Расчет двигателя внутреннего сгорания

0

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчет двигателя внутреннего сгорания

 

Аннотация

Пояснительная записка содержит 61страницу, в том числе 13 графиков, 13 таблиц, 2 источника, 2 приложения и 5 рисунков. Графическая часть выполнена на 3 листах формата А1.

В данном проекте произведен расчет карбюраторного, четырех цилиндрового двигателя внутреннего сгорания. Также произведен расчет геометрический расчет цилиндропоршневой группы и смазочной системы.

При расчете была четко выражена взаимосвязь теплового и динамического расчета. По результатам расчета двигатель является более мощным и экономически выгодным по сравнению с прототипом вследствие неправильно выбранных геометрических параметров КШМ.

Содержание

Введение...................................................................................................................7

Тепловой и динамический расчеты двигателя.....................................................8

1 Тепловой расчет рабочего цикла........................................................................8

1.1 Рабочее тело и его свойства.............................................................................8

1.1.1 Топливо............................................................................................................8

1.1.2 Горючая смесь.................................................................................................8

1.1.3 Продукты сгорания.........................................................................................9

1.2 Процесс впуска................................................................................................10

1.2.1 Давление и температура окружающей среды............................................10

1.2.2 Давление и температура остаточных газов................................................10

1.2.3 Степень подогрева заряда............................................................................10

1.4.2 Давление в конце впуска.............................................................................11

1.2.5 Коэффициент и количество остаточных газов..........................................11

1.2.6 Температура в конце впуска........................................................................11

1.2.7 Коэффициент наполнения...........................................................................12

1.3 Процесс сжатия................................................................................................12

1.3.1 Показатель политропы сжатия....................................................................12

1.3.2 Давление и температура конца процесса сжатия......................................12

1.3.3 Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия..............13

1.4 Процесс сгорания............................................................................................14

1.4.1 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси.........................14

1.4.2 Температура конца видимого сгорания.....................................................14

1.4.3 Степень повышения давления цикла..........................................................15

1.4.4 Степень предварительного расширения.....................................................15

1.4.5 Максимальное давление сгорания..............................................................15

1.5 Процесс расширения.......................................................................................16

1.5.1 Показатель политропы расширения...........................................................16

1.5.1 Давление и температура конца процесса расширения.............................16

1.6 Проверка точности выбора температуры остаточных газов.......................17

1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла...................................................17

1.7.1 Среднее индикаторное давление.................................................................17

1.7.2 Индикаторный КПД.....................................................................................17

1.7.3 Индикаторный удельный расход топлива..................................................18

1.8 Эффективные показатели двигателя.............................................................18

1.8.1 Давление механических потерь..................................................................18

2.8.2 Среднее эффективное давление..................................................................18

1.8.3 Механический КПД......................................................................................18

1.8.4 Эффективный КПД.......................................................................................19

1.8.5 Эффективный удельный расход топлива...................................................19

1.9 Основные параметры и показатели двигателя..............................................20

1.10 Оценка надежности двигателя.....................................................................21

1.11 Тепловой баланс............................................................................................22

1.12 Построение индикаторной диаграммы........................................................24

2 Расчет внешней скоростной характеристики..................................................27

3 Динамический расчет КШМ..............................................................................33

3.1 Расчет силовых факторов, действующих в КШМ........................................33

3.2 Построение графиков сил и моментов..........................................................37

Расчет деталей на прочность................................................................................38

4.1 Поршень...........................................................................................................38

4.1.1 Днище поршня..............................................................................................40

4.1.2 Головка поршня............................................................................................40

4.1.3 Юбка поршня................................................................................................42

4.2 Поршневое кольцо...........................................................................................42

4.3 Шатун...............................................................................................................46

4.3.1 Поршневая головка......................................................................................48

4.3.2 Кривошипная головка..................................................................................49

4.3.3 Стержень шатуна..........................................................................................50

Расчет смазочной системы………………...........................................................52

5.1 Емкость смазочной системы………………..................................................52

5.2 Масляный насос...............................................................................................52

5.3 Центрифуга…………......................................................................................54

5.4 Масляный радиатор.........................................................................................56

Приложение А........................................................................................................58

Приложение В........................................................................................................59

Заключение.............................................................................................................60

Список использованных источников...................................................................62

 

 

 

Введение

Двигатель является одной из самых главных частей автомобиля. От его характеристик зависят динамические и эксплуатационные качества автомобиля. В современном мире насчитывается около десятка различных двигателей, различимых  по виду используемого топлива, кинематической  схеме, типу смесеобразования, способу зажигания и т.д. Уже более 200 лет двигатель внутреннего сгорания не изменяет принципа своего действия. Он основан на последовательном преобразовании химической энергии топлива в тепловую в процессе его сгорания (окисления), а затем в механическую работу во время хода расширения рабочего органа (чаще всего поршня двигателя). Причем, чем быстрее происходит сгорание, тем продолжительнее "полезный" рабочий ход поршня и тем полнее выделившаяся теплота преобразуется в механическую работу, а значит выше КПД двигателя и его мощность.

Одновременно существует большое число ограничений на возможную скорость сгорания, связанных, главным образом, с защитой от перегрузки деталей двигателя в механическом и тепловом отношении. При этом важно четко представлять механизм процессов, происходящих в двигателе, уметь анализировать факторы, влияющие на работу двигателя.

Целью данного курсового проектирования является расчет проектируемого автомобильного двигателя.

Объектом данного курсового проекта является двигатель внутреннего сгорания карбюраторный с жидкостным охлаждением. В ходе выполнения проекта выполнены:

- тепловой и динамический расчеты, расчет внешней скоростной характеристики двигателя;

- расчеты основных деталей двигателя;

- расчет смазочной системы;

- конструкторский расчет двигателя.

1 Тепловой расчет рабочего цикла

1.1 Рабочее тело и его свойства

1.1.1 Топливо

Топливом для рассчитываемого двигателя служит бензин по ГОСТ 2084-77 марки  АИ-95. Элементный состав топлива: С=0,855, Н=0,145, О=0.

Низшая теплота сгорания HUв кДж/кгопределяется по формуле Д.И. Менделеева:

кДж/кг.

где Sи W – массовые доли серы и влаги в топливе.

В расчетах принимается S = 0, W = 0.

1.1.2 Горючая смесь

Для приготовления рабочей смеси используется топливо и воздух. Для полного сгорания топлива необходимо определенное количество воздуха, которое называется теоретически необходимым, и определяется по элементарному составу топлива l0 в кгвозд/кг топл:

.

или в L0кмольвозд/кг топл:

В зависимости от условий работы двигателя на каждую единицу топлива приходится количество воздуха, большее или меньшее теоретически необходимого. Отношение действительного количества воздуха, участвующего в сгорании 1 кг топлива, к теоретическому количеству воздуха называется коэффициентом избытка воздуха α.

Значение коэффициента α зависит от типа смесеобразования, условий воспламенения и сгорания топлива, а также от режима работы двигателя.

Исходя из выше перечисленных условий принимаем α = 0,9.

Действительное количество воздуха L в кмольвозд/кг топл определяется по формуле:

.

Количество горючей смеси M1 в кмольгор.см/кг топл определяется по формуле:

,

где mT = 120 - молекулярная масса паров топлива, кг/кмоль.

