Характеристики двигателя

Основными величинами для оценки работы двигателя являются эффективная мощность N„ число оборотов л коленчатого вала в минуту, крутящий момент М двигателя и удельный расход g, м
топлива. Зависимость между мощностью и крутящим моментом выражается формулой __{lr o}iV, _г

М = 710,2-^ кГ м.

Удельный расход топлива представляет собой часовой расход топлива, деленный на эффективную мощность:

^,ЛЛ°-г/(л. с. «0,

где G_m — часовой расход топлива в кг.

Зависимость эффективной мощности, крутящего момента, сред­него эффективного давления и расхода топлива от числа оборотов коленчатого вала двигателя прн любом неизменном поло- женин дроссельного золотни­ка карбюратора называется скоростной характеристикой двигателя. Скоростную ха­рактеристику при полном открытии дроссельного зают­иика часто называют внеш­ней характеристикой. Ско­ростные характеристики при любом частичном открытии дроссельного золотника назы­вают частичными скоростны­ми характеристиками.

Как видно из рис. 48, среднее эффективное давле­ние р„ от которого зависит мощность двигателя, прн ма­лом числе оборотов невелико;

затем, по мере увеличения числа оборотов, оно возрастает, дости­гая своего максимального значения при числе оборотов п_м, а затем начинает уменьшаться. Кривая р, является одновременно кривой крутящего момента Л1 в другом масштабе, так как р, и Л/ прямо пропорциональны.

Вид кривой р, обусловливает форму кривой эффективной мощ­ности N_t, которая вначале круто поднимается, затем по мере увели­чения числа оборотов растет все медленнее, достигает своего макси­мального значения при п_м и, наконец, начинает идти вниз.

Важными точками скоростной характеристики являются: л_т|_П — минимальное число оборотов, прн котором двигатель может рабо­тать прн пат ноет ью открытом дроссельном золотнике;

л.м _твж — число оборотов, соответствующее максимальному сред­нему эффективному давлению и крутящему моменту; п.х,_тшл —число оборотов, соответствующее максимальной мощности.

Рис. 48. Внешняя характеристика двига­теля

4 Н»»»«Ц1.«1 ■ Ар. 97

Форма внешней характеристики зависит от сечення и формы" впускного канала, диаметра диффузора карбюратора, размерЦ сечения и подъема клапанов. фаз газораспределения, степени сжа­тия, а также от длины впускной и выпускной систем, т. с. от тех факторов, от которых зависит коэффициент наполнении при различ­ных числах оборотов; кроме того, форма внешней характеристики зависит от состава рабочей смеси и угла опережении зажигания.

По форме внешней характеристики двигатели разделяют на фор­сированные и нефорсированные. К форсированным относятся дви­гатели, которые имеют большие проходные сечении впускной си­стемы и широкие фазы газораспре­деления, что уменьшает наполне­ние при работе двигателя на малых числах оборотов и увеличивает его на больших числах оборотов.

Кривая р, (М) таких двигателей (рис. 49) достигает максимума при большом числе оборотов. Такую характеристику имеют двигатели гоночных мотоциклов.

Двигатели с меньшей форсиров- кой (дорожные) обладают более высокими значениями величины р_t и М на малых и средних числах оборотов, но меньшей максималь­ной мощностью и числом оборотов, соответствующим ей.

Форма кривых р, и.М дорожно­го мотоцикла показывает лучшую приспособленность его к изменяю­щимся нагрузкам, так как при увеличении нагрузки и снижении числа оборотов крутящий момент такого двигателя не умень­шается, а увеличивается, что позволяет двигаться, не переключая передачи.

Зависимость мощности и удельного расхода топлива от регули­ровки карбюратора, т. е. от часового расхода топлива при постоян­ных числах оборотов и наложении дроссельного залотника, назы­ваете регулировочной характеристикой двигатели.

+000 поб/пин

Рис. 49. Внешние характеристики двигателей мотоциклов:

I — крутящий момент двигателя дорож кого мотоцикл»; t — то ж*, дмгшла гоночного мотоцикл*; J — мощность двигателя дорожпою мотоцикля: * — то же, двигателя гоночного мотоцикла

Эта характеристика (рис. 50, и) позваляст определить наивыгод нейшую регулировку карбюратора. Регулировочной характери стикой называют также зависнм<хть мощности и удельного расход: от угла опережения зажигания. На регулировочной характеристик* имеется две характерные точки: наименьшего удельного расход! топлива, соответствующая экономическому составу смеси (а — 1,10 + 1,15), и точка, соответствующая наибольшей мощности

/
/
		/
\	у

г От HP а)

которую получают при несколько обогащенной смеси, когла коэф­фициент избытка воздуха меньше единицы (а <* I). Зависимость расхода топлива от эффективна мощности (или от р,) при неизменном числе оборотов и переменном положении дрос- N, 41

г/Що) too 300 гоо

I г з t мв яс i) Рис. SO. Характеристики двигателя: - pery.i■Родек**: 6 — иагрумчиаг. спр — Э7в ц(л. с. ч);

	\
	\
	\
	\
			К				ч
				Cm
•
f 2	J 4

селыюго заютника называется нагрузочной характеристикой. Эта характеристика позволяет оценить работу двигателя при частичных нагрузках (рис. 50, б).

