Смекни!
smekni.com
Транспорт

Расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968М

Рис.4.7.Криваяудельных сил РК МР=0,05Мпа в мм

М=30 в мм

Рис. 4.8. Кривая удельныхсил РТ МР=0,0 Мпа в мм

М=30 в мм


Рис. 4.6. Кривые удельныхсил РSи PN МР=0,05Мпа в мм

М=30 в мм

Рис. 4.9. Крутящих моментов МКР ММ=5 Н*м в мм

М=1,20 в мм



Рис. 4.5. Кривые удельныхсил Р и Pi МР=0, Мпа в мм

М=30в мм


Министерство образования

РоссийскойФедерации


Вологодский государственный

технический университет


Факультет:ФПМ

Кафедра:А и АХ

Дисциплина:АД


РАСЧЕТНОПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА

К КУРСОВОМУПРОЕКТУ

Тема:расчет карбюраторногоV-образногочетырехцилиндровогодвигателя

нашасси автомобиляЗАЗ968М

(Ne=60л.с.(44,1 кВт),n=4500мин-1,=7,5,воздушноеохлаждение)


Выполнил:Дроздов Д. В.

Группа:МАХ-41

Принял:к.т.н. ЯковицкийА. А.


Вологда,2001 г.


Содержание

Введение

Заданиена курсовойпроект

  1. Тепловойрасчет

  2. Построениевнешней скоростнойхарактеристикидвигателя

  3. Сравнениепараметровпроектируемогодвигателя ипрототипа

  4. Расчеткинематикии динамикидвигателя

    1. Кинематическийрасчет

    2. Динамическийрасчет

  5. Анализкомпьютерногорасчета на ЭВМ

  6. Уравновешиваниедвигателя

  7. Расчетосновных деталейдвигателя

  8. Спец.разработка ( система охлаждения)

Заключение

Списоклитературы


ВВЕДЕНИЕ


На наземномтранспортенаибольшеераспространениеполучили двигателивнутреннегосгорания. Этидвигателиотличаютсякомпактностью,высокой экономичностью,долговечностьюи применяютсяво всех отрасляхнародногохозяйства.

В настоящеевремя особоевнимание уделяетсяуменьшениютоксичностивыбрасываемыхв атмосферувредных веществи снижениюуровня шумаработы двигателей.

Спецификатехнологиипроизводствадвигателейи повышениетребованийк качествудвигателейпри возрастающемобъеме ихпроизводства,обусловилинеобходимостьсозданияпредполагаемыепоказателицикла, мощностьи экономичность,а также давлениегазов, действующихв надпоршневомпространствецилиндра, взависимостиот угла поворотаколенчатоговала. По даннымрасчета можноустановитьосновные размерыдвигателя(диаметр цилиндраи ход поршня)Успешное применениедвигателейвнутреннегосгорания, разработкаопытных конструкцийи повышениемощностныхи экономическихпоказателейстали возможныв значительноймере благодаряисследованиями разработкетеории рабочихпроцессов вдвигателяхвнутреннегосгорания.

Выполнениезадач по производствуи эксплуатациитранспортныхдвигателейтребует отспециалистовглубоких знанийрабочего процессадвигателей,знания их конструкцийи расчета двигателейвнутреннегосгорания.

Рассмотрениеотдельныхпроцессов вдвигателяхи их расчетпозволяютопределитьи проверитьна прочностьего основныедетали.

ЗАДАНИЕ НАКУРСОВОЙ ПРОЕКТ


Позаданным параметрамдвигателяпроизвеститепловой расчет,по результатамрасчета построитьиндикаторнуюдиаграмму,определитьосновные параметрыпоршня и кривошипа.Разобратьдинамикукривошипно-шатунногомеханизма.Построитьграфик среднихкрутящих моментов.

Параметрыдвигателя:


Номинальнаямощность, л.с.(кВт)

Числоцилиндров,i

Расположениецилиндров

Типдвигателя

Частотавращенияколенвала,об/мин-1

Степеньсжатия

60(44,1)

4

V-образное

карбюраторный

4500

7,5

1.ТЕПЛОВОЙРАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ[1, с.7294]

1.1.Выбор исходныхданных

1.1.1.Топливо


Степеньсжатия проектируемогодвигателя =7,5. В качестветоплива выбираембензин маркиА76.

Элементарный состав топлива: С+Н+О=1

гдеC=0,855;H=0,145;О=0.

Молекулярнаямасса топлива:МT=115кг/кмоль.

Низшаятеплота сгораниятоплива:

Нu=33,91C+125,60H10,89(OS)2,51(9H+W);

Нu=33,910,855+125,600,1452,51(90,145)=43930кДж/кг.


1.1.2.Параметры рабочего тела


Теоретическинеобходимоеколичествовоздуха длясгорания 1кгтоплива:

кг возд./кгтопл.

кмольвозд./кг топл.

Коэффициент избытка воздуха α принимаем равным 0,96 для получения оптимальногосоотношения экономичности и мощности проектируемогодвигателя.

Количество горючей смеси:М1= Lo+1/mт= 0,960,516+1/115=0,5050 кмоль.

Принеполном сгораниитоплива ( 1) продукты сгоранияпредставляютсобой смесьокиси углерода(СО), углекислогогаза (СО2), водяного пара(Н2О),свободноговодорода (Н2), и азота (N2). Количествоотдельныхсоставляющихпродуктовсгорания и ихсумма при К=0,5(Кпостояннаязависящая ототношенияколичестваводорода кокиси углерода,содержащихсяв продуктахсгорания):

МСО=2[(1)/(1+K)]0,208Lo;

МСО=2[(10,96)/(1+0,5)]0,2080,517=0,0057кмоль/кг топл.

МСО

=С/12-2[(1)/(1+K)]0,208Lo;

МСО

=0,855/122[(1-0,96)/(1+0,5)]0,2080,517=0,0655кмоль/кгтопл.

МН

=2К[(1)/(1+K)]0,208Lo;

МН

=20,47[(10,96)/(1+0,5)]0,2080,517=0,0029кмоль/кгтопл.

МН

О=Н/22К[(1-)/(1+K)]0,208Lo;

МН

О=0,145/2-20,47[(10,96)/(1+0,5)]0,2080,517=0,0696кмоль/кг топл.

МN

=0,792Lo;

МN

=0,7920,960,517=0,393кмоль/кг топл.

Суммарноеколичествопродуктовсгорания:

М2=МСО+МСО

+МН
+ МН
О+ МN
;

М2=0,0073+0,063+0,0034+0,069+0,388=0,5367 кмоль/кгтопл.

Проверка:

М2=С/12+Н/2+0,792Lo;

М2=0,855/12+0,145/2+0,7920,960,517=0,5367кмоль/кг топл.


1.1.3.Параметры окружающей среды и остаточныхгазов


Атмосферноедавление итемператураокружающейсреды: po=0,101МПа;To=293К.Температуруостаточныхгазов принимаемна основании опытных данных[1,с.43]:

Тr=1040К;pr=1,16po=1,160,101=0,11716МПа.

Давлениеостаточныхгазов Рrможно получитьна номинальномрежиме:

РrN=1,18Р0=0,118Мпа

Ар=(РrN- Р01,035)108/(nN2Р0)=0,716

Находимдавление остаточныхгазов Рr:

Рr=Р0(1.035+ Ар10-8n2)

Рr=0,101(1,035+0,71610-845002)=0,118МПа


1.2.Процесс впуска


Температуру подогревасвежего заряда принимаем на основании опытных данных[1,с.44]: Т=80 C.

Плотность заряда на впуске:ρо=р0106/(RВTО)=0,101106/(287293)=1,189 кг/м3,

гдер0=0,101 МПа;Т0=293 К;RВудельная газоваяпостояннаяравная 287 Дж/кгград.

Давление заряда в конце наполненияРапринимаем на основании рекомендаций[1,с.44] в зависимости от средней скорости поршняСп=Sn/30,где Sход поршня,n-заданная частота вращения коленвала двигателя: Сп=0,092 4500/30=9,51м/с.

Принимаем ра=0,0909МПа.

Коэффициентостаточныхгазов:

γr=

,

гдеочкоэффициент очистки; дозкоэффициентдозарядки (без учета продувкии

дозарядки оч=1;доз=0,95).

γr=

=0,07.

Температура заряда в конце впуска:

Та=(To+Т+ γrТr)/(1+γr);

Та =(293+8+0,071040)/(1+0,07)=349,3 К.

Коэффициентнаполнения:

;

=0,73.

