Расчет автомобильного карбюраторного двигателя

0

Транспортный факультет

Кафедра автомобильного транспорта

 

 

Курсовой проект

 

по автомобильным двигателям

 

Расчет автомобильного карбюраторного двигателя

 

Пояснительная записка

 

 

                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

 

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………...4

1 Задание на курсовое проектирование……………………………………….…5 2 Тепловой расчет рабочего цикла………………………………………………6 2.1 Рабочее тело и его свойства………………………………………………….6 2.1.1 Топливо………………………………………………………………………6 2.1.2 Горючая смесь……………………………………………………………….6 2.1.3 Продукты сгорания………………………………………………………….7 2.2 Процесс впуска………………………………………………………………..8 2.2.1 Давление и температура окружающей среды……………………………..8 2.2.2 Давление и температура остаточных газов………………………………..8 2.2.3 Степень подогрева заряда…………………………………………………..8 2.2.4 Давление в конце впуска……………………………………………………8 2.2.5 Коэффициент и количество остаточных газов……………………………9 2.2.6 Температура в конце впуска………………………………………………..9 2.2.7 Коэффициент наполнения………………………………………………….9 2.3 Процесс сжатия……………………………………………………………..9 2.3.1 Показатель политропы сжатия……………………………………………9 2.3.2 Давление и температура конца процесса сжатия………………………10 2.3.3 Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия………10 2.4 Процесс сгорания……………………………………………………………11 2.4.1 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси……………….11 2.4.2 Температура конца видимого сгорания………………………………….11 2.4.3 Степень повышения давления цикла……………………………………..12 2.4.4 Степень предварительного расширения………………………………….12 2.4.5 Максимальное давление сгорания………………………………………..12 2.5 Процесс расширения………………………………………………………...13 2.5.1 Показатель политропы расширения……………………………………...13 2.5.2 Давление и температура конца процесса расширения………………….13 2.6 Проверка точности выбора температуры остаточных газов……………...14 2.7 Индикаторные показатели рабочего цикла………………………………...14 2.7.1 Среднее индикаторное давление………………………………………….14 2.7.2 Индикаторный КПД……………………………………………………….14 2.7.3 Индикаторный удельный расход топлива………………………………..15 2.8 Эффективные показатели двигателя………………………………………..15 2.8.1 Давление механических потерь…………………………………………..15 2.8.2 Среднее эффективное давление…………………………………………..15 2.8.3 Механический КПД………………………………………………………..15 2.8.4 Эффективный КПД………………………………………………………...15 2.8.5 Эффективный удельный расход топлива………………………………...15 2.9 Основные параметры и показатели двигателя……………………………..16

2.10 Оценка надежности двигателя…………………………………………….18  2.11 Тепловой баланс……………………………………………………………18 2.12 Построение индикаторной диаграммы……………………………………20 3 Расчет внешней скоростной характеристики………………………………..27 4 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма………………...34 4.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме………………………………………………………………………...34 4.2 Построение графиков сил и моментов……………………………………..36 5 Расчет деталей на прочность………………………………………………….41 5.1 Поршень……………………………………………………………………...41 5.1.1 Днище поршня……………………………………………………………..42 5.1.2 Головка поршня……………………………………………………………42 5.1.3 Юбка поршня………………………………………………………………44 5.2 Поршневой палец…………………………………………………………....44 5.3 Шатун………………………………………………………………………...46 5.3.1 Поршневая головка………………………………………………………...46 5.3.2 Кривошипная головка……………………………………………………..48 5.3.3 Стержень шатуна…………………………………………………………..49 6 Расчет системы смазки………………………………………………………...51 6.1 Емкость системы смазки…….………………………………………………51 6.2 Масляный насос….…………………………………………………………..51 

6.3 Шатунный подшипник………………………………………………………54  

Приложения.

Приложение А. Таблица сравнения показателей рассчитанного двигателя с    прототипом……………………………………………………………………….56

Приложение Б. Техническая характеристика двигателя ..……………………58

 

Введение

 

Современные наземные виды транспорта обязаны своим развитием главным образом применению в качестве силовых установок поршневых двигателей внутреннего сгорания. Именно поршневые ДВС до настоящего времени являются основным видом силовых установок, преимущественно используемых на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-транспортных и строительных машинах. Эта тенденция сохраняется сегодня и будет еще сохранятся в ближайшей перспективе.

Курсовое проектирование – заключительная часть учебного процесса по изучению дисциплины, раскрывающее степень усвоения необходимых знаний, творческого использования их для решения конкретных инженерных задач. Оно служит одновременно начальным этапом самостоятельной работы молодого специалиста, сокращающий период его адаптации на производстве. Целью данного курсового проектирования является расчет проектируемого автомобильного двигателя.

 

Министерство образования Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Транспортный факультет

Кафедра автомобильного транспорта

 

  1. Задание на курсовое проектирование

Исходные данные: Тип двигателя – карбюраторный;

Номинальная мощность =64 кВт;

Номинальная частота вращения =5200 об/мин;

Число цилиндров 4;

Степень сжатия 9,1;

Охлаждение — жидкостное;

Детали для расчета — поршень, поршневое

кольцо, шатун;

Система для расчета — охлаждения.

 Разработать:

1)Тепловой расчет рабочего цикла;

2)Расчет внешней скоростной характеристики;

3)Динамический расчет КШМ;

4)Рассчитать на прочность детали;

5)Рассчитать систему;

6)Поперечный и продольный разрезы двигателя.

 

Дата выдачи задания «___»_____________2011г.

Руководитель                               Калимуллин Р.Ф.

Исполнитель

Студент гр. 08 СТТМ                       Конычев А.А.

Срок защиты проекта «___»_____________2011г.

 

2 Тепловой расчет рабочего цикла

 

2.1 Рабочее тело и его свойства

 

2.1.1 Топливо

 

Топливом для рассчитываемого двигателя служит бензин А-76

по ГОСТ 2084-77.

Элементный состав топлива: ; ; .

Низшая теплота сгорания  в кДж/кг:

 

 

 где  и – массовые доли серы и влаги в топливе.

 В расчетах принимается ; .

 

    

 

2.1.2 Горючая смесь

 

     Теоретически необходимое количество топлива  в кг·возд/кг·топл:

 

                 

 

и  в кмоль возд/кг топл:

 

                

 

     Коэффициент избытка воздуха =0,85…0,98     Принимаем =0,93

     Действительное количество воздуха в кмоль·возд/кг·топл:

 

                  

 

     Молекулярная масса паров топлива =110…120 кг/кмоль.

Принимаем =115 кг/кмоль.

    

    Количество горючей смеси в кмоль гор.см/кг топл:

 

                   

 

2.1.3 Продукты сгорания

 

     При неполном сгорании топлива продукты сгорания представляют собой смесь углекислого газа , водяного пара , окиси углерода , свободного водорода и азота .