1.1.3 Продукты сгорания

При неполном сгорании топлива продукты сгорания представляют собой смесь углекислого газа СО2, водяного пара Н2О, оксида углерода СО, свободного водорода Н2 и азота N2.

Общее количество продуктов М2 неполного сгорания в кмольпр.сг/кг топл определяется по формуле

.

Количество отдельных составляющих продуктов сгорания в кмольпр.сг/кг топл определяется по следующим формулам:

 

,

где k – константа, зависящая от отношения количества водорода и оксида углерода в продуктах сгорания, примем k= 0,5.

Изменение количества молей рабочего тела при сгорании в ΔMв кмольраб.тела/кг топл определяется по формуле

.

Относительное изменение количества молей при сгорании горючей смеси характеризуется химическим коэффициентом молекулярного изменения горючей смеси µ0, который определяется по формуле

.

1.2 Процесс впуска

За период процесса впуска осуществляется наполнение цилиндра свежим зарядом.

1.2.1 Давление и температура окружающей среды

Принимаются стандартные значения атмосферного давления и температуры в нормальных (стандартных) условиях: p0=0.1 МПа иT0=293 К.

1.2.2. Давление и температура остаточных газов

Для двигателей без наддува давление остаточных газов prв МПа принимают равным

.

В зависимости от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения и коэффициента избытка воздуха  выбираются значения температуры остаточных газов Tr=1000 K.

1.2.3 Степень подогрева заряда

Для данного двигателя примем ΔТ = 20 К.

1.2.4 Давление в конце впуска

Величина давления в конце впуска pa в МПа определяется по формуле

,

где Δpa – потери давления во впускном трубопроводе, МПа.

Потери давления во впускном трубопроводе Δpв МПа определяется по формуле

примем ;

Плотность заряда на впуске ρk в кг/м3 определяется по формуле

,

где Rв – удельная газовая постоянная воздуха, Rв =287Дж/(кг·град).

.

1.2.5 Коэффициент и количество остаточных газов

Коэффициент остаточных газов γrдля четырехтактных двигателей внутреннего сгорания определяется по формуле

.

Количество остаточных газов Mr в кмольост.газов/кг топл определяется по формуле

.

1.2.6 Температура в конце впуска

Температура в конце впуска Та в градусах Кельвина (К) определяется по формуле

 

1.2.7 Коэффициент наполнения

Для четырехтактных двигателей без учета продувки и дозарядки коэффициент наполнения ηνопределяется по формуле

Рассчитанные параметры процесса впуска сводим в таблицу 1.

Таблица 1 – Значения параметров процесса впуска

Тип двигателя

Параметры

pa, МПа

γr

Ta, К

ην

Карбюраторный

0,080...0,095

0,04...0,10

340...370

0,70...0,90

Рассчитываемый двигатель

0,0806

0,0496

345,52

0,73

 

1.3 Процесс сжатия

1.3.1 Показатель политропы сжатия

Средний показатель адиабаты сжатия k1

Показатель политропы сжатия n1

1.3.2 Давление и температура конца процесса сжатия

Давление pc в МПа температура Tc в градусах Кельвина (К) в конце процесса сжатия

 

 

1.3.3 Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия

Температура конца процесса сжатия tcв градусах Цельсия(0С):

Средняя мольная теплоемкость свежей смеси в конце сжатия:

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия:

       Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси:

       Рассчитанные параметры процесса сжатия сводим в таблицу 2

       Таблица 2 – Значения параметров процесса сжатия

Тип двигателя

Параметры

n1

pc, МПа

Tc, К

Карбюраторный

1,34..1,38

0,9..2,0

600..800

Рассчитываемый двигатель

1,3646

1,7419

785,2943

 

  

1.4 Процесс сгорания

1.4.1 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

1.4.2 Температура конца видимого сгорания

Температура газа Tz в конце видимого сгорания определяется с использованием решения уравнения сгорания, которое имеет вид:

,

где ΔHu – потеря теплоты вследствие химической неполноты сгорания, кДж/кг:

–средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме, кДж/(кмоль·град):

Уравнение сгорания:

Получаем квадратное уравнение вида:

Температура tzконца видимого сгорания в градусах Цельсия (0С):

Температура Tzв градусах Кельвина (К):

1.4.3 Степень повышения давления цикла

1.4.4 Степень предварительного расширения

Степень предварительного расширения для карбюраторных двигателей ρ = 1.

1.4.5 Максимальное давление сгорания

Величина максимального давления pzв МПа в конце сгорания определяется по формуле:

Рассчитанные параметры процесса сгорания сводим в таблицу 3

       Таблица 3 – Значения параметров процесса сгорания

Тип двигателя

Параметры

λ

ρ

pz, МПа

Tz, К

Карбюраторный

3,2...4,2

1

3,5...7,5

2400...3100

Рассчитываемый двигатель

3,942

1

6.866

 

 

 

 

 

 

1.5 Процесс расширения

1.5.1 Показатель политропы расширения

Средний показатель адиабаты расширения:

Показатель политропы расширения:

1.5.2 Давление и температура конца процесса расширения

Давление pbв МПа и температура Tbв градусах Кельвина (К) в конце процесса расширения

Рассчитанные параметры процесса расширения сводим в таблицу 4

       Таблица 4 – Значения параметров процесса расширения

Тип двигателя

Параметры

n2

pb, МПа

Tb, К

Карбюраторный

1,23...1,30

0,35...0,6

1200...1700

Рассчитываемый двигатель

1,255

0,4067

1616,185

 

 

1.6 Проверка точности выбора температуры остаточных газов

Расчетное значение температуры остаточных газов Tr в градусах Кельвина (0К)

Расхождение между принятой величиной Tr и рассчитанной Trрасч

1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла

1.7.1 Среднее индикаторное давление

Среднее теоретическое индикаторное давление pi|в МПа

Коэффициент полноты индикаторной диаграммы принимаем φu = 0,94

Среднее индикаторное давление действительного цикла piв МПа

1.7.2 Индикаторный КПД

Индикаторный КПД

 

 

 

1.7.3 Индикаторный удельный расход топлива

Индикаторный удельный расход топлива giв г/(кВт·ч) определяется по формуле

Рассчитанные индикаторные показатели двигателя сводим в таблицу 5

Таблица 5 – Значения индикаторных показателей двигателя

Тип двигателя

Параметры

pi, МПа

ηi

gi, г/(кВт·ч)

Карбюраторный

0,6...1,4

0,3...0,4

210...275

Рассчитываемый двигатель

1.004

0.355

230.661

 

1.8 Эффективные показатели двигателя

       Эффективные показатели характеризуют работу двигателя и отличаются от индикаторных показателей на величину механических потерь.

       1.8.1 Давление механических потерь

       Принимаем: экспериментальные коэффициенты aM = 0.034и bM = 0.0113; средняя скорость поршня νп.ср. = 12.95 м/с.

Давление механических потерь pMв МПа

1.8.2 Среднее эффективное давление

Среднее эффективное давление pe в МПа

1.8.3 Механический КПД

Механический КПД ηМ определяется по формуле

1.8.4 Эффективный КПД

Отношение количества теплоты, эквивалентной полезной работе на валу двигателя, к общему количеству теплоты, внесенной в двигатель с топливом, называется эффективным КПД ηе, который определяется по формуле:

1.8.5 Эффективный удельный расход топлива

Эффективный удельный расход топлива gе в г/(кВт·ч) определяется по формуле:

Рассчитанные эффективные показатели двигателя сводим в таблицу 6.