§ 48. ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ

Наиболее важные испытания мотоциклетных двигателей — это испытания для определения их мощности, экономичности и износо­устойчивости.

Мощность двигателей определяют на тормозных стендах. В на­стоящее время применяют электрические, электромагнитные и гидравлические тормошые стенды.

Электрический тормозной стенд состоит из электрогенератора, соединительной муфты, пульта управления, весов, фундаментной плиты и подставки для испытываемого двигателя. Электрогенера­тор может работать как электродвигатель и как генератор. Статор машины установлен на двух шарикоподшипниках, расположенных в стойках. На статоре укреплен рычаг, опирающийся на весы.

Для пуска испытуемого двигателя электрогенератор включают как электродвигатель от общей сети неременного тока. Якорь ма­шины вращает через муфту коленчатый вил двигателя.

Вращающийся якорь электрогенератора испытывает сопротив­ление со стороны статора, которое зависит от величины включенной электрической нагрузки, а также сопротивления от трения в под­шипниках якоря. Якорь стремится увлечь за собой статор. Так как статор установлен на шарикоподшипниках, сопротивление которых поворачиванию статора ничтожно, то удерживает статор от враще­ния только реакция р, приложенная на конце рычага и определяе­мая с помощью весов..Момент силы р на плече длиной 716,2 мм равен крутящему моменту М двигателя. Записав показания весов, т. е. значение силы р, и определив прн помощи тахометра или суммар­ного счетчика числа оборотов и секундомера число оборотов п якоря электрогенератора, мощность подсчитывают по формуле Мп р -716.2л рп ^N' ^в те = 1600. 716.4 ⁼ Тооо ^л-^С-

Плечо тормоза выполнено длиной 716,2 мм для упрощения под­счетов.

Ввиду того, что наполнение, а значит, и мощность двигателя зависят от давления и температуры окружающего воздуха, заме­ренные мощность, крутящий момент и среднее эффективное давле­ние следует привести к нормальным условиям, т. с. к давлению 760 мм рт. cm и к температуре 15° С. Коэффициент а_н приведения к нормальным условиям подсчитывают по формуле

760 530 +/.

^а" ⁼ в7' 646 •

где В_щ — барометрическое давление в мм рт. ст.', /₄ — температура окружающего воздуха в ® С.

Приведенная мощность

У=

соответственно

Р,пр = Р,а_н и М_яр = Ма„.

Расход топлива определяют при помощи мерного сосуда и секундомера. Мерный сосуд представляет собой нескатько стеклян­ных шаров, соединенных тонкими стеклянными трубками. На трубках нанесены деления, а объем каждого из шаров, заключен­ный между делениями, точно измерен. Сосуд прн помощи трех­ходового крана может быть соединен с основным топливным баком или с карбюратором.

После того как установлен режим работы двигателя, при котором нужно определить расход топлива, трехходовой кран переключают с основного бака на мерный сосуд. Уровень топлива в сосуде начи­нает понижаться. Когда уровень топлива достигает верхнего деле­ния, включают секундомер; прн достижении топливом нижнего деления секундомер выключают.

Секундомер показывает время, за которое двигатель израсхо­довал топливо, заключенное в одном из шаров.

Затем двигатель переводят на работу от основного топливного бака.

Часовой расход топлива

G_m = 3.6^= кг/ч,

где V — объем мерного сосуда в см*;

у_я — плотность топлива в г/см¹-, I — время, за которое было израсходовано топливо, в сек.

Удельный расход топлива

^с• «>■

При испытаниях определяют также коэффициент избытка воз­духа, температуру отработавших газов и другие параметры — в за- внсююсти от того, какая цель поставлена перед испытанием.

Для определения срока службы двигатель испытывают продол­жительное время на различных режимах, которые соответствуют естественным условиям эксплуатации.

С помощью испытаний определяют надежность работы двигателя и износоустойчивость его деталей и механизмов. Кроме того, часто находят внутренние потерн или механический к. п. д. двигателя путем определения мощности, затрачиваемой на трение и насосные потери.

Главе IX

КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА ДВИГАТЕЛЯ

Существует несколько типов крнвошиино-шатунных механиз­мов. Наиболее распространен аксиальный (простой) крнвошнпио- шатунный механизм, у которого оси цилиндра и коленчатого вала пересекаются. Довольно часто в двухтактных мотоциклетных дви­гателях применяется дезакснальный (смещенный) крнвошнпио- шатунный механизм, в котором ось цилиндра не пересекает ось коленчатого вала или поршневой палец смещен от диаметральной плоскости цилиндра. Значительно реже, обычно в двухтактных двигателях, крнвошнпно-шатунные механизмы выполняют с при­цепным или двойным вильчатым шатуном.

