Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА

Кафедра "Колесных и гусеничных машин"

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

"Теория и конструкция машин и оборудования отрасли"

Тема: Спроектировать двигатель внутреннего сгорания

2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

1.1 Исходных данных расчета

1.2 Расчет параметров рабочего процесса карбюраторного двигателя

1.3 Расчет индикаторных и эффективных показателей

1.4 Тепловой баланс двигателя

1.5 Расчет и построение внешних скоростных характеристик

2. КИНЕМАТИКА ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ

2.1 Перемещение поршня

2.2 Скорость поршня

2.3 Ускорение поршня

3. ДИНАМИКА КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА

3.1 Приведенные массы КШМ

3.2 Силы и моменты, действующие в КШМ

3.3 Анализ уравновешенности двигателя

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Тепловой расчет позволяет с достаточной степенью точности аналитическим путем определить основные параметры вновь проектируемого двигателя, а так же проверить степень совершенства действительного цикла реального работающего двигателя.

В данной работе рассчитывается четырехцилиндровый четырехтактный двигатель.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Тип двигателя карбюраторный;

Максимальная эффективная мощность N_max 50кВт;

Частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности n_N 5000 мин^-1;

Степень сжатия е 9;

Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна л_отн 0,24

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

1.1 Исходных данных расчета

- =9,0 - степень сжатия;

- =0,8 - коэффициент избытка воздуха;

- _v =0,7- коэффициент наполнения;

- p₀ =0,1МПа и T₀ =288К- давление и температура окружающей среды;

- T=30К - повышение температуры заряда при всасывании;

- p_r =0,12МПа и T_r =1000К- давление и температура остаточных газов в конце впуска;

- n₁ =1,3 и n₂ =1,3- показатели политропы сжатия и расширения;

- =0,9 - коэффициент выделения тепла при сгорании;

- =4,0 - степень повышения давления;

- =1,0 - степень предварительного расширения;

- _м =0,8- механический коэффициент полезного действия (КПД);

- =0,95 - коэффициент скругления индикаторной диаграммы;

- H_u =44000- теплотворная способность (низшая теплота сгорания) топлива;

- C=0,855, H=0,145, O=0 - элементарный состав топлива (углерод, водород, кислород).

1.2 Расчет параметров рабочего процесса карбюраторного двигателя

А. Процесс впуска:

Условия на впуске

Атмосферное давление Р₀ и температура воздуха на входе в двигатель Т₀:

р₀ = 0.1 МПа;

Т₀ = 288 К.

,

,

p_к = 1,5p₀ =2·0,1=0,2МПа

,

где _r - коэффициент остаточных газов, равный 0,1

Б. Процесс сжатия:

При расчете процесса сжатия предполагается, что он протекает в течении всего хода поршня от НМТ до ВМТ. Сам процесс сжатия считается политропным с постоянным показателем политропы n₁.

p = const.

p_с = p_а, p_с = ,

p_с = .

Т_с = .

В. Процесс сгорания:

Определение теплоты сгорания рабочей смеси.

L_0д = С + 8Н - О, кг,

l₀ = (кг воздуха)/(кг топлива),

или L₀ = (кмоль воздуха)/(кг топлива),

М₁ = L₀ + (кмоль горючей смеси)/(кг топлива)

M_r = _rM₁.=0,1·0,42=0,042

M_с = M₁ + M_r.=0,42+0,042=0,462

M₂ =

M_z = M₂ + M_r.=0,46+0,042=0,5

₀ = .

Уравнение 1 - го закона термодинамики для процесса сгорания для цикла с подводом теплоты при V = const.

= .

,

Действительное максимальное значение давления р_zд. необходимое для выполнения динамического и прочностного расчетов, определяем с учетом увеличения объема над поршнем к моменту достижения максимума давления:



Г. Процесс расширения

Выбор показания политропы расширения n₂. Из анализа экспериментальных индикаторных диаграмм n₂ = 1.22…1.30. Принимаем n₂ = 1.3.

Параметры рабочего тела в конце расширения.

p= const, т.е. p_z = p_b.

p_b = p_z ,

p_b = .

Т_b =

Д. Процесс выпуска:

Проверка правильности выбора параметров остальных газов

T_r = .

1.3 Расчет индикаторных и эффективных показателей

Расчетное среднее индикаторное давление:

Действительное среднее индикаторное давление

Рабочий объём двигателя:

Объем одного