Таблица 6 – Значения эффективных показателей двигателя

Тип двигателя

Параметры

pе, МПа

ηе

ηМ

gе, г/(кВт·ч)

Карбюраторный

0,6...1,1

0,23...0,38

0,75...0,92

230...310

Рассчитываемый двигатель

0,824

0,291

0,82

281.141

 

 

 

1.9 Основные параметры и показатели двигателя

Рабочий объем цилиндра Vhв дм3 определяется по формуле:

где τ – коэффициент тактности рабочего процесса двигателя, для четырехтактного процесса τ=4.

       Примем отношение линейных размеров цилиндра S/D = 0.87

       Диметр цилиндра в мм определяется по формуле:

       Ход поршня двигателя S в мм определяется по формуле:

       Полученные значения округляем в большую сторону до четного числа:D = 82мм; S = 70 мм.

       Окончательная средняя скорость поршня νп.ср. в м/с:

       Ошибка выбора:

       Рабочий объем одного цилиндра Vh в дм3 определяется по формуле:

       Литраж двигателя Vл в дм3 определяется по формуле:

       Объем камеры сгорания Vc в дм3 определяется по формуле :

Полный объем цилиндра Vа в дм3 определяется по формуле:

Мощность двигателя Ne к кВт определяется по формуле:

Поршневая мощность двигателя Nп в кВт/дм3 определяется по формуле:

Эффективный крутящий момент Ме в Н·м определяется по формуле:

Часовой расход топлива GTв кг/ч определяется по формуле:

Принимаем удельную массу V-образного двигателя Муд = 1.3 кг/кВт;

Масса двигателя mдв в кг определяется по формуле:

1.10 Оценка надежности двигателя

Критерий Б.Я. Гинцбурга:

 

 

 

Критерий А.К. Костина:

Двигатель надежен.

1.11 Тепловой баланс

Для анализа характера теплоиспользования и путей его улучшения при расчете  двигателя определяются составляющие теплового баланса.

Общее количество теплоты Q0в Дж/с определяется по формуле:

Теплота Qe, эквивалентная эффективной работе, в Дж/с определяется по формуле:

Принимаем c = 0.47 и m =0.65, тогда теплота Qохл, отданная охлаждающей среде, в Дж/с определяется по формуле:

       Теплота Qr, унесенная из двигателя с отработавшими газами, в Дж/с определяется по формуле:

      

Теплота Qн.с., потерянная при неполном сгорании топлива, в Дж/с определяется по формуле:

Неучтенные потери теплоты Qост в Дж/с определяются по формуле:

Тепловой баланс в процентах от всего количества введенной теплоты:

Рассчитанные показатели теплового баланса сводим в таблицу 7.

Таблица 7 – Значения теплового баланса в процентах.

Тип двигателя

Составляющие теплового баланса в процентах

qe

qохл

qr

qн.с.

qост

Карбюраторный

23...38

24...32

30...55

0...21

3...10

Рассчитываемый двигатель

29.15

31.87

17.76

14.11

7.11

 

 

 

1.12 Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма – графическая зависимость давления газа в цилиндре от надпоршневого объема, либо перемещения поршня или угла поворота коленчатого вала.

Масштаб хода поршня µS = 1.

Отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра в мм:

Отрезок, соответствующий полному объему цилиндра в мм:

Построение политропы сжатия и расширения проводится аналитическим методом.

Для политропы сжатия определяется давление рхв МПа по формуле:

Аналогично для политропы расширения определяется давление рх в МПа по формуле:

Абсцисса расчетной точки ОХ в мм определяется по формуле:

где АХ – перемещение поршня в мм, определяемое по формуле:

где λ – отношение радиуса кривошипа R к длине шатуна Lш, примем  λ = 0,24;

α – угол поворота коленчатого вала.

Результаты расчетов политроп сжатия и расширения сводим в таблицу 8.

 

Таблица 8 – Результаты расчета политроп сжатия и расширения.

α

OX

pz

α

OX

pz

0

8,2353

0,105

370

8,8936

6,8668

10

8,8936

0,0978

380

10,837

4,8647

20

10,8373

0,0968

390

13,974

3,5354

30

13,9744

0,0806

400

18,1590

2,5446

40

18,159

0,0806

410

23,2023

1,8706

50

23,2024

0,0806

420

28,8852

1,4208

60

28,8853

0,0806

430

34,9732

1,1175

70

34,9733

0,0806

440

41,230

0,9089

80

41,2309

0,0806

450

47,4352

0,7622

90

47,4352

0,0806

460

53,3863

0,6571

100

53,3863

0,0806

470

58,9146

0,5806

110

58,9147

0,0806

480

63,8852

0,524

120

63,8853

0,0806

490

68,1975

0,4832

130

68,1975

0,0806

500

71,7821

0,4531

140

71,7822

0,0806

510

74,5961

0,45

150

74,5962

0,0806

520

76,6158

0,4

160

76,6158

0,0806

530

77,8302

0,35

170

77,8302

0,0806

540

78,2352

0,3

180

78,2353

0,0806

550

77,8302

0,25

190

77,8302

0,0812

560

76,6158

0,2

200

76,6158

0,083

570

74,5961

0,18

210

74,5962

0,0861

580

71,7821

0,15

220

71,7822

0,0907

590

68,1975

0,13

230

68,1975

0,0973

600

63,8852

0,105

240

63,8853

0,1063

610

58,9146

0,105

250

58,9146

0,1188

620

53,3863

0,105

260

53,3863

0,1359

630

47,4352

0,105

270

47,4353

0,1596

640

41,230

0,105

280

41,2309

0,193

650

34,9732

0,105

290

34,9733

0,2420

660

28,8852

0,105

300

28,8853

0,3142

670

23,2023

0,105

310

23,2023

0,4237

680

18,1590

0,105

320

18,1590

0,5920

690

13,9744

0,105

330

13,9744

0,846

700

10,8373

0,105

340

10,8373

1,1975

710

8,89366

0,105

350

8,8936

2

720

8,23529

0,105

360

8,2352

4

     

 

 

 

2 Расчет внешней скоростной характеристики

Минимальная частота вращения коленчатого вала nmin = 600 мин-1, максимальная частота nmax = 5550 мин-1.

Номинальная мощность двигателя Ne = 56,325 кВт.

Удельный расход топлива при номинальной мощности ge = 281,14 г/кВт·ч.

Частота вращения при Ne: n = 5550 мин-1.

Значения коэффициентов для карбюраторного двигателя: c1 = 1,c2 = 1, c3 = 1.2, c4 = 1, c5 = 0.8.

