КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
"Расчет автомобильного дизельного двигателя с наддувом"
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………………………………………………………………..7
2.2.1 Давление и температура окружающей среды……………………………..7
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……………………………8
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………………………………………………………...12
2.5.1 Показатель политропы расширения……………………………………...12
2.5.2 Давление и температура конца процесса расширения………………….13
2.6 Проверка точности выбора температуры остаточных газов……………...13
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………………………………..14
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…………………………………………….17
2.11 Тепловой баланс……………………………………………………………18
2.12 Построение индикаторной диаграммы……………………………………20
3 Расчет внешней скоростной характеристики………………………………..25
4 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма………………...30
4.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме………………………………………………………………………...30
4.2 Построение графиков сил и моментов……………………………………..32
5 Расчет деталей на прочность………………………………………………….35
5.1 Поршень……………………………………………………………………...35
5.1.1 Днище поршня……………………………………………………………..37
5.1.2 Головка поршня……………………………………………………………37
5.1.3 Юбка поршня………………………………………………………………38
5.2 Поршневой палец…………………………………………………………...39
5.3 Шатун………………………………………………………………………...41
5.3.1 Поршневая головка………………………………………………………...43
5.3.2 Кривошипная головка……………………………………………………..44
5.3.3 Стержень шатуна…………………………………………………………..45
6 Расчет системы жидкостного охлаждения…………………………………...47
6.1 Емкость системы охлаждения………………………………………………47
6.2 Жидкостный насос…………………………………………………………..47
6.3 Жидкостный радиатор………………………………………………………49
6.4 Вентилятор…………………………………………………………………...50
Заключение………………………………………………………………………52
Список использованной литературы…………………………………………...53
Приложения.
Приложение А. Таблица сравнения показателей рассчитанного двигателя с прототипом……………………………………………………………………….54
Приложение Б. Техническая характеристика двигателя……………………...56
Введение
Поршневые ДВС до настоящего времени являются основным видом силовых установок, преимущественно используемых на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных и дорожно-транспортных машинах.
Являясь достаточно сложным агрегатом, любой двигатель должен вбирать в себя многие достижения постоянно развивающихся различных направлений и отраслей науки: химии и физики, гидравлики и аэродинамики, теплотехники и электроники, металлургии и сопротивления материалов, математики и вычислительной техники и т. д.
Выполнение сегодняшних задач и движение к прогрессу требует от специалистов, связанных с производством и эксплуатацией автомобильных двигателей, глубоких знаний теории, конструкции и расчета двигателей внутреннего сгорания.
Прогресс в автомобильной промышленности, дальнейшее увеличение грузооборота автомобильного транспорта предусматривает не только количественный рост автопарка, но и значительное улучшение использования имеющихся автомобилей, повышение, культуры эксплуатации, увеличение межремонтных сроков службы.
Курсовое проектирование – заключительная часть учебного процесса по изучению дисциплины, раскрывающая степень усвоения необходимых знаний, творческого использования их для решения конкретных инженерных задач.
Целью данного курсового проектирования является расчет автомобильного двигателя. Цель достигается с помощью выполнения теплового расчета рабочего цикла, расчета внешней скоростной характеристики, динамического расчета КШМ, расчета деталей на прочность, расчета системы охлаждения, поперечного и продольного разреза двигателя. После окончания расчетов и составления технической характеристики можно будет судить к какому прототипу относится рассчитанный двигатель.
2 Тепловой расчет рабочего цикла
2.1 Рабочее тело и его свойства
2.1.1 Топливо
Топливом для рассчитываемого двигателя служит дизельное топливо по ГОСТ 305-82 марки Л для лета и 3 – для зимы с цетановым числом 45…50.
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 =1,5…2,0. Принимаем =1,7.
Действительное количество воздуха в кмоль возд/кг топл
Молекулярная масса паров топлива =180…200 кг/кмоль.
Принимаем =200 кг/кмоль.
Количество горючей смеси в кмоль гор.см/кг топл
2.1.3 Продукты сгорания
Продукты сгорания состоят из углекислого газа , водяного пара , избыточного кислорода и азота .
Количество отдельных составляющих продуктов сгорания в
кмоль пр.сг/кг топл:
;
;
;
.
Общее количество продуктов сгорания жидкого топлива 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: =0,1 МПа; =293 К.
Давление за компрессором МПа.
Принимаем показатель политропы сжатия в компрессоре .
Тогда температура воздуха за компрессором в градусах Кельвина (К)
; .
2.2.2 Давление и температура остаточных газов
Поскольку двигатель с наддувом и с наличием газовой турбины на выпуске, то давление остаточных газов в МПа принимаем равным
Температура остаточных газов принимаем К.
2.2.3 Степень подогрева заряда
=(-5)…(+10) К. Принимаем =10 К.
2.2.4 Давление в конце впуска
Давления в конце впуска в МПа
Потери давления во впускном трубопроводе в МПа
где - комплексный коэффициент, учитывающий гидравлическое сопротивление впускного тракта.
м/с – средняя скорость движения заряда при максимальном открытии клапана.
Принимаем , м/с.
Плотность заряда на впуске в кг/м3
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
.
Рассчитанные параметры процесса впуска приведены в таблице 2.1 в сравнении со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей.
Таблица 2.1 ― Значения параметров процесса впуска
Тип двигателя Параметры
, МПа
γr , К
Дизельный с наддувом 0,135…0,243 0,02…0,03 320…400 0,80…0,97
Рассчитываемый
двигатель 0,16 0,021 377 0,87
2.3 Процесс сжатия
2.3.1 Показатель политропы сжатия
Средний показатель адиабаты сжатия
Показатель политропы сжатия
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 (ºС)
.