1.3.Процесс сжатия


Средниепоказатели адиабаты сжатия при работе двигателя наноминальномрежиме определяемпо номограмме [1,с.48] при =7,5 и Та=349,3 К:k1=1,3775;средний показательполитропысжатия принимаемнесколькоменьше k1: n1=k1-0,02=1,3575.

Давлениев конце сжатия:

рс= раn1;

рс=0,0857,51,3575= 1,31 МПа.

Температурав конце сжатия:

Тс= Та(n1-1) ;

Тс=349,37,5(1,3575-1)=717,85 К.

tc=Тс–273;

tc=717,85273=444,850C.

Средняямольная теплоемкостьв конце сжатия:

свежейсмеси:

(mC

)
=20,6+2,63810-3tc=20,6+2,63810-3444,85=21,77кДж/(мольград

остаточныхгазов:

(mC

)
=23,805 кДж/(мольград -определяемметодом экстрополяции(1, табл.7)

рабочейсмеси:

(mC

)
=(mC
)
=1/(1+γr)((mC
)
+γr(mC
)
)=21,903кДж/(мольград

Числомолей остаточныхгазов:

Мr=rL0;

Мr=0,960,070,517=0,0347кмоль/кгтопл.

Числомолей газовв конце сжатиядо сгорания:

Мс=М1+Мr;

Мс=0,505+0,0347=0,5397кмоль/кгтопл.


1.4.Процесс сгорания


Химическийкоэффициентмолекулярногоизменения:

о=М2/М1,

гдеМ1количествогорючей смеси,отнесенноек 1кг топлива;М2 количествопродуктов сгорания, отнесенноек 1кг топлива.

о=0,5367/ 0,505=1,0628.

Действительный коэффициент молекулярногоизменения:

=(о+γr)/(1+γr);

=(1,0628+0,07)/(1+0,07)=1,0587.

Количествотеплоты, потерянное вследствиехимическойнеполнотысгорания топлива:

Ни=119950(1)L0;

Ни=119950(10,96)0,517=2480,57кДж/кг топл.

Теплота сгорания рабочейсмеси:

Нраб.см.=(НиНи)/М1(1+γr);

Нраб.см.=(439302480,57)/0,505(1+0,07)=76708,5кДж/кг топл.

Средняя мольная теплоемкостьпродуктов сгорания:

(mC

)
=(1/М2)МCО(mC
)
+МСО
(mC
)
+МН
(mC
)
+МН
О(mC
)
+

+МN

(mC

)
;

(mC

)
=(1/0,5367)0,0057(22,49+0,0143tz)+0,0655(39,123+0,003349tz)+0,0029

(19,678+0,001758tz)+0,0699(26,67+0,004438tz)+0,393(21,951+0,001457tz)=

=(24,652+0,002076tz) кДж/(мольград;

Коэффициентиспользованиятеплоты zопределяемпо рис.37 [1,с.77] исходяиз скоростногорежима двигателя:z=0,93 .

Температурав конце видимого периода сгорания:

zН раб. см.+ (mC

)
tc=(mC
)
tz;

0,9376708,5+21,903445=1,0587(24,652+0,002076tz)tz;;

0,002198tz2+26,099tz–81085,74=0;

tz=(26,099+

)/(20,002198)=2556,45 0С;

Tz=tz+273=2556,45+273=2829,45 K.

Максимальноетеоретическоедавление вконце процессасгорания:

рz= pcTz/Tc;

рz=1,311,05872829,45/717,85=5,4665 МПа.

Действительноемаксимальноедавление вконце процессасгорания:

рzд=0,85рz;

рzд=0,855,4665=4,6465МПа.

Степеньповышениядавления:

 =рz/ рс;

=5,4665/1,31=4,173.


1.5.Процессы расширения и выпуска


Среднийпоказательадиабаты расширения k2определяемпо номограмме(см. рис.29 [1,с.57]) при заданном =7,5 для соответствующих значений Tzи α , а среднийпоказательполитропы расширения n2оцениваем повеличине среднегопоказателяадиабаты k2=1,2511: n2=1,251.

Давлениеи температура в конце процессарасширения:

pb=pz/εn2;

pb=5,7665/7,51,251=0,43957МПа.

Tb=TZ/εn2-1;

Tb=2829/7,51,2511=1706К.

Проверкаранее принятойтемпературыостаточныхгазов:

;

=1100К.

Погрешностьсоставит:Δ=100(1100-1040)/1040=5,65%.


1.6.Индикаторныепараметры рабочего цикла


Теоретическоесреднее индикаторноедавление определяемпо формуле:

МПа.

Дляопределениясреднегоиндикаторногодавления примемкоэффициентполноты индикаторнойдиаграммыравным и=0,96, тогда: рi=ирi’=0,961,0406=1,0МПа.

Индикаторныйк.п.д.:

i= pil0/ (Ни0v);

i= (1,0 14,9570,96)/(43,931,1890,73)=0,3766.

Индикаторныйудельный расходтоплива:

gi= 3600/( Ниi);

gi= 3600/( 43,930,3766)=218 г/(кВтч).


1.7.Эффективныепоказателидвигателя


Среднеедавление механическихпотерь длякарбюраторногодвигателя счислом цилиндров

до6 и отношениемS/D1:

pм=0,034+0,0113Vп;

Предварительноприняв ходпоршня Sравным 70 мм,получим:

Vп=Sn/3104

Vп=704500/3104=10,35 м/с.

pм=0,034+0,011310,35=0,151МПа.

Среднееэффективноедавление имеханическийк.п.д.:

pе=pipм;

pе =1,00,151=0,849МПа.

м= ре/ рi;

м=0,849/1,0=0,849.

Эффективный к.п.д. и эффективныйудельный расходтоплива:

е=iм;

е=0,37660,849=0,3198.

ge=3600/(Ние);

ge=3600/(43,930,3198)=256 г/(кВтч).


1.8.Основные параметрыцилиндра идвигателя


а.Литраж двигателя:Vл=30Nе/(реn)=30444,1/(0,8494500)=1,3852л.

б.Рабочий объемцилиндра: Vh=Vл/ i=1,3852/4=0,3463 л.

в.Диаметр цилиндра:D=2103√(Vh/(πS))=2103(0,3463/(3,1470))=96,8мм.

Окончательнопринимаем: S=70мм и D=80мм. Основныепараметры ипоказателидвигателяопределяютсяпо окончательнопринятым значениямSи D:

а.Литраж двигателя:Vл=D2Si/ (4106)=3,14802704/(4106)=1,41л.

б.Площадь поршня:Fп=D2/ 4=3,14802/4=5024мм2=50,24 см2.

в.Эффективнаямощность:Nе=реVлn/(30)=0,8491,414500/(304)=44,89кВт.

Расхождениес заданноймощностью:=100(NезNе)/Nез=100(44,1-44,89)/44,89=0,017.

г.Эффективныйкрутящий момент:Ме=(3*104/)(Ne/n)=(3104/3,14)(44,89/4500)=95,3Нм.

д.Часовой расходтоплива: Gт=Nege103=44,89256103=11,492кг/ч.

е.Литровая мощностьдвигателя:Nл=Ne/Vл=44,89/1,41=31,84кВт/л.


1.9.Построениеиндикаторнойдиаграммы


Режимдвигателя: Ne=44,89кВт,n=4500об/мин.

Масштабыдиаграммы: ходапоршня Ms=0,7ммв мм,давлений Mp=0,035МПав мм.

Величины,соответствующиерабочему объемуцилиндра иобъему камерысгорания:

АВ=S/Ms=70/0,7=100мм;

ОА=АВ/ (1)=100/(7,51)=15,38мм.

Масштабнаявысота диаграммы(т. Z):

Pz/Мр=5,4665/0,035=156,2мм.

Ординатыхарактерныхточек:

ра/ Мр=0,085/0,035=2,4мм;

рс/ Мр=1,31/0,035=37,4мм;

рb/ Мр=0,4395/0,035=12,6мм;

рr/ Мр=0,118/0,035=3,4 мм;

ро/ Мр=0,1/0,035=2,9мм.

Построениеполитроп сжатияи расширенияаналитическимметодом:

а.Политропасжатия: рх=ра(Vа/ Vх)n1.Отсюда рх/ Мр=(ра/Мр)(ОВ/ОХ)n1мм,

где ОВ= ОА+АВ=15,38+100=115,38 мм;n11,3575 .

б.Политропарасширения: рх= рb(Vb/ Vх)n2.Отсюда рх/ Мр=(pb/Мр)(ОВ/ОХ)n2мм,

гдеОВ=115,38; n2=1,251.

Данныерасчета точекполитроп приведеныв табл.1.1.