     Количество отдельных составляющих продуктов сгорания в                     

кмоль пр.сг/кг топл:

 

               ,

 

             ,

 

                     ,

 

                    

 

                     ,

 

где  – константа, зависящая от отношения количества водорода и окиса углерода в продуктах сгорания; для бензинов =0,45…0,5

Принимаем =0,5

     Общее количество продуктов неполного сгорания в кмоль·пр.сг/кг·топл:

 

    

 

     .

 

     Изменение количества молей рабочего тела при сгорании в                                         кмоль пр.сг/кг топл:

 

                     .

 

     Химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

 

                    

 


2.2 Процесс впуска

 

     2.2.1 Давление и температура окружающей среды

 

     Атмосферные условия: Р0=0,1 МПа; Т0=293 К.

 

 

     2.2.2 Давление и температура остаточных газов

 

Pr=(1,05…1,25)P0,                    Принимаем Pr=0,115 МПа.

Tr=900…1100 К                       Принимаем Tr=1050 К.

 

 

2.2.3 Степень подогрева заряда

 

     =0…20 К,    Принимаем  =10 К.

 

2.2.4 Давление в конце впуска

 

     Плотность заряда на впуске  в кг/м3:

 

                     

 

Так как наддув отсутствует впуск воздуха происходит из атмосферы, то

 

      МПа,               К.

     Потери давления во впускном трубопроводе  в МПа:

 

    

 

    

 

     Давления в конце впуска в МПа:

 

                    

 

     2.2.5 Коэффициент и количество остаточных газов

 

     Коэффициент остаточных газов :

 

                    

 

     Количество остаточных газов  в кмоль ост.газов/кг топл:

 

                     .

 

 

     2.2.6 Температура в конце впуска

 

     Температура в конце впуска  в градусах Кельвина (К):

 

                         

 

 

2.2.7 Коэффициент наполнения

 

    

 

     .

 

Таблица 2.1ЇРассчитанные параметры  процесса  впуска в сравнении со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей

 

Тип двигателя

Параметры

, МПа

γr

, К

  

Карбюраторные

0,080…0,095

0,04…0,10

340…370

0,70…0,90

Рассчитываемый

двигатель

0,0804

0,054

341,3

0,7417

 

 

2.3 Процесс сжатия

 

2.3.1 Показатель политропы сжатия

 

Средний показатель адиабаты сжатия :

 

 

 

Показатель политропы сжатия                     1,36


2.3.2 Давление и температура конца процесса сжатия

 

Давление  в МПа и температура  в градусах Кельвина (К) а конце процесса сжатия:

 

     ;

 

     .

 

2.3.3 Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия

 

Температура конца процесса сжатия  в градусах Цельсия (єС):

 

              

 

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия   в

кДж/(кмоль·град):

 

                     

 

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия    в

кДж/(кмоль·град):

 

 

    

 

Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси    в  кДж/(кмоль·град):

 

     ;

 

    

 

     Таблица 2.2―  Значения параметров процесса сжатия

 

Тип двигателя

Параметры
 

, МПа

, К

Карбюраторные

1,34…1,38

0,9…2,0

600…800

Рассчитываемый

двигатель

1,36

1,64

765,2

 

 

2.4 Процесс сгорания

 

     2.4.1 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

 

                         .

 

2.4.2  Температура конца видимого сгорания

 

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

     .

 

где — коэффициент использования низшей теплоты сгорания на участке видимого сгорания,  =0,8…0,95       Принимаем  =0,85

      — потеря теплоты вследствие химической неполноты сгорания, кДж/кг

     при <1

 

                      

 

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

 

.

 

Отдельные средние мольные теплоемкости продуктов сгорания при изменении температуры в диапазоне 1501…2800 єС, могут быть выражены в зависимости от температуры :

 

     ;

 

     ;

 

     ;

 

     ;

      .

 

    

 

     Получаем квадратное уравнение вида:

 

     .

 

     Температура в конце видимого сгорания в градусах Цельсия (єС):

 

     .

 

    Температура  в градусах Кельвина (К):

 

    .

 

2.4.3 Степень повышения давления цикла

 

     ;                  

 

     2.4.4 Степень предварительного расширения

 

     =1.

 

2.4.5 Максимальное давление сгорания

 

     Максимальное давление  в МПа в конце сгорания:

 

                        

 

     Таблица 2.3― Значения параметров процесса сгорания

 

Тип двигателя

Параметры
   

, МПа

, К

Карбюраторные

3,2…4,2

1,0

3,5…7,5

2400…3100

Рассчитываемый

двигатель

3,8

1,0

6,232

2711,92

 

 

2.5 Процесс расширения.

 

2.5.1 Показатель политропы расширения

 

Средний показатель адиабаты расширения :

 

     ;

 

     .

 

2.5.2 Давление и температура конца процесса расширения

 

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

 

     ;                 

 

      ;                   

 

Таблица 2.4― Значения параметров процесса расширения

 

Тип двигателя

Параметры
 

, МПа

, К

Карбюраторные

1,23..1,30

0,35…0,6

1200…1700

Рассчитываемый

двигатель

1,28

0,37

1461,95

 

 

     2.6 Проверка точности выбора температуры остаточных газов

 

     Расчетное значение температуры остаточных газов  в К:

 

      ;                    

 

     Расхождение между принятой величиной  и рассчитанной :

 

     ;                     


2.7 Индикаторные показатели рабочего цикла

 

2.7.1 Среднее индикаторное давление

 

     Среднее теоретическое индикаторное давление  в МПа:

  

     ;

 

   

 

Среднее действительное индикаторное давление действительного цикла

 в МПа:

      ;                     

 

где — коэффициент полноты индикаторной диаграммы

    =0,94…0,97        Принимаем =0,94

 

      2.7.2 Индикаторный КПД

 

      ;                        

 

 

2.7.3 Индикаторный удельный расход топлива

 

     Индикаторный удельный расход топлива    в г/(кВт·ч):

     ;                         

 

Таблица 2.5― Значения индикаторных показателей двигателей

 

Тип двигателя

Параметры

, МПа

  

, г/(кВт·ч)

Карбюраторные

0,6…1,4

0,3…0,4

210,,,275

Рассчитываемый

двигатель

1,1856

0,426

192,37

 

 

2.8 Эффективные показатели двигателя

 

2.8.1 Давление механических потерь

 

Принимаем: экспериментальные коэффициенты =0,034;   =0,0113

средняя  скорость поршня =9…16 м/с       =13,5 м/с

     Давление механических потерь  в МПа:

 

     ;                 

 

2.8.2 Среднее эффективное давление

 

