Экспериментальное исследование неравномерности крутящего момента и хода одноцилиндрового двигателя

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Цель работы: экспериментальное определение коэффициентов неравномерности крутящего момента и неравномерности хода одноцилиндрового двигателя, расчет маховика.

Теоретический материал

Периодический характер внутрицилиндровых процессов ДВС, приводит к значительным колебаниям величины суммарного крутящего момента по углу поворота коленчатого вала. Её амплитуда (рис. 1) существенно зависит от режима функционирования двигателя, его конструктивной схемы и угла чередования рабочих ходов (т.е. порядка работы).

Рис. 1 Суммарный крутящий момент четырёхтактного бензинового двигателя с различным числом цилиндров

Для суждения о степени равномерности суммарного крутящего момента пользуются коэффициентом неравномерности крутящего момента

где – соответственно максимальное, минимальное и среднее значения суммарного крутящего момента.

Для одного и того же двигателя величина коэффициента m зависит от режима его работы. Поэтому для сравнительной оценки различных двигателей значения m определяют для режима номинальной мощности.

Одно из следствий указанного выше изменения крутящего момента – колебание угловой скорости коленчатого вала, которое получила название " неравномерность хода двигателя". Её величина характеризуется коэффициентом неравномерности хода двигателя :

(1)

где , , – соответственно максимальная, минимальная и средняя угловая скорость вращения коленвала.

Рассмотрим причины возникновения неравномерности изменения угловой скорости вращения коленвала на примере четырёхцилиндрового рядного двигателя (рис. 2).

Рис. 2. Баланс моментов на валу четырёхцилиндрового двигателя на установившемся режиме работы

Примем следующие допущения:

- момент сопротивления M_c не изменяется по углу поворота коленвала;

- режим работы двигателя установившийся;

- момент инерции подвижных элементов двигателя приведён к коленвалу и не изменяется по углу его поворота.

Уравнение движения коленчатого вала двигателя при принятых допущениях имеет вид:

(2)

где – суммарный крутящий момент; – угловая скорость вращения коленвала; – момент инерции подвижных деталей кривошипно-шатунного механизма ( ) и маховика ( ), приведённый к коленчатому валу.

Из (2) видно, что в момент равенства M_К = М_С ускорение вала ( ) равно нулю. Значит в этих точках (1…8, рис. 2) угловая скорость достигает своего экстремального значения. Если этому предшествовало ускоренное движение коленвала (M_К > М_С и ), то в точках 2, 4, 6, 8 будет . Если коленвал двигался замедленно (M_К < М_С и ), то в точках 1, 3, 5, 7 будет .

Из изложенного следует неизбежность возникновения неравномерности угловой скорости коленчатого вала вследствии переменной по углу его поворота величины суммарного крутящего момента.

Способами снижения коэффициента неравномерности хода двигателя являются:

- изменение числа цилиндров и параметров конструкции кривошипно-шатунного механизма;

- выбор скоростных режимов функционирования;

- подбор маховика.

Из перечисленных путей практически значимым следует признать последний. Действительно, скоростной режим в современных транспортных двигателей колеблется в широком диапазоне, а число цилиндров и параметры кривошипно-шатунного механизма, как правило, определяются компоновочной схемой транспортного средства в целом и необходимой мощностью.

Подбором маховика можно получить практически любое значение коэффициента неравномерности хода. Однако для автомобильных двигателей установка массивных маховиков (т.е. с большим моментом инерции J_м) приводит к ухудшения динамики транспортного средства, особенно при трогании и интенсивном разгоне. Для тягачей и тракторов приемистость не имеет первостепенного значения. Поэтому параметры их маховиков определяются с учётом плавности трогания с места при включённом сцеплении и рабочем положении буксировочного устройства.

В соответствии с изложенным, приняты следующие значения для современных двигателей:

- автомобильных– 0, 01 … 0, 02;

- тракторов и тягачей – 0, 003 … 0, 01.

При расчете маховика по величине J_м осуществляют подбор основных размеров маховика, руководствуясь в основном соображениями конструктивного характера. Так, диаметр маховика выбирают с учетом габаритов ДВС. Для приближенных расчетов можно принять

где S – ход поршня, м.

Маховой момент (кг× м²)

Выполнение лабораторной работы

1. Изучить теоретический материал.

2. Изучить порядок проведения вычислительных экспериментов на виртуальном стенде, имитирующем работу дизеля ТМЗ-450Д.

3. Проанализировать закономерности изменения мгновенного крутящего момента и угловой скорости в течение цикла.

4. С помощью виртуального стенда вывести двигатель на режим работы, соответствующий M_c = 24 Нм и m_ц = 0, 014 г и рассчитать значения коэффициентов и m на этом режиме. Результаты расчетов занести в табл. 1.

5. Повторить п.3, проведя 4 опыта, с различными значениями момента инерции J_м (при проведении опытов следует предварительно оценить величину задаваемого момента инерции J_м по значениям для автомобильного и тракторного двигателей).

6. Вычислить диаметр и массу маховика для значений , соответствующих автомобильному и тракторному двигателям, приняв S = 0, 08 м.

7. Построить графики зависимостей = f(J_м ) и m = f(J_м ).

8. Сделать выводы по результатам работы.

Результаты вычислительного эксперимента

Таблица 1

№ опыта J_м, кг× м² , Нм Нм , Нм m , рад/c , рад/c , рад/c

Контрольные вопросы

1. Что называется неравномерностью хода ДВС?

2. Что называется неравномерностью крутящего момента ДВС?

3. От каких факторов зависит неравномерность крутящего момента и хода ДВС?

4. С чем связаны закономерности изменения мгновенного крутящего момента на валу двигателя в течение цикла?

5. Для чего предназначен маховик?

6. Из каких условий определяются конструктивные параметры маховика?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

⇐ Предыдущая 1 23