Расчет и проектирование поршневого двигателя внутреннего сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

«Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М.Ф. Решетнева»

Расчетно-графическая работа

по дисциплине «Техническая механика»

Лесосибирск 2017



Введение

Ведущей отраслью экономики страны является машиностроение, в том числе в лесном комплексе. По уровню машиностроения судят о развитии производительных сил страны в целом, что является отличительным признаком для стран с различной экономикой (индустриально развитые, развивающиеся). двигатель поршень маховик вал

Прогресс машиностроения, в свою очередь, определяется созданием новых высокопроизводительных и надежных машин.

Решение этой важной проблемы основывается на комплексном использовании результатов многих научных дисциплин и в первую очередь теории машин и механизмов, под которой понимается наука об общих методах исследования свойств механизмов, машин и проектирования их систем. Качество создаваемых машин и механизмов определяется полнотой разработки и использованием методом теории механизмов и машин.

Все это является актуальностью данной темы.

Цель работы: приобрести навыки необходимых расчетов, использования специальной литературы, оформления отчетной документации, проведения выводов по проделанным расчетам.



1. Определение мощности ДВС заданной конструкции

1.1 Исходные данные к расчетно-графической работе

Таблица 1. Исходные данные

Параметр	Ед. измерения	Величина
Диаметр поршня, D	м	0,1
Количество цилиндров, D 10	шт	20
Длина кривошипа АВ, r1	м	0,05
Длина шатуна ВС, L	м	0,22
Расстояние от точки B до точки S, BS	м	0,18
Частота вращения кривошипа, n1	Мин-1	3000
Давление Fp, Fсж	МПА	2,9 0,8
Расстояние от точки A до точки S1, AS1	м	0,03
Масса неуравновешенной части кривошипа, m1	кг	2
Масса шатуна, m2	кг	2
Масса поршня, m3	кг	1
Момент инерции шатуна, J2	Кг*м2	0,02
Коэффициент неравномерности хода, д	-	0,006

1.2 Структурный анализ механизма поршневого двигателя

Рассматривая механизм плоским, определяем число степенной свободы механизма по формуле П.Л. Чебышева.

,

где n=3 - число подвижных звеньев (кривошип, шатун, ползун);

- число одноподвижных кинематических пар (А, В, С, Д - поступательная пара ползун-стойка);

- число высших пар (двух подвижных);

- число избыточных связей.

Полученное число степеней свободы показывает: положения звеньев механизма в любой момент определяются одной независимой координатой, например, углом положения кривошипа, т.е. углом б.

1.3 Планы скоростей

Текущие положения отдельных точек звеньев и скорости их в данном случае, учитывая, что (смещение линии движения ползуна), определяем формулами:

;

;

;

;

;

;

где

;

.

Найдем значения для каждой точки и результаты расчетов представим в таблице 2.

Точка 1: ;

;; ;

;

;

;

;

;

.

Точка 2: ;

;; ;

;

;

;

;

;

.

Точка 3: ;

;; ;

;

;

;

;

;

.

Точка 4: ;

;; ;

;

;

;

;

;

.

Точка 5: ;

;; ;

;

;

;

;

;

.

Точка 6: ;

;; ;

;

;

;

;

;

.

Точка 7: ;

;; ;

;

;

;

;

;

.

Точка 8: ;

;; ;

;

;

;

;

;

.

Точка 9: ;

;; ;

;

;

;

;

;

.

Таблица 2. Скорости отдельных точек звеньев механизма

Скорости точек	Положение кривошипа
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	15,7	15,7	15,7	15,7	15,7	15,7	15,7	15,7	15,7
	15,7	11,25	0	-11,25	-15,7	-11,25	0	11,25	15,7
	0	9,29	15,7	12,91	0	-12,91	-15,7	-9,29	0
	2,85	10,46	15,7	13,42	2,85	-7,71	-9,99	-4,75	2,85
	65,94	65,94	65,94	65,94	65,94	65,94	65,94	65,94	65,94
	0	1,95	3,3	2,71	0	2,71	3,3	1,95	0
yi	0	71	120	98	0	98	120	71	0

1.4 Силы давления газов на поршень

Упрощенная диаграмма давления газа задается в задании (рисунок 1б).

Среднее значение силы давления газа

.



1.5 Приведенные моменты сил давления

Приведенные моменты сил давления определяем по формуле

.

Для точки 1: .

Точка 2: .

Точка 3: .

Точка 4: .

Точка 5:.

Точка 6: .

Точка 7: .

Точка 8: .

Точка 9: .

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.

По полученным расчетным величинам строим график с использованием масштаба приведенных моментов .

выбираем из таблицы 2, где ;; , откуда получаем

.

Найдем величины для других точек:

Точка 2, 8: ;

Точка 4, 6: ;

Точка 1, 5, 9: ;

Полученные величины графика приведены в таблице 2.



1.6 Работа сил давления газов

Работу сил давления газов определяем, используя метод численного интегрирования по формуле

, где .

Полная работа сил давлений, полный цикл хода поршня составит величину

.

1.7 Определение мощности ДВС

Используя формулу, для определения мощности двигателя, получим:

;

; .

С учетом механического КПД:

,

где n - число цилиндров.



2. Расчет маховика

2.1 Определение приведенного момента на кривошипе от вращающего момента двигателя

Вращающий момент двигателя определяется по формуле

.