Среднее эффективное давление  в МПа:

 

                         

 

2.8.3 Механический КПД

 

     ;                    

 

2.8.4 Эффективный КПД

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

20

ОГУ 190603.65.41.11.89 ПЗ

 

 

 

     ;                   

 

2.8.5 Эффективный удельный расход топлива

 

Эффективный удельный расход топлива  в г/(кВт·ч):

 

; 

 

Таблица 2.6― Значения эффективных показателей двигателей

 

Тип двигателя

Параметры

, МПа

    

,  г/(кВт·ч)

Карбюраторные

0,6…1,1

0,23…0,38

0,75…0,92

230…310

Рассчитываемый

двигатель

0,999

0,36

0,843

227,7

 

 

2.9 Основные параметры и показатели двигателя

 

Рабочий объем цилиндра  в дм2:

 

;                 

 

— коэффициент тактности рабочего цикла,   =4

 

Диаметр цилиндра  в мм:

;                  

 

где — отношение линейных размеров цилиндра =0,86…1,07      

Принимаем =0,93

Ход поршня двигателя  в мм:

 

;                     

 

Округляем до 75 мм.

 

     Расчетная средняя скорость поршня  в м/с:

 

     ;                     

 

     Ошибка между принятой и расчетной средней скоростью поршня:

 

     ;                 

     Рабочий объем одного цилиндра  в дм3:

 

     ;                            

 

     Литраж двигателя  в дм3:

 

      ;                    

     Объем камеры сгорания  в дм3:

 

     ;                  

 

     Полный объем цилиндра  в дм3:

 

     ;                  .

 

     Эффективная мощность двигателя  в кВт:

 

     ;                  

 

 

     Поршневая мощность двигателя  в кВт/дм2:

 

;                                

 

     Эффективный крутящий момент  в Н·м:

 

;                   

 

     Часовой расход топлива  в кг/ч:

 

;                   

 

     Масса двигателя  в кг:

;                    

 

где  — удельная масса рядного двигателя             =3,7 кг/кВт

 

 

2.10 Оценка надежности двигателя

 

     По критерию Б.Я.Гинцбурга:

 

;                      

 

     Критерий А.К.Костина:

 

;

 

 

Поскольку у рассчитываемого двигателя =2,00 кВт/см не превышает значения 2,8 кВт/см, а =8,7 — значения 9,0, то ориентировочно можно считать двигатель надежным.

 

2.11 Тепловой баланс

 

Общее количество теплоты введенное в цилиндр  в Дж/с:

 

;                 

   Теплота , эквивалентная эффективной работе, в Дж/с:

 

;                

 

     Теплота , отводимая охлаждающей жидкостью, в Дж/с:

 

;

 

 

где  — коэффициент пропорциональности, =0,45…0,53      

Принимаем =0,47

 — показатель степени, =0,6…0,7       Принимаем =0,63

     Теплота , унесенная из двигателя с отработавшими газами, в Дж/с:

 

;

 

где  — температура остаточных газов, ˚С:

 

.

 

      — теплоемкость остаточных газов в кДж/(кмоль·град):

    

;

 

 

       — теплоемкость свежего заряда в кДж/(кмоль·град):

 

;      .

 

     Теплота  потерянная при неполном сгорании топлива в Дж/с:

 

;                   

 

     Неучтенные потери теплоты  в Дж/с:

 

;

 

 

    Основные значения составляющих теплового баланса:

 

;                

 

;             

 

 

;                

 

;             

 

;            

 

;

 

 

Таблица 2.7― Значения составляющих теплового баланса в процентах

 

Тип двигателя

          

Карбюраторный

23…38

24..32

30…55

0…21

3…10

Рассчитываемый двигатель.

35,99

24,24

27,81

           9,87

2,57

 

 

2.12 Построение индикаторной диаграммы

 

     Масштаб хода поршня  мм

     Отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра:

 

    ;                     мм.

     Отрезок, соответствующий объему камеры сгорания:

 

     ;                   мм.

 

     Отрезок, соответствующий полному объему цилиндра:

     ;                 мм.

 

     Масштаб давления  мм.

     Отрезок, соответствующий максимальному давлению:

 

     ;                 мм.

 

     Величины давлений в мм:

 

     ;                      мм;

     ;                    мм;

  

      ;                  мм;

 

     ;                   мм;

 

     ;                   мм.

 

Выбираем отношение  радиуса кривошипа  к длине шатуна

;   Принимаем .

 

 

    Таблица 2.8― Результаты расчетов политроп сжатия

 

 

α, град

(1-cosα)+λ(1-cos2α)/4

AX, мм

OX, мм

OB/OX

px=pa(OB/OX)n1, Мпа

px/μp, мм

180

2,0000

75

84,26

1

0,0804

1,61

190

1,9893

74,598

83,858

1,0048

0,0809

1,62

200

1,9570

73,388

82,648

1,0195

0,0825

1,65

210

1,9030

71,363

80,623

1,0451

0,0854

1,71

220

1,8272

68,52

77,78

1,0833

0,0897

1,79

230

1,7296

64,861

74,121

1,1368

0,0958

1,92

240

1,6110

60,413

69,673

1,2094

0,1042

2,08

250

1,4727

55,227

64,487

1,3066

0,1158

2,32

260

1,3172

49,394

58,654

1,4365

0,1319

2,64

270

1,1480

43,05

52,31

1,6108

0,1542

3,08

280

0,9699

36,371

45,631

1,8466

0,1858

3,72

290

0,7887

29,575

38,835

2,1697

0,2315

4,63

300

0,6110

22,913

32,173

2,619

0,2994

5,99

310

0,4441

16,652

25,912

3,2517

0,4023

8,05

320

0,2951

11,066

20,326

4,1453

0,5605

11,21

330

0,1710

6,4115

15,672

5,3766

0,7995

15,99

340

0,0776

2,9108

12,171

6,9232

1,1292

22,58

350

0,0197

0,7371

9,9971

8,4285

1,4773

29,55

360

0,0000

0

9,26

9,0994

1,6401

32,80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.9 - Результаты расчетов политроп расширения

 

α, град

(1-cosα)+ג/4*(1-cos2α)

AX,

мм

OX,

мм

OB/OX, мм

P=Pb*(OB/OX)^1,254, мПа

Р/р,

мм

360

0,0000

0

9,26

9,0994

6,2479

124,96

370

0,0197

0,7371

9,9971

8,4285

5,6645

113,29

380

0,0776

2,9108

12,171

6,9232

4,4034

88,07

390

0,1710

6,4115

15,672

5,3766

3,1861

63,72

400

0,2951

11,066

20,326

4,1453

2,2839

45,68

410

0,4441

16,652

25,912

3,2517

1,6738

33,48

420

0,6110

22,913

32,173

2,619

1,2689

25,38

430

0,7887

29,575

38,835

2,1697

0,9972

19,94

440

0,9699

36,371

45,631

1,8466

0,8112

16,22

450

1,1480

43,05

52,31

1,6108

0,6811

13,62

460

1,3172

49,394

58,654

1,4365

0,5883

11,77

470

1,4727

55,227

64,487

1,3066

0,5210

10,42

480

1,6110

60,413

69,673

1,2094

0,4719

9,44

490

1,7296

64,861

74,121

1,1368

0,4360

8,72

500

1,8272

68,52

77,78

1,0833

0,4099

8,20

510

1,9030

71,363

80,623

1,0451

0,3915

7,83

520

1,9570

73,388

82,648

1,0195

0,3793

7,59

530

1,9893

74,598

83,858

1,0048

0,3723

7,45

540

2,0000

75

84,26

1

0,3700

7,40
               

 

 

Находим характерные точки для построения действительной индикаторной диаграммы

 

;                  МПа.