Зависимости эффективной мощности Nexв кВт:

Зависимости эффективногоудельного расходаgexв г/кВт·ч:

Зависимость среднего эффективного давления pex в МПа:

Зависимость эффективного крутящего момента Mex в Н·м:

Зависимость часового расхода топлива GTxв кг/ч:

 

Зависимость давления механических потерь pmx в МПа:

Зависимость среднего индикаторного давления pixв МПа:

Зависимость мощности механических потерьNmxв кВт:

Зависимость индикаторной мощности Nix в кВт:

Зависимость индикаторного крутящего момента Mix в Н·м:

Зависимость индикаторного удельного расхода топлива gixв г/(кВт·ч):

Коэффициент избытка воздуха при минимальной частоте:

αnmin = 0,85·αn = 0.85·0.9 = 0.765

Закон изменения принимаем:

Зависимость коэффициента наполнения:

 

Максимальное значение среднего эффективного давления pe.maxв МПа:

Частота соответствующая pe.max в мин-1:

Максимальное значение эффективного крутящего момента Me.maxв Н·м:

При частоте nMв мин-1:

Минимальное значение эффективного удельного расхода топлива ge.minв г/(кВт·ч):

При частоте ngв мин-1:

Результаты расчетов ВСХ сводим в таблицу 9. По данным расчетов строятся графики.

 

 

 

 

 

Таблица 9 – Результаты расчетов ВСХ.

n x

N ex

g ex

p ex

M ex

G Tx

p Mx

p ix

N Mx

N ix

M ix

g ix

α x

η Vx

600

6,676

309,60

0,903

106,312

2,067

0,050

0,953

0,368

7,045

112,174

293,424

0,765

0,748

950

11,009

295,83

0,941

110,719

3,257

0,059

1,000

0,691

11,700

117,667

278,366

0,775

0,753

1250

14,900

285,45

0,968

113,882

4,253

0,067

1,035

1,031

15,930

121,761

266,986

0,783

0,755

1550

18,897

276,39

0,990

116,479

5,223

0,075

1,065

1,429

20,326

125,289

256,960

0,791

0,756

1850

22,947

268,64

1,007

118,510

6,165

0,083

1,090

1,886

24,833

128,250

248,242

0,799

0,755

2150

26,998

262,21

1,020

119,973

7,079

0,091

1,110

2,401

29,399

130,645

240,793

0,807

0,754

2450

30,995

257,09

1,027

120,870

7,969

0,099

1,126

2,975

33,970

132,473

234,574

0,815

0,752

2750

34,886

253,28

1,030

121,201

8,836

0,107

1,137

3,607

38,493

133,734

229,548

0,824

0,751

3050

38,616

250,79

1,028

120,965

9,685

0,114

1,142

4,298

42,914

134,428

225,675

0,832

0,749

3350

42,133

249,61

1,021

120,162

10,517

0,122

1,144

5,047

47,180

134,557

222,912

0,840

0,748

3650

45,383

249,75

1,010

118,793

11,334

0,130

1,140

5,855

51,238

134,118

221,214

0,848

0,747

3950

48,313

251,20

0,993

116,857

12,136

0,138

1,131

6,721

55,033

133,113

220,526

0,856

0,746

4250

50,869

253,96

0,972

114,354

12,919

0,146

1,118

7,645

58,514

131,541

220,786

0,865

0,745

4550

52,998

258,04

0,946

111,285

13,676

0,154

1,100

8,628

61,626

129,403

221,920

0,873

0,744

4850

54,646

263,44

0,915

107,649

14,396

0,162

1,077

9,670

64,316

126,698

223,836

0,881

0,742

5150

55,761

270,15

0,879

103,447

15,064

0,170

1,049

10,769

66,531

123,426

226,422

0,889

0,738

5450

56,289

278,17

0,839

98,678

15,658

0,178

1,016

11,928

68,217

119,588

229,536

0,897

0,731

5550

56,325

281,14

0,824

96,962

15,835

0,180

1,004

12,327

68,652

118,182

230,661

0,900

0,728

 

 

 

 

 

Рисунок 1, лист 1

Рисунок 1, лист 2

3 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя

3.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме

Сила давления газов ΔРг в Н в определяется по формуле:

Площадь поршня Fп в м2 определяется по формуле:

Удельная масса поршня из алюминиевого сплава:mп| = 120 кг/м2.

Масса поршня кг:

Удельная масса шатуна: mш| = 150 кг/м2.

Масса шатуна кг:

Часть массы шатуна, отнесенная к поступательно движущимся массам, кг:

Масса частей кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение, кг:

Радиус кривошипа R = 0.5·S = 0.035м.

Угловая скорость коленчатого вала:

Часть массы шатуна, отнесенная к вращающимся массам, кг:

Центробежная сила инерции вращающейся части шатуна в Н:

Сила давления газов в Н:

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс в Н:

Суммарная сила, действующая на поршневой палец в Н:

Угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра:

Суммарная сила, действующая вдоль шатуна в Н:

Суммарная нормальная (боковая) сила, направленная перпендикулярно оси цилиндра в Н:

Суммарная радиальная сила, направленная по радиусу кривошипа в Н:

Суммарная тангенциальная сила, направленная перпендикулярно к радиусу кривошипа в Н:

Результирующая сила, действующая на шатунную шейку в Н:

Результаты расчетов сил , , , , N, K, T, сводим в таблицу10.

 

Таблица 10 – Результаты расчетов сил, действующих в КШМ.

