Привет студент

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 H_Uв 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 m_T = 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 p_rв МПа принимают равным

.

В зависимости от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения и коэффициента избытка воздуха  выбираются значения температуры остаточных газов T_r=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 p_a в МПа определяется по формуле

,

где Δp_a – потери давления во впускном трубопроводе, МПа.

Потери давления во впускном трубопроводе Δpв МПа определяется по формуле

примем ;

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

,

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

.

1.2.5 Коэффициент и количество остаточных газов

Коэффициент остаточных газов γ_rдля четырехтактных двигателей внутреннего сгорания определяется по формуле

.

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

.

1.2.6 Температура в конце впуска

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

 

1.2.7 Коэффициент наполнения

Для четырехтактных двигателей без учета продувки и дозарядки коэффициент наполнения η_νопределяется 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 p_c в МПа температура T_c в градусах Кельвина (К) в конце процесса сжатия

 

 

1.3.3 Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия

Температура конца процесса сжатия t_cв 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 T_z в конце видимого сгорания определяется с использованием решения уравнения сгорания, которое имеет вид:

,

где ΔH_u – 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 t_zконца видимого сгорания в градусах Цельсия (⁰С):

Температура T_zв 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 p_zв 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 p_bв МПа и температура T_bв 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 T_r в градусах Кельвина (⁰К)

Расхождение между принятой величиной T_r и рассчитанной T_r^расч

1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла

1.7.1 Среднее индикаторное давление

Среднее теоретическое индикаторное давление p_i^|в МПа

Коэффициент полноты индикаторной диаграммы принимаем φ_u = 0,94

Среднее индикаторное давление действительного цикла p_iв МПа

1.7.2 Индикаторный КПД

Индикаторный КПД

 

 

 

1.7.3 Индикаторный удельный расход топлива

Индикаторный удельный расход топлива g_iв 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 a_M = 0.034и b_M = 0.0113; средняя скорость поршня ν_п.ср. = 12.95 м/с.

Давление механических потерь p_Mв МПа

1.8.2 Среднее эффективное давление

Среднее эффективное давление p_e в МПа

1.8.3 Механический КПД

Механический КПД η_М 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 η_е, который определяется по формуле:

1.8.5 Эффективный удельный расход топлива

Эффективный удельный расход топлива g_е 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 V_hв 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 ν_п.ср. в м/с:

       Ошибка выбора:

       Рабочий объем одного цилиндра V_h в дм³ определяется по формуле:

       Литраж двигателя V_л в дм³ определяется по формуле:

       Объем камеры сгорания V_c в дм³ определяется по формуле :

Полный объем цилиндра V_а в дм³ определяется по формуле:

Мощность двигателя N_e к кВт определяется по формуле:

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

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

Часовой расход топлива G_Tв кг/ч определяется по формуле:

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

Масса двигателя m_дв 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 Q_e, эквивалентная эффективной работе, в Дж/с определяется по формуле:

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

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

      

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

Неучтенные потери теплоты Q_ост 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 µ_S = 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 р_хв МПа по формуле:

Аналогично для политропы расширения определяется давление р_х 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 L_ш, 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 n_min = 600 мин^-1, максимальная частота n_max = 5550 мин^-1.

Номинальная мощность двигателя N_e = 56,325 кВт.

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

Частота вращения при N_e: n = 5550 мин^-1.

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

Зависимости эффективной мощности N_exв кВт:

Зависимости эффективногоудельного расходаg_exв г/кВт·ч:

Зависимость среднего эффективного давления p_ex в МПа:

Зависимость эффективного крутящего момента M_ex в Н·м:

Зависимость часового расхода топлива G_Txв кг/ч:

 

Зависимость давления механических потерь p_mx в МПа:

Зависимость среднего индикаторного давления p_ixв МПа:

Зависимость мощности механических потерьN_mxв кВт:

Зависимость индикаторной мощности N_ix в кВт:

