Виходячи з завдання динамічного розрахунку визначають сили, що діють на основні деталі кривошипно-шатунного механізму двигуна залежно від переміщення поршня або відповідного кута повороту колінчастого вала двигуна.
Схему сил, що діють на основні деталі кривошипно-шатунного механізму в одному з положень колінчастого вала, показано на рис. 3.
Для динамічного розрахунку користуються силами, що виникають від надлишкового тиску газів на поршень і сили інерції від мас, які здійснюють зворотно-поступальний рух. Сумарна сила спрямована вздовж осі циліндра:
(81)
де - сила відповідно тиску газів, інерції мас, що рухаються зворотно-поступально, атмосферний тиску.
Сумарна сила вважається додатною, якщо вона спрямована до осі колінчастого вала. Усі сили зводяться до одиниці площі поршня, що дає змогу як вихідними даними користуватися значеннями тисків у характерних точках індикаторної діаграми, які визначаються у тепловому розрахунку двигуна.
Інтервал зміни кута повороту кривошипа беруть таким, що дорівнює 15º. При цьому кожний процес циклу поділяють на 12 відрізків. переміщення поршня на кожному відрізку
(82)
де Rk – радіус кривошипа, мм;
- довжина шатуна, мм;
φ – кут повороту кривошипа, град.
Залежність достатньо визначити лише для процесу спуску на ділянці від 0 до 180º, оскільки для решти процесів робочого циклу: стиск-розширення-випуск відпрацьованих газів вона протікає симетрично, з врахуванням напряму переміщення поршня.
тиск газів у процесі впуску беруть сталим і таким, що дорівнює тискові в кінці впуску, який визначено у тепловому розрахунку,
(83)
На ділянці руху від 180 до 360º тиск газів у циліндрі двигуна
(84)
де S – хід поршня, мм;
ε –ступінь стиску;
х –переміщення поршня, мм;
n1 – показник поліропи стиску.
Для бензинових двигунів на ділянці руху від 360 до 540º у процесі розширення тиск газів у циліндрі двигуна
(85)
де ρ –ступінь попереднього розширення;
n2 – показник поліропи розширення.
Під час виконання динамічного розрахунку дизельних двигунів треба попередньо визначити переміщення поршня за ізобарного підведення теплоти:
(86)
Рисунок 3. Схема сил, що діють на основні деталі кривошипно-шатунного механізму: - сила відповідно сумарна, що діє вздовж осі циліндра, нормальна, спрямована вздовж осі шатуна, дотична, радіальна, інерції обертових мас і сумарна, яка діє на шатунну шийку: - радіус кривошипа; - довжина шатуна.
На цій ділянці тиск газів залишається сталим:
(87)
Для всіх інших значень тиск газів у процесі розширення визначається за (85).
На ділянці руху від 520 до 720º тиск газів у циліндрі двигуна дорівнює тискові в кінці випуску: .
Враховуючи, що сили інерції мас, які здійснюють зворотно-поступальний рух, змінюються у кожному процесі симетрично, тиск від сил інерції достатньо визначити для ділянки від 0 до 180º:
(88)
де ;
;
– зведена до одиниці площі поршня маса відповідно деталей, що рухаються зворотно-поступально, поршневого комплекту і шатуна (табл..2), кг/м2 ;
- кутова швидкість кривошипа, с-1.
Питомі сили, що діють у кривошипно-шатунному механізмі двигуна:
2. Автомобільні двигуни./ За ред. І.І. Тимченка. – Х.: Основа, 1995.– 464 с.
3. Двигатели внутреннего сгорания. /Под ред. В.Н. Луканина – М.: Высшая школа, 1995. – 953 с.
4. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей: Учебник /Алексеев В.П., Воронин В.Ф., Грехов Л.В. и др. – М.: Машиностроение, 1990. – 288 с.
5. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей/ Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова . – М.: Машиностроение, 1983. – 375 с.
6. Каталоги двигунів провідних виробників ДВЗ
7. Р. А. Зейнетдинов, Дьяков И.Ф., С.В. Ярыгин. Проектирование автотракторных двигателей. Учебное пособие Ульяновск: УлГТУ, 2004.- 168 с.
8. Шароглазов Б. А., Фарафонтов М. Ф., Клементьев В. В. Двигатели внут-
реннего сгорания: теория, моделирование и расчёт процессов: Учебник по кур-
су «Теория рабочих процессов и моделирование процессов в двигателях внут-
реннего сгорания». – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2004. – 344 с.
9. Теория двигателей внутреннего сгорания. По ред.проф. д-ра техн.наук Н.Х. Дьяченко. Л., «Машиностроение», 1974,552 с.