Средняя мольная теплоемкость свежей смеси 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
Дизельный с наддувом 1,34…1,37 4,5…10,0 800…1100
Рассчитываемый
двигатель 1,348 6,35 976
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 =0,7…0,88. Принимаем =0,79.
— 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 ºС, могут быть выражены в зависимости от температуры
;
;
;
.
Получаем квадратное уравнение вида
.
Температура в конце видимого сгорания в градусах Цельсия (ºС)
.
Температура в градусах Кельвина (К)
.
2.4.3 Степень повышения давления цикла
Степень повышения давления цикла принята .
2.4.4 Степень предварительного расширения
Степень предварительного расширения
; .
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
Дизельный с наддувом 1,4…1,8 1,2…1,4 10,0…14,0 1800…2200
Рассчитываемый
двигатель 1,7 1,28 10,88 2074
2.5 Процесс расширения
2.5.1 Показатель политропы расширения
Средний показатель адиабаты расширения
;
.
Показатель политропы расширения
; .
2.5.2 Давление и температура конца процесса расширения
Степень последующего 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
Дизельный с наддувом 1,15..1,25 0,5…0,8 1000…1200
Рассчитываемый
двигатель 1,22 0,537 1198
2.6 Проверка точности выбора температуры остаточных газов
Расчетное значение температуры остаточных газов в градусах Кельвина (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 индикаторное давление действительного цикла в МПа
;
где — коэффициент полноты индикаторной диаграммы =0,92…0,95. Принимаем =0,95.
2.7.2 Индикаторный КПД
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)
Дизельный с наддувом 0,8…2,2 0,4…0,5 170…210
Рассчитываемый
двигатель 1,25 0,4732 179
2.8 Эффективные показатели двигателя
2.8.1 Давление механических потерь
Принимаем: экспериментальные коэффициенты =0,089 и =0,0118; средняя скорость поршня =7…13 м/с. =8,5 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
;
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)
Дизельный с наддувом 0,7…2,0 0,32…0,45 0,80…0,90 200…360
Рассчитываемый
двигатель 1,06 0,401 0,848 211
2.9 Основные параметры и показатели двигателя
Рабочий объем цилиндра в дм3
;
где — коэффициент тактности рабочего цикла. =4.
Диаметр цилиндра в мм
;
где — отношение линейных размеров цилиндра =0,9…1,2.
Принимаем =1.
Ход поршня двигателя в мм
;
Полученные значения S и D округляем в большую сторону до четного числа: D = 128 мм; S = 128 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. =5,5 кг/кВт.
2.10 Оценка надежности двигателя
Критерий Б.Я. Гинцбурга
;
Критерий А.К. Костина
;
Поскольку у рассчитываемого двигателя =2,39 кВт/см не превышает значения 2,8 кВт/см, а =6,96 — 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 =0,53.
— показатель степени, =0,6…0,7. Принимаем =0,65.
Теплота , унесенная из двигателя с отработавшими газами, в Дж/с
;
где — температура остаточных газов, Сº
.
Неучтенные потери теплоты в Дж/с
;
.
Основные значения составляющих теплового баланса
;
;
;
;
;
Таблица 2.7 ― Значения составляющих теплового баланса в процентах
Тип двигателя
Дизельный с наддувом 32…45 10…26 25…40 0 2…5
Рассчитываемый двигатель. 40 21 35 0 4
2.12 Построение индикаторной диаграммы
Масштаб хода поршня мм/мм.
Отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра
; мм.
Отрезок, соответствующий объему камеры сгорания
; мм.
Отрезок, соответствующий полному объему цилиндра
; мм.
Масштаб давления МПа/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
а,град (1-cosa)+ג/4*(1-cos2a) AX,
мм OOX, мм
м OB/OX мм P=Pа*(OB/OX)^1,36, мПа
180 2 85,33 94,22 0,97 0,153
190 1,988878501 84,86 93,74 0,97 0,154
200 1,955484621 83,43 92,32 0,99 0,158
210 1,899775404 81,05 89,94 1,01 0,163
220 1,821823191 77,73 86,62 1,05 0,172
230 1,722008862 73,47 82,36 1,11 0,184
240 1,60125 68,32 77,21 1,18 0,201
250 1,461228143 62,34 71,23 1,28 0,224
260 1,30457743 55,66 64,55 1,41 0,256
270 1,135 48,42 57,31 1,59 0,301
280 0,957281074 40,84 49,73 1,84 0,365
290 0,777187857 33,16 42,05 2,17 0,459
300 0,60125 25,65 34,54 2,64 0,600
310 0,436433642 18,62 27,51 3,32 0,817
320 0,289734305 12,36 21,25 4,29 1,161
330 0,167724596 7,16 16,04 5,69 1,702
340 0,076099379 3,25 12,14 7,52 2,488
350 0,019262995 0,82 9,71 9,40 3,369
360 0 0,00 8,89 10,27 3,799
Таблица 2.9― Результаты расчетов политроп расширения
а, град (1-cosa)+ג/4*(1-cos2a) AX,
мм OX,
мм OB/OX P=Pb*(OB/OX)^1,22, мПа
360 0 0 8,89 10,27 10,158
370 0,019262995 0,82 9,71 9,40 9,087
380 0,076099379 3,25 12,14 7,52 6,862
390 0,167724596 7,16 16,04 5,69 4,826
400 0,289734305 12,36 21,25 4,29 3,387
410 0,436433642 18,62 27,51 3,32 2,447
420 0,60125 25,65 34,54 2,64 1,837
430 0,777187857 33,16 42,05 2,17 1,434
440 0,957281074 40,84 49,73 1,84 1,160
450 1,135 48,42 57,31 1,59 0,970
460 1,30457743 55,66 64,55 1,41 0,835
470 1,461228143 62,34 71,23 1,28 0,738
480 1,60125 68,32 77,21 1,18 0,667
490 1,722008862 73,47 82,36 1,11 0,615
500 1,821823191 77,73 86,62 1,05 0,577
510 1,899775404 81,05 89,94 1,01 0,550
520 1,955484621 83,43 92,32 0,99 0,532
530 1,988878501 84,86 93,74 0,97 0,522
540 2 85,33 94,22 0,97 0,519
Находим характерные точки для построения действительной индикаторной диаграммы
Отрезок ; мм.