Теоретическоесреднее индикаторноедавление:

рi’=F1Mp/AB=29500,035/100=1,0325МПа,

гдеF1=2950мм2площадь диаграммыaczbaна рис.1.1.

Величинарi’=1,0325 МПаполученнаяпланиметрированием индикаторнойдиаграммы оченьблизка к величине рi’=1,0406МПаполученнойв тепловомрасчете.

Таблица1.1.



№

точек

ОХ,

мм

 ОВ/ОХ Политропа сжатия Политропа расширения

(ОВ/ОХ)1,3575

Рх/Мр,

мм

Рх,МПа

(ОВ/ОХ)1,251

Рх/Мр,

мм

Рх,МПа

1


2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15,4


16,5

17,8

19,2

21,0

23,1

25,6

28,9

33,0

38,5

46,2

57,7

76,9

115,4

7,5


7

6,5

6

5,5

5

4,5

4

3,5

3

2,5

2

1,5

1

15,41


14,04

12,69

11,39

10,12

8,89

7,70

6,57

5,48

4,44

3,47

2,56

1,73

1

37,0


33,6

30,4

27,4

24,3

21,3

18,5

15,7

13,1

10,7

8,3

6,1

4,2

2,4

1,30

(точкас)

1,18

1,06

0,96

0,85

0,75

0,65

0,55

0,46

0,37

0,29

0,21

0,15

0,08

(точкаa)

12,44


11,40

10,40

9,41

8,44

7,49

6,56

5,66

4,79

3,95

3,15

2,38

1,66

1

156,5


143,6

130,6

118,8

106,2

94,3

82,9

71,2

60,3

49,7

39,6

30,0

20,9

12,6

5,48

(точкаz)

5,03

4,57

4,16

3,72

3,30

2,90

2,49

2,11

1,74

1,39

1,05

0,73

0,441

Фазыгазораспределениядвигателя:

открытиевпускногоклапана (точкаr’) 10 до в.м.т.

закрытиевпускногоклапана (точкаa’’) 46 после н.м.т.

открытиевыпускногоклапана (точкаb’) 46 до н.м.т.

закрытиевыпускногоклапана (точкаa’) 10 после в.м.т.

уголопережениязажигания(точка c’) 35 до в.м.т.


Всоответствиис фазами газораспределенияи углом опережениязажиганияопределяемположение точекr’,a'',b',a',c'и f по формуледля перемещенияпоршня:

AX=

,

гдеотношениерадиуса кривошипак длине шатуна(предварительнопринимаем=0,285).

Расчетыординат точексведены в табл.1.2.


Таблица1.2.


Обозначе-ниеточек

Положениеточек

φ°

AX,мм

r’

10°до в.м.т.

10

0,0195

0,975

a'

10°после в.м.т.

10

0,0195

0,975

a''

46°после н.м.т.

134

1,7684

88,42

c'

35°до в.м.т.

35

0,2245

11,225

f

30°до в.м.т.

30

0,1655

8,275

b'

46°до н.м.т.

134

1,7684

88,42

Положениеточки с’’определяетсяиз выражения:

pc’’=(1,15...1,25)pc;

pc’’=1,251,31=1,638МПа; pc’’/Мp=1,638/0,035=46,8мм.

Действительноедавление сгорания:

pzд=0,85рz;

pzд=0,855,4665=4,6465МПа.

pzд/МP=4,6465/0,035=132,8мм.


1.10.Тепловойбаланс


Общееколичествотеплоты, введенноев двигательс топливом:

Qo=HиGт/3,6;

Qo=4393011,492/3,6=140234Дж/с.

Теплота,эквивалентнаяэффективнойработе:

Qе=1000Nе;

Qе=100044,89=44890 Дж/с.

Теплота, передаваемаяохлаждающейсреде:

Qв=ci D1+2m nm(Hи-Hи)/(Hи),

гдеc=0,5коэффициентпропорциональностидля четырехтактногодвигателя;m=0,62показательстепени длячетырехтактногодвигателя; i= 4 число цилиндров;n=4500об/минчастотавращения коленвала.

Qв=0,5481+2*0,6245000,62(43930-2480,54)/(0,9643930)=38144 Дж/с.

Теплота,унесенная сотработавшимигазами:

Qг=(Gт/3,6)M2(mC

)
+8,315tr-M1(mC
)
+8,315to,

где(mC

)
=25,176кДж/(кмольград)теплоемкостьостаточныхгазов,

(mC

)
=20,775кДж/(кмольград) теплоемкостьсвежего заряда(для воздуха)определяемпо табл.5,71,с.16,18.

Qг=(11,492/3,6)0,530725,176+8,3157670,50520,775+8,31520=43071,8 Дж/с.

Теплота,потеряннаяиззахимическойнеполнотысгорания топлива:

Qн.с.=HиGт/3,6;

Qн.с.=2480,5411,492/3,6=7918Дж/с.

Неучтенныепотери теплоты:

Qост.=Q0-(Qе+Qв+Qг+Qн.с).=6210,2

Составляющиетепловогобаланса представленыв табл.1.3.


Таблица1.3.


Составляющиетеплового

баланса

Q,Дж/с

q,%

Теплота, эквивалентнаяэффективнойработе

44890

32

Теплота, передаваемаяохлаждающейсреде

38144

27,2

Теплота,унесенная сотработавшимигазами

43071

30,7

Теплота,потеряннаяиз-за химическойнеполнотысгорания топлива

7918

5,6

Неучтенныепотери теплоты

6210,2

4,5

Общееколичествотеплоты, введенноев двигательс топливом

140234

100

2.ВНЕШНЯЯСКОРОСТНАЯХАРАКТЕРИСТИКА

ДВИГАТЕЛЯ[1, с.106112]


Эффективнаямощность двигателяопределяетсяпо формуле:

Nex=Ne

,

гдеNe=44,89кВт; nN=4500об/мин.

Эффективныйкрутящий момент:

Mex=3104Nex/(nx);

Удельныйэффективныйрасход топлива:

gex=geN

,

гдеgeN=256г/(кВтч).

Часовойрасход топлива:

Gтx=gexNex10-3;

Значениепринимаемпостоянным(=0,96)на всех скоростныхрежимах кромеминимального(=0,86).

Коэффициентнаполнения:

vx=pexloxgex/(3600k);

Коэффициентприспосабливаемости:

k=Memax/MeN=118,2/95,3=1,24.

K– коэффициентприспособливаемости,служит дляоценки приспособляемостидвигателя кизменениювнешней нагрузки.

Расчетыпроизведеныдля всех скоростныхрежимов двигателяи представленыв табл.2.1.


Таблица 2.1.


nx, об/мин

Ne,кВт

Me, Нм

ge,г/(кВтч)

Gt,кг/ч

v

1000

11,70

111,8

252

2,948

0,8742

0,86

2700

33,40

118,2

215

7,181

0,9174

0,96

4500

44,89

95,3

256

11,492

0,8752

0,96

5000

43,82

83,5

282

12,329

0,8633

0,96

Поданным табл.2.1. строим графикизависимостиNe,Me,pe,ge,Gt,vи от частотывращения коленчатоговала двигателяn (рис.2.1.).


3.СРАВНЕНИЕПОКАЗАТЕЛЕЙПРОЕКТИРУЕМОГО

ДВИГАТЕЛЯИ ПРОТОТИПА


Основныепараметрыпроектируемогодвигателя ипрототипапредставленыв табл.3.1.


Таблица3.1.


№

Наименованиеи размерностьпоказателей

Обознач-иепоказателя

Проектируемыйдвигатель

Прототип(ЗАЗ-968М)

1

Диаметрцилиндра, мм

D

80

76

2

Литраж,л

i*Vh

1,385

1,197

3

Числоцилиндров

i

4

4

4

Степеньсжатия

7,5

7,2

5

Частотавращенияколенвала(номинальныйрежим), об/мин

n

4500

4400

6

Ходпоршня, мм

S

70

66

7

Максимальнаямощность(номинальныйрежим), кВт

Ne

44,89

30,8

8

Удельныйэффективныйрасход топлива(номинальныйрежим), г/(кВт*ч)

ge

256

-

9

Максимальныйкрутящий момент(номинальныйрежим), Н* м

Memax

118,2

92,3

10

Частотавращенияколенвала,соответствующаямаксимальномумоменту, об/мин

nM

2700

3000

11

Среднееэффективноедавление(номинальныйрежим), МН/м2

Pe

0,849

0,7

12

Литроваямощность, кВт/л

Neл

31,84

25,73

13

Минимальныйудельныйэффективныйрасход топлива,г/(кВт*ч)

gemin

215

333

Присравнениипоказателейдвигателейвидно, чторазрабатываемый двигательимеет большуюмощность икрутящий момент,более высокуючастоту вращенияколенчатоговала и болееэкономичен.