α

ΔP г

P j

P

N

S ш

K

T

R шш

0

26,392

-12175,040

-12148,648

0,000

-12148,648

-12148,64

0,000

19161,920

10

-11,612

-11883,762

-11895,374

-496,177

-11905,718

-11628,49

-2554,250

18815,943

20

-16,891

-11031,601

-11048,491

-909,984

-11085,902

-10070,95

-4633,912

17701,522

30

-102,000

-9681,370

-9783,370

-1182,55

-9854,581

-7881,372

-5915,803

16026,452

40

-102,000

-7930,664

-8032,664

-1254,20

-8129,989

-5347,190

-6124,074

13794,394

50

-102,000

-5902,067

-6004,067

-1122,99

-6108,186

-2999,077

-5321,229

11338,545

60

-102,000

-3731,061

-3833,061

-814,474

-3918,638

-1211,176

-3726,765

9029,414

70

-102,000

-1553,000

-1655,000

-383,116

-1698,765

-206,032

-1686,225

7413,616

80

-102,000

509,369

407,369

99,091

419,247

-26,846

418,387

7052,540

90

-102,000

2356,459

2254,459

557,360

2322,334

-557,360

2254,459

7899,181

100

-102,000

3919,326

3817,326

928,548

3928,636

-1577,313

3598,091

9313,668

110

-102,000

5163,305

5061,305

1171,642

5195,147

-2832,051

4355,346

10765,660

120

-102,000

6087,520

5985,520

1271,842

6119,153

-4094,207

4547,691

12002,399

130

-102,000

6720,457

6618,457

1237,909

6733,230

-5202,555

4274,320

12942,034

140

-102,000

7112,274

7010,274

1094,571

7095,212

-6073,758

3667,627

13591,242

150

-102,000

7324,911

7222,910

873,058

7275,484

-6691,753

2855,365

13999,315

160

-102,000

7421,295

7319,295

602,837

7344,079

-7084,070

1936,864

14229,775

170

-102,000

7455,067

7353,067

306,710

7359,461

-7294,617

974,797

14341,057

180

-102,000

7462,121

7360,121

0,000

7360,121

-7360,121

0,000

14373,393

190

-98,973

7455,067

7356,094

-306,836

7362,491

-7297,620

-975,198

14344,080

200

-89,670

7421,295

7331,626

-603,853

7356,451

-7096,004

-1940,127

14242,043

210

-73,401

7324,911

7251,510

-876,515

7304,291

-6718,249

-2866,671

14027,561

220

-48,917

7112,274

7063,357

-1102,86

7148,938

-6119,750

-3695,399

13643,029

230

-14,238

6720,457

6706,219

-1254,32

6822,514

-5271,542

-4330,998

13025,905

240

33,646

6087,520

6121,167

-1300,65

6257,828

-4186,992

-4650,753

12127,466

250

99,271

5163,305

5262,576

-1218,23

5401,741

-2944,673

-4528,544

10939,304

260

189,531

3919,326

4108,857

-999,462

4228,668

-1697,773

-3872,879

9533,179

270

315,088

2356,459

2671,547

-660,475

2751,979

-660,475

-2671,547

8125,488

280

492,792

509,369

1002,161

-243,771

1031,383

-66,044

-1029,266

7153,748

290

749,851

-1553,000

-803,149

185,921

-824,388

-99,985

818,302

7160,170

300

1130,888

-3731,061

-2600,172

552,501

-2658,224

-821,606

2528,066

8232,644

310

1708,905

-5902,067

-4193,163

784,284

-4265,878

-2094,516

3716,277

9836,794

320

2597,314

-7930,664

-5333,350

832,740

-5397,970

-3550,308

4066,127

11319,126

330

3940,211

-9681,370

-5741,159

693,954

-5782,947

-4625,013

3471,561

12145,016

340

5793,256

-11031,601

-5238,344

431,445

-5256,082

-4774,871

2197,045

11991,135

350

10028,846

-11883,762

-1854,916

77,372

-1856,529

-1813,300

398,299

8835,554

360

20585,526

-12175,040

8410,486

0,000

8410,486

8410,486

0,000

1397,214

370

35717,928

-11883,762

23834,166

994,166

23854,891

23299,436

5117,822

17071,357

380

25149,773

-11031,601

14118,173

1162,812

14165,978

12869,038

5921,385

8327,832

390

18133,511

-9681,370

8452,140

1021,639

8513,661

6808,949

5110,836

5114,918

400

12903,677

-7930,664

4973,013

776,477

5033,267

3310,439

3791,407

5299,598

410

9346,288

-5902,067

3444,221

644,203

3503,949

1720,414

3052,512

6110,006

420

6972,005

-3731,061

3240,944

688,657

3313,302

1024,078

3151,069

6767,546

430

5371,142

-1553,000

3818,142

883,862

3919,110

475,323

3890,178

7607,777

440

4269,829

509,369

4779,198

1162,519

4918,555

-314,959

4908,461

8820,202

450

3495,644

2356,459

5852,104

1446,790

6028,293

-1446,790

5852,104

10286,874

460

2940,831

3919,326

6860,158

1668,704

7060,194

-2834,607

6466,169

11781,004

470

2537,221

5163,305

7700,526

1782,595

7904,160

-4308,827

6626,444

13118,677

480

2240,865

6087,520

8328,385

1769,669

8514,325

-5696,771

6327,758

14198,088

490

2022,882

6720,457

8743,339

1635,344

8894,961

-6872,856

5646,607

14990,288

500

1864,001

7112,274

8976,275

1401,539

9085,033

-7777,118

4696,197

15518,051

510

1847,419

7324,911

9172,330

1108,691

9239,092

-8497,816

3626,010

15929,275

520

1583,502

7421,295

9004,797

741,660

9035,288

-8715,404

2382,889

15908,156

530

1319,585

7455,067

8774,652

366,007

8782,282

-8704,902

1163,256

15761,159

540

1055,668

7462,121

8517,789

0,000

8517,789

-8517,789

0,000

15531,061

550

791,751

7455,067

8246,818

-343,990

8253,989

-8181,263

-1093,281

15233,817

560

527,834

7421,295

7949,129

-654,712

7976,046

-7693,663

-2103,534

14856,608

570

422,267

7324,911

7747,178

-936,428

7803,567

-7177,467

-3062,618

14517,462

580

263,917

7112,274

7376,191

-1151,70

7465,563

-6390,792

-3859,067

13948,524

590

158,350

6720,457

6878,807

-1286,60

6998,095

-5407,208

-4442,459

13191,049

600

26,392

6087,520

6113,912

-1299,12

6250,411

-4182,030

-4645,241

12120,769

610

26,392

5163,305

5189,697

-1201,36

5326,934

-2903,893

-4465,829

10876,295

620

26,392

3919,326

3945,718

-959,779

4060,771

-1630,365

-3719,110

9409,794

630

26,392

2356,459

2382,851

-589,102

2454,592

-589,102

-2382,851

7967,062

640

26,392

509,369

535,761

-130,321

551,383

-35,308

-550,251

7070,025

650

26,392

-1553,000

-1526,608

353,395

-1566,978

-190,048

1555,410

7369,337

660

26,392

-3731,061

-3704,669

787,192

-3787,380

-1170,606

3601,933

8941,464

670

26,392

-5902,067

-5875,675

1098,980

-5977,568

-2934,944

5207,439

11228,732

680

26,392

-7930,664

-7904,272

1234,159

-8000,042

-5261,722

6026,189

13674,444

690

26,392

-9681,370

-9654,978

1167,030

-9725,254

-7777,941

5838,167

15901,704

700

26,392

-11031,601

-11005,209

906,420

-11042,473

-10031,5

4615,759

17658,694

710

26,392

-11883,762

-11857,370

494,592

-11867,681

-11591,34

2546,089

18778,028

720

26,392

-12175,040

-12148,648

0,000

-12148,648

-12148,64

0,000

19161,920

 

 

 

 

 

  3.2 Построение графиков сил и моментов

На координатной сетке сгруппируем следующие графики – ΔРг, Pj, P; Sш, N; К, Т.

Максимальное Rшшmax = 19161.92 Н, минимальное Rшшmin = 1397.214 Н, среднее Rшш ср = 11944.098 Н.

Максимальное, минимальное, среднее значение суммарного индикаторного крутящего момента соответственно Н·м:

Коэффициент неравномерности крутящего момента:

Эффективный крутящий момент Н·м:

Расхождение между полученным по графику и рассчитанным в тепловом расчете значениями Ме:

 

 

Расчет деталей на прочность

4.1 Поршень

Поршень — деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно поступательное движение внутри цилиндра и служащая для превращения изменения давления газа, пара или жидкости в механическую работу, или наоборот — возвратно-поступательного движения в изменение давления.

Во время работы на поршень действуют высокие механические и тепловые нагрузки. Максимальное давление в цилиндре, возникающее при сгорании топливно-воздушной смеси может достигать 65-80 бар в бензиновом двигателе и 80-160 в дизеле, это  эквивалентно силе в несколько тонн, действующей на поршень двигателя легкового автомобиля и десятки тонн на поршень тяжёлого дизеля.

Во время работы поршень совершает возвратно-поступательное движение, периодически ускоряясь до скорости более 100 км/ч, а затем замедляясь до нуля. Такой цикл происходит с удвоенной частотой вращения коленчатого вала, те при 6000 об/мин  цикл ускорение-замедление происходит с частотой 200 Гц.