Давление в точке в МПа
; МПа; или в мм:
; мм.
Давление в МПа
; МПа; или в мм:
; мм.
Действительное давление в МПа
; МПа; или в мм:
; мм.
Положение точки должно соответствовать условию допустимой скорости нарастания давления в МПа/град, которая определяется по формуле
; МПа/град.
где - нарастание давления в МПа
; МПа.
- угол поворота коленчатого вала, соответствующий точке ; ; Принимаем
;
Положение точки на индикаторной диаграмме
;
.
;
Поскольку , то точка находится между точками z’ и z.
Принимаем характерные углы:
- угол опережения начала впрыска топлива ; 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
— начало впрыска топлива; ; ;
― 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 обцисс по формуле для перемещения поршня :
мм;
мм;
мм;
мм;
мм;
мм.
Среднее индикаторное давление в МПа, полученное по графику индикаторной диаграммы
; .
где - площадь действительной индикаторной диаграммы, заключенная внутри линии , мм мм2.
Расхождение между полученной величиной и величиной , полученной в тепловом расчете
; < .
3 Расчет внешней скоростной характеристики
Минимальная частота мин-1; Принимаем мин-1.
Максимальная частота ; Принимаем мин-1.
Шаг расчета – 300 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:
; .
а закон изменения принимаем:
; .
Максимальное значение среднего эффективного давления в МПа:
; ,
а соответствующая ему частота в мин :
.
Максимальное значение эффективного крутящего момента в Н∙м:
; ,
при частоте в мин : .
Минимальное значение эффективного удельного расхода топлива в г/(кВт∙ч):
; ,
при частоте в мин : .
Зависимость коэффициента наполнения:
; .
Таблица 3.1 – Результаты расчета внешней скоростной характеристики
Параметры внешней скоростной характеристики
,
кВт ,
,МПа ,
Н*м ,кг/ч ,МПа ,МПа ,кВт ,кВт ,
,Н*м
600 77,15 241,42 1,17 1228,51 18,63 1,29 0,12 7,85 85,00 219,13 1353,51 0,75 0,
48
900 121,91 216,11 1,23 1294,17 26,35 1,37 0,13 13,27 135,18 194,90 1435,01 0,94 0,57
1200 165,13 199,45 1,25 1314,70 32,94 1,40 0,15 19,68 184,80 178,22 1471,38 1,13 0,64
1500 202,55 191,45 1,23 1290,11 38,78 1,39 0,16 27,08 229,63 168,87 1462,62 1,32 0,71
1800 229,92 192,10 1,16 1220,39 44,17 1,34 0,18 35,48 265,41 166,41 1408,74 1,51 0,77
2100 243,00 201,40 1,05 1105,55 48,94 1,25 0,19 44,88 287,88 170,00 1309,74 1,70 0,82
Рисунок 3.1 – Внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя с наддувом
Рисунок 3.1, лист2
4 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя
4.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме
Площадь поршня в м2:
; .
где мм м.
Сила давления газов в общем случае:
.
Масштаб сил давления газов в Н/мм:
; .
где ― часть массы шатуна в сборе, отнесенная к поступательно движущимся массам
; кг
где ― масса шатуна в сборе.
; кг
где ― удельная масса шатуна, кг/м3
где ― 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
где ― 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, минимальное - Н∙м.