4.КИНЕМАТИКАИ ДИНАМИКА [1,с.115173]

4.1.Кинематическийрасчет двигателя


Перемещениепоршня рассчитываетсяпо формуле:

Sx=R

,

гдеRрадиускривошипа (R=35мм),отношениерадиуса кривошипак длине шатуна(=0,285),

  уголповорота коленчатоговала.

Расчет производитсячерез каждые10° угла поворотаколенчатоговала.

Угловаяскорость вращенияколенчатоговала:

=n/30=3,144500/30=471рад/с.

Скоростьпоршня:

Vп=R(sin+

sin2)=4710,035(sin+
sin2) м/с.

Ускорениепоршня:

j=2R(cos+cos2)=47120,0,35(cos+0,285cos2) м/с2.

Результатырасчетов занесеныв табл.4.1.


Таблица4.1.


°

Sx,мм

Vn,м/с

cos+cos2

j,м/с2

0

0

0

0

0,0000

1,2850

9977

10

0,0195

0,6821

0,2224

3,6660

1,2526

9726

20

0,0770

2,6942

0,4336

7,1482

1,1580

8991

30

0,1696

5,9360

0,6234

10,2769

1,0085

7831

40

0,2928

10,2492

0,7831

12,9098

0,8155

6332

50

0,4408

15,4292

0,9064

14,9417

0,5933

4607

60

0,6069

21,2406

0,9894

16,3108

0,3575

2776

70

0,7838

27,4334

1,0313

17,0008

0,1237

960

80

0,9646

33,7594

1,0335

17,0380

-0,0942

-731

90

1,1425

39,9875

1,0000

16,4850

-0,2850

-2213

100

1,3119

45,9148

0,9361

15,4311

-0,4415

-3428

110

1,4679

51,3748

0,8481

13,9809

-0,5603

-4351

120

1,6069

56,2406

0,7426

12,2420

-0,6425

-4989

130

1,7264

60,4244

0,6257

10,3148

-0,6923

-5375

140

1,8249

63,8723

0,5025

8,2829

-0,7166

-5564

150

1,9017

66,5578

0,3766

6,2081

-0,7235

-5618

160

1,9564

68,4727

0,2504

4,1282

-0,7214

-5601

170

1,9891

69,6187

0,1249

2,0591

-0,7170

-5567

180

2,0000

70,0000

0,0000

0,0000

-0,7150

-5552

190

1,9891

69,6187

-0,1249

-2,0591

-0,7170

-5567

200

1,9564

68,4727

-0,2504

-4,1282

-0,7214

-5601

210

1,9017

66,5578

-0,3766

-6,2081

-0,7235

-5618

220

1,8249

63,8723

-0,5025

-8,2829

-0,7166

-5564

230

1,7264

60,4244

-0,6257

-10,3148

-0,6923

-5375

240

1,6069

56,2406

-0,7426

-12,2420

-0,6425

-4989

250

1,4679

51,3748

-0,8481

-13,9809

-0,5603

-4351

260

1,3119

45,9148

-0,9361

-15,4311

-0,4415

-3428

270

1,1425

39,9875

-1,0000

-16,4850

-0,2850

-2213

280

0,9646

33,7594

-1,0335

-17,0380

-0,0942

-731

290

0,7838

27,4334

-1,0313

-17,0008

0,1237

960

300

0,6069

21,2406

-0,9894

-16,3108

0,3575

2776

310

0,4408

15,4292

-0,9064

-14,9417

0,5933

4607

320

0,2928

10,2492

-0,7831

-12,9098

0,8155

6332

330

0,1696

5,9360

-0,6234

-10,2769

1,0085

7831

340

0,0770

2,6942

-0,4336

-7,1482

1,1580

8991

350

0,0195

0,6821

-0,2224

-3,6660

1,2526

9726

360

0,0000

0,0000

0,0000

0,0000

1,2850

9977

Поданным табл.4.1.строим графикизависимостиперемещения,скорости иускорения поршня от углаповорота коленчатоговала (см. рис.4.1.,4.2., 4.3.).


4.2.Динамическийрасчет двигателя

4.2.1.Силы давления газов


Используяметод Бриксапроизводимразвертываниеиндикаторнойдиаграммы поуглу поворотаколенчатоговала (рис.4.4.). ПоправкаБрикса:R/(2MS)=350,285/(21)=4,98мм,

гдеMS=1мм в мммасштаб ходапоршня наиндикаторнойдиаграмме(масштаб изменендля удобства).

Масштабыразвернутойдиаграммы:давлений иудельных силMP=0,04 МПав мм; угла поворотакривошипа М=2°в мм,или М’=4/ОВ=43,14/360=0,0349радв мм,где ОВдлина развернутойиндикаторнойдиаграммы вмм.

Поразвернутойиндикаторнойдиаграмме черезкаждые 30° углаповорота кривошипа(на участкахрезкого изменениядавления интервалсокращаетсядо 10°) определяемзначение pГи заносим вгр.2 своднойтабл.4.2. динамическогорасчета.


4.2.2.Приведениемасс частейкривошипно-шатунногомеханизма


Потабл.21 1,с.127с учетом диаметрацилиндра, отношенияS/Dи V-образногорасположенияцилиндровустанавливаем:

а. масса поршневойгруппы (дляпоршня изалюминиевогосплава принятоm’п=100кг/м2):

mп=m’пFп=1000,005024=0,5024кг;

б. масса шатуна(для стальногокованного шатун принято m’ш=150кг/м2):

mш=m’шFп=1500,005024=0,7536кг;

в. масса неуравновешенныхчастей одногоколена валабез противовесов(для чугунного

литоговала принятоm’к=180кг/м2):mк=m’кFп=1800,005024=0,9043кг.

Массашатуна, сосредоточеннаяпа оси поршневогопальца:

mшп=0,275mш=0,2750,7536=0,207­кг.

Массашатуна, сосредоточеннаяна оси кривошипа:

mшк=0,725mш=0,7250,7536=0,546кг.

Массы,совершающиевозвратно-поступательныедвижения:

mj=mп+mшп=0,5024+0,207=0,709кг.

Массы,совершающиевращательноедвижение:

mR=mк+mшк=0,904+0,546=1,45кг.


4.2.3.Удельныеи полные силыинерции


Изтабл.4.1. переносимзначения jв гр.3 табл. 4.2. иопределяемзначения удельнойсилы инерциивозвратно-поступательнодвижущихсямасс (гр.4):

pj=jmj/Fп=j0,709106/0,005024=j135,3106МПа.

Центробежнаясила инерциивращающихсямасс:

KR=mRR2=1,450,0354712103=11,258кН.

Центробежнаясила инерциивращающихсямасс шатуна:

KRш=mшкR2=0,5460,0354712103=4,239кН.

Центробежнаясила инерциивращающихсямасс кривошипа:

KRк=mкR2=0,9040,0354712103=7,019кН.


4.2.4.Удельныесуммарные силы


Удельнаясила, сосредоточеннаяна оси поршневогопальца (гр.5табл.4.2.): p=pг+рj.

Удельнаянормальнаясила (гр.7 табл.4.2.):pN=ptg,

гдезначения tgопределяемдля =0,285по табл.22 1,с.130и заносим вгр.6.

Удельнаясила, действующаявдоль шатуна(гр.9 табл. 4.2.):ps=p(1/cos).

Удельнаясила, действующаяпо радиусукривошипа(гр.11 табл. 4.2.):pк=pcos(+)/cos.

Удельнаятангенциальнаясила (гр.13 табл.4.2.): pT=psin(+)/cos.

Полнаятангенциальнаясила (гр.14):T=pTFП=pT0,0073898103.

Таблица4.2.

