	-32,504	56,156	25,433	61,646	61,468	4,693
390	39,507	28,930	570	-4,047	-31,590	32,387	23,197	39,838	39,647	3,896
400	31,268	4,346	580	-5,089	-30,498	18,719	19,374	26,940	26,793	2,809
410	24,667	-8,646	590	-5,850	-29,142	11,078	16,271	19,684	19,585	1,973
420	20,344	-15,729	600	-6,254	-27,597	6,478	14,189	15,597	15,526	1,485
430	17,806	-20,072	610	-6,157	-25,902	3,255	12,786	13,194	13,128	1,314
440	16,322	-23,267	620	-5,429	-24,199	0,639	11,605	11,622	11,539	1,386
450	15,239	-25,995	630	-3,995	-22,715	-1,610	10,257	10,383	10,257	1,610
460	14,135	-28,446	640	-1,930	-21,753	-3,432	8,559	9,221	9,025	1,894
470	12,794	-30,594	650	0,566	-21,597	-4,659	6,503	7,999	7,704	2,154
480	11,170	-32,349	660	3,105	-22,438	-5,140	4,272	6,684	6,270	2,315
490	9,338	-33,670	670	5,175	-24,257	-4,864	2,185	5,332	4,800	2,322
500	7,395	-34,552	680	6,359	-26,817	-3,956	0,514	3,990	3,361	2,150
510	5,459	-35,094	690	6,380	-29,702	-2,693	-0,528	2,744	2,068	1,804
520	3,479	-34,999	700	5,165	-32,380	-1,202	-0,927	1,518	0,812	1,282
530	1,635	-34,472	710	2,895	-34,306	0,115	-0,687	0,697	-0,233	0,657
540	0	-33,942	720	0	-35,028	0,785	0	0,785	-0,785	0
550	-1,485	-33,282	10	-2,923	-34,427	0,813	0,782	1,128	-0,937	-0,629
560	-2,834	-32,504	20	-5,267	-32,595	0,241	1,326	1,348	-0,680	-1,163
570	-4,047	-31,590	30	-6,563	-29,936	-0,703	1,378	1,547	-0,080	-1,545
580	-5,089	-30,498	40	-6,563	-26,985	-1,709	0,823	1,897	0,780	-1,729
590	-5,850	-29,142	50	-5,339	-24,343	-2,410	-0,240	2,422	1,733	-1,691
600	-6,254	-27,597	60	-3,195	-22,464	-2,598	-1,609	3,056	2,692	-1,445
610	-6,157	-25,902	70	-0,601	-21,600	-2,161	-2,952	3,659	3,513	-1,021
620	-5,429	-24,199	80	1,930	-21,753	-1,172	-3,927	4,098	4,071	-0,473
630	-3,995	-22,715	90	4,007	-22,719	0,136	-4,281	4,283	4,281	0,136
640	-1,930	-21,753	100	5,397	-24,183	1,436	-3,930	4,184	4,120	0,732
650	0,566	-21,597	110	6,032	-25,814	2,397	-2,944	3,796	3,586	1,245
660	3,105	-22,438	120	5,995	-27,346	2,773	-1,573	3,188	2,748	1,615
670	5,175	-24,257	130	5,433	-28,602	2,481	-0,170	2,487	1,725	1,791
680	6,359	-26,817	140	4,527	-29,509	1,607	0,948	1,866	0,622	1,759
690	6,380	-29,702	150	3,449	-30,108	0,394	1,539	1,589	-0,428	1,530
700	5,165	-32,380	160	2,299	-30,438	-0,853	1,511	1,735	-1,318	1,128
710	2,895	-34,306	170	1,147	-30,611	-1,785	0,923	2,009	-1,918	0,599
720	0	-35,028	180	0	-30,665	-2,140	0	2,140	-2,140	0

Рис. 5.2 - Годограф навантажень на корінну шийку

Рис.5.3 - Годограф навантажень на корінний підшипник



6. ОЦІНКА НЕРІВНОМІРНОСТІ ОБЕРТАННЯ КОЛІНЧАТОГО ВАЛУ

Ступінь нерівномірності обертання

,

що допускається;

де А - надлишкова робота сумарного обертового моменту двигуна, кН•м;

- момент інерції рухомих мас КШМ в одному відсіці, кг•м²;

- момент інерції маховика, кг•м².

Надлишкову роботу визначаємо за графіком сумарного обертового моменту, рис. 3.1.,

;

де F = 254 мм² - площа найбільшої фігури;

- масштаб по осі градусів ПКВ, рад/мм;

- масштаб по осі моментів, кН•м/мм.

Момент інерції рухомих мас КШМ у одному відсіці, кг/м²,

,

де R - радіус кривошипа;

z_п - середня кількість противаг на одному кривошипі;

D_ц - діаметр циліндра;

Z₀ - кількість циліндрів у відсіці;

L_к - довжина кривошипа, м;

;

де a - довжина корінної шийки, м;

b - товщина щоки, м;

с - довжина шатунної шийки, м;

d - діаметр шатунної шийки, м.