Таблица 4.1 – Результаты вычисления сил, действующих в КШМ
,
град , Н
N K T
0 722,4 -21182,3 -20459,9 -20459,9 0 -20459,9 0 30285,55
10 516 -20657,3 -20141,3 -20141,3 -16,4876 -19832,5 -3513,74 29865,54
20 387 -19122,9 -18735,9 -18735,9 -30,2403 -17595,6 -6436,46 28166,52
30 264,45 -16696,1 -16431,6 -16431,7 -38,8348 -14210,8 -8249,44 25412,67
40 264,45 -13558,8 -13294,4 -13294,4 -40,4746 -10158,1 -8576,47 21746,37
50 264,45 -9939,04 -9674,59 -9674,66 -35,1784 -6191,76 -7433,78 17658,39
60 264,45 -6087,83 -5823,38 -5823,42 -23,9877 -2890,91 -5055,18 13684,51
70 264,45 -2254,8 -1990,35 -1990,37 -8,91113 -672,366 -1873,36 10663,86
80 264,45 1335,466 1599,916 1599,933 7,515339 270,4213 1576,915 9684,476
90 264,45 4503,323 4767,773 4767,827 22,75012 -22,7501 4767,773 10941,79
100 264,45 7128,012 7392,462 7392,544 34,72486 -1317,88 7274,124 13307,56
110 264,45 9154,29 9418,74 9418,834 42,16927 -3261,02 8836,298 15790,54
120 264,45 10591,15 10855,6 10855,69 44,71645 -5466,52 9378,865 17939,17
130 264,45 11503,03 11767,48 11767,56 42,78847 -7596,77 8986,909 19603,71
140
264,45 11994,84 12259,29 12259,35 37,3233 -9415,15 7851,529 20781,12
150 264,45 12192,75 12457,2 12457,24 29,44154 -10803 6203,104 21541,09
160 264,45 12223,36 12487,81 12487,83 20,15574 -11741,6 4252,143 21982,42
170 264,45 12193,84 12458,29 12458,3 10,19833 -12270,8 2153,316 22201,12
180 686,3483 12175,65 12862 12862 7,43E-15 -12862 1,58E-12 22687,65
190 699,9654 12193,84 12893,81 12893,81 -10,5548 -12699,8 -2228,59 22635,38
200 741,8477 12223,36 12965,21 12965,23 -20,9263 -12190,5 -4414,7 22454,38
210 815,2165 12192,75 13007,97 13008,01 -30,7432 -11280,6 -6477,36 22077,82
220 925,9044 11994,84 12920,74 12920,8 -39,3371 -9923,15 -8275,16 21412,46
230 1083,168 11503,03 12586,2 12586,28 -45,7655 -8125,31 -9612,17 20362,49
240 1301,099 10591,15 11892,25 11892,35 -48,9866 -5988,55 -10274,5 18858,79
250 1601,022 9154,29 10755,31 10755,42 -48,1533 -3723,78 -10090,2 16893,78
260 2015,554 7128,012 9143,566 9143,667 -42,9504 -1630,06 -8997,2 14566,5
270 2595,617 4503,323 7098,94 7099,021 -33,8736 -33,8736 -7098,94 12149,29
280 3422,754 1335,466 4758,22 4758,272 -22,3509 804,2448 -4689,81 10167,6
290 4631,108 -2254,8 2376,308 2376,332 -10,6391 802,7478 -2236,64 9295,985
300 6446,631 -6087,83 358,8061 358,8091 -1,478 178,123 -311,474 9652,555
310 9253,828 -9939,04 -685,215 -685,22 2,491554 -438,539 526,507 10277,69
320 13688,62 -13558,8 129,7909 129,7915 -0,39515 99,17159 -83,7307 9726,84
330 20659,99 -16696,1 3963,913 3963,925 -9,36837 3428,166 -1990,07 6699,866
340 30799,61 -19122,9 11676,76 11676,77 -18,8467 10966,12 -4011,4 4170,368
350 47890,24 -20657,3 27232,92 27232,93 -22,2928 26815,32 -4750,9 17641,42
360 64980,87 -21182,3 43798,57 43798,57 -5,1E-14 43798,57 -1,1E-11 33972,92
370 154800 -20657,3 134142,7 134142,7 109,8089 132085,7 23401,77 124479,5
380 87224,94 -19122,9 68102,09 68102,17 109,919 63957,43 23395,58 58971,2
390 60970,65 -16696,1 44274,57 44274,69 104,6392 38290,58 22227,91 36115,54
400 42407,26 -13558,8 28848,43 28848,57 87,82879 22042,73 18610,7 22262,41
410 30274 -9939,04 20334,96 20335,09 73,9412 13014,42 15625,01 15947,07
420 22403,62 -6087,83 16315,79 16315,93 67,20812 8099,693 14163,5 14268,27
430 17203,66 -2254,8 14948,86 14949,01 66,92854 5049,918 14070,22 14858,63
440 13678,68 1335,466 15014,14 15014,31 70,52645 2537,724 14798,29 16495,56
450 11227,9 4503,323 15731,22 15731,4 75,06382 -75,0638 15731,22 18587,51
460 9486,525 7128,012 16614,54 16614,72 78,04403 -2961,94 16348,57 20755,68
470 8228,417 9154,29 17382,71 17382,88 77,82529 -6018,37 16307,78 22737,12
480 7309,931 10591,15 17901,08 17901,23 73,73824 -9014,4 15465,92 24375,03
490 4780,453 11503,03 16283,48 16283,59 59,20939 -10512,2 12435,81 23838,56
500 4405,202 11994,84 16400,04 16400,12 49,92978 -12595,3 10503,5 24759,25
510 4024,8 12192,75 16217,55 16217,6 38,32881 -14064 8075,583 25217,64
520 3431,4 12223,36 15654,76 15654,78 25,2673 -14719,3 5330,501 25117,11
530 2580 12193,84 14773,84 14773,85 12,09384 -14551,5 2553,541 24510,52
540 2051,1 12175,65 14226,75 14226,75 2,46E-14 -14226,8 5,23E-12 24052,4
550 1715,7 12193,84 13909,54 13909,55 -11,3863 -13700,2 -2404,15 23648,38
560 1328,7 12223,36 13552,06 13552,08 -21,8735 -12742,3 -4614,52 23034,85
570 1122,3 12192,75 13315,05 13315,09 -31,469 -11546,9 -6630,27 22377,37
580 954,6 11994,84 12949,44 12949,5 -39,4245 -9945,19 -8293,54 21439,89
590 722,4 11503,03 12225,43 12225,51 -44,4536 -7892,41 -9336,65 20027,55
600 722,4 10591,15 11313,55 11313,64 -46,6028 -5697,13 -9774,52 18343,88
610 722,4 9154,29 9876,69 9876,789 -44,2196 -3419,58 -9265,93 16164,58
620 722,4 7128,012 7850,412 7850,499 -36,876 -1399,53 -7724,74 13626,31
630 722,4 4503,323 5225,723 5225,782 -24,9353 -24,9353 -5225,72 11150,88
640 722,4 1335,466 2057,866 2057,889 -9,66648 347,825 -2028,28 9692,426
650 722,4 -2254,8 -1532,4 -1532,41 6,860808 -517,664 1442,331 10443,4
660 722,4 -6087,83 -5365,43 -5365,47 22,10129 -2663,57 4657,645 13329,45
670 722,4 -9939,04 -9216,64 -9216,7 33,51321 -5898,67 7081,9 17245,51
680 722,4 -13558,8 -12836,4 -12836,5 39,08039 -9808,15 8281,034 21308,73
690 722,4 -16696,1 -15973,7 -15973,7 37,75243 -13814,7 8019,532 24963,59
700 722,4 -19122,9 -18400,5 -18400,5 29,69894 -17280,6 6321,233 27833,57
710 722,4 -20657,3 -19934,9 -19934,9 16,31869 -19629,2 3477,733 29659,48
720 722,4 -21182,3 -20459,9 -20459,9 4,72E-14 -20459,9 1E-11 30285,55
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
Поршень – это подвижная деталь, перекрывающая цилиндр в поперечном сечении и перемещающаяся вдоль его оси.