0

РГ

I, м/с2

Рi, МПа

 Р, МПа

tg 

PN, МПа

1/cos

PS, МПа

cos+/cos

рК, МПа

sin+/cos

РТ, МПа

 Т, кН

МКР.Ц., Н*м

0

0,05

9977

-1,408

-1,358

0

0

1

-1,358

1

-1,358

0

0

0

0

30

-0,08

7831

-1,105

-1,185

0,143

-0,169

1,01

-1,197

0,794

-0,941

0,624

-0,739

-3,715

-130,03

60

-0,1

2776

-0,392

-0,492

0,253

-0,124

1,031

-0,507

0,281

-0,138

0,993

-0,488

-2,453

-85,86

90

-0,05

-2213

0,312

0,262

0,295

0,077

1,043

0,274

-0,285

-0,075

1

0,262

1,318

46,12

120

-0,03

-4989

0,704

0,674

0,252

0,170

1,031

0,695

-0,719

-0,485

0,74

0,499

2,506

87,70

150

-0,02

-5618

0,793

0,773

0,145

0,112

1,01

0,781

-0,938

-0,725

0,375

0,290

1,456

50,96

180

0

-5552

0,783

0,783

0

0

1

0,783

-1

0,783

0

0

0

0

210

0,05

-5618

0,793

0,843

-0,143

-0,121

1,01

0,851

-0,938

-0,791

-0,375

-0,316

-1,588

-55,57

240

0,08

-4989

0,704

0,784

-0,253

-0,198

1,031

0,808

-0,719

-0,564

-0,74

-0,580

-2,915

-102,02

270

0,1

-2213

0,312

0,412

-0,295

-0,122

1,043

0,430

-0,285

-0,118

-1

-0,412

-2,071

-72,5

300

0,2

2776

-0,392

-0,192

-0,252

0,048

1,031

-0,198

0,281

-0,054

-0,993

0,190

0,956

33,48

330

0,52

7831

-1,105

-0,585

-0,145

0,085

1,01

-0,591

0,794

-0,465

-0,624

0,365

1,834

64,2

360

1,25

9977

-1,408

-0,158

0

0

1

-0,158

1

-0,158

0

0

0

0

370

4,65

9726

-1,373

3,277

0,049

0,161

1,001

3,281

0,976

3,199

0,222

0,728

3,655

127,94

390

2,8

7831

-1,105

1,695

0,143

0,242

1,01

1,712

0,794

1,346

0,624

1,058

5,314

185,97

420

1,24

2776

-0,392

0,848

0,253

0,215

1,031

0,875

0,281

0,238

0,993

0,842

4,232

148,12

450

0,68

-2213

0,312

0,992

0,295

0,293

1,043

1,035

-0,285

-0,283

1

0,992

4,985

174,48

480

0,45

-4989

0,704

1,154

0,252

0,291

1,031

1,190

-0,719

-0,830

0,74

0,854

4,290

150,16

510

0,3

-5618

0,793

1,093

0,145

0,158

1,01

1,104

-0,938

-1,025

0,375

0,410

2,059

72,06

540

0,16

-5552

0,783

0,943

0

0

1

0,943

-1

0,943

0

0

0

0

570

0,08

-5618

0,793

0,873

-0,143

-0,125

1,01

0,882

-0,938

-0,819

-0,375

-0,327

-1,644

-57,55

600

0,05

-4989

0,704

0,754

-0,253

-0,191

1,031

0,777

-0,719

-0,542

-0,74

-0,558

-2,803

-98,11

630

0,032

-2213

0,312

0,344

-0,295

-0,102

1,043

0,359

-0,285

-0,098

-1

-0,344

-1,730

-60,54

660

0,02

2776

-0,392

-0,372

-0,252

0,094

1,031

-0,383

0,281

-0,104

-0,993

0,369

1,854

64,91

690

0,012

7831

-1,105

-1,093

-0,145

0,158

1,01

-1,104

0,794

-0,868

-0,624

0,682

3,427

119,94

720

0,005

9977

-1,408

-1,403

0

0

1

-1,403

1

-1,403

0

0

0

0

Поданным табл.4.2. строим графикиизмененияудельных силpj, p, ps, pN, pKи pT в зависимостиот угла поворотаколенчатоговала (рис. 4.5., 4.6., 4.7, 4.8.).

Среднеезначениетангенциальнойсилы за цикл:

а. по даннымтепловогорасчета:

Тср=2106РiFп/()=210610,005024/(3,144)=800Н

б. по площади,заключенноймежду кривойРТи осью абцисс(рис. 4.8.):

РТср=(F1-F2)Мр/ОВ=(3493-2073)0,04/360=0,1585

Тср=РТсрFп=0,15850,005024106=795,1Н

Ошибка: =(800-795,1)/800=0,6%


4.2.5.Крутящиемоменты


Крутящиймомент одногоцилиндра (гр.15табл.4.2.):

Мкр.ц=ТR=T0,046103Нм.

Периодизменениякрутящегомомента четырехтактногодвигателя сравными интерваламимежду вспышками:θ=720/i=720/4=180°.

Суммированиезначений крутящихмоментов всехчетырех цилиндровдвигателяосуществляетсятабличнымметодом (табл.4.3.) через каждые30° угла поворотаколенчатоговала и по полученнымданным строитсякривая Мкр (рис. 4.9.).


Таблица4.3.

0

цилиндры

МКР,

Н*м

1-й

2-й

3-й

4-й

0

кривошипа

МКР.Ц.,

Н*м

0

кривошипа

МКР.Ц.,

Н*м

0

кривошипа

МКР.Ц.,

Н*м

0

кривошипа

МКР.Ц.,

Н*м

0

0

0

180

0

360

0

540

0

0

30

30

-130,032

210

-55,574

390

185,974

570

-57,552

-57,2

60

60

-85,860

240

-102,017

420

148,116

600

-98,113

-137,9

90

90

46,120

270

-72,496

450

174,483

630

-60,539

87,6

120

120

87,703

300

33,477

480

150,162

660

64,907

336,2

150

150

50,958

330

64,197

510

72,059

690

119,937

307,2

180

180

0

360

0

540

0

720

0

0

Средний крутящий моментдвигателя:

поданным тепловогорасчета:

Мкр.ср=Мi=Ме/м=95,3/0,849=112,2Нм.

поплощади, заключеннойпод кривой Мкр(рис.4.7.):

Мкр.ср=

Мм=
=111,02Нм.

Погрешностьсоставит:=100(112,2111,02)/112,2=1,05%.

Максимальныйи минимальныйкрутящие моменты(рис.4.9.):

Мкр.max=336,2 Нм; Мкр.min=-137,9 Нм.


4.2.6.Силы,действующиена шатуннуюшейку коленчатоговала


Дляпроведениярасчета результирующейсилы, действующейна шатуннуюшейку двигателя,составляемтабл.4.4.

Суммарнаясила, действующаяна шатуннуюшейку по радиусукривошипа:

Рк=К+КRш=(К4,239)кН, где К=ркF­п=рк0,005024103кН.

Результирующуюсилу Rш.ш, действующуюна шатуннуюшейку, определяемграфическимсложениемвекторов силТ и Ркпри построенииполярной диаграммы(рис.4.10.). Масштабсил на полярнойдиаграммеМр=0,1кНв мм.Значения Rш.шдля различных заносим в табл.4.4.и по ним строимдиаграмму RШ.Ш.в прямоугольныхкоординатах(рис.4.11.).


Таблица4.4.


°

Полныесилы, кН

T

K

Pк

Rш.ш

KРк

Rк

0

0

-6,823

-11,062

11,06


-18,081

18,08

30

-3,715

-4,727

-8,966

9,83


-15,985

16,45

60

-2,453

-0,694

-4,933

5,45

-11,952

12,05

90

1,318

-0,376

-4,615

4,75


-11,634

11,63

120

2,506

-2,435

-6,674

7,17


-13,693

13,94

150

1,456

-3,642

-7,881

7,79

-14,900

14,85

180

0

-3,936

-8,175

8,11

-15,194

15,05

210

-1,592

-3,972

-8,211

8,30


-15,230

15,21

240

0,000

-2,832

-7,071

7,52

-14,090

14,32

270

-2,071

-0,590

-4,829

5,18

-11,848

11,91

300

0,956

-0,271

-4,510

4,58

-11,529

11,51

330

1,834

-2,334

-6,573

6,7

-13,592

13,85

360

0,000

-0,794

-5,033

5,03

-12,052

12,03

370

3,655

16,071

11,832

0,75

4,813

6,03

380

5,216

10,901

6,662

6,30

-0,357

5,24

390

5,314

6,761

2,522

5,85

-4,497

6,85

420

4,232

1,198

-3,041

4,72

-10,060

9,89

450

4,985

-1,421

-5,660

7,50

-12,679

13,51

480

4,290

-4,169

-8,408

9,41

-15,427

15,97

510

2,059

-5,150

-9,389

9,50

-16,408

16,45

540

0

-4,740

-8,979

8,98

-15,998

16,03

570

-1,644

-4,113

-8,352

8,41

-15,371

15,31

600

-2,803

-2,724

-6,963

7,45

-13,982

14,04

630

-1,730

-0,493

-4,732

5,06

-11,751

11,81

660

1,854

-0,525

-4,764

5,17

-11,783

11,91

690

3,427

-4,360

-8,599

9,21

-15,618

15,91

720

0

-7,049

-11,062

11,06

-18,307

18,08


Поразвернутойдиаграмме Rш.шопределяем:

Rш.шср=FМр/ОВ=175000,1/240=8,125кН,

гдеОВдлинадиаграммы,Fплощадьпод кривой Rш.ш, мм.