 

;                        мм.

 

;                       МПа.

 

;                      мм.

 

;                     МПа.

 

Действительное давление :

 

;                       мм.

 

 ;                       МПа/град.

 

;                     МПа.

 

     ;    Принимаем

 

     Угол, соответствующий точке :

 

;                    

    

     Положение точки  на индикаторной диаграмме:

 

 

;     .

 

.

 

Принимаем характерные углы:

- угол опережения зажигания ;    Принимаем

- продолжительность периода задержки воспламенения ;

Принимаем

Начало открытия до ВМТ ;   Принимаем .

 

Полное закрытие после НМТ ;   Принимаем .

Начало открытия до НМТ ;   Принимаем .

Полное закрытие после ВМТ ;    Принимаем .

 

Определяются углы поворота коленчатого вала в градусах, соответствующие характерным точкам

— подача искры; ;             ;                          

 - начало видимого сгорания; ;       ;

― начало открытия выпускного клапана; ;   ;

― начало открытия впускного клапана; ;

― полное закрытие впускного клапана; ;

― полное закрытие выпускного клапана; .

 

     Определяем положения характерных точек по оси абсцисс по формуле для перемещения поршня :

 

 

 мм;

 

 мм;

 

 мм;

 

 мм;

 

 мм;

 

 мм.

 

     Площадь  мм2.

     Среднее индикаторное давление в МПа, полученное по графику индикаторной диаграммы:

 

     ;                   .

 

Расхождение между полученной величиной  и величиной , полученной

в тепловом расчете:

 

     ;                  < .

 

3  Расчет внешней скоростной характеристики

 

Минимальная частота  мин-1;   Принимаем  мин-1.

Максимальная частота ; мин-1

Принимаем  мин-1.

Шаг расчета – 400 мин-1.

Номинальная расчетная мощность двигателя  кВт, и соответствующий ей удельный расход топлива  г/кВт∙ч.

Частота вращения коленчатого вала при ;  мин-1.

Коэффициенты для карбюраторного двигателя: ;  ;  ;        ;  .

Зависимость эффективной мощности  в кВт:

 

;             

   

Зависимость эффективного удельного расхода топлива  в г/(кВт∙ч):

 

     ; .              

    

Зависимость среднего эффективного давления  в МПа:

 

;                    .

 

Зависимость среднего эффективного крутящего момента  в Н∙м:

 

;                    .

 

Зависимость часового расхода топлива  в кг/ч:

 

.

 

Зависимость среднего давления механических потерь  в МПа:

 

;                       .

 

Зависимость среднего индикаторного давления  в МПа:

 

.

 

Зависимость мощности механических потерь  в кВт:

 

;                    .

 

Зависимость индикаторной мощности  в кВт:

 

.

 

Зависимость индикаторного крутящего момента  в Н∙м:

 

;                   .

 

Зависимость индикаторного удельного расхода топлива  в г/(кНт∙ч):

 

.

 

Коэффициент избытка воздуха при минимальной частоте:

 

;     

 Принимаем ,

 

 а закон изменения принимаем:

 

.

 

Зависимость коэффициента наполнения:

 

;                         .

 

 

Параметры внешней скоростной характеристики

nx, мин-1

Nex, кВт

gex, г/(кВт∙ч)

pex, Мпа

Mex, Н∙м

GTx, кг/ч

pix, Мпа

pmx, МПа

Nmx, кВт

Nix, кВт

gix, г/(кВт∙ч)

Mix, Н∙м

αx

ηVx

800

11,13

242,521

1,13

132,897

2,70

1,184

0,057

0,558

11,686

230,931

139,566

0,837

0,80

1200

17,39

230,395

1,18

138,463

4,01

1,243

0,068

1,005

18,396

217,809

146,464

0,93

0,88

1600

23,89

220,424

1,21

142,638

5,27

1,290

0,079

1,563

25,450

206,888

151,971

0,93

0,87

2000

30,44

212,610

1,23

145,421

6,47

1,325

0,091

2,232

32,674

198,084

156,085

0,93

0,85

2400

36,88

206,951

1,25

146,813

7,63

1,348

0,102

3,013

39,893

191,319

158,808

0,93

0,84

2800

43,03

203,448

1,25

146,813

8,75

1,359

0,113

3,906

46,932

186,517

160,14

0,93

0,82

3200

48,71

202,101

1,23

145,421

9,84

1,359

0,124

4,910

53,616

183,594

160,08

0,93

0,81

3600

53,75

202,909

1,21

142,638

10,91

1,346

0,136

6,025

59,771

182,455

158,628

0,93

0,80

4000

57,97

205,873

1,18

138,463

11,93

1,322

0,147

7,252

65,222

182,982

155,785

0,93

0,79

4400

61,20

210,993

1,13

132,897

12,91

1,286

0,158

8,590

69,794

185,023

151,55

0,93

0,77

4800

63,27

218,269

1,07

125,939

13,81

1,238

0,170

10,040

73,312

188,376

145,924

0,93

0,76

5200

64,00

227,700

1,00

117,589

14,57

1,179

0,181

11,602

75,602

192,758

138,906

0,93

0,74

5600

63,21

239,287

0,92

107,848

15,13

1,107

0,192

13,275

76,488

197,758

130,496

0,93

0,71

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Максимальное значение среднего эффективного давления  в МПа:

 

;                     .

а соответствующая ему частота  в мин-1:

 

;                     .

 

     Максимальное значение эффективного крутящего момента  в Н∙м:

 

;               

 

при частоте   в мин-1:

 

;                      

 

Минимальное значение эффективного удельного расхода топлива

 в г/(кВт∙ч):

 

;  .

 

при частоте  в мин-1:

 

;                       .

 


4 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя

 

4.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме

 

Площадь поршня  в м2:

 

     ;                    .