Поршни современных двигателей работают в очень тяжелых условиях: высокие газовые и инерционные нагрузки, носящие близкий к ударному характер, высокие температурные нагрузки, большие переменные скорости движения при наличии несовершенной смазки, и как следствие всего этого, большие силы трения и значительный износ поршня и цилиндра.
Основным назначением поршня является:
1. Образование вместе со стенками цилиндра и поверхностью камеры сгорания пространства переменного объема, в котором совершаются рабочие процессы двигателя, и обеспечение герметичности этого пространства с помощью поршневых колец.
2. Передача воспринимаемого поршнем давления газов шатуну.
3. Обеспечение возможно меньшего количества воспринимаемого днищем поршня тепла от газов.
4. Передача боковых усилий от шатуна к стенкам цилиндра.
5. Обеспечение максимально лучшего отвода тепла, воспринятого от газов, и тепла от трения к стенкам цилиндра , а так же воздуху и масляному туману в пространстве под днищем.
6. Открытие и закрытие окон в двухтактных двигателях с щелевым газораспределением и во всех двигателях с щелевым газораспределением и всех двигателях с золотниковым гильзовым газораспределением.
В настоящее время в подавляющем большинстве случаев поршни автомобильных двигателей изготавливают из высокотехнологичных алюминиевых сплавов, в редких случаях их чугуна и еще реже из сплавов на магниевой основе и из стали.
Таблица 5.1― Размеры элементов поршневой группы
Элементы поршневой группы Расчетные зависимости для дизельного двигателя Значения
размеров,
мм
1 2 3
Высота поршня
1,22∙D 156
Расстояние от верхней кромки поршня до оси пальца
0,7∙D 90
Толщина днища поршня
0,18∙D 23
Высота юбки поршня
0,81∙D 104
Диаметр бобышки
0,4∙D 52
Продолжение таблицы 5.1
1 2 3
Расстояние между торцами бобышек
0,38∙D 50
Толщина стенки юбки поршня
2,0…5,0 4
Толщина стенки головки поршня
0,09∙D 12
Расстояние до первой кольцевой канавки
0,20∙D 26
Толщина первой кольцевой перемычки
0,05∙D 6,5
Радиальная толщина кольца :
- компрессионного
- маслосъемного
0,04∙D
0,04∙D
5,2
5,2
Высота кольца
3…5 4
Радиальный зазор кольца в канавке поршня
0,80…1,1 0,8
Разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состоянии
3,5∙t 18,2
Внутренний диаметр поршня
D-2(s+t+Δt) 94
Число масляных отверстий в поршне
6…12 10
Диаметр масляного канала
0,5∙a 2
Наружный диаметр пальца
0,35∙D 46
Внутренний диаметр пальца
0,6∙dn 24
Длина пальца
0,88∙D 114
Длина втулки шатуна
0,4∙D 52
Принимаем материал поршня – алюминиевый сплав.
Рисунок 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 расчетное 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
;
.
- максимальную 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;
R – радиус кривошипа из динамического расчета, м.
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
Принимаем материал пальца – сталь 12ХН3А. Палец плавающего типа.
Cила инерции поршневой группы при n = nN, МН;
Pj = – 3,217 2092 0,064 (1+0,27)10-6 = - 0,0114.
Расчетная сила Р в МН, действующая на поршневой палец:
Р = 9,95 0,0129 + 0,72 0,0114 = 0,136.
Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна qШ в МПа:
qШ =
Удельное давление плавающего пальца на бобышки qб в МПа:
qб=
Рассчитанные значения удельных давлений не превышают допустимые значения удельного давления qШ и qб для современных двигателей.
Для определения напряжений изгиба находим величину
= .
Напряжение изгиба пальца σиз в МПа:
σиз=
Рассчитанное напряжение изгиба не превышает допустимые значения, которые составляют (100...250) МПа.
Касательные напряжения τ в МПа от среза пальца в сечениях, расположенных между бобышками и головкой шатуна
τ = .