Зависимость индикаторного крутящего момента M_ix в Н·м:

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

Коэффициент избытка воздуха при минимальной частоте:

α_nmin = 0,85·α_n = 0.85·0.9 = 0.765

Закон изменения принимаем:

Зависимость коэффициента наполнения:

 

Максимальное значение среднего эффективного давления p_e.maxв МПа:

Частота соответствующая p_e.max в мин^-1:

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

При частоте n_Mв мин^-1:

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

При частоте n_gв 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 ΔР_г в Н в определяется по формуле:

Площадь поршня F_п в м² определяется по формуле:

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

Масса поршня кг:

Удельная масса шатуна: m_ш^| = 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 – ΔР_г, P_j, P; S_ш, N; К, Т.

Максимальное R_шшmax = 19161.92 Н, минимальное R_шшmin = 1397.214 Н, среднее R_{шш 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 М_е:

 

 

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 σ_из 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 d_к в м по формуле:

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

 

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

         - максимальная сжимающая сила P_z.maxв МН по формуле:

Напряжение сжатия σ_сж 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 ω_х.х.maxв рад/с по формуле:

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

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

Напряжение разрыва σ_Р 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, q_ю в МПа, на стенку цилиндра от максимальной боковой силы N_maxкоторая 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, р_ср 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 σ_из1 в МПа определяются по формуле:

 

Компрессионного:

Маслосъемного:

Напряжения изгиба кольца при надевании его на поршень σ_из2 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 P_jn необходимо определить максимальную угловую скорость вращения коленчатого вала при холостом ходе ω_х.х.maxв рад/с по формуле:

 

 

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

,

где m_вг – масса верхней головки шатуна.

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

Напряжение разрыва σ_Р в МПа определяется по формуле:

Рассчитанное напряжение разрыва не превышает установленных пределов.

4.3.2 Кривошипная головка.

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

где m_кр – масса отъемной крышки кривошипной головки m_кр = 0.2·m_ш.

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 J_вв м⁴ по формуле:

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

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

Напряжение изгиба σ_из в МПа определяется по формуле:

Рассчитанное напряжение изгиба не превышает установленных пределов.

4.3.3 Стержень шатуна

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

Сила, растягивающая шатун Р_Р 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 F_ср в м² по формуле:

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

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

- в плоскости качания шатуна, которые определяются по формуле:

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

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

где К_у – коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна. Примем К_у = 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 ΔT_м=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 n_H  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 k_нп=(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- d_c=(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 p_r=0,105 МПа, T_r=1000 К; коэффициент наполнения η_v=0,72; степень повышения давления λ=3,94; максимальное давление сгорания p_z=6,866 МПа; индикаторный и эффективный КПД η_i=0,355, η_e=0,291; диаметр цилиндра D=82 мм; ход поршня двигателя S=70 мм; литраж двигателя V_л=1,47 дм³; эффективная мощность двигателя N_e=56,325 кВт; эффективный крутящий момент двигателя М_е=94,23Нм; часовой расход топлива G_T=15,835 кг/ч; масса двигателя m_дв=73,223 кг. По результатам теплового расчета построена индикаторная диаграмма.

При расчете внешней скоростной характеристике двигателя определены: минимальная частота вращения коленчатого вала двигателя n_min=600 мин^-1; максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя n_max=5550 мин ; максимальное значение среднего эффективного давления p_emax=1,03МПа; максимальное значение эффективного крутящего момента M_emax=121,203Нм; минимальное значение эффективного удельного расхода топлива g_emin=249,512г/(кВт∙ч). По результатам расчетов построены зависимости N_i=f(n),N_e=f(n), N_м=f(n), M_i=f(n), M_e=f(n), p_i=f(n), р_e=f(n), p_м=f(n), g_i=f(n), g_е=f(n), α=f(n), η_v=f(n), G_T=f(n).

В динамическом расчете кривошипно-шатунного механизма двигателя определены: площадь поршня F_п=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 V_м=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.

2. 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