 

 мм  м.

 

     Сила давления газов в общем случае:

 

     .

 

     Масштаб сил давления газов  в Н/мм:

 

;                 .

― часть массы шатуна в сборе, отнесенная к поступательно движущимся массам

 

;                   кг

 

где ― масса шатуна в сборе.

 

;                        кг

где ― удельная масса шатуна,  кг/м3

 

― масса поршневого комплекта (поршень, палец, поршневые кольца,

детали стопорения пальца).

 

;                           кг

 

где ― удельная масса поршня,  кг/м3

 

Массы частей кривошипно-шатунного механизма, составляющих возвратно-поступательное движение.

;                  кг

 

     Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс :

 

, Н

 

где ― радиус кривошипа.

 

;                     м

 

― угловая скорость коленчатого вала:

 

 ;                       рад/с

 

Суммарная сила, действующая на поршневой палец:

, Н

Суммарная нормальная (боковая) сила:

 

, Н

 

Суммарная сила, действующая вдоль шатуна:

 

, Н

 

Суммарная радиальная сила, направленная по радиусу кривошипа:

 

, Н

 

     Суммарная тангенциальная сила, направленная перпендикулярно к радиусу кривошипа:

 

, Н

 

Центробежная сила инерции вращающейся части шатуна , направленная по радиусу кривошипа и нагружающая шатунную шейку (шатунный подшипник):

 

;                 Н

 

где ― часть массы шатуна, отнесенная к вращающимся массам.

 

;                   кг

 

Результирующая сила , действующая на шатунную шейку:

 

, Н

 

4.2 Построение графиков сил и моментов

 

Площадь ограниченная кривой  и осью абсцисс,  мм2.

Длина диаграммы по оси ,  мм.

Максимальное  Н

Минимальное  Н

 

Среднее  ;                      Н

 

Масштаб крутящего момента ;         Н∙м/мм

Период изменения суммарного крутящего момента ;        .

Длина графика суммарного крутящего момента  мм

Среднее значение суммарного индикаторного крутящего момента двигателя :  Н∙м

Максимальное значение суммарного индикаторного крутящего момента двигателя:  Н∙м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Результаты вычисления сил в кривошипно-шатунном механизме.

 

 

 