Рассчитанное касательное напряжение не превышает допустимые значения, которые составляют (60...250) МПа.
Максимальная овализация пальца
.
Рассчитанная максимальная овализация пальца не превышает допустимые значения, которые составляют (0,02...0,05) мм.
5.3 Шатун
Шатун служит связующим звеном между поршнем и кривошипом коленчатого вала. Так как поршень совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение, а коленчатый вал — вращательное, то шатун совершает сложное движение и подвергается действию знакопеременных, носящих ударный характер нагрузок от газовых сил и сил инерции.
Шатуны автомобильных массовых двигателей изготовляют методом горячей штамповки из среднеуглеродистых сталей марок: 40, 45, марганцовистой 45Г2, а в особенно напряженных двигателях из хромо-никелевой 40ХН, хромо-молибденовой улучшенной ЗОХМА и других легированных качественных сталей.
Шатуны четырехтактных двигателей испытывают знакопеременные нагрузки. Кроме высокой прочности, жесткости и износоустойчивости сочленений, шатун должен для снижения сил инерции иметь малую массу.
Шатун состоит из верхней поршневой головки, стержня и нижней кривошипной головки. В поршневую головку обычно запрессовывают бронзовую втулку, которая служит подшипником поршневого пальца. Масло к этому подшипнику подводится под давлением по каналу в стержне шатуна или разбрызгиванием через отверстия в верхней головке.
Стержень шатуна у большинства двигателей имеет двутавровое сечение. У дизелей, изготовляемых небольшими сериями, применяют шатуны со стержнем круглого сечения. В этом случае материал используется менее рационально, чем у шатунов со стержнем двутаврового сечения, но не требуется изготовления дорогостоящих штампов.
Нижнюю головку шатуна, как правило, выполняют как одно целое со стержнем, но у мощных двухтактных малооборотных дизелей она бывает отъемной. Применение отъемной нижней головки усложняет конструкцию, однако дает возможность выполнять с меньшей точностью длину шатуна - расстояние между осями верхней и нижней головок. Для получения требуемой величины пространства сжатия длину шатуна регулируют при помощи прокладок между стержнем и нижней головкой.
Чтобы снизить удельные давления на вкладыши шатунного подшипника, применяют сочлененные или центральные шатуны, у которых каждый шатун передает усилие на один общий вкладыш, опирающийся на шатунную шейку по всей длине. Один из шатунов (главный) непосредственно опирается на шатунную шейку. Кривошипная головка такого шатуна имеет две проушины, в которые вставляют палец. На палец надевают нижнюю головку прицепного шатуна, в которую запрессовывают бронзовую втулку. От осевых перемещений палец удерживается стопорным штифтом. Для уменьшения напряжения изгиба в пальце прицепного шатуна средняя часть пальца оперта на ребро главного шатуна.
Принимаем материал шатуна – сталь 40Х. Материал втулки – бронза.
Таблица 5.3 ― Размеры элементов шатуна
Элементы шатуна Расчетные зависимости для дизельного двигателя Значения размеров, мм
Наружный диаметр пальца
0,35∙D 46
Внутренний диаметр поршневой головки
со втулкой
1,1∙
50
Наружный диаметр головки
1,4∙
62
Минимальная радиальная толщина стенки
головки
( - )/2
6
Радиальная толщина стенки втулки
( - )/2
2
Длина втулки шатуна
0,4∙D 52
Диаметр шатунной шейки
0,65∙D 86
Толщина стенки вкладыша
0,03∙
2,6
Расстояние между шатунными болтами
1,4∙
120
Длина кривошипной головки
0,5∙
43
Размеры среднего сечения В-В шатуна:
-
-
-
-
0,50∙
1,22∙
0,55∙
4,0…7,5
31
38
28
7,5
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;
R – радиус кривошипа, м.
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:
;
.
Напряжения изгиба не превышают допускаемые напряжения изгиба для крышки кривошипной головки шатуна, которые составляют (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 легированных сталей - (200…350) МПа.
6 Расчет смазочной системы
6.1 Емкость смазочной системы
Для V – образного дизельного двигателя с наддувом имеем номинальную мощность Nе = 243 кВт.
Емкость смазочной системы Vм в дм3 выбираем из следующего диапазона:
Vм = (0,11…0,16) Nе Vм = (0,11...0,16)240 = 27,39…39,84;
Учитывая относительно высокое значение мощности и литража двигателя, а также V – образное расположение цилиндров принимаем значение емкости, близкое к нижним пределам диапазонов: Vм = 35 дм3.
6.2 Масляный насос
Общее количество теплоты, введённой в двигатель с топливом Q0 в кДж/с принимаем из теплового расчета (из примера теплового и динамического расчетов автомобильного дизельного двигателя с наддувом): Q0 = 609,703.
Количество отводимого маслом от двигателя теплоты Qм в кДж/с:
Принимаем:
- средняя теплоёмкость масла см в кДж/(кг К) - см = 2,094;
- плотность масла м в кг/м3 - м = 900;
- температура нагрева масла в двигателе Тм в К - Тм = 20.
Циркуляционный расход масла Vц в м3/с:
Циркуляционный расход масла с учетом стабилизации давления масла в системе двигателя V’ в м3/с:
V’ = 2,5 4,04310-4 = 8,0910-4.
Объёмный коэффициент подачи: н = 0,75.
В связи с утечками масла через торцовые и радиальные зазоры насоса расчётную производительность его Vр в м3/с определяем с учётом н:
Принимаем: модуль зацепления зуба m = 0,006 м; число зубьев шестерни
z = 8.