7. АНАЛІЗ ЗОВНІШНЬОЇ ЗРІВНОВАЖЕНОСТІ

Рис. 7.1 - Схема колінчатого валу

Аналіз сил і моментів у відсіці показав, що існує 3 неврівноважених фактори у вигляді: сил інерції обертових мас, сил інерції поступово рухомих мас і реактивного моменту. Ці сили і моменти передаються на опори двигуна, і будучи змінними за величиною викликають вібрації його корпусу. В багатоциліндровому двигуні ці фактори сумуються, а крім того рознесені по довжині двигуна сили створюють моменти: від від сил інерції обертових мас і від сил інерції поступово рухомих мас.

Сума сил інерції прямолінійно рухомих мас першого порядку, Н,

де - фіктивний вектор;

.

Згідно з аналогією до , сума сил інерції обертових мас .

Сума сил інерції прямолінійно рухомих мас другого порядку, Н,

Тобто УР_II є неврівноваженим фактором, має амплітуду 4Сл=16969Н, і має максимум при положенні першого кривошипу б = 0^? (ВМТ) з періодичністю 90^?.

Сума моментів від сил інерції прямолінійно рухомих мас, Нм,

Згідно з аналогією до , сума моментів від сил інерції обертових мас .

Сума моментів від сил інерції прямолінійно рухомих мас другого порядку, Нм,

Для кількісної оцінки зрівноваження двигуна використовується наступні критерії:

;

;

тобто двигун достатньо зрівноважений, і не потребує ніяких заходів щодо його зрівноваження.

8. РОЗРАХУНОК КОЛІНЧАТОГО ВАЛУ НА МІЦНІСТЬ

Результати динамічного розрахунку кривошипно-шатунного механізму використовують для розрахунків на міцність, найважливішим з яких є розрахунок на міцність колінчатого валу.

Значення границь втомленості для сталі 50:

;

8.1 Розрахунок корінної шийки в перерізі по змащувальному отвору.

Корінні шийки розраховуються тільки на кручення. Найбільш напруженою є шийка, для якої найбільша величина:

.

Значення моментів занесені до таблиці 8.1.

Таблиця 8.1

Моменти, що діють на корінних шийках

№ КШ	1,2	2,3	3,4	4,К
	3,146	2,983	2,784	2,416
	-1,185	-1,024	-1,188	-0,642
	4,330	4,007	3,973	3,058

Амплітуда дотичних напружень, МПа,

;

де: - момент опору корінної шийки при крученні, м³,

;

де: ц =0,9 - урахування послаблюючої дії змащувальних отворів;

- відношення діаметру отвору у корінній шийці до діаметру корінної шийки.

Запас міцності шийки по дотичним напруженням

;

де: - відношення ефективного коефіцієнту концентрації напруг для валу з поперечним свердленням к_ф до масштабного коефіцієнту Е_ф;

л_д=1,14 - коефіцієнт динамічності, що враховує додаткові напруження від крутильних коливань в залежності від кількості кривошипів.

8.2 Розрахунок шатунної шийки в перерізі по змащувальному отвору

Напруження згину у розрахунковому перерізі знаходять по згинаючому моменту М_и?, що діє у продольній площині, що проходить через вісь отвору, кНм:

.

Так як кут и = 90⁰, тоді ;

; ;

де: М_ит - згинаючий момент по осі сили Т_к, кНм,

;

;

.

Розрахунки ведуться по різності моментів, кНм,

.

Амплітуда нормальних напружень ?_а, МПа,

;

де: - момент опору шатунної шийки, м³,

;

де: - відношення діаметру отвору у шатунній шийці до діаметру шатунної шийки.

.

Запас міцності для нормальних напружень n_?:

.

Розрахунку на скручування підлягає шатунна шийка, для якої найбільшою є різниця:

.

Розрахунок цих різниць занесено до таблиці 8.2.

Найбільша амплітуда дотичних напруг, МПа,

;

де:

Запас міцності:

.

Сумарний запас міцності:

.