α, град

ΔPг

Pj

P

Sш

N

K

T

Rш.ш

0

75,3600

-9717,8227

-9642,4627

-9642,4627

0,00

-9642,46

0,00

14696,88

10

-80,3840

-9470,0540

-9550,4380

-9559,8886

-424,97

-9331,55

-2076,93

14535,12

20

-98,4704

-8746,3537

-8844,8241

-8878,9236

-777,41

-8045,52

-3755,64

13627,67

30

-98,4704

-7603,4870

-7701,9574

-7765,8378

-994,03

-6173,08

-4711,83

12176,13

40

-98,4704

-6129,4590

-6227,9294

-6314,0010

-1038,99

-4103,02

-4799,15

10338,79

50

-98,4704

-4434,4146

-4532,8850

-4622,6455

-906,53

-2219,24

-4055,10

8327,662

60

-98,4704

-2639,4086

-2737,8790

-2807,7518

-622,49

-829,851

-2682,32

6466,799

70

-98,4704

-864,3388

-962,8092

-991,9385

-238,62

-105,069

-986,36

5252,928

80

-98,4704

783,5807

685,1103

707,9792

178,49

-56,8094

705,70

5159,718

90

-98,4704

2219,5027

2121,0323

2194,1484

561,70

-561,702

2121,03

6003,301

100

-98,4704

3387,7199

3289,2495

3399,0442

856,94

-1415,09

3090,47

7169,77

110

-98,4704

4264,8142

4166,3438

4292,3945

1032,58

-2395,29

3561,92

8257,445

120

-98,4704

4858,9114

4760,4410

4881,9310

1082,34

-3317,55

3581,49

9105,879

130

-98,4704

5205,2398

5106,7694

5207,8941

1021,31

-4064,93

3255,53

9683,033

140

-98,4704

5358,6338

5260,1634

5332,8602

877,54

-4593,59

2708,93

10021,1

150

-98,4704

5383,9842

5285,5138

5329,3522

682,16

-4918,47

2051,99

10181,81

160

-98,4704

5345,8782

5247,4078

5267,6382

461,22

-5088,7

1361,31

10234,06

170

-98,4704

5298,7533

5200,2829

5205,4288

231,40

-5161,46

675,13

10238,17

180

-98,4704

5278,8173

5180,3469

5180,3469

0,00

-5180,35

0,00

10234,77

190

-95,8214

5298,7533

5202,9319

5208,0804

-231,52

-5164,09

-675,48

10240,81

200

-87,6714

5345,8782

5258,2069

5278,4789

-462,17

-5099,17

-1364,12

10244,81

210

-73,3868

5383,9842

5310,5975

5354,6439

-685,39

-4941,81

-2061,73

10206,63

220

-51,8254

5358,6338

5306,8083

5380,1498

-885,32

-4634,33

-2732,95

10066,82

230

-21,1849

5205,2398

5184,0549

5286,7100

-1036,76

-4126,45

-3304,80

9757,569

240

21,2604

4858,9114

4880,1717

5004,7174

-1109,56

-3400,99

-3671,57

9218,16

250

79,6007

4264,8142

4344,4149

4475,8530

-1076,72

-2497,66

-3714,16

8415,991

260

160,0338

3387,7199

3547,7538

3666,1772

-924,28

-1526,3

-3333,36

7376,8

270

272,1243

2219,5027

2491,6270

2577,5182

-659,84

-659,845

-2491,63

6233,863

280

430,9638

783,5807

1214,5446

1255,0859

-316,42

-100,71

-1251,04

5304,761

290

660,8973

-864,3388

-203,4415

-209,5965

50,42

-22,201

208,42

5080,899

300

1001,8260

-2639,4086

-1637,5827

-1679,3750

372,32

-496,351

1604,35

5777,977

310

1518,9882

-4434,4146

-2915,4264

-2973,1579

583,06

-1427,35

2608,13

6986,825

320

2313,6815

-6129,4590

-3815,7775

-3868,5125

636,58

-2513,87

2940,38

8119,415

330

3514,4865

-7603,4870

-4089,0005

-4122,9149

527,73

-3277,31

2501,53

8699,163

340

5170,7571

-8746,3537

-3575,5966

-3589,3816

314,28

-3252,47

1518,25

8444,5

350

7277,7946

-9470,0540

-2192,2594

-2194,4288

97,55

-2142,01

476,75

7212,211

360

9384,8320

-9717,8227

-332,9907

-332,9907

0,00

-332,991

0,00

5387,413

370

12057,6000

-9470,0540

2587,5460

2590,1065

115,14

2528,241

562,71

2588,095

380

26124,8000

-8746,3537

17378,4463

17445,4456

1527,47

15807,97

7379,13

13041,87

390

21620,2816

-7603,4870

14016,7946

14133,0507

1809,03

11234,38

8575,06

10569,94

400

15504,5664

-6129,4590

9375,1074

9504,6738

1564,03

6176,411

7224,32

7310,926

410

10971,9136

-4434,4146

6537,4990

6666,9551

1307,44

3200,667

5848,42

6135,18

420

7906,7712

-2639,4086

5267,3626

5401,7896

1197,59

1596,538

5160,46

6211,873

430

5867,5296

-864,3388

5003,1908

5154,5599

1239,99

545,9848

5125,56

6826,228

440

4507,5328

783,5807

5291,1135

5467,7301

1378,47

-438,739

5450,10

7738,114

450

3573,0688

2219,5027

5792,5715

5992,2527

1534,02

-1534,02

5792,57

8772,765

460

2919,4464

3387,7199

6307,1663

6517,6986

1643,18

-2713,45

5926,01

9770,229

470

2453,2192

4264,8142

6718,0334

6921,2842

1664,99

-3862,28

5743,43

10606,35

480

2115,1040

4858,9114

6974,0154

7151,9974

1585,62

-4860,19

5246,87

11217,36

490

1868,4256

5205,2398

7073,6654

7213,7387

1414,67

-5630,56

4509,41

11597,57

500

1688,0640

5358,6338

7046,6978

7144,0849

1175,59

-6153,74

3628,98

11781,01

510

1556,9376

5383,9842

6940,9218

6998,4903

895,81

-6458,92

2694,67

11824,48

520

1464,4960

5345,8782

6810,3742

6836,6303

598,60

-6604,39

1766,79

11791,92

530

1336,3840

5298,7533

6635,1373

6641,7031

295,25

-6585,6

861,42

11671,86

540

1215,8080

5278,8173

6494,6253

6494,6253

0,00

-6494,63

0,00

11549,05

550

1065,0880

5298,7533

6363,8413

6370,1386

-283,18

-6316,33

-826,19

11400,73

560

602,8800

5345,8782

5948,7582

5971,6925

-522,86

-5768,83

-1543,26

10932,73

570

286,3680

5383,9842

5670,3522

5717,3825

-731,82

-5276,58

-2201,40

10562,94

580

200,9600

5358,6338

5559,5938

5636,4288

-927,49

-4855,08

-2863,14

10314,83

590

145,6960

5205,2398

5350,9358

5456,8955

-1070,14

-4259,29

-3411,18

9918,738

600

85,4080

4858,9114

4944,3194

5070,5021

-1124,14

-3445,7

-3719,83

9278,425

610

75,3600

4264,8142

4340,1742

4471,4841

-1075,67

-2495,22

-3710,53

8412,203

620

75,3600

3387,7199

3463,0799

3578,6770

-902,22

-1489,87

-3253,80

7308,557

630

75,3600

2219,5027

2294,8627

2373,9711

-607,74

-607,737

-2294,86

6109,536

640

75,3600

783,5807

858,9407

887,6120

-223,78

-71,2234

-884,75

5201,444

650

75,3600

-864,3388

-788,9788

-812,8489

195,54

-86,0991

808,28

5203,678

660

75,3600

-2639,4086

-2564,0486

-2629,4851

582,96

-777,163

2512,01

6349,614

670

75,3600

-4434,4146

-4359,0546

-4445,3729

871,77

-2134,13

3899,59

8178,149

680

75,3600

-6129,4590

-6054,0990

-6137,7682

1009,99

-3988,5

4665,20

10175,39

690

75,3600

-7603,4870

-7528,1270

-7590,5657

971,59

-6033,75

4605,49

12006,59

700

75,3600

-8746,3537

-8670,9937

-8704,4231

762,13

-7887,4

3681,83

13455,36

710

75,3600

-9470,0540

-9394,6940

-9403,9905

418,04

-9179,37

2043,06

14379,68

720

75,3600

-9717,8227

-9642,4627

-9642,4627

0,00

-9642,46

0,00

14696,88

 

 

Минимальное значение суммарного индикаторного крутящего момента двигателя:  Н∙м

 

Коэффициент неравномерности крутящего момента :

 

     ;                    .

 

     Эффективный крутящий момент двигателя в Н∙м:

 

     ;                       .

 

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

 

      ;                < .

 

 

5 Расчет деталей на прочность

 

5.1 Поршень

 

Таблица 5.1― Размеры элементов поршневой группы

 

Элементы поршневой группы

Расчетные зависимости для карбюраторного двигателя

Значения

размеров,

мм

Высота поршня 

1,05∙D

84

Расстояние от верхней кромки поршня до оси    пальца 

0,6∙D

48

Толщина днища поршня

0,1∙D

8

Высота юбки поршня

0,7∙D

56

Диаметр бобышки

0,4∙D

32

Расстояние между торцами бобышек 

0,3∙D

24

Толщина стенки юбки поршня

3

3

Толщина стенки головки поршня

0,075∙D

6

Расстояние до первой кольцевой канавки 

0,1∙D

8

Толщина первой кольцевой перемычки 

0,04∙D

3,2

Радиальная толщина кольца  :

- компрессионного

- маслосъемного

 

0,0425∙D

0,0425D

 

3,4

3,4

Высота кольца 

3

3

Радиальный зазор кольца в канавке поршня 

- компрессионного

- маслосъемного

 

0,85

0,9

 

0,85

0,9

Разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состоянии 

3.1∙t

10,54

Внутренний диаметр поршня 

D-2(s+t+Δt)

65,45

Число масляных отверстий в поршне 

10

10

Диаметр масляного канала 

0,4∙a

1,2

Наружный диаметр пальца 

0,25∙D

20

Внутренний диаметр пальца 

0,65∙dn

13

Длина пальца 

0,83∙D

66,4

Длина втулки шатуна 

0,45∙D

36

 

Принимаем материал поршня – алюминиевый сплав.

 

     5.1 – Расчетная схема поршневой группы

 

5.1.1 Днище поршня

 

Максимальное напряжение изгиба в диаметральном сечении днища поршня  в МПа:

 

     ;                .

 

где  МПа.

Днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости, поскольку расчетные напряжение превышает допускаемые 20…25 МПа.

 

5.1.2 Головка поршня

 

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

     Для определения напряжения сжатия определяем:

- диаметр поршня по дну канавок  в м:

 

     ;                  .

 

- площадь продольного диаметрального сечения масляного канала  в м2:

 

     ;              .

 

- площадь сечения  головки поршня  в м2:

 

     ;  

     .

 

- максимально сжимающую силу в МН:

 

      ;        .

 

     Напряжение сжатия  в МПа:

   ;                     .

                                                                     

Рассчитанное напряжение сжатия не превышает допустимые значения напряжений на сжатие для поршней из алюминиевых сплавов – (30…40)МПа

     Для определения напряжения разрыва в сечении  определяем:

- максимальную угловую скорость вращения коленчатого вала при холостом ходе  в рад∕с:

 

     ;                     .    

 

- массу головки поршня с кольцами  в кг:

 

     ;        .

 

    

 

где  кг – масса поршневого комплекта из динамического расчета

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс  в МН определяется для режима максимальной частоты вращения при холостом ходе двигателя:

 

      ;

      .

 

где м ― отношение радиуса кривошипа к длине шатуна из динамического расчета.

     Напряжение разрыва  в МПа:

     ;                        .

 

     Рассчитанное напряжение разрыва не превышает допустимые значения напряжений на разрыв для поршней из алюминиевых сплавов – (4…10) МПа.

 

5.1.3 Юбка поршня

 

Юбка поршня проверяется на износостойкость по удельному давлению  в МПа на стенку цилиндра от максимальной боковой силы :

 

     ;                      .   

 

Рассчитанное значение удельного давления не превышает допустимые значения напряжений для современных двигателей – (0,33…0,96) МПа

 

5.2 Поршневой палец

 

Проводим расчет поршневого пальца.

Расчетная сила Р в МН, действующая на поршневой палец, определяется по формуле:

 

     ;

Сила инерции   поршневой группы при максимальном крутящем моменте (при ) в МН, которая определяется по формуле:

      ;

Угловая скорость вращения коленчатого вала на режиме максимального крутящего момента в рад/с, определяется по формуле:

      ;

       .   мин-1

      ;

     

 

 

 

Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна  в МПа определяется по формуле:

       ;                   .

Рассчитанное значение удельного давления  не превышает допустимые значения напряжений для современных двигателей – (20…60) МПа.

Удельное давление плавающего пальца на бобышки  в МПа определяется по формуле:

        ;             .

Рассчитанное значение удельного давления  не превышает допустимые значения напряжений для современных двигателей – (15…50) МПа.

Напряжения изгиба пальца σиз  в МПа определяется по формуле:

;     

где

Рассчитанные значения напряжения изгиба пальца не превышают 100…250 М.

Касательные напряжения τ в МПа от среза пальца в сечениях, расположенных между бобышками и головкой шатуна определяется по формуле:

;           .

Рассчитанные значения касательных напряжений не превышают допустимые 60…250 МПа.

Вследствие неравномерного распределения сил, приложенных к пальцу, при работе двигателя происходит деформация сечения пальца (овализация).

Максимальная овализация пальца (наибольшее увеличение горизонтального диаметра) ∆dn max в мм наблюдается в его средней, наиболее напряжённой части, и определяется по формуле:

         ;

         .

где Е модуль упругости материала пальца E = 2,2∙105  МПа

Рассчитанные значения ∆dn max не превышают допустимых 0,02…0,05 мм.

 

 

 

 

5.3 Шатун

 

Принимаем материал шатуна – Сталь 40.

Материал втулки – Бронза.

Таблица 5.3 ― Размеры элементов шатуна

 

Элементы шатуна

Расчетные зависимости для карбюраторного двигателя

Значения размеров, мм

Наружный диаметр пальца

0,25∙D

20

Внутренний диаметр поршневой головки

со втулкой

1,2∙

24

Наружный диаметр головки

1,4∙

28

Минимальная радиальная толщина стенки

головки

( - )/2

2

Радиальная толщина стенки втулки

( - )/2

2

Длина втулки шатуна

0,375∙D

30

Диаметр шатунной шейки

0,65∙D

52

Толщина стенки вкладыша

0,04∙

2,08

Расстояние между шатунными болтами

1,7∙

88,4

Длина кривошипной головки

0,75∙

39

Размеры среднего сечения В-В шатуна:

-

-

-

-

 

0,50∙

1,25∙

0,55∙

2,5…4,0

 

14

17,5

16,5

3

 

 

5.3.1 Поршневая головка

 

Максимальная частота вращения коленчатого вала холостого хода в мин-1:

 

     ;         .

 

Максимальная угловая скорость вращения коленчатого вала при холостом ходе  в рад/с:

 

     ;              .

 

 

 

Рисунок 5.3 – Схема шатунной группы

 

Разрывающая сила инерции  в Н при :

 

     ;

    

 

где ― масса поршневого комплекта,  кг,

― масса верхней части головки шатуна,  кг.

Площадь  в мм2 опасного сечения верхней головки шатуна:

 

     ;            .

 

Напряжение разрыва  а МПа:

 

     ;            .

 

Из условия обеспечения достаточной жесткости поршневой головки напряжение разрыва не превышает максимальных значений (20…50)МПа.

 

5.3.2 Кривошипная головка

 

Максимальная величина силы инерции  в МН:

 

     ;

 

    

 

где ― масса отъемной крышки кривошипной головки,

     

     ;                  кг

    

Для определения напряжения изгиба крышки в МПа находим:

- внутренний радиус кривошипной головки  в м:

 

     ;                .

 

- момент инерции расчетного сечения крышки  в м4:

     ;               .

- момент инерции расчетного сечения вкладыша  в м4:

 

     ;                           

 

- суммарную площадь крышки и вкладыша в расчетном сечении  в м2:

 

     ;       .

 

- момент сопротивления расчетного сечения крышки без учета ребер жесткости  в м2:

 

      ;                  .

 

     Напряжение изгиба  в МПа:

 

     ; 

 

     .

 

Допускаемые напряжения изгибы не должны превышать допускаемые (100…300) МПа.  

 

5.3.3 Стержень шатуна

 

Сила, сжимающая шатун  в МН по результатам динамического расчета:

     .

Сила, растягивающая шатун  в МН по результатам динамического расчета:

    .

    Площадь среднего сечения шатуна  в м2:

 

     ;

 

     .

 

Минимальное напряжение  в МПа, возникающее в сечении В-В от растягивающей силы:

 

     ;                      .

 

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

- в плоскости качания шатуна:

 

      ;                     МПа,

 

где ― коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости качания шатуна,

- в плоскости перпендикулярной плоскости качания шатуна:

 

      ;                          МПа.

где ― коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости, перпендикулярной плоскости качанию шатуна,

     .

Напряжения  и  не превышают предельных значений для углеродистых сталей (160…250) МПа.

 


6 Расчет смазочной системы

 

6.1 Емкость смазочной системы

   
При номинальной мощности  кВт емкость смазочной системы  

 в дм3 выберем из диапазона значений:

 

     ;                 .

 

Принимаем  дм3.