§ 49. КИНЕМАТИКА ПРОСТОГО КРИВОШИПНОШАТУННОГО МЕХАНИЗМА

На рис. 51 дана схема крнвошнпно-шатунного механизма. Определим ход поршня по формуле

S = Lw-f- R*_p - R_Kp cos cu - L_m cos p,

где а_ж — угол поворота кривошипа;

L_u — длина шатуна;

R„_p — радиус кривошипа;

L_m -f R_Kp — расстояние от оси поршневого пальца до оси колен­чатого вала, когда поршень находится в в. м. т.; р — угол между осями шатуна и цилиндра.

Преобразуя выражение, напучим

(cosa. + j^ccep.

Для. облегчения дальнейших рассуждений введем величину

Эта величина характеризует соотношение конструктивных раз­меров деталей кривошипно шатунного механизма. Дли современ­на

пых мотоциклетных двигателей величина X находится в пределах

₄' _г Большее значение относится к двигателям, прн проекти­ровании которых стремились сократить габаритные размеры, на­пример в двигателях с горизонтальными про­тиволежащими цилиндрами, расположенны­ми перпендикулярно продольной оси мото­цикла, для того чтобы уменьшить ширину мотоцикла.

С введением X выражение хода поршня принимает вид

S-/?,_p11 + -(cosa. + ~ cos р).

Чтобы в этом выражении избавиться от функций угла р, напишем следующее равен­ство (рис. 51):

L_u sin 0 R_Kp sin a,,

откуда

sin рев A, sin a* " cos 6 «= К1 — sin* P —

i

= 11- X«sin'a_lf = (l - X* sin*a,)¹.

Это выражение можно разложить в ряд по биному Ньютона:

cos р = I - -j Л* sin*a, - ~ X* sin⁴ а„ - X^е sin«а,...

Ввиду того, что значения членов этого ряда порядка выше второго очень малы, можно с достаточной для практики точностью их отбросить и тогда

cos р = I — -J X* sin¹ а_к.

Посте подстановки и преобразований

S = R_Kp 11 -f -J- - (cos a, +1 cos _ R_kpA,.

Для подсчета величины перемещения поршня в зависимости от угла поворота кривошипа пользуются таблицей (см. табл. 7). в кото­рой приведены значения коэффициента А_к через каждые 10° угла поворота кривошипа при различных значениях X.

Анализируя последнюю формулу, видим, что в в. м. т., когда 0, S 0. В и. м. т. а.. 180 * S 2R_Kp, так как cos 180

Рис. 51. Схема просто­го криьошипно-шатун- ного механизма

Прн повороте коленчатого вала на 90°

Таблица 7   к   п*       .1         я Я >8 Т» '№ Tf     о«ю 0,000 0.000 0.000 0.000 олоо .160   0.(Ш 0.020 0.019 0.019 0.019 одно   го 0.079 0.078 0,077 0Л176 0.075 0,074     0.173 0.171 0.160 0.167 0,165 0.164     а:ж 0.295 0.291 ода 0.286 0.283   HI 0,449 0.144 0.439 0,134 0,431 0.427     0.617 0.6I0 0.604 0,599 0,594 0,589     0.796 0.788 0,781 0.774 0,768 0,763   SO 0,978 0.969 0,961 ода 0.948 11,912   'JO 1.156 I.I47 1,139 1,132 1.125 1,119   ню 1.325 1.3I6 1,308 1,301 1.295 1.289     1,480 1.472 1.465 1.458 1,452 1,447     1.617 1.6IO 1,601 1,599 1,594 1,589     1.734 1,729 1,724 1,720 1.716 1,713     1,831 1.827 1,823 1.820 1.818 1.815   ISO 1,805 1.103 1.901 1,899 1,897 1.896     1,958 1,857 1,956 1.955 1,954 1.951 •200   1,989 1.989 1,989 1.989 1,989 1.988     2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000

т. е. поршень проходит больше половины своего пути на величину —возрастающую с увеличением А; следовательно, при данном радиусе кривошипа путь поршня в первой четверти поворота коленча­того вала тем больше, чем короче шатун.

На практике часто пользуются графическим методом построения кри­вой перемещения поршня по способу Брнкса. Для этой цели проводит окружность радиуса R_Kfl (рис. 52). Из точки О,, смещенной относительно центра окружности на величину

Величины Ак для определения перемещения поршня о* верхнем мертвой точки

Рис. 52. Графическое определе­ние перемещения поршня

jj-. отложенную в том же масштабе, что и R_Kf>, проводят луч О,Л, под утлом а,. Проекция точки А пере­сечения луча с окружностью на линию мертвых точек дает иско­мое положение поршни (точка В).

Для определения скорости поршня р ноimcm производную по времени от выражения хода поршня

⁼ Л ⁼ i^W ^{= R}"ⁿ- (^{sin а}" ⁺ Т ^{sin 2а}«)⁼ ■ где = \!сек- угловая скорость вращения кривошипа.