Высота зуба h в м:
h = 2 0,006=0,012.
Диаметр начальной окружности шестерни Do в м:
Do = 8 0,006 = 0,048.
Диаметр внешней окружности шестерни D в м:
D = 0,006(8 + 2) = 0,06.
Окружная скорость вращения шестерни на внешнем диаметре
uн = 6,28 м/с.
Частота вращения шестерни nн в мин-1:
Длина зуба b в м:
.
Задаем рабочее давление масла в системе: р = 0,4 МПа.
Принимаем механический К.П.Д. масляного насоса: м.н = 0,90.
Мощность Nн в кВт, затрачиваемая на привод масляного насоса:
6.3 Центрифуга
Циркуляционный расход масла принимаем из расчета масляного насоса: Vц = 3,54510-4 м3/с
Задаем коэффициент неполнопоточности центрифуги: kнп = 0,49.
Производительность центрифуги или количество масла, проходящего через сопла центрифуги Vр.ц в м3/с:
Vр.ц = 0,49 3,635 10-4 = 1,7725 10-4.
Задаем:
- плотность масла м в кг/м3 - м = 900;
- коэффициент сжатия струи масла, вытекающего из сопла = 0,9;
- диаметр сопла центрифуги dс в м - dс = 0,002 м.
Площадь отверстия сопла Fc в м2:
Принимаем:
- расстояние от оси сопла до оси вращения ротора R = 0,03 м;
- момент сопротивления в начале вращения ротора а = 10 10-4 Нм;
- скорость нарастания момента сопротивления b=0,0510-4 (Н м)/мин-1.
Частота вращения ротора nр в мин-1:
Поскольку качественная очистка масла обеспечивается вращением ротора с частотой 5000…8000 мин-1, то полученное значение 7437 мин-1 приемлемо.
Принимаются:
- радиус оси ротора rо в м, rо = 0,007;
- коэффициент расхода масла через сопло = 0,84 ;
- коэффициент гидравлических потерь = 0,15.
Давление масла на входе в центрифугу р1, МПа:
Мощность Nц в кВт, затрачиваемая на привод центрифуги:
6.4 Масляный радиатор
Количество теплоты, отводимого водой от радиатора, равно количеству теплоты, отводимой маслом от двигателя, и принимается по данным расчета масляного насоса: Qм =13700 Дж/с,
Принимаем:
- толщина стенки радиатора: = 0,0003 м;
- коэффициент теплоотдачи от масла к стенкам радиатора для прямых гладких трубок: 1 = 300 Вт/(м2 К);
- коэффициент теплопроводности стенки радиатора для латуни:
теп = 120 Вт/(м2 К);
- коэффициент теплоотдачи от стенок радиатора к воде:
2=3800 Вт/(м2 К).
Коэффициент теплопередачи от масла к воде Км в Вт/(м2 К)
Средняя температура масла в радиаторе принимается Тм.ср = 355 К.
Средняя температура воды в радиаторе принимается Твод.ср = 345 К.
Поверхность охлаждения масляного радиатора, омываемая водой, Fм в м2:
6.5 Шатунный подшипник
Расчет шатунного подшипника на основе гидродинамической теории смазки заключается в определении минимальной толщины смазочного слоя между валом и подшипником, при котором сохраняется надежное жидкостное трение. Расчет проводится на режиме номинальной мощности при частоте вращения коленчатого вала n = 2000 мин-1.
Принимаются следующие параметры:
- диаметр шатунной шейки dш.ш = 86 мм (из расчета шатуна по таблице 2.3);
- среднее значение силы, действующей на шатунную шейку, Rш.ш.ср=18146 Н;
- критическая толщина смазочного слоя hкр = 0,003 мм;
- динамическая вязкость масла = 0,01 Пас при средней температуре смазочного слоя в подшипнике 373 К (по таблице Б.1.1).
Таблица Б.1.1 – Зависимость динамической вязкости дизельных моторных масел от температуры
Температура, К Динамическая вязкость масла в Пас
383 0,005…0,009
373 0,007…0,012
363 0,009…0,017
Диаметральный зазор в мм:
Рабочая ширина шатунного вкладыша lш.ш’ в мм:
lш.ш’ = 0,4586=38,7.
Среднее удельное давление на поверхности шейки kш.ш.ср в МПа:
Относительный зазор :
Коэффициент с, учитывающий геометрию шатунной шейки:
Минимальная толщина смазочного слоя в подшипнике hmin в мм:
Коэффициент запаса надежности подшипника К:
Так как то подшипник спроектирован с запасом надежности.
Заключение
В результате, мною выполненной курсовой работы были получены навыки теплового расчёта двигателя, теплового баланса и внешней скоростной характеристики, динамического расчета, расчета деталей на прочность, расчета системы охлаждения.
В данной работе я спроектировал свой собственный двигатель. По сделанному расчёту основных характеристик и параметров, можно судить о совершенстве его действительного цикла реально работающего двигателя, о его работоспособности, о том, какие максимальные нагрузки он выдерживает, способен ли он преодолеть кратковременные нагрузки, а так же можно говорить об показателях его экономичности.
С помощью теплового расчёта были подсчитаны внешние скоростные характеристики двигателя. Построены индикаторная диаграмма и скоростная характеристика двигателя. Индикаторная диаграмма была построена с использованием данных расчёта рабочего процесса. В расчёте рабочего процесса были рассмотрены процессы впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Были рассчитаны эффективные показатели, основные параметры цилиндра и двигателя.