Сгорание топливовоздушной смеси происходит при температуре 1800-2600  оС. Эта температура значительно превышает температуру плавления поршневого сплава на основе алюминия (700 оС). Чтобы не расплавиться, поршень должен эффективно охлаждаться , передавая тепло от камеры сгорания через кольца, юбку, стенки цилиндра , палец и внутреннюю поверхность охлаждающей жидкости и маслу. При нагревании поршня происходит снижение предела прочности материала, возникают термонапряжения от перепадов температуры по его поверхности , которые накладываются на напряжения от сил давления газов и инерционных сил.     

Таким образом условия работы поршня можно определить как очень тяжелые.

 

 

Рисунок 2 – Расчетная схема поршневой группы.

Таблица 11 – Основные размеры поршневой группы.

Элементы поршневой группы

Расчетные показатели для карбюраторного двигателя

Значения размеров, мм

Высота поршня hП

0.8D

65.6

Расстояние от верхней кромки до оси пальца hi

0.45D

36.9

Толщина днища поршня δ

0.01D

8.2

Высота юбки поршня hЮ

0.6D

49.2

Диаметр бобышки dБ

0.3D

24.6

Расстояние между торцами бобышек b

0.3D

24.6

Толщина стенки юбки поршня δЮ

1.5

1.5

Толщина стенки головки поршня s

0.1D

8.2

Расстояние до первой поршневой канавки e

0.06D

4.92

Толщина первой кольцевой перемычки hn

0.03D

2.46

Радиальная толщина кольца t:

компрессионного

маслосъемного

 

0.04D

0.043D

 

3.28

3.526

Высота кольца a

2

2

Радиальный зазор кольца в канавке поршняΔt

компрессионного

маслосъемного

 

 

0.7

0.8

 

 

0.7

0.8

Разность между величинами зазоров замка в свободном и рабочем состоянииA0

компрессионного

маслосъемного

 

 

 

4t

4t

 

 

 

13.12

14.104

Внутренний диаметр поршня di

D – 2 (s + t + Δt)

57.64

Число масляных отверстий в поршне n|M

6

6

Диаметр масляного канала dМ

0.3a

2.3

Наружный диаметр пальца dп

0.22D

18.04

Внутренний диаметр пальца dв

0.65dп

11.726

Длина пальца lп

0.78D

63.96

Длина втулки шатуна lш

0.33D

27.06

 

         Принимаем материал поршня – алюминиевый сплав.

         4.1.1 Днище поршня

         Максимальное напряжение изгиба в диаметральном сечении днища поршня σиз в МПа определяется по формуле:

где

         Днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости, поскольку напряжение превышает допускаемое 20...25 МПа.

         4.1.2 Головка поршня

         Головка поршня в сечении Х-Х, ослабленная отверстиями для отвода масла, проверяется на сжатие и разрыв.

Для расчета напряжения сжатия определяются:

- диаметр поршня по дну канавок dк в м по формуле:

-площадь продольного диаметрального сечения масляного канала F| в м2 по формуле:

 

- площадь сечения х-х головки поршня Fх-х в м2 по формуле:

         - максимальная сжимающая сила Pz.maxв МН по формуле:

Напряжение сжатия σсж в МПа определяется по формуле:

Рассчитанное напряжение не превышает установленных пределов.

Для расчета напряжения разрыва в сечении х-х определяются:

- максимальная угловая скорость вращения коленчатого вала при холостом ходе ωх.х.maxв рад/с по формуле:

-масса головки поршня с кольцами mx-xв кг, расположенная выше сечения х-х по формуле:

Сила инерции возвратно – поступательно движущихся масс Pj в МН определяется, для режима максимальной частоты вращения при холостом ходе двигателя, по формуле:

Напряжение разрыва σР в МПа определяется по формуле:

 

Рассчитанное напряжение разрыва не превышает установленных пределов.

4.1.3 Юбка поршня

Юбка поршня проверяется на износостойкость по удельному давлению, qю в МПа, на стенку цилиндра от максимальной боковой силы Nmaxкоторая определяется по формуле:

Рассчитанные значения удельного давления не превышают установленных пределов.

4.2 Поршневое кольцо

Материал кольца примем – чугун. Модуль упругости Е = 1·105 МПа.

Среднее давление, рср в МПа, на стенку цилиндра определяется по формуле:

Компрессионного:

Маслосъемного:

Рассчитанное среднее радиальное давление не превышает установленных пределов.

Для обеспечения хорошей приработки кольца и надежного уплотнения, давление кольца на стенку цилиндра р в МПа в различных точках окружности должно изменятся по эпюре с повышенным давлением у замка, и определяется по формуле:

 

Результаты расчетов давления р сводим в таблицу 12.

Таблица 12 – Построение эпюры давления кольца двигателя на стенку цилиндра.

Ψ, град

0

30

60

90

120

150

180

µк

1.05

1.04

1.02

1

1.02

1.27

1.5

ркомпр.

0,152

0,15

0,147

0,144

0,147

0,184

0,217

рмасл.

0,205

0,203

0,198

0,195

0,199

0,247

0,2925

 

 

 

Рисунок 3 – Эпюра давлений масляного кольца.

 

 

 

Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии σиз1 в МПа определяются по формуле:

 

Компрессионного:

Маслосъемного:

Напряжения изгиба кольца при надевании его на поршень σиз2 в МПа определяются по формуле:

Компрессионного:

Маслосъемного:

Рассчитанные напряжения не превышают установленных пределов.

 

 

4.3 Шатун

Шатуны автомобиля служат для соединения поршня с коленчатым валом. Шатун предназначен для передачи силы от поршня и преобразования его возвратно – поступательного во вращательное движение коленчатого вала двигателя.

При работе шатуны подвержены действию значительных знакопеременных рабочих нагрузок и сил инерции. Для этого шатун должен обладать достаточной прочностью и жесткостью при наименьшей возможной массе.

Шатуны автомобиля изготовляются из углеродистой стали методом штамповки в специальных штампах с последующей механической и термической обработкой.

Рисунок 4 – Расчетная схема шатуна.

Таблица 13 – Основные размеры шатуна.

Элементы шатуна

Расчетные показатели для карбюраторного двигателя

Значения в мм

Наружный диаметр пальца dп

0.22D

18.04

Внутренний диаметр поршневой головки d:

- без втулки

- с втулкой

 

 

d = dп

1.1dп

 

 

18.04

19.84

Наружный диаметр головки dг

1.55dп

27.962

Минимальная толщина стенки головки hг

(dг – d)/2

4.96

Радиальная толщина стенки втулки sв

(d – dп)/2

0.902

Длина втулки шатуна lш

0.33D

27.06

Диаметр шатунной шейки dшш

0.56D

45.92

Толщина стенки вкладыша tв

0.03dшш

1.377

Расстояние между шатунными болтами Сб

1.5dшш

68.88

Длина кривошипной головки lк

0.45dшш

20.66

Размеры среднего сечения В-В шатуна:

- hш.min

- hш

- bш

- tш = aш

 

 

0.55dг

1.4hш.min

0.6lш

2.5

 

 

15.38

21.53

16.236

2.5

 

Принимаем материал шатуна –сталь 40Х. Материал втулки – бронза.