Таблиця 8.2

Розрахунок скручуючих моментів, що діють на шатунні шийки

		2шш					3шш					4шш
550	1,783	-1,485	-0,056	1,727	10	1,702	-2,923	-0,110	1,592	10	1,598	-2,923	-0,110	1,488
560	3,146	-2,834	-0,107	3,039	20	2,983	-5,267	-0,198	2,785	20	2,784	-5,267	-0,198	2,586
570	2,766	-4,047	-0,152	2,613	30	2,519	-6,563	-0,247	2,272	30	2,236	-6,563	-0,247	1,989
510	-0,870	5,459	0,206	-0,664	690	-0,628	6,380	0,240	-0,388	400	-1,145	31,261	1,177	0,032
520	-1,185	3,479	0,131	-1,054	700	-1,024	5,165	0,195	-0,829	410	-1,188	24,667	0,929	-0,259
530	-1,040	1,635	0,062	-0,978	710	-0,959	2,895	0,109	-0,850	420	-1,126	20,344	0,766	-0,360
370	0,241	25,470	0,959	1,200	370	-0,309	25,470	0,959	0,650	370	-0,389	25,470	0,959	0,570
380	0,161	44,936	1,692	1,853	380	-0,567	44,936	1,692	1,125	380	-0,730	44,936	1,692	0,962
390	0,080	39,507	1,488	1,568	390	-0,743	39,507	1,488	0,745	390	-0,989	39,507	1,488	0,499
330	-0,080	-12,428	-0,468	-0,548	330	0,829	-12,428	-0,468	0,361	330	1,070	-12,428	-0,468	0,602
340	-0,163	-16,922	-0,637	-0,800	340	0,605	-16,922	-0,637	-0,032	340	0,766	-16,922	-0,637	0,129
350	-0,247	-14,850	-0,559	-0,806	350	0,317	-14,850	-0,559	-0,242	350	0,397	-14,850	-0,559	-0,162

3,039	-1,054	4,092	2,785	-0,850	3,635	2,586	-0,360	2,946



8.3 Розрахунок щок у перерізах по галтелям шатунних шийок

Для визначення амплітуд нормальних напружень ?_а і дотичних ф_а у розрахунковій точці щоки використовують сили Z_max і T_max, Z_min і T_min.

При розрахунку передньої щоки:

При розрахунку задньої щоки:

де: W_ик - момент опору щоки, м³,

;

;

q - коефіцієнт, що вибирається в залежності від значення h/b,

q₁ = 0,298;

q₂ = 0,289;

k_ф, k_? - коефіцієнти концентрації напружень,

k_ф = 1,320;

k_? = 1,630;

Е_?, Е_? = масштабні коефіцієнти,

Е_?, Е_? = 0,81.

Запас міцності у розрахункових точках щок по нормальним напруженням:

.

Запас міцності по дотичним напруженням:

.

Повний запас міцності:

.

Результати розрахунку втомленої міцності елементів колінчатого валу представлені у таблиці 8.3.



Таблиця 8.3

Запаси міцності елементів колінчатого валу

Найменування і номера елементів колінчатого валу	Запаси міцності
	n?	nф	n	[n]
Корінна шийка №12	-	4,027	4,027	2…5
Шатунна шийка №2	4,049	2,53	2,14	1,7…3
Щока № 21	1,836	5,540	1,742	1,2...2

ВИСНОВКИ

В даному курсовому проекті був виконаний динамічний розрахунок двигуна СМД-21.

1. Для досліджуваного двигуна були визначені вихідні дані для динамічного розрахунку.

2. Виконано розрахунок сил у відсіку двигуна. Контроль виконано по середньому значенню обертового моменту. Розбіжність між значеннями індикаторного і середнього обертового моментів складає 5,12%, що є допустимим.

3. Розраховувалися обертові моменти, що діють на кривошипи і передаються до корінних шийок. Контроль виконано по середньому значенню обертового моменту. Розбіжність між значеннями індикаторного і середнього обертового моментів складає 5,15%, що є допустимим.

4. Виконано розрахунок навантажень на шатунну шийку і підшипник. За результатами розрахунку построєні годографи навантажень.

5. Виконано розрахунок навантажень на корінну шийку і підшипник. За результатами розрахунку построєні годографи навантажень.

6. Було проведено аналіз нерівномірності обертання колінчатого валу. Визначено, що нерівномірність обертання колінчатого валу складає , що менше допустимого значення для тракторного ДВЗ.

7. Було проведено розрахунок колінчатого валу на міцність. Визначено, що даний колінчатий вал відповідає усім нормам по запасу міцності по усім видам навантажень.



СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Методичні вказівки до виконання дипломних проектів і випускних кваліфікаційних робіт бакалаврів "Розрахунок робочого процесу чотиритактного дизеля за допомогою ЕОМ" по курсу "Теорія Двигунів внутрішнього згоряння" / Уклад. А.О. Прохоренко. - Харків: НТУ "ХПІ", 2002. - 20с.

2. Методичні вказівки до курсової роботи "Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя" по курсу "Динаміка ДВЗ" для студентів спеціальності "Двигуни внутрішнього згоряння" / Сост. Ф.И. Абрамчук, И.Д. Васильченко, П.П. Мищенко. - Харьков: ХПИ, 1988, - 62с.

3. Методичні вказівки по динамічному розрахунку кривошипно-шатунного механізму двигуна на ЕОМ для студентів спеціальності "Двигуни внутрішнього згоряння" / Сост. Я. И. Драбкин, - Харьков: ХПИ, 1977, - 61с.

4. Текстові документи у сфері навчального процесу. Загальні вимоги до виконання СТВУЗ-ХПІ-3.01.2003.

Размещено на Allbest.ru