Rш.шmax=11,0,6кН Rш.ш min=0,45кН.;

Пополярной диаграмместроим диаграммуизноса шатуннойшейки (рис. 4,12).Сумму сил Rш.ш,действующихпо каждому лучудиаграммыизноса, определяемс помощью табл.4.5..По данным табл.4.5.в масштабеМр=25кНв ммпо каждому лучуоткладываемвеличины суммарныхсил Rш.ш отокружностик центру.

Подиаграммеизноса определяемположение осимасляногоотверстия(м=67°).


Таблица4.5.

Rшшi

ЗначенияRшшi,кН, для лучей

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Rшш0

11,06

11,06

11,06






11,06

11,06

Rшш30

9,83

9,83

9,83







9,83

Rшш60

5,45

5,45

5,45







5,45

Rшш90

4,75

4,75







4,75

4,75

Rшш120

7,17

7,17







7,17

7,17

Rшш150

7,79

7,79







7,79

7,79

Rшш180

8,11

8,11

8,11






8,11

8,11

Rшш210

8,30

8,30

8,30







8,30

Rшш240

7,52

7,52

7,52







7,52

Rшш270

5,18

5,18

5,18







5,18

Rшш300

4,58

4,58







4,58

4,58

Rшш330

6,7

6,7







6,7

6,7

Rшш360

5,03

5,03

5,03






5,03

5,03

Rшш390






5,85

5,85

5,85

5,85

Rшш420







4,72

4,72

4,72

4,72

Rшш450

7,50







7,50

7,50

7,50

Rшш480

9,41

9,41







9,41

9,41

Rшш510

9,50

9,50







9,50

9,50

Rшш540

8,98

8,98

8,98






8,98

8,98

Rшш570

8,41

8,41

8,41







8,41

Rшш600

7,45

7,45

7,45







7,45

Rшш630

5,06

5,06

5,06







5,06

Rшш660

5,17

5,17







5,17

5,17

Rшш690

9,21

9,21







9,21

9,21

Rшш

162,16

154,66

90,38



5,85

10,57

18,07

115,53

161,43

4.2.7.Силы,действующиена колено вала


Суммарнаясила, действующаяна колено валапо радиусукривошипа:

КРк=Рк+КRк=Рк7,019кН.

Результирующуюсилу, действующуюна колено валаRк=Rшш+КРк,определяемпо диаграммеRш.ш(рис.4.10.).Векторы изполюса Окдо соответствующихточек на полярнойдиаграмме вмасштабе Мр=0,15кНв ммвыражают силыRк, значение которыхдля различныхзаносим в табл.4.4.


5. Анализкомпьютерногорасчета на ЭВМ


Привыполнениикурсовогопроекта мыиспользовалипрограммурасчета на ЭВМ.При ручномрасчете получилинесколькоотличающиесяданные параметровдвигателя.Сравнениеданных представленыв таблице 5.1. Данныекомпьютерногорасчета представленыв таблицах5.2., 5.3., 5.4., 5.5., 5.6., 5.7., 5.8., 5.9.

Таблица5.1.

№

Наименованиеи размерностьпоказателей

Обозначениепоказателя

Расчетна ЭВМ с использованиемспециальнойпрограммы

Расчетбез использованияспециальнойпрограммы

1

Теоретическоесреднее индикаторноедавление, МПа

Рi’

0,9958

1,041

2

Среднееиндикаторноедавление, МПа

Рi

0,956

1

3

ИндикторныйКПД

i

0,3317

0,351

4

Удельныйиндикаторныйрасход топлива,г/(кВт*ч)

gi

242,6

218

5

Среднееэффективноедавление

Pe

0,809

0,849

6

ЭффективныйКПД

е

0,286

0,32

7

МеханическийКПД

м

0,847

0,849

8

Удельныйэффеrтивныйрасход топлива,г/(кВт*ч)

gе

286,595

256

9

Литраж,л

i*Vh

1,81

1,385

10

Мощностьдвигателя,кВт

Ne

56,142

44,89

11

Крутящиймомент примаксимальноймощности, Н*м

Me

116,548

95,3

12

Давлениемеханическихпотерь

Рм

0,147

0,151

13

Диаметрцилиндра, мм

D

80

80

14

Ход поршня,мм

S

90

70

6.Уравновешиваниедвигателя


Силыи моменты,действующиев КШМ непрерывноизменяютсяи если их неуравновешивать,то возникаютсотрясенияи вибрациядвигателя.Уравновешиваниесил инерции1-го и 2-го порядкадостигаетсяподборомопределенногочисла цилиндров,их расположениеми выборомсоответствующейсхемы коленчатоговала. В двигателесилы инерции (Pj)первого порядкаи центробежныесилы (РС)взаимно уравновешаны:

 Pj=0, РС=0.

Силыинерции второгопорядка приводятсяк равнодействующейв вертикальнойплоскости:

 Pj=22miR2cos2=220,7090,03547120,285cos2=4437,58cos2

Значения Pjприведены втаблице 6.1.

Порядокработы цилиндров: 1-3-4-2.


Таблица6.1.

0

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

330

360

Pj

4437

2219

-2219

-4437

-2219

2219

4437

2219

-2219

-4437

-2219

2219

4437

V-образный4-х цилиндровыйдвигатель имеетнеуравновешанныймомент от силинер-ции 1-гопорядка, дляуравновешиваниякоторого предусмотренбалансирныймеханизм иуравновешивающиемассы. Равнодействующиймомент от сил1-го порядкадействует вгоризонтальнойплоскости В-В(рис.6.1.), проходящейчерез ось коленчатоговала.

Мi1=2miR2cosa=0,0031cos

Задаваясьиз конструктивныхсоображенийвеличинамии lопределяемmур:

mур=Мi1/(l)=0,33 кг.

Моментот сил инерции2-го порядкадействуют вгоризонтальнойплоскости ив следствииего незначительностине учитывается.

Мi2=2miR2cosb

Моментот центробежныхсил действуетво вращающейсяплоскости,отстоящей отплоскости 1-гокривошипа на450.

Мс=2mRR2a.

МоментМс легко уравновеситьпри помощипротивовесовс массой каждогопротивовесаmz, расположенныхна продолжениищек коленчатоговала.

mz=2mRR2a/(с)=1,59 кг.

а-расстояниемежду центрамишатунных шеек,

b-расстояниемежду центрамитяжести противовесов,

-расстояние центра тяжестипротивовесадо оси коленчатоговала.


7.РАСЧЕТ ОСНОВНЫХДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ[1, с.197222,245261]


7.1.Расчет поршня


Наоснованииданных тепловогорасчета, скоростнойхарактеристикии динамическогорасчета получили:

диаметрцилиндра D=80мм;

ход поршня:S=70мм;

действительноемаксимальноедавление сгорания:pZд=4,647МПа;

площадьпоршня: Fп=50,24см2;

наибольшаянормальнаясила: Nmax=0,0015МН при=4500

массапоршневойгруппы: mп=0,5024кг;

частотавращения: nmax=4500 об/мин;

отношениерадиуса кривошипак длине шатуна:=0,285.

Всоответствиис существующимианалогичнымидвигателямии с учетомсоотношений,приведенныхв табл.50 1,с.206,принимаем:

толщинаднища поршня:=6мм;

высотапоршня: H=84мм;

высотаюбки поршня:hю=52мм;

высотаверхней частипоршня h1=32мм;

внутреннийдиаметр поршня:di=60,4мм;

диаметрбобышки: dб=32мм;

расстояниемежду торцамибобышек: b=32мм;

расстояниедо первой поршневойканавки: e=8мм;

радиальнаятолщина кольца:tК=tМ=3мм;

радиальныйзазор кольцав канавке поршня:t=0,8мм;

толщинастенки головкипоршня: s=6мм;

толщинастенки юбкипоршня: ю=3мм;

величинаверхней кольцевойперемычки: hп=4мм;

числои диаметр масляныхканалов в поршне:nm’=10и dm=1мм.

Схемапоршня представленана рис.7.1.

Материалпоршня алюминиевыйсплав, п=2210-6­1/К;материал гильзыцилиндра чугун, ц=111061/К.

Напряжениеизгиба в днищепоршня: из=pZд(r1/)2,

гдеr1=D/2(s+t+t)=80/2(6+3+0,8)=30,2мм.

из=4,647(30,2/6)2=117,73МПа.

Днищепоршня должнобыть усиленоребрами жесткости,т.к. из25Мпа.