Таблица 8 Величины Ди Д. 14 определении скорости поршни Ощ Эиаи X Эи«х •i лл тт И м W ■Q   + олю олх> 0.00(1 ОЛЮ 0ЛЮ 0ЛЮ   .160   4- 0.227 0.221 0.221 0,219 0J16 0.211       + 0.412 0,437 0.4.11 0.427 0.422 0.418 _   .40 + 0.6.1.5 0.1Й7 0,620 0.614 0,608 0,608   ззо   + 0,797 0.788 0.780 0.772 0.766 0.760       4. 0Д20 0J9II ода 0.896 0,889 0.883 _       1.001 одаз ода; 0,980 0.071 0,969 _ .'too     1.010 1.CL11 1.029 1.024 1.020 1.016 _   ко + 1,038 1.035 1.032 1,оэо 1.028 1.028 _   !Ю   1.000 1.000 1.000 i.ooo 1.000 1.000       + 0,931 ОЛИ 0,937 ояю 0.912 0,044 _   ПО + ока 0,815 0А50 0.8.55 0Л59     24)   + 0.7.31 0.739 0,746 0,752 0.7.58 0,76.3 _     + 0.612 0.621 0.629 0.6.16 0.613 (№49 _     + 0.1КЗ 0,189 ОЛИ 0,513 0,520 0,526 _   1.50 + 0,16.5 0,373 0,180 0,186 0.392 0,397       + 0.242 0.217 0.253 0.257 0..V2 оаи _     + 0.120 0.123 0.126 0.129 0.131 0,133 _   ISO + ОЛЮ ОЛЮ олю ОЛЮ ОЛЮ 0.000

В табл. 8 приведены значения коэффициента В, для различных положении кривошипа:

В, = sin а, + -£sin2a,.

Наибольшую скорость поршень имеет не прн угле поворота кривошипа, равном 90', а прн угле, несколько меньшем 90'. Средняя скорость поршня

25л Sn, = Ж ⁼ Ж ^м1са!

Максимальную скорость поршня современных мотоциклетных Двигателей можно определить из выражения

Ускорение поршни определяют по формуле

/» = (со» а, + X cos 2а.) = Н„<л1С,.

Для определения коэффициента С„ при различных значениях а_к. и К пользуются таблицей (см. табл. 9).

Таблица 9

Величины Ся для определения ускорения поршня (С„ = cos<i„ -f- Xcos 2а,.)       X       Знак   l         Зяак <ч       ТЖ ИТ иг ТГ Тл Тл       + 1.312 1,294 1,278 1.263 1.250 1,233 +     ■ • 1.278 1.261 1.246 1.232 1,220 1.208 t     - - 1,179 1,185 1.152 1.141 1.131 1.122 +   зо + 1.022 1.013 1,005 0.998 0.991 0.985 +     + 0.820 0,817   0,812 ода 0.807 +       ■ 0,588 0,592 0,594 0,597 0,599 0.601 4-       - о;я 1 0,353 0.361 0.368 0,175 0,181 + .100     - 0,103 0,117 0,129 0.140 0,150 0.160 +   so     0,120 0,103 0Д17 (№74 0Д61 ОЛЮ     У0       0.291 0.278 0.263 0.2.50 ода _     _ 0,467 0,450 0.431 0.421 0,409 ода _   по     0,581 0,567 0.555 0,514 0.531 0,524 _         0,650 11,617 0.639 0.632 0,625 ОД19 —   1.Ю     0.697 0,691 0.6111 0.688 0,686 0.723 0.681 —     — 0.712 0,715 0.718 0.720 0.725 —         О.710 0.719 0.727 0.731 0,741 0,747 _         0,700 0.714 0.727 0,738 0.748 0,757 _         0,691 0,708 0,724 0.737 0,7.50 0.761 _         0,687 0,706 0.722 0.737 0,7.50 0,762 —

Во всех приведенных формулах углы а* и перемещения поршня отсчитывают от в. м. т. Скорость и ускорение поршня положительны, если направлены к оси коленчатого вала.

Для определения максимального и минимального значений ускорения поршня надо производную от выражения /_я приравнять нулю:

= — R_Kp<ol (sin а„ + 2л sin 2а J = 0.

откуда

sine, + 2Я. sin 2а, = sin а_н + 4Я. sina„ со$а_Л. = = sin а_ж (1 + 4>. cos а,) = 0. Последнее выражение может быть верным нлн при sin =» 0. или если 1 -4- 4Хсо$ и_к = 0. Если Х,< то второе уравнение не имеет решения, и ускорение будет иметь только два экстремальных значения при а_к = 0 и а_к — 180^е, т. е. в верхней и нижней мертвых точках:

В случаях, когда >.> имеется cute одно экстремальное зна­чение выражения — при а. ■= arccos ^ — ^}:

/«а, = (cos а. +1. cos 2п„) = [cos а, + А (2 cos"a, - I)] -

- -

Это ускорение — минимальное, т. е. наибольшее но абсолютной величине отрицательное значение ускорения поршня.