При работе двигателя в рабочем режиме обороты двигателя изменяются незначительно, поэтому можно считать что момент, передаваемый двигателем, имеет постоянную величину за весь период цикла

.

Суммарный приведенный момент определяется по формуле:

.

Точка 1: ;

Точка 2: ;

Точка 3: ;

Точка 4: ;

Точка 5: ;

Точка 6: ;

Точка 7: ;

Точка 8: ;

Точка 9: ;

Работа внешних сил определяем по формуле:



,

.

Точка 1: ;

Точка 2: ;

Точка 3: ;

Точка 4: ;

Точка 5: ;

Точка 6: ;

Точка 7: ;

Точка 8: ;

Таблица 3. Работа внешних сил

Наименование	Положение механизма
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	1,99	1,99	1,99	1,99	1,99	1,99	1,99	1,99	1,99
	0	1,95	3,3	2,71	0	2,71	3,3	1,95	0
	-1,99	-0,04	1,31	0,72	-1,99	0,72	1,31	-0,04	-1,99
	-1	0,6	1	-0,6	-0,6	1	0,6	-1	-1
	-0,79	0,47	0,79	-0,47	-0,47	0,79	0,47	-0,79	-0,79

2.2 Кинетические энергии T₀, T_I, T_II

Кинетические энергии , , определяются по формулам:

;

;

,



где ;

; ; ; ; ; ; .

можно определить только для первого (начального) положения, определяем для каждого положения.

.

Точка 1:

;

.

Точка 2:

;

.

Точка 3:

;

.

Точка 4:

;

.

Точка 5:

;

.

Точка 6:

;

.

Точка 7:

;

.

Точка 8:

;

.

Точка 9:

;

.

Результаты вносим в таблицу 4.

Таблица 4. Кинетические энергии , ,

Наименование	Положение механизма
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	-0,79	0,47	0,79	-0,47	-0,47	0,79	0,47	-0,79	-0,79
	2,956	2,956	2,956	2,956	2,956	2,956	2,956	2,956	2,956
	1,182	3,573	7,395	5,788	1,182	3,376	4,461	1,837	1,182
	0,984	-0,147	-3,649	-3,302	1,304	0,37	-1,035	0,329	0,984
	411	411	411	411	411	411	411	411	411

Используя данные таблицы 4, определяем наибольший размах величины :



.

Графики кинетических энергий изображены на рисунке 7.

2.3 Определение момента инерции маховика (метод К.Э. Рериха)

Момент инерции маховика определяется по формуле

,

где

.

2.4 Определение массы и геометрических размеров маховика

Масса маховика, , определяется по формуле

,

где ; ; .

Внутренний диаметр обода маховика определяется по формуле

.

Ширина обода маховика определяется по формуле



,

где - плотность стали или чугуна материала маховика.

2.5 Определение посадочного диаметра вала под маховик

Посадочный диаметр вала под посадку маховика определяется по формуле

;

;

;

- наибольшее приращение величины , произошедшее на интервале .

.

В итоге получим искомый диаметр вала

,

.

По ГОСТ 12080-66:

Кинетическая энергия, запасенная маховиком, определяется по формуле:

.



Заключение

Среднее значение силы давления газа на поршень .

Вращающий момент двигателя .

Приведенные моменты сил давления:

ѕ в точках 1, 5, 9 - ;

ѕ в точках 2, 8 - ;

ѕ в точках 3, 7 - ;

ѕ в точках 4, 6 - ;

Работа сил давления газов .

Мощность двигателя .

Момент инерции маховика .

Масса маховика .

Для нормальной работы двигателя при принятом коэффициенте неравномерности вращения коленвала на него должен быть установлен маховик с основными размерами: . Кинетическая энергия, запасенная маховиком .



Библиографический список

1. Мовнин, М. С. Основы технической механики [Электронный ресурс]: учебник / М. С. Мовнин, А. Б. Израелит, А. Г. Рубашкин; под ред. П. И. Бегун. - 5-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Политехника, 2011. - 288 с. - Режим доступа: biblioclub.ru

2. Иванов, В. А. Краткий курс теории механизмов и машин [Электронный ресурс]: учеб. пособие / В. А. Иванов, А. Г. Замалиев. - Казань: КГТУ, 2008. - 158 с. - Режим доступа: biblioclub.ru

3. Акименко П.Ф. Техническая механика [Текст]: учебное пособие для вы-полнения лабораторных работ по дисциплине «Техническая механика» для студентов, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров 151000.62 (15.03.02) «Технологические машины и оборудование» очной и заочной форм обучения / П.Ф. Акименко, - Красноярск: СибГТУ, 2014. - 74 с.

4. Меньшиков А.М., Межов В.Г., Кондрючая В.П. Техническая механика. Разъемные соединения [Текст]: Методическое указание по выполнению расчетно-графической работы и практическим занятиям для студентов направление подготовки 151000.62 Технологические машины и обору-дование, квалификация (степень) выпускника бакалавр. - Красноярск: СибГТУ,2012 .-66с.

5. Механика. Расчет и конструирование привода [Текст]: учебное пособие по курсовому проектированию для студентов всех специальностей и всех форм обучения / А. М. Меньшиков [и др.], - Красноярск : СибГТУ, 2009. - 156с.

Размещено на Allbest.ru