Напряжениесжатия в сеченииxx:

сж=PZд/Fxx,

где Pzд=pZдFп=4,6470,005024=0,0233МН;

сж=0,0233/0,00119=19,56МПа.

Fxx=(/4)(dk2d­­i2)nm’(dkd­­i)dm/2;

Fxx=((3,14/4)(72,4260,42)106))10-6=0,00119м2.

dk=D2(t+t);

dk=802(3+0,8)=72,4мм.

Напряжениеразрыва в сеченииxx:

максимальнаяугловая скоростьхолостого хода:х.хmax=nх.х max/30;

х.хmax=3,145300/30=555рад/с.

массаголовки поршняс кольцами,расположеннымивыше сеченияxx: mxx=0,5mп;

mxx=0,50,5024=0,2512кг.

максимальнаяразрывающаясила: Pj=mxxR2х.хmax(1+)106;

Pj=0,25120,0355552(1+0,285)10-6=0,00348 МН.

напряжениеразрыва: р=Pj/Fxx;

р=0,00348/0,00119=2,924МПа.

Напряжениев верхней кольцевойперемычке:

среза:=0,0314pZдD/hп;=0,03144,64780/3=3,89МПа.

изгиба:из=0,0045pZд(D/hп)2;из=0,00454,647(80/3)2=14,87МПа.

сложное:=(из2+42);=(14,872+43,892)=16,78МПа.

Удельноедавление поршняна стенку цилиндра:

q1=Nmax/(hюD);q1=0,2930,005024/(0,0560,080)=0,32МПа.

q2=Nmax/(HD);q2=0,2930,005024/(0,0840,080)=0,22МПа.

Диаметрыголовки и юбкипоршня:

Dг=Dг;Dг=800,56=79,44мм.

Dю=Dю;Dю=800,16=79,84мм.

гдег=0,007D=0,00780=0,56мм;ю=0,002D;ю=0,00280=0,16мм.

Диаметральныезазоры в горячемсостоянии:

г’=D1+ц(ТцТ0)Dг1+п(ТгТ0);

г’=801+11106(450293)79,441+22106(650293)=0,074мм;

ю’=D1+ц(ТцТ0)Dю1+п(ТюТ0);

ю’=801+11106(450293)79,841+2210-6(550293)=0,02мм,

гдеТц=450К,Тг=650К,Тю=550Кприняты с учетомвоздушногоохлаждениядвигателя[1,с.203];

ц=111061/К и п=221061/Ккоэффициентылинейногорасширенияматериаловцилиндра ипоршня.


7.2.Расчет поршневогокольца


Параметрыкольца 1,с.206:

радиальнаятолщина кольца:t=3мм;

радиальныйзазор кольцав канавке поршня:t=0,8мм;

высотакольца: а=3 мм;

разностьмежду величинамизазоров замкакольца в свободноми в рабочемсостоянии:

А0=10мм.

материалкольца: серыйчугун, Е=1,0105МПа.

Среднеедавление кольцана стенку цилиндра:

;

МПа.

Давлениекольца на стенкуцилиндра вразличныхточках окружности:p=pсрк.

Значениякдля различныхуглов приведены нас.213 [1].

Результатырасчетов рпредставленыв табл.7.1. По даннымтабл.7.1. строимэпюру давленийкомпрессионногокольца на стенкуцилиндра (рис.7.2.).

Напряжениеизгиба кольцав рабочем состоянии: из1=2,61рср(D/t1)2;

из1=2,610,112(80/31)2=192,6МПа.

Напряжениеизгиба принадеваниикольца напоршень:из2=

,

гдеm=1,57коэффициент,зависящий отспособа монтажакольца.


Таблица7.1.


°

0

30

60

90

120

150

180

к

1,05

1,05

1,14

0,90

0,45

0,67

2,85

р, МПа

0,118

0,118

0,128

0,101

0,05

0,075

0,319


из2=

МПа.

Монтажныйзазор в замкепоршневогокольца: к=к’+D[к(ТкТ0)ц(ТцТ0)],

гдек’=0,08ммминимальнодопустимыйзазор в замкекольца во времяработы двигателя;

к=111061/Ки ц=1110-61/К коэффициентылинейногорасширенияматериалакольца и гильзыцилиндра; Тц=450К,Тк=550Ки Т0=293К.

к=0,07+3,1480[1110-6(550293)1110-6(450293)]=0,356мм.


7.3.Расчет поршневогопальца


Параметрыпоршневогопальца принимаемпо табл.50 [1,c.206]:

наружныйдиаметр пальца:dп=20мм;

внутреннийдиаметр пальца:dв=14мм;

длинапальца: lп=66мм;

длинавтулки шатуна:lш=30мм;

расстояниемежду торцамибобышек: b=32мм;

материалпоршневогопальца: сталь15Х, Е=2105МПа.

Палецплавающеготипа.

Действительноемаксимальноедавление: pzmax=pZд=4,647МПа.

Расчетнаясила, действующаяна поршневойпалец:

газовая:Pzmax=pzmaxFп;Pzmax=4,6470,005024=0,0233МН.

инерционная:Pj=mп2R(1+)10-6,где =nм/30=3,142700/30=282,6рад/с;

Pj=0,5024282,620,035(1+0,285)=0,001805МН.

расчетная:P=Pzmax+kPj,где k=0,8коэффициент,учитывающиймассу поршневогопальца.

P=0,02330,80,001805=0,0219МН.

Удельноедавление пальцана втулку поршневойголовки шатуна:qш=P/(dпlш);

qш=0,0219/(0,020,03)=36,5МПа.

Удельноедавление пальцана бобышки:qб=P/[dп(lп-b)];

qб=0,0219/[0,02(0,0660,032)]=32,21МПа.

Напряжениеизгиба в среднемсечении пальца:из=

,

где=dв/dп=14/20=0,7– отношениевнутреннегодиаметра кольцак наружному.

из=

МПа.

Касательноенапряжениесреза в сеченияхмежду бобышкамии головкойшатуна:

=

;

=

МПа.

Наибольшееувеличениегоризонтальногодиаметра пальцапри овализации:

dпmax=

;

dпmax=

0,0297мм.

Напряжениеовализациина внешнейповерхностипальца:

вгоризонтальнойплоскости(рис.7.3. точки 1,=0°):

а0°=

;

а0°

115,45МПа;

ввертикальнойплоскости(рис.7.3. точки 3,=90°):

а90°

;

а90°

199,78МПа.

Напряжениеовализациина внутреннейповерхностипальца:

вгоризонтальнойплоскости(рис.7.3. точки 2,=0°):

i0°

;

i0°

291,14МПа.

ввертикальнойплоскости(рис.7.3. точки 4,=90°):

i90°=

;

i90°

166,18МПа.

Расчетнаясхема поршневогопальца приведенана рис. 7.3.


7.4.Расчет коленчатоговала


Наоснованииданных динамическогорасчета имеем:

центробежнаясила инерциивращающихсямасс: KR=11,258кН;

валс симметричнымиколенами и спротивовесами,расположеннымина концах вала;

радиускривошипа: R=35мм.

Сучетом соотношений,приведенныхв табл.56 [1,с.247], ианализа существующихдвигателей,принимаемследующиеосновные размерыколена вала:

шатуннаяшейка:

наружныйдиаметр: dш.ш=48мм;

длина:lш.ш=37мм;

кореннаяшейка:

наружныйдиаметр: dк.ш=50мм;

длина:lк.ш=37мм;

расчетноесечение ААщеки:

ширина:b=80мм;

толщина:h=20мм.

Материалвала: сталь40Г.

Расчетнаясхема коленчатоговала представленана рис. 7.4.

Потабл.45 [1,с.200] и соотношениям,приведеннымв §43 [1,с.197204],определяем:

пределыпрочности:в=700МПаи текучести(условные) т=360МПаи Т=210МПа;

пределыусталости(выносливости)при изгибе1=250МПа,растяжениисжатии

1р=180МПаи кручении-1=150МПа;

коэффициентыприведенияцикла при изгибе=0,16и кручении=0,04.

Поформулам (213)(215)[1,с.198] определяем:

приизгибе: =-1/Т=250/360=0,69и (-)/(1)=(0,690,16)/(10,69)=1,71;

прикручении:=-1/Т=150/210=0,71и (-)/(1)=(0,710,04)/(10,71)=2,31;

прирастяжении-сжатии:=-1р/Т=180/360=0,5и (-)/(1)=(0,50,16)/(10,5)=0,68.