По данным теплового расчёта был выведен тепловой баланс, который позволяет определить тепло, превращённое в полезную эффективную работу, т.е. установить степень достигнутого совершенства теплоиспользования и наметить пути уменьшения имеющихся потерь.
Внешняя скоростная характеристика двигателя позволяет провести анализ и дать оценку мощностных, динамических и эксплуатационных показателей при работе двигателя с полной нагрузкой. Скоростная характеристика показывает изменение мощности, крутящего момента, расходов топлива и других параметров от частоты вращения коленчатого вала.
На основе данных полученных в процессе теплового расчёта, можно сделать некоторые выводы. Дизельный двигатель имеет эффективный КПД равный 40%. Удельный эффективный расход топлива составляет 211 г/кВт∙ч. Среднее эффективное давление 1,06 МПа, что вполне соответствует такому роду двигателей. Этот двигатель можно отнести к низкооборотным двигателям с большой мощностью. Отсюда следует, что целесообразно использовать его в качестве привода для грузовых автомобилей.
Список использованной литературы
1. Двигатели внутреннего сгорания. Кн. 1. Теория рабочих процессов / Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высшая школа, 1995.
2. Двигатели внутреннего сгорания. Кн. 2. Динамика и конструирование / Под ред. В.Н.Луканина. М.: Высшая школа, 1985.
3. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. М.:Машиностроение, 1980.
4. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. М.:Машиностроение, 1983.
5. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на проч- ность поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. А.С. Орли- на, М.Г. Круглова. М.:Машиностроение, 1984.
6. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высшая школа, 2002.
Приложение А
Таблица А.1 - Сравнение показателей рассчитанного двигателя с прототипом
Показатели Тип двигателя
Прототип Рассчитанный
1 2 3
Коэффициент избытка воздуха α 1,5…2,0 1,7
Давление остаточных газов , МПа
0,13…0,17 0,144
Температура остаточных газов , K 600…900 820
Степень подогрева заряда
-5…10 10
Коэффициент остаточных газов γr 0,02…0,03 0,035
Температура в конце впуска , К
320…400 370
Коэффициент наполнения
0,80…0,97 0,723
Показатель политропы сжатия
1,34…1,37 1,36
Температура в конце сжатия , К
800…1100 999
Давление в конце сжатия , МПа
4,5…10,0 5,15
Степень повышения давления цикла
1,4…1,8 1,7
Степень предварительного расширения
1,2…1,4 1,25
Температура конца видимого сгорания , К
1800…2200 2060
Максимальное давление сгорания , МПа
10,0…14,0 8,76
Показатель политропы расширения
1,15…1,25 1,22
Температура в конце расширения , К
1000…1200 1179
Давление в конце расширения , МПа 0,50…0,80 0,5
Средняя скорость поршня , м/с
7…13 10
Среднее эффективное давление , МПа 0,7…2,0 0,72
Индикаторный КПД
0,4…0,5 0,479
Эффективный КПД
0,32…0,45 0,372
Механический КПД
0,80…0,90 0,777
Эффективный удельный расход топлива ,г/(кВт·ч)
200…260 228
Отношение
0,9…1,2 1,0
Относительная теплота , %
32…45 37,2
Относительная теплота , %
10...26 23,9
Относительная теплота , %
25…40 35,6
Относительная теплота , %
0 0
Относительная теплота , %
2…5 3,3
Фазы газораспределения:
-открытие впускного клапана до ВМТ , град
50…80 50
-закрытие впускного клапана после НМТ , град
40…50 50
-открытие выпускного клапана до НМТ , град
40…60 60
-закрытие выпускного клапана после ВМТ , град
40…60 40
Скорость нарастания давления при сгорании , МПа/град
0,2…0,5 0,258
Критерий Гинцбурга , кВт/см
1,3…2,8 1,86
Критерий Костина
3,5…9,0 6,92
Масса двигателя в кг
832…1602 1045
Приложение Б
Техническая характеристика двигателя
1. Тип двигателя – дизельный с наддувом.
2. Число тактов – 4.
3. Число и расположение цилиндров – 8, V-образное.
4. Порядок работы цилиндров – 1-5-4-2-6-3-7-8.
5. Расположение и число клапанов в цилиндре – верхнее, по два в цилиндре.
6. Рабочий объем двигателя, дм3 – 12,96.
7. Диаметр цилиндра, мм – 128.
8. Ход поршня, мм – 128.
9. Степень сжатия – 15,4.
10. Номинальная мощность, кВт – 243.
11. Максимальная рабочая частота вращения, мин-1 – 2100.
12. Габаритные размеры двигателя, мм – 940х1022х1210.
13. Направление вращения коленчатого вала – правое.
14. Максимальное среднее эффективное давление, МПа – 1,06.
15. Максимальный эффективный крутящий момент, Н∙м – 899.
16. Минимальная частота вращения коленчатого вала, мин-1 – 600.
17. Частота вращения при максимальном крутящем моменте, мин-1 – 1356.
18. Сорт топлива – дизельное топливо по ГОСТ 305-82.
19. Минимальный удельный расход топлива, г/(кВт∙ч) – 211.
20. Фазы газораспределения: впуск (начало, конец), выпуск (начало,
конец) – (50, 50), (60, 40).
21. Наличие наддува – есть.
22. Тип системы охлаждения – жидкостный, закрытый с принудительной
циркуляцией.
23. Объем смазочной системы, дм3 – 25.
24. Объем жидкостной системы охлаждения, дм3 – 50.
Чертежи:
Скачать: