Построение диаграммы суммарной поршневой силы

Масштабы длин и сил на диаграмме суммарной поршневой силы принимаем такими же, как и на индикаторной диаграмме. По оси абсцисс откладываем двойной ход, по оси ординат – силы П, I_п, R_п (рис. 3.10).

Графическое перестроение индикаторной диаграммы сил от давления пара на поршень рF_п = f(s) в развернутую диаграмму сил по углу поворота вала рF_п = f(α) производим по методу Брикса. Под диаграммой суммарной поршневой силы проводим две полуокружности диаметром, равным ходу поршня. Из центров полуокружностей к середине диаграммы в принятом масштабе откладываем отрезки длиной ∆ = λr/2, где λ = r/l_ш = 0,038/0,18 = = 0,211; ∆ = 0,211·0,038/2 = 0,00401 м.

Рис. 3.10. Диаграмма суммарной свободной силы

Из точки О^I через угол 15º проводим линии до пересечения с полуокружностями. Проекции точек пересечения линий с полуокружностями на ось абсцисс показывают перемещение поршня, соответствующее повороту вала на угол α. Левая часть диаграммы соответствует ходу поршня к валу (α = 0 ÷ 180), правая – обратному ходу (α = 180 ÷ 360).

Силы от давления пара на поршень, взятые из индикаторной диаграммы, силы инерции и силы трения откладываем на вертикальных линиях диаграммы в соответствии с углом поворота кривошипа α. Для расчета сил инерции первого и второго порядка определим угловую скорость вала компрессора и массу поступательно движущихся частей: ω = 2πn; ω = 2·3,14·24 = 151 рад/с:

,

где m_порш = 0,5 кг – масса поршня в сборе с поршневым кольцом, уплотнительными и маслосъемными кольцами; m_ш = 1,1 кг – масса шатуна.

кг.

Результаты расчета сил инерции в зависимости от поворота угла α приведены в табл. 3.7.

Сила трения для одного цилиндра R_п1 = R_п/z = 0,65N_тр/с_mz = 0,65·3,3·10³/3,65·8 = 73,7 Н, где N_тр и с_m взяты из теплового расчета. Сумма ординат всех сил для каждого угла поворота соответствует значениям суммарной силы. Из диаграммы видно, что наибольшие значения силы Р, а следовательно, и сжимающей шатун силы Р_ш действуют в момент, когда поршень приближается к верхней мертвой точке.

Таблица 3.7.

Результаты расчета сил инерции

α	λcos2α	In2, Н	In2, Н	In, Н
0	0,2111	– 751	– 159	– 910
15	0,182818	– 726	– 137	– 863
30	0,10555	– 651	– 79	– 730
45	0	– 531	0	– 531
60	– 0,10555	– 376	79	– 296
75	– 0,18282	– 194	137	– 57
90	– 0,2111	0	159	159
105	– 0,18282	194	137	332
120	– 0,10555	376	79	455
135	0	531	0	531
150	0,10555	651	– 79	571
165	0,182818	726	– 137	588
180	0,2111	751	– 159	593
195	0,182818	726	– 137	588
210	0,10555	651	– 79	571
225	0	531	0	531
240	– 0,10555	376	79	455
255	– 0,18282	194	137	332
270	– 0,2111	0	159	159
285	– 0,18282	– 194	137	– 57
300	– 0,10555	– 376	79	– 296
315	0	– 531	0	– 531
330	0,10555	– 651	– 79	– 730
345	0,182818	– 726	– 137	– 863
360	0,2111	– 751	– 159	– 910

Значения газовой и суммарной сил в зависимости от угла поворота α приведены в табл. 3.8.