Удельноедавление наповерхности:

шатунныхшеек:

kш.ш.ср=Rш.ш.ср/(dш.шl’ш.ш);

kш.ш.ср=8125106/(0,0310,048)=5,46МПа.

kш.ш.max=Rш.ш.max/(dш.шl’ш.ш);

kш.ш.max=11060106/(0,0310,048)=7,43МПа.

гдеRш.ш.ср=8125Ни Rш.ш.max=11060Нсредняя имаксимальнаянагрузка нашатунную шейку;

l’ш.ш.lш.ш.2rгал=3723=31ммрабочаяширина шатунноговкладыша; rгал=3 ммрадиусгалтели.

Моментсопротивлениякручению шатуннойшейки: W ш.ш=(/16)dш.ш;

W ш.ш=(3,14/16)483109=21,710-6м3.

Моменты,изгибающиешатунную шейку(табл.7.2.):

MT=T’1l/2=(0,5T1)­(2lш.ш+lк.ш+3h)/2

Изгибающиймомент, действующийна шатуннуюшейку в плоскостикривошипа:

МZ=Z’l/2+Рпра Нм;

Z’=K’pк+Р’пр=(-0,5Kpк)Рпр

Дляупрощениярасчета Рпр неучитываем.

МZ=K’pl/2 Нм;

Изгибающиймомент, действующийв плоскостиоси масляногоотверстия:

Мм=MTsinмМcosм, гдем=67°.


Таблица7.2.


°

T1',Н

MT, Н*м

MTsinm

Kpк',Н

Z',Н

MZ, Н*м

MZcosm

Mm, Н*м

0

0

0

0

9040,4

9040,4

863,4

337,3

-337,3

30

-1858

-177,4

-163,3

7992,7

7992,7

763,3

298,2

-461,5

60

-1227

-117,1

-107,8

5976,1

5976,1

570,7

223,0

-330,8

90

658,8

62,9

57,9

5816,8

5816,8

555,5

217,1

-159,1

120

1252,9

119,7

110,1

6846,4

6846,4

653,8

255,5

-145,3

150

727,97

69,5

64,0

7449,9

7449,9

711,5

278,0

-214,0

180

0

0

0

7597,0

7597,0

725,5

283,5

-283,5

210

-796

-76,0

-70,0

7614,8

7614,8

727,2

284,1

-354,1

240

-1457

-139,2

-128,1

7045,0

7045,0

672,8

262,9

-391,0

270

-1036

-98,9

-91,0

5924,2

5924,2

565,8

221,1

-312,1

300

478,24

45,7

42,0

5764,3

5764,3

550,5

215,1

-173,1

330

917,1

87,6

80,6

6796,0

6796,0

649,0

253,6

-173,0

360

0

0

0

6026,0

6026,0

575,5

224,9

-224,9

390

2656,7

253,7

233,5

2248,4

2248,4

214,7

83,9

149,6

420

2115,9

202,1

186,0

5030,2

5030,2

480,4

187,7

-1,7

450

2492,6

238,0

219,1

6339,4

6339,4

605,4

236,6

-17,4

480

2145,1

204,9

188,6

7713,3

7713,3

736,6

287,8

-99,2

510

1029,4

98,3

90,5

8203,9

8203,9

783,5

306,1

-215,6

540

0

0

0

7999,0

7999,0

763,9

298,5

-298,5

570

-822,1

-78,5

-72,3

7685,5

7685,5

734,0

286,8

-359,1

600

-1402

-133,9

-123,2

6990,8

6990,8

667,6

260,9

-384,1

630

-864,8

-82,6

-76,0

5875,5

5875,5

561,1

219,2

-295,3

660

927,2

88,5

81,5

5891,4

5891,4

562,6

219,8

-138,3

690

1713,3

163,6

150,6

7809,2

7809,2

745,8

291,4

-140,8

720

0

0

0

9153,4

9153,4

874,1

341,6

-341,6

Максимальноеи минимальноенормальныенапряженияасимметричногоцикла шатуннойшейки:

max=Мmax/Wш.ш=149,610-6/0,00001085=13,73МПа;

min=Мmin/Wш.ш=461,510-6/0,00001085=42,53МПа,

гдеWш.ш=0,5W ш.ш=0,521,710-6=10,8510-6м3.

Среднеенапряжениеи амплитуданапряжений:

m=(max+min)/2=(13,73-42,53)/2=28,8МПа;

=(maxmin)/2=(13,73+42,53)/2=28,13 МПа;

к=аk/(мп)=28,131,8/(0,761,2)=55,52МПа,

гдеk=1+q(к1)=1+0,4(3-1)=1,8коэффициентконцентрациинапряжений;q=0,4коэффициентчувствительностиматериала кконцентрациинапряженийпринимаем поданным §43[1,с.197204];к=3теоретическийкоэффициентконцентрациинапряженийпринимаем потабл.47 [1,с.201]; м=0,76масштабныйкоэффициентопределяемпо табл.48 [1,с.203] приdш.ш=65мм;п=1,2коэффициентповерхностнойчувствительностиопределяемпо табл.49 [1,с.203] сучетом закалкишатунных шеектоками высокойчастоты наглубину23мм.

Запаспрочностишатунной отнормальныхнапряженийшейки определяемпо пределуусталости (приm=-1/(к+m);

n=250/(55,52+0,16(28,8))=4,91.

Общийзапас прочностишатунной шейки:nш.ш=nn/(n2+n2),

гдеnзапас прочностишатунной шейкиот касательныхнапряжений(вследствиеотсутствиярасчета n принимаемn=3,87)

nш.ш=4,913,87/(4,912+3,872)=3,04.


8.Расчет элементовсистемы охлаждения


Охлаждениедвигателяприменяетсяв целях принудительногоотвода теплаот нагретыхдеталей дляобеспеченияоптимальноготепловогосостояниядвигателя иего нормальнойработы.

Привоздушномохлаждениитепло от стенокцилиндров иголовок двигателяотводитсяобдувающимих воздухом.Интенсивностьвоздушногоохлаждениязависит отколичестваи температурыохлаждающеговоздуха, егоскорости, размеровповерхностиохлажденияи расположенияребер относительнопотока воздуха.

Количествотепла (Дж/с),отводимогоот двигателясистемой воздушногоохлаждения,определяетсяиз уравнения:Qвозд=ТвоздСвозд(Твоздвых-Твоздвх)

Врасчетах принимают,что от стенокцилиндровотводится25-40общего количестватепла Qвозд, остальнаячасть – от головокдвигателя.

Количествоохлаждающеговоздуха, подаваемоговентилятором,определяетсяисходя из общейвеличины отводимогоот двигателятепла Qвозд:

Твозд=Qвозд/(Свозд(( Твоздвых-Твоздвх))

Твозд=48617,47/(1000(363-293))=69,45 кг/с

Поверхностьохлажденияребер цилиндра:

Fцил=Qцил/((Кв(Тцило-Тцилвх))

Qцил– количествотепла, отводимоговоздухом отцилиндра двигателя(Дж/с)

КВ– коэффициенттеплоотдачиповерхностицилиндра ,

Тцило – средняятемпературау основанияребер цилиндра

КВ=1,37(1+0,0075Тср)(в/0,278)0,73

Тср– среднееарифметическоетемпературребра и обдувающеговоздуха,

в– скоростьвоздуха в межреберномпространстве,при D=75-125мм, в=20-50м/с.

Поверхностьохлажденияребер головкицилиндров:

Fгол=Qгол/(КВ(Тцилгол -Тцилвх)

Qгол– количествотепла, отводимоговоздухом отголовки цилиндров,

Тцилгол –средняя температурау основанияребер головки.


Заключение


В результатепроделаннойработы былирассчитаныиндикаторныепараметрырабочего цикладвигателя, порезультатамрасчетов былапостроенаиндикаторнаядиаграмматепловыххарактеристик.

Расчетыдинамическихпоказателейдали размерыпоршня, в частностиего диаметри ход, радиускривошипа, былипостроеныграфики составляющихсил, а такжеграфик суммарныхнабегающихтангенциальныхсил и суммарныхнабегающихкрутящих моментов.


Списоклитературы

1. КОЛЧИНА. И. ДЕМИДОВВ. П. РАСЧЕТАВТОМОБИЛЬНЫХИ ТРАКТОРНЫХДВИГАТЕЛЕЙ.М.: Высшая школа,1980г.;

2. АРХАНГЕЛЬСКИЙВ. М. и другие.АВТОМОБИЛЬНЫЕДВИГАТЕЛИ. М.:Машиностроение,1967г.;

3. АвтомобилиЗАЗ-968М. Руководствопо эксплуатации.

 
НАПИШИТЕ НАМ
Copyright © Smekni.com. All rigths reserved.