4.3.1 Поршневая головка.

Для определения разрывающей силы инерции Pjn необходимо определить максимальную угловую скорость вращения коленчатого вала при холостом ходе ωх.х.maxв рад/с по формуле:

 

 

Разрывающая сила инерции Pjn в Н при α = 0˚ определяется по формуле:

,

где mвг – масса верхней головки шатуна.

Для определения напряжения разрыва σP рассчитывается площадь fг в мм2 опасного сечения верхней головки щатуна по формуле:

Напряжение разрыва σР в МПа определяется по формуле:

Рассчитанное напряжение разрыва не превышает установленных пределов.

4.3.2 Кривошипная головка.

Максимальная величина силы инерции Pjp в МН возникает при положении поршня в верхней мертвой точке на режиме максимальных оборотов холостого хода и определяется по формуле:

где mкр – масса отъемной крышки кривошипной головки mкр = 0.2·mш.

Для расчета напряжении изгиба крышки в МПа определяются:

- внутренний радиус кривошипной головки r1в м по формуле:

- момент инерции расчетного сечения крышки J в м4 по формуле:

- момент инерции расчетного сечения вкладыша Jвв м4 по формуле:

- суммарная площадь крышки и вкладыша в расчетном сечении Fг в м2 по формуле:

- момент сопротивления расчетного сечения крышки без учета ребер жесткости Wиз в м3 по формуле:

Напряжение изгиба σиз в МПа определяется по формуле:

Рассчитанное напряжение изгиба не превышает установленных пределов.

4.3.3 Стержень шатуна

Сила, сжимающая шатун Рсж в МН, достигает максимального значения в начале рабочего хода при pzdи определяется по значениям сил давления газов и силы инерции при соответствующем угле поворота коленчатого вала α(zd), определенных в динамическом расчете, по формуле:

Сила, растягивающая шатун РР в МН, достигает максимального значения в начале впуска, т.е. в верхней мертвой точке, и также определяется по результатом динамического расчета при α = 0˚, по формуле:

 

Для расчета напряжения сжатия и продольного изгиба определяется площадь среднего сечения шатуна Fср в м2 по формуле:

Минимальное напряжение σminв МПа, возникающее в сечении В-В от растягивающей силы РР, определяется в плоскости качания шатуна а в перпендикулярной плоскости по формуле:

От сжимающей силы Рсж в МПа в сечении В-В возникают максимальные напряжения сжатия и продольного изгиба:

- в плоскости качания шатуна, которые определяются по формуле:

где Кх – коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости качания шатуна. Примем Кх = 1.12.

- в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна, которые определяются по формуле:

где Ку – коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна. Примем Ку = 1.06.

Рассчитанные напряжения не превышают установленных пределов.

 

 

5 Расчет смазочной системы

Система смазки (другое наименование смазочная система) предназначена для снижения трения между сопряженными деталями двигателя.

Кроме выполнения основной функции система смазки обеспечивает:

-охлаждение деталей двигателя;

-удаление продуктов нагара и износа;

-защиту деталей двигателя от коррозии.

5.1 Емкость смазочной системы

По статистическим данным, ёмкости смазочных систем  в  современных двигателей составляют:

 

,

.

5.2Масляный насос

Количество отводимого маслом от двигателя теплоты в кДЖ/с:

,

.

Принимаются:

- средняя теплоемкость масла ;

- плотность масла ;

- температура нагрева масла в двигателе ΔTм=10.

 

Циркуляционный расход масла  в :

,

.

Циркуляционный расход масла c учётом стабилизации давления масла в системе двигателя  в :

,

.

Объёмный коэффициент подачи

В связи с утечками масла через торцевые и радиальные зазоры насоса рассчитываем его расчётную производительность  в :

,

.

Принимаем:

-модуль зацепления зуба m=0,002;

- число зубьев шестерни z=6.

 

Высота зуба h в мм:

 

,

.

Диаметр начальной окружности шестерни  в м:

,

.

Диаметр окружности шестерни D в м:

,

.

Принимаем окружную скорость вращения на внешнем диаметре

Частота вращения шестерни nH  в :

,

2388,535.

Длина зуба в м:

,

.

Задаём p=(0,03…0,05)=0,03 - рабочее давление масла в системе в МПа.

Принимаем КПД масляного насоса η =(0,85…0,9)=0,85

Мощность в кВт, затрачиваемая на привод масляного насоса:

0,1809.

5.3 Центрифуга

Коэффициент неполнопоточности центрифуги принимаем kнп=(0,2…1,0)=0,2

Производительность центрифуги или количество масла, проходящего через центрифуги в :

,

Задаём:

-плотность масла  в - ;

-коэффициент сжатия струи масла, вытекающего из сопла- ;

-диаметр сопла центрифуги  в м- dc=(0,001…0,004)=0,001 

Площадь отверстия сопла в :

,

.

Принимаем:

-расстояние от оси сопла до оси вращения ротора в м, 

-момент сопротивления в начале вращения ротора в ,

-скорость нарастания момента сопротивления в , .

Частота вращения ротора в :

,

.

Принимаем:

-радиус оси ротора в м, ;

-коэффициент расхода масла через сопло ;

-коэффициент гидравлических потерь т .

Давление масла на входе в центрифугу в Па:

 

 

 

 

Мощность, затрачиваемая на привод центрифуги в кВт:

5.4 Масляный радиатор

Принимаем:

- толщина стенки радиатора в м, ;

- коэффициент теплоотдачи от масла к стенкам радиатора в : для прямых гладких трубок ;

- коэффициент теплопроводности стенки радиатора , для латуни и алюминиевых сплавов ;

- коэффициент теплоотдачи от стенок радиатора к воде в ,

Коэффициент теплопередачи от масла к воде в :

Средняя температура масла в радиаторе в К:

,

где  и  -температура масла на входе в радиатор и на выходе из него, К

 

Принимаем :

Средняя температура воды  в радиаторе в К:

,

где  и -температура воды на входе в радиатор и на выходе из него, К;

и принимаем 

Поверхность охлаждения радиатора, омываемая водой, F  в :

 

 

Приложение А

Таблица А - сравнение показателей рассчитанного двигателя с прототипом.