 

6.2 Масляный насос

 

Принимаем:

- количество отводимого маслом от двигателя теплоты  кДж/с;

- средняя теплоемкость масла  Дж/(кг∙К);

- плотность масла  кг/м3;

- температура нагрева масла в двигателе  К.

Циркуляционный расход масла  в м3/с:

 

     ;                 .

Циркуляционный расход масла с учетом стабилизации давления масла в системе двигателя  в м3/с:

     ;                      .

Принимаем объемный коэффициент подачи   .

В связи с утечками масла через торцевые и радиальные зазоры насоса расчетную производительность его  в м3/с определяем с учетом :

 

     ;                   .

 

Принимаем:

- модуль зацепления зуба  м;

- число зубьев шестерни  ;

Высота зуба  в м:

 

     ;                 .

 

 

Диаметр начальной окружности шестерни  в м:

    ;                         .

Диаметр внешней окружности шестерни  в м:

    ;                     .

Принимаем:

- окружную скорость вращения шестерни на внешнем диаметре  в м/с:  .

Частота вращения шестерни  в мин-1:

      ;                    .

Рассчитанное значение частоты вращения шестерни  не превышает значения для современных двигателей  мин-1.

Длина зуба  в м:

      ;          .

Задаемся рабочим давлением масла в системе в МПа:

      МПа.

Принимаем:

Механический к.п.д. масляного насоса .

Мощность  в кВт, затрачиваемая на привод масляного насоса:

      ;              .

 

.

 

6.5 Шатунный подшипник

 

Принимаем:

- диаметр шатунной шейки  мм (из расчета шатуна по таблице 5.3);

- среднее значение силы, действующей на шатунную шейку  Н;

- критическая толщина смазочного слоя:  мм;

- динамическая вязкость масла  Па∙с при средней температуре смазочного слоя в подшипнике 373 К (по таблице 6.1).

Таблица 6.1 – Зависимость динамической вязкости бензиновых моторных масел от температуры

 

 

 

Температура, К

Динамическая вязкость масла в  Па∙с

383

0,004…0,012

373

0,005…0,014

363

0,006…0,020

 

Диаметральный зазор  в мм:

       ;                        .

Рабочая ширина шатунного вкладыша  в мм:

        ;                  .

Среднее удельное давление на поверхности шейки  в МПа:

       ;                       .

Относительный зазор :

       ;                                    .

Коэффициент , учитывающий геометрию шатунной шейки

      

 

 

       ;                                  .

Минимальная толщина смазочного слоя в подшипнике  в мм:

       ;                  .

Коэффициент запаса надежности подшипника К:

       ;                                       .

Так как , то подшипник рассчитан с запасом надежности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложения

Приложение А

 

Таблица сравнения показателей рассчитанного двигателя с прототипом

 

Показатели

Тип двигателя

Прототип

Рассчитанный

Коэффициент избытка воздуха α

0,85…0,98

0,93

Давление остаточных газов , МПа

1,05…1,25

1,15

Температура остаточных газов , K

900…1100

1050

Степень подогрева заряда

0…20

10

Коэффициент остаточных газов γr

0,04…0,10

0,054

Температура в конце впуска , К

340…370

341.3

Коэффициент наполнения

0,70…0,90

0,74

Показатель политропы сжатия

1,34…1,38

1,36

Температура в конце сжатия , К

600…800

765,2

Давление в конце сжатия , МПа

0,9…2,0

1,64

 Степень повышения давления цикла

3,2…4,2

3,8

Степень предварительного расширения  

1,0

1,0

Температура конца видимого сгорания , К

2400…3100

2711

Максимальное давление сгорания , МПа

3,5…7,5

5,359

Показатель политропы расширения

1,23…1,30

1,254

Температура в конце расширения , К

1200…1700

1660,78

Давление в конце расширения , МПа

0,35…0,6

0,436

Средняя скорость поршня , м/с      

9…16

10,13

Среднее эффективное давление , МПа

0,6…1,1

0,806

Эффективный КПД

0,23…0,38

0,36

Механический КПД

0,75…0,92

0,84

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

230…310

234,92

Отношение

0,86…1,07

0,93

Относительная теплота , %

23…38

35,99

Относительная теплота  , %

24..32

24,24

Относительная теплота , %

30…55

27,81

Относительная теплота , %

0…21

9,87

Относительная теплота , %

3…10

2,57

Фазы газораспределения:

-открытие впускного клапана до ВМТ , град

10…35

12

-закрытие впускного клапана после НМТ , град

40…85

40

-открытие выпускного клапана до НМТ , град

40…70

42

-закрытие выпускного клапана после ВМТ , град

10…50

10

 

Показатели

Тип двигателя

Прототип

Рассчитанный

Критерий Гинцбурга , кВт/см

1,3…2,8

2.0

Критерий Костина

3,5…9,0

8,7

Масса двигателя  в кг

152,6…450

236,8

 

Приложение Б

 

  Техническая характеристика двигателя

 

  1. Тип двигателя – карбюраторный..
  2. Число тактов – 4.
  3. Число и расположение цилиндров – 4,
  4. Порядок работы цилиндров –
  5. Расположение и число клапанов в цилиндре – верхнее, по два в цилиндре.
  6. Рабочий объем двигателя, дм3 – 1,5.
  7. Диаметр цилиндра, мм – 80.
  8. Ход поршня, мм – 75.
  9. Степень сжатия – 9,1.
  10. Номинальная мощность, кВт – 64.
  11. Максимальная рабочая частота вращения, мин-1 – 5600.
  12. Габаритные размеры двигателя, мм – 770х525х725.
  13. Направление вращения коленчатого вала – правое.
  14. Максимальное среднее эффективное давление, МПа – 1,008.
  15. Максимальный эффективный крутящий момент, Н∙м – 146,98.
  16. Минимальная частота вращения коленчатого вала, мин-1 – 800.
  17. Частота вращения при максимальном крутящем моменте, мин-1 – 2600.
  18. Сорт топлива – бензин А-95 по ГОСТ 2084-77.
  19. Минимальный удельный расход топлива, г/(кВт∙ч) – 263,52.
  20. Фазы газораспределения: впуск (начало, конец), выпуск (начало,

      конец) – (12, 40), (42, 10).

  1. Наличие наддува – нет.
  2. Тип системы охлаждения – жидкостный, закрытый с принудительной

      циркуляцией.

  1. Объем смазочной системы, дм3 – 5.
  2. Объем жидкостной системы охлаждения, дм3 –

Скачать: poyasnitelnaya-zapiska-art.doc

Категория: Курсовые / Курсовые машиностроение

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

Привет студент

Copyright © 2012-2023 PRIVETSTUDENT.COM
Образовательный сайт
Правообладателям
Наверх