Для графического построения ускорений поршня по способу Толле (рис. 53) на горизонтальной оси откладывают отрезок А В,

Рис. 53. Графическое определение ус- Рис. 54. Путь, скорость и ускор корсния поршня ние поршня двигателя К-750 (л - 4600 об/мим)

лнкуляры АС и BD, на которых откладывают ускорения, соответст­вующие ускорениям в нижней и верхней мертвых точках поршня: ЛС = /?„,*>; (1 + Х); BC = -R_KP<o!(1-Х).

Точки С и D соединяют прямой линией. Из точки Е пересечения прямых А В и CD опускают перпендикуляр, на котором отклады­вают в том же масштабе, который был выбран для ускорений, отре­зок EF \R_KPi»x. Точку F соединяют прямыми линиями с точ­ками С и D, затем делят отрезки CF и DF на равное число частей и соединяют соответствующие деления прямыми.

Общая касательная кривая к этим прямым соответствует ускоре­ниям поршня.

На рис. 54 показаны кривые изменения пути, скорости и ускоре­ния поршня в зависимости от угла поворота кривошипа, построен­ные с использованием таблиц.

§ 50. КИНЕМАТИКА СМЕЩЕННОГО КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА

У смешенного или дезаксналыюго кривошнпно-шатунного меха­низма плоскость прямолинейного движения поршневого пальца не в п.т пересекает ось коленчатого вала, а смещена

на некоторую величину а„ (рис. 55). Это происходит в случае смешения оси порш­невого пальца с диаметральной плоскости шыиндра. Относительное смещение k_H —

На двигателе ИЖ «Планета» ось цилиндра сме­щена с оси коленчатого вала на 5 «л; при радиусе кривошипа R_Kp = 42,5 мм

На двигателе мотоцикла MZ-I75 ось поршне­вого пальца смещена с диаметральной плоскости цилиндра на 1,5 мм. а величина к„ соответственно равна 0,016

Рис. 55. Схеме смещенного крнвошнппо-шатунного механизма

Смешенный кривошипно-шатунный механизм применяется с целью уменьшения бокового давления поршня. Для смешенного кривошннно-шатунного механизма: перемещение поршня

S = R_ap [(1 - cos aj + -J- (I - cos 2a,) - k„\ sin а_к ]; скорость поршня

v„ = R_KP<o_K (sin a_K + sin 2a_K - k_n\ cos a*); ускорение поршни

U = Rep*⁰' (^cos ««+ * ^{cos 2cc}* + ^{sin a}J- Ввиду того, что добавочные члены k„\ sin а„ и k_nk cos а_к прак­тически малы, часто пренебрегают разницей в кинематике простого и смещенного кривошипных механизмов.

§ 51. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИВЕДЕННЫХ ДВИЖУЩИХСЯ МАСС КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА И СИЛ ИНЕРЦИИ

Поршень движется возвратно-поступательно вдоль оси цилиндра вместе со связанными с ним деталями: компрессионными и масло- съемными кольцами, пальцем и стопорными кольцами. Масса всех этих деталей т_я движется с ускорением ]„. 108

Шатун совершает сложное движение, прн котором малая головка движется с ускорением /„ вдоль осн цилиндра, а тело шатуна (стер­жень) вращается относительно осн малой головки.

Точное определение направления и величины сил инерции шатуна представляет значительную сложность, поэтому принято считать, что шатун имеет два самостоя­тельных движения (рис. 56):

— поступательное движение массы т_ш, = т_ш —вдоль

L_m

осн цилиндра:

— вращательное движение массы rn_mi=m_m f¹ вокруг осн

L_m

кривошипа.

тш

ш

г

Прн предварительных расче­тах двигателя предполагают, что

I

т_ш

Вращательное движение вокруг оси кривошипа совершают также детали подшипника большой головки шатуна: ролики, сепа­ратор или вкладыши т_Ня.

Таким образом, все детали кривошнпно-шатунного механизма можно рассматривать как две массы:

— Шу —масса частей, движущихся возвратно-поступательно вдоль цилиндра:

. I

ту«=т_л -f- J т_я\

— т_е — масса частей, вращающихся вокруг осн кривошипа:

т_с у т_ш + т„_ш.

В соответствии с распределением масс в кривошнпно-шатунном механизме действуют две силы инерции:

сила инерции возвратно-поступательно движущихся частей, направленная вдоль оси цилиндра,

Р, = — mjj_n = — тjR_Kf,<o^,_< (cosa_K -f >. cos 2a_K);

центробежная сила, направленная no радиусу кривошипа, Р_е — m_cR_K/ol.

Рис. 56. Схема определения приведен­ных масс шатуна

При сложении положительными считают силы, направленные к оси коленчатого вала.

$ 5г. ДИНАМИКА ПРОСТОГО КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА

Па рис. 57 показаны силы, действующие на детали простого кривошипио-шатунного механизма одноцилиндрового двигатели. На внутреннюю поверхность камеры сжатии действует сила, на­правленная вверх:

Такая же по величине сила Р\ действует на поршень в обратном направлении — вниз (здесь p_t — давление газов; значение силы известно из индикаторной диаграммы). ' На поршневой палец (рис. 57) дей- ±-------------------- а ствует алгебраическая сумма сил:

P* = Pi + P/,

где P't — сила давления газов на пор­шень;

Р/ — сила инерции возвратно-по­ступательно движущихся ча­стей.

Силу Р_х можно разложить на две составляющие: силу Р_ы, направленную вдоль оси шатуна, и силу N. перпенди­кулярную оси цилиндра. Сила

р." Аь

где Р* — угол наклона шатуна в данный момент.

Так называемая нормальная или бо­ковая сила давления поршня на стенки цилиндра

Для определения tg p_t прн различных значениях а, и). поль­зуются таблицей (см. табл. 10).

Перенеся силу Р_ш в центр кривошипного пальца и разложив ее по двум направлениям вдоль кривошипа и перпендикулярно ему. получим силу '/., называемую нормальной, и силу Т — касательную или тангенциальную.

Зависимость между силами P_m, Т и Z:

Z = P.cos(a, + p.); Т = Р_Ш sin(a»+p_x);

подставляя значение Р_ш, получим

Рис. 57. Схема сил, дейст­вующих в простом криио- шнпио-шатуниом механизме

7 = Р "»(». + М- j-_ И an (а, + р,) * ' стр., •

Т.1 б л и ц а 10

Величины V р, для различных значений?. и п* а* Знак х Зваи   тт J.I иг ~зХ 'iff '(J   + олоо олоо 0,0(10 <1.000 олоо олю +     + ОДМ ОДМ 0,0(8 0X116 0.043 ОЛИ         0.107 0.101 0J09S 0,090 OjOSe №082 _       0,188 0.119 0.140 0.133 0.126 0.120 _ 3.10       0,192 0.182 0.172 0,163 0.1.V. —   SO + <им   0.218 0.206 0,195 0,188 _   № + 0.281 ода   0.234 0.222   _     + 0,307 0.288 0.270 ода       '290     0,323 олоз 0^81 0Д08 02.51 02 И —     4- 0.328 0.308 0.289 0.273 0.258 0.245 _     + ода 0Д03 0.281   02S4   _   ПО +   0.288   Ol2S5     _     + 0.281 аде     0,222 0,211       +   0.231     0.195 0.186       + 0.206 0,192 0,182 0.172 0,163 0,155     ISO + 0,158 0.149 0.110 0.133 0,128 0.120 —     4- 0.107 0.101 омз 0.090 0.086 0.082 _     +   ОЛИ 0.СИ8   ОЛ43 ОЛИ _     + 0.000 олоо озоо олю 0,000 «ООО

СО» (a*-f М „.

Величины —rrjr Л-¹" различных значении /. и а.

			X
а.	Знак							Зяак	■4
			и	1.)	3jC	■Jjf	"43	u
			1.000	1.000	1,000	1,000	1.000	l.OOO	+	збо
			0.975		0,976	".977	0.977	0.978	4-	.150
■20			озоз		0X107	02Ю9	озю		4-
			0.787	0.792	0.796			0,806	4-
			ода		0,619	0,656		0.667	4-
			0.151	0/406	0.476	0.485	0,493		4-
1»						0.297	0,Ю7	0,317	4-	:««
			ОД.)	0Л72	0,088	0.102	0.115	0.126	4-
	—	0.145	0.124	0,106		О.076
			0,329	0,(08	0.289				_
	—	0,492	0.472	0,151	0.138	0.424	0,411
	_	0,631	0.612			0,569	0,558	_	2.50
			0.74.1	0.728	0.715	0,703	0,602	0.682
					0.810		0.792	0,785	_
1 10			0,898		0383 ода;				_
			0,945	0,910	0.932		0,926	_
		0.976		0.1172	о,971	0,969	0,968	_
				0.991	0,99.1
			i.ooo	1,I«0	1.000	l.OOO	1.000	l.OOO	-	18»

В табл. II и 12 приводятся значения коэффициентов ^M|a'fM н "" " IV - для различных значений а, н X.

COS см р.

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся частей передается картеру двигателя. То же самое можно сказать и о цен­тробежной силе P_t.

Таблица 12

Величины М раммчиых лначгиий X и а, «*Рж «; 3.1. X 3.» «; » а 4.1 и XT ТГ тт       ояоо олоо 0,000 олоо олоо олоо           0.227 0.224 0.221 0.219 0.216 0.211 —         0.443 0.137 0.432 0.427 0.423 o.ii'i     .10     0.637 03.29 OjS22   оя» 0.601 — зло       0.8П0 0.790 0.782 0.774 0.768 0.761 —         0.024 0.915 0.906 ода 0.S91 ода           1.007 ода 0J990 0.98.1 0.977 0Д71 — .100       1,045 1.038 1.032 1.027 1.022 1.018     so     1.011 1.037 1.034 1.031 1.029 1,027 _   ПО     1,000 l.c««i 1,000 1.1Ю0 1.000 1.(100           0.929 0,(1.12 0Я.15 ОЯ.1Я 0,911 OMI   '260 по     0,835 олн 0Л17 0JB52 0,8.17 0.861 _         0.725 0,734 0,742 0.749 0.7.М 0.761 _         0.601 0,617 Oj626 ОЛИ 0.611 0.617 _ 2.10       0,486 0,495 0.501 0.111 0.118 0,124           0,363 0,171 o;i79 0.385 o,»l 0,196 _     + 0,241 0.247 0,252 0_>57   03» _     + 0.120 0.123 0,126 0.129 0.131 0.1.13 _       олоо 0.000 ОЛЮ одао олоо олоо -

\

Кроме этих двух сил опоры двигателя должны воспринимать и реактивный момент Mr, равный крутящему моменту двигателя М => TR_Kp. Силы Р, и Р_с, действующие на опоры двигателя, могут быть частично или полностью уравновешены, реактивный же момент действует на опоры двигатели постоянно.

Средняя величина реактивного момента

.. 716.2Л', _г Мн=>—кГ• м.

Реактивный момент действует в направлении, обратном враще­нию коленчатого вала.

Вернемся к формуле силы инерции возвратно-поступательно дви­жущихся масс. Первый член этого выражения называют силой инерции первого порядка, второй — силой инерции второго порядка.

Существуют еще силы инерции четвертого, шестого и т. д. до п-го порядка.

Однако члены уравнения, стоящие после второго, малы и ими пренебрегают. Как видно из формулы, сила инерции первого порядка достигает наибольшего или наименьшего значения только один раз за один оборот коленчатого вала, т. е. периодом изменения силы инерции первого порядка является полный оборот коленча­того вала (360', или 2я рад).

Периодом изменения сил инерции второго порядка является пол-оборота коленчатого вала (180° или я рад).

Выявить силы н характер их изменения и является задачей динамического расчета двигателя.

§ 53. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Силы от давления газов на поршень определяют из индикаторной диаграммы, построенной на основании теплового расчета двигателя (см. выше). Однако не всегда такой расчет проводится. Обычно дина­мическим расчетом пользуются для двигателя, основные параметры которого Vn, е, N, и п,ц определены с достаточной точностью по сравнительным данным. В этом случае можно непосредствен но найти силы давления газов, действующие на поршень, построив индикаторную диаграмму.

Определение сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс. Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс кривошипио-шатунного механизма

Р_/= — m,j_n кГ.

Обычно принято эту силу относить к 1 см* площади поршня. Это дает возможность сравнивать по динамической напряженности двигатели самых различных размеров и конструкций.

Сила инерции, отнесенная к единице площади поршня,

Р; = — R_KPmj (cos а. + X cos 2а J ^ кГ/см

где — вес возвратно-поступательно движущихся частей криво­шипио-шатунного механизма;

F„ — площадь поршня.

Прн определении ускорений /„ поршня для подсчета сил инерции лучше всего пользоваться таблицей, как указано выше. В этом случае диаграмму удельных сил инерции р, строят в зависимости от угла а_к, причем интервалы между принятыми значениями а_к должны быть не больше 20". Иногда используют графический метод для определения удельной силы ру, которую определяют в этом случае в зависимости от перемещения поршня, как это делалось при построении индикаторной диаграммы.

Графический метод определения сил инерции целесообразно применять прн числе цилиндров не более двух и равномерном чередовании вспышек.

Масштабы сил р, и перемещении выбирают такими же, как и для построении индикаторной диаграммы.

Силы газов на индикаторной диаграмме показаны как функции хода поршня. Если силы инерции определялись в зависимости от угла поворота кривошипа, то прежде чем приступить к их сложению, диаграмму сил газов следует построить в той же системе координат. Для этого необходимо отложить на оси V индикаторной диаграммы углы а_к поворота кривошипа.

Давление, действующее на днище поршня, находят по формуле

Pi = P-P*.

где р — абсолютное давление на днище поршня в кПсм¹ (из индикаторной диаграммы);

р_к — давление в картере в кГ!см* (обычно принимают равным атмосферному).

Полученные значения p_t наносят на график (рис. 58). На эту же диаграмму наносят н кривую изменения удельной силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс.

Прн сложении сила газов независимо от такта (сжатие и расши­рение) принимается положительной; соответственно с этим удель­ная сила инерции pj положительна прн направлении к оси колен­чатого вала и отрицательна при обратном направлении. Складывать силы р_{ и pj легче всего графически, пользуясь измерителем.

Касательные Т и нормальные 7. силы лучше определять анали­тически. Эти силы также принято относить к 1 см- площади поршня. В этом случае их обозначают соответственно 7" и Z'.

Графики сил V, Z' (рис. 58) строят в том же масштабе, что и предыдущий график.

Силу N' определяют по формуле

N' = (p, + p;) tgp,.

Суммарная сила, действующая на шатунную шейку. Km = VT'* + (Z' -tPtf.

Пользуясь этой формулой, строят векторную диаграмму сил, действующих на шатунную шейку кривошипа (рис. 58, г), в сле­дующем порядке. Откладывают вверх от точки А по вертикальной оси в масштабе, принятом для сил, центробежную силу

р'< = — rrtcRtpial у кГ/см*.

Через-полученную точку О проводят горизонтальную линию, на которой откладывают значения силы⁴?": вправо — положитель­ные, влево — отрицательные. От конца вектора, изображающего силу 7", в вертикальном направлении откладывают отрезки, со­ответствующие силе Z' для того же угла поворота коленчатого вата: отрицательные значения вверх, положительные — вниз. Ог-

резок, соединяющий полученную точку В с точкой А, и является суммарной силой, действующей на шатунную шейку.

Определив точку В для всех принятых значений u_k. и соединив их плавной кривой, получим векторную или полярную диаграмму СИЛ К'ш-

График сил К'ш (рис. 58,0) представляет собой развернутую векторную диаграмму. Для ее построения откладывают отрезки А В (рис. 58, г), соответствующие принятым углам поворота а_к.

Эту диаграмму строят, не учитывая направлении действия силы К'ш' для расчета шатунного подшипника важно определить макси­мальное и среднее значения К'ш-

Если двигатель имеет два и более цилиндров, строят диаграмму суммарной касательной силы, являющейся алгебраической суммой действующих одновременно на коленчатый ват касательных сил Т' от всех цилиндров. Дли построения диаграммы (рис. 58, е) графи­чески складывают отрезки, соответствующие касательным силам, отстоящим одна от другой на угол, равный углу между вспышками. Например, при суммировании касательных сил двухцилиндрового четырехтактного двигателя с рядным расположением цилиндров этот угол равен 360; для такого же двухтактного двигателя он равен 180°.

График суммарной касательной силы в масштабе есть кривая изменения крутящего момента двигателя за цикл. Из этого следует, что среднее значение T_rpR_Kf)t]_M соответствует среднему крутящему моменту двигателя _w

M_tp = 716,2 ^ кГ м.

Графическое построение кривых можно рекомендовать только для учебной цели при динамическом расчете одно- и двухцилинд­ровых четырехтактных двигателей с равномерным чередованием рабочих ходов.

Интервал для углов поворота коленчатого вала и_д1 — u,i при­нимают 10—20*; при необходимости иа отдельных участках вводят дополнительные промежуточные значения и,, например в момент максимального давления вспышки а, 370 при взятом интервале "»i. Можно рекомендовать для построения графиков следующие масштабы: дли сил в четырехтактных двигателях 1 мм соответствует 0,2—0,25 кГ/см '; для двухтактных 1 мм соответствует 0,1 кГ1см *; для углов поворота коленчатого вала 5 мм соответствует 10°.

§ S* РАВНОМЕРНОСТЬ ХОДА ДВИГАТЕЛЯ И РАСЧЕТ МАХОВИКОВ

Рассматривая график суммарных касательных сил (рис. 58, ё), который в другом масштабе является и графиком мгновенных кру­тящих моментов, можно заметить, что крутящий момент за цикл

Ив постоянно изменяется в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

У одноцилиндрового четырехтактного двигателя за два оборота (720°) коленчатого вала крутящий момент одни раз достигает ми­нимального значения (сжатие) и один раз — максимального (ра­бочий ход).

У двухцилиндрового четырехтактного двигателя за этот период такое изменение произойдет два раза, у четырехцнлиндрового че­тырехтактного четыре раза и т. д.

Полезная работа рабочего хода расходуется на увеличение угло­вой скорости ш_к маховика, который в последующие такты за счет своей инерции продолжает вращать коленчатый вал, теряя при этом полученное приращение угловой скорости.

Таким образом скорость коленчатого вала двигателя все время изменяется.

Чтобы определить величину и характер изменения угловой скорости to, вращения коленчатого вала, используем уравнение живой силы для вращательного движения:

ДМ(а_к1 - а_ж (ttV.-u*,).

Работа избыточного момента ДМ на участке — а^, = Да вызывает изменение кинетической энергии маховика и связанных с ним подвижных деталей крнвошнпно-шатунного механизма:

■f (а>1, - со},),

где J_M — момент инерции маховика и связанных с ним де­талей крнвошнпно-шатунного механизма: Чс1 ^{11 <0}*а — мгновенные угловые скорости, соответствующие углам и_и и поворота кривошипа.

Минимальные и максимальные значения угловой скорости и кру­тящего момента коленчатого вала не совпадают по углу поворота и по времени.

Преобразуя приведенные выше уравнения, получим

ДЛ1 (а*, - а,,) = if (ы_ж, - а>,,) (а>„, + co,_t).

Подставляем в полученное выражение

Принимая, что /, и — время, соответствующее углам поворота а„ и коленчатого вала, и умножая числитель и знаменатель правой части на t_t — t_x, а также имея в виду, что

получим

Ml а.,-а.,

" 1,-1, ■

Угловое ускорение коленчатого в