Показатели

Тип двигателя

Прототип

Рассчитанный

Коэффициент избытка воздуха α

 

0.9

Давление остаточных газов pr, МПа

 

0.105

Температура остаточных газов Тr, К

 

1000

Степень подогрева заряда ΔТ, К

 

20

Коэффициент остаточных газов γr

 

0.0496

Температура в конце впуска Та, К

 

345.52

Коэффициент наполнения ηV

 

0.73

Показатель политропы сжатия n1

 

1.3646

Температура в конце сжатия Тс, МПа

 

785.294

Давление в конце сжатия рс, МПа

 

1.742

Степень повышения давления цикла λ

 

3.942

Степень предварительно расширения ρ

 

1

Температура конца видимого сгорания Тz, К

 

2872.294

Максимальное давление сгорания рz, МПа

 

6.866

Показатель политропы расширения n2

 

1.255

Температура в конце расширения Тb, К

 

1616.185

Давление в конце расширения рb, МПа

 

0.4067

Средняя скорость поршня νп.ср, м/с

 

12.95

Среднее эффективное давление рe, МПа

 

0.824

Индикаторный КПД ηi

 

0.355

Эффективный КПДηe

 

0.291

Механический КПД ηм

 

0.82

Эффективный удельный расход топлива ge, г/(кВт·ч)

 

281.14

Отношение S/D

 

0.87

Относительная теплота qe, %

 

29.149

Относительная теплота qохл, %

 

31.866

Относительная теплота qr, %

 

17.759

Относительная теплота qн.с., %

 

14.112

Относительная теплота qост, %

 

7.114

Фазы газораспределения:

 

10

- открытие впускного клапана до ВМТ αо.вп, град

 

40

- закрытие впускного клапан после НМТ αз.вп, град

 

40

- открытие выпускного клапана до ВМТ αо.в, град

 

10

- закрытие выпускного клапан после НМТ αз.в, град

 

30

Критерий ГинцбургаNп/, кВт/см

 

1.717

Критерий Костина qп

 

8.79

Масса двигателя mдв, кг

 

73.22

 

 

 

Приложение В

Техническая характеристика двигателя

  1. Тип двигателя – карбюраторный
  2. Число тактов – 4
  3. Число и расположение цилиндров – 4, рядное
  4. Порядок работы цилиндров – 1 – 3 – 4 – 2
  5. Расположение и число клапанов в цилиндре – по два, верхнее
  6. Рабочий объем двигателя, дм3 –1.47
  7. Диаметр цилиндра, мм – 82
  8. Ход поршня, мм – 70
  9. Степень сжатия – 9.5
  10. Номинальная мощность, кВт – 56.325
  11. Максимальная рабочая частота вращения, мин-1 – 5550
  12. Габаритные размеры двигателя, мм – длина 635, ширина 472, высота 608.
  13. Направление вращения коленчатого вала – правое
  14. Максимальное среднее эффективное давление, МПа – 1.03
  15. Максимальный эффективный крутящий момент, Н·м – 121.202
  16. Минимальная частота вращения холостого хода, мин-1 – 600
  17. Частота вращения при максимальном крутящем моменте, мин-1 – 2775
  18. Сорт топлива – бензин, АИ – 95
  19. Минимальный удельный расход топлива (по скоростной характеристике), г/кВт·ч – 512
  20. Фазы газораспределения: впуск (начало, конец), выпуск (начало, конец) – впуск (710, 220), выпуск (500, 10).
  21. Наличие наддува – нет
  22. Тип системы охлаждения – жидкостное
  23. Объем смазочной системы, дм3 – 2.25

Заключение

В данном курсовом проекте были выполнены: тепловой расчёт рабочего цикла двигателя, расчёт внешней скоростной характеристики, динамический расчёт кривошипно-шатунного механизма, расчёт деталей на прочность (поршень, шатун), расчёт смазочной системы.

В тепловом расчете двигателя определены: марка дизельного топлива – АИ - 95; коэффициент избытка воздуха α=0.9; давление и температура остаточных газов pr=0,105 МПа, Tr=1000 К; коэффициент наполнения ηv=0,72; степень повышения давления λ=3,94; максимальное давление сгорания pz=6,866 МПа; индикаторный и эффективный КПД ηi=0,355, ηe=0,291; диаметр цилиндра D=82 мм; ход поршня двигателя S=70 мм; литраж двигателя Vл=1,47 дм3; эффективная мощность двигателя Ne=56,325 кВт; эффективный крутящий момент двигателя Ме=94,23Нм; часовой расход топлива GT=15,835 кг/ч; масса двигателя mдв=73,223 кг. По результатам теплового расчета построена индикаторная диаграмма.

При расчете внешней скоростной характеристике двигателя определены: минимальная частота вращения коленчатого вала двигателя nmin=600 мин-1; максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя nmax=5550 мин ; максимальное значение среднего эффективного давления pemax=1,03МПа; максимальное значение эффективного крутящего момента Memax=121,203Нм; минимальное значение эффективного удельного расхода топлива gemin=249,512г/(кВт∙ч). По результатам расчетов построены зависимости Ni=f(n),Ne=f(n), Nм=f(n), Mi=f(n), Me=f(n), pi=f(n), рe=f(n), pм=f(n), gi=f(n), gе=f(n), α=f(n), ηv=f(n), GT=f(n).

В динамическом расчете кривошипно-шатунного механизма двигателя определены: площадь поршня Fп=0,00527 м2; масса шатунно-поршневой группы m=0.8313 кг; силы, действующие в КШМ. По результатам динамического расчета построены графики зависимостей сил, действующих в КШМ, и моментов двигателя от угла поворота коленчатого вала, а также полярная диаграмма силы, действующей на шатунную шейку.

При расчете деталей КШМ на прочность определены: габаритные размеры поршня, поршневого кольца и шатуна; напряжения, возникающие в деталях КШМ; материалы и условия работы деталей КШМ.

При расчете смазочной системы двигателя определены: емкость смазочной системы Vм=2,253 дм3, а также параметры масляного насоса, центрифуги и масляного радиатора.

Показатели рассчитываемого двигателя находятся в норме. Все значения  входят в диапазоны значений прототипа.

Графическая часть проекта состоит из 3-х листов формата А1.

Первый лист включает в себя – индикаторную диаграмму; схему сил, действующих в КШМ; график суммарного индикаторного момента; полярную диаграмму силы, действующей на шатунную шейку; графики зависимости сил давления газов ΔРг, инерции возвратно-поступательно движущихся масс Рj и суммарной Р от α;графики зависимостей сил нормальной N, действующей вдоль шатуна Sш, радиальной К, тангенциальной Т и действующей на шатунную шейку Rш.ш от у.п.к.в α.

Второй лист включает в себя поперечный разрез двигателя в масштабе 1: 1. Его габариты: ширина 472 мм, высота 608 мм.

Третий лист включает в себя продольный разрез двигателя в масштабе 1:2. Его габариты: длина 635 мм, высота 608 мм.    

В ходе выполнения курсового проекта приобретены навыки расчета деталей КШМ на прочность, смазочной системы двигателя, рабочих процессов двигателя, теплового баланса, внешней скоростной характеристики, динамических характеристик кривошипно-шатунного механизма. Приведенный в данном курсовом проекте расчет и принятые инженерно-конструктивные решения позволяют надеяться на то, что ДВС, изготовленный в соответствии с материалами курсового проекта будет удовлетворять требованиям технического задания и находится на уровне известных отечественных аналогов.

 

 

 

Список использованных источников

  1. Калимуллин Р.Ф., Горбачев С.В., Баловнев С.В., Филиппов В.Ю.

Расчет автомобильных двигателей: Методические указания по курсовому проектированию, часть 1 – тепловой и динамический расчеты двигателя.  – Оренбург: ГОУ ОГУ , 2004.-92 с.

  1. Калимуллин Р.Ф., Горбачев С.В., Баловнев С.В., Филиппов В.Ю.

Расчет автомобильных двигателей: Методические указания по курсовому проектированию, часть 2 – расчеты основных деталей и систем двигателя. Конструирование двигателя  – Оренбург: ГОУ ОГУ , 2004.-91 с.

 

 Чертежи:

 

 

Скачать: teoriya.rar

Категория: Курсовые / Курсовые машиностроение

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.