Расчет процессов в двигателе ВАЗ-2103 (стр. 7 из 8)
3.5 Построение полярной диаграммы нагрузки на шатунную шейку
Для оценки и анализа действующей нагрузки на шатунную шейку необходимо рассчитать результирующую силу Rшш, действующую на шатунную шейку. Она может быть определена путем векторного сложения сил: Рк=К+ KRш и тангенциальной силы РТ, либо векторным сложением силы РS, действующей по оси шатуна на шатунную шейку, и постоянно действующей центробежной силы КRш, возникающей от вращения части массы шатуна, отнесенной ранее к массе вращающихся частей, сконцентрированных на оси шатунной шейки:
; (109)Для построения диаграммы необходимо силы РК, РТ и КRш перевести и выразить в кН; сложить силы РК и КRш. Значения заносим в таблицу 6 расчетов и путем векторного сложения с силой РТ определить силу Rшш, в кН:
; (114)где Т – полная тангенциальная сила:
;(115)Значения, результирующей силы Rшш заносим в таблицу 6 расчетов. Представляем силу Rшш в виде графической зависимости в прямоугольных координатах Rшш-f, приняв значения сил из таблицы расчета и отложив их, с соблюдением масштаба mp, на ординате текущего угла п.к.в.
С целью более полного представления действия, которое оказывает сила на шатунную шейку, ее необходимо представить дополнительно в виде полярной диаграммы вектора Rшш, ориентированного относительно центра шатунной шейки, называемого полярным центром. Для этого в системе координат сил Т - PК с центром в точке Ошш, (по оси абсцисс вправо от точки О откладывается положительные силы Т, влево отрицательные, по оси ординат: вверх - отрицательные силы РК, вниз - положительные), откладываем их значения для различных последовательных углов п.к.в. и получаем соответствующие им точки конца вектора Rшш. Полученные точки последовательно, в порядке нарастания углов п.к.в., соединяем плавной кривой. Получим полярную диаграмму силы Rшш с центром в точке Ошш. Луч, проведенный из центра Ошш в любую точку линии полярной диаграммы, отражает значение Rшш в масштабе и направление ее действия относительно центра шатунной шейки.
На диаграмме Rшш, представленной в прямоугольных координатах Rшш-f, выполняем отметку ее максимального Rшшмах и минимального Rшшmin значения. Определяем среднее значение результирующей силы путем планиметрирования площади под кривой Rшш-f(j)
; (116)где FRшш - площадь под кривой Rшш (мм2);
АВ - ход поршня в масштабе ms (мм).
3.6 Построение диаграммы износа шатунной шейки
Диаграмму износа шатунной шейки строим на основе результатов расчета и графического представления полярной диаграммы нагрузки на шатунную шейку. Диаграмма износа дает возможность определить наиболее нагруженный участок шатунной шейки, получить наглядное представление о характере износа шейки и ее окружности, в предположении, что износ будет пропорциональным действующим на шейку усилиям. Построение диаграммы осуществляем следующим образом. Внизу под полярной диаграммой на одной с ней вертикальной оси проводим окружность произвольным радиусом, представляющую шатунную шейку в произвольном масштабе.
Окружность делим на 12 равных участков. Дальнейшее построение заключается в параллельном переносе лучей нагрузки на шатунную шейку Rшш1,Rшш2,...,Rшш12 из полярной диаграммы под окружность условной шатунной шейки, (с точным сохранением направления). Считаем, что действия каждого вектора силы Rшш распространяется на 60о по окружности шейки в обе стороны от точки ее приложения. С учетом полученной картины расположения полярной диаграммы и табличных значений Rшш для различных участков угла п.к.в., составляем таблицу (таблица 8) воздействия силы Rшш в виде векторов Rшш1, Rшш2 и т.д. на определенные номера лучей шатунной шейки с учетом точки приложения, направленности и общего сектора охвата окружности каждым вектором Rшш (60о п.к.в. в обе стороны от точки приложения). Просуммировать результирующую нагрузку по всем лучам. Подбираем приемлемый масштаб и откладываем ее значение в виде отрезков на каждом луче шатунной шейки. Концы отрезков соединяем плавной кривой, характеризующей предполагаемый износ шатунной шейки. Определяем наименее нагруженный участок окружности шатунной шейки и проводим ось оптимального расположения масляного канала.
На основе ранее принятых параметров газораспределения изображаем диаграмму фаз газораспределения и рассматриваем ее совместно с характерными точками открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, представленных на индикаторной диаграмме.
Таблица 2. Построение индикаторной диаграммы двигателя
| ОХ | Pcx; | Pвх; | Pcx; | Pвх; | ||||
| № | текущее | ОВ/ОХi | (ОВ/ОХi)n1 | (ОВ/ОХi)n2 | МПа | МПа | мм | мм |
| значение | ||||||||
| 1 | 81 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2,27 | 10,65 |
| 2 | 75 | 1,08 | 1,11 | 1,1 | 0,1 | 0,47 | 2,5 | 11,75 |
| 3 | 60 | 1,35 | 1,5 | 1,46 | 0,14 | 0,62 | 3,4 | 15,55 |
| 4 | 50 | 1,62 | 1,9 | 1,84 | 0,15 | 0,78 | 3,75 | 19,5 |
| 5 | 40 | 2,03 | 2,6 | 2,46 | 0,18 | 1,05 | 4,32 | 26,2 |
| 6 | 30 | 2,7 | 3,8 | 3,5 | 0,26 | 1,49 | 8,645 | 37,28 |
| 7 | 20 | 4,05 | 6,61 | 5,91 | 0,37 | 2,52 | 15,04 | 63 |
| 8 | 15 | 5,4 | 9,74 | 8,51 | 0,49 | 3,6 | 20,2 | 91 |
| 9 | 11 | 1 | 1 | 1 | 1,635 | - | 40,9 | - |
Таблица 3. Исходные данные к расчету кинематики и динамики
| Наименование параметров. | Обозна- | Ед. изм | Числ |
| чения | знач | ||
| 1.Давление окружающей среды | Ро | МПа | 0,1053 |
| 2.Давление выпуска отработавших газов | Pr | МПа | 0,120 |
| 3.Показатель политропы сжатия | n1 | - | 1,35 |
| 4.Показатель политропы расширения | n2 | - | 1,27 |
| 5.Отношение Rкр/Lш | λ | - | - |
| 6.Степень сжатия двигателя | ε | - | 8,5 |
| 7.Частота вращения коленчатого вала двигателя | n | мин-1 | 5600 |
| 8. Угловая скорость вращения колен. вала | ω | рад/с | 565,2 |
| 9.Число цилиндров | i | - | 4 |
| 10.Радиус кривошипа | Rкр | м | - |
| 11.Диаметр цилиндра | Dц | м | 81 |
| 12.Максимальное давление цикла | Pz | МПа | 6,45 |
| 13.Давление в конце расширения | Pb | МПа | 0,426 |
| 14.Давление в конце впуска | Pa | МПа | 0,091 |
| 15.Начальный угол расчета | f0 | 0п.к.в. | 0 |
| 16.Конечный угол расчета | fк | 0п.к.в. | 720 |
| 17.Шаг расчета | Df | 0п.к.в. | 30 |
| 18.Конструктивная масса поршневой группы | m'п | кг/м2 | 105,3 |
| 19.Конструктивная масса шатунной группы | m'ш | кг/м2 | 1145,8 |
| 20.Конструктивная масса кривошипа | m'к | кг/м2 | 150 |
| 21. Площадь поршня | Fп | м2 | - |
| 22. Масса шатунной группы, сосредоточенной на оси поршневого пальца | mшп | кг | - |
| 23. Масса шатунной группы, отнесённой и сосредоточенной на оси шатунной шейки коленчатого вала | mшк | кг | - |
| 24. Масса в точке А, совершающая возвратно-поступательное движение | mj | кг | - |
| 25. Масса в точке В, совершающая вращательное движение | mR | кг | - |
| 26. Центробежная удельная сила инерции от вращающих масс | KR | кН | - |
| 27. Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна | KRш | кН | - |
| 28. Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа | KRК | кН | - |
| 29.Отношение Lшк/Lш | - | - | - |
Таблица 6. Построение диаграммы износа шатунной шейки.
| φ п.к.в. | №лучей на диаграмме | |||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
| 0 | 19,315 | 19,315 | 19,315 | 19,315 | 19,315 | |||||||
| 30 | 16,018 | 16,018 | 16,018 | |||||||||
| 60 | 8,763 | 8,763 | 8,763 | |||||||||
| 90 | 8,217 | 8,217 | 8,217 | 8,217 | ||||||||
| 120 | 12,263 | 12,263 | ||||||||||
| 150 | 13,733 | 13,733 | 13,733 | 13,733 | ||||||||
| 180 | 13,903 | 13,903 | 13,903 | 13,903 | 13,903 | |||||||
| 210 | 13,847 | 13,847 | 13,847 | |||||||||
| 240 | 12,527 | 12,527 | 12,527 | |||||||||
| 270 | 8,517 | 8,517 | 8,517 | |||||||||
| 300 | 8,202 | 8,202 | 8,202 | |||||||||
| 330 | 13,361 | 13,361 | 13,361 | |||||||||
| 360 | 11,765 | 11,765 | 11,765 | 11,765 | 11,765 | |||||||
| 370 | 13,977 | 13,977 | 13,977 | 13,977 | ||||||||
| 390 | 4,867 | 4,867 | 4,867 | |||||||||
| 420 | 6,76 | 6,76 | 6,76 | |||||||||
| 450 | 10,298 | 10,298 | 10,298 | |||||||||
| 480 | 14,1 | 14,1 | 14,1 | |||||||||
| 510 | 15,485 | 15,485 | 15,485 | 15,485 | ||||||||
| 540 | 14,801 | 14,801 | 14,801 | 14,801 | 14,801 | |||||||
| 570 | 14,526 | 14,526 | ||||||||||
| 600 | 12,405 | 12,405 | 12,405 | |||||||||
| 630 | 8,308 | 8,308 | 8,308 | |||||||||
| 660 | 8,665 | 8,665 | 8,665 | |||||||||
| 690 | 15,871 | 15,871 | 15,871 | |||||||||
| 720 | 19,315 | 19,315 | 19,315 | 19,315 | 19,315 | |||||||
| Сумма | 305,562 | 211,175 | 145,64 | 13,977 | 13,977 | 13,977 | 13,977 | 198,66 | 224,768 | |||
Таблица11. Соотношения параметров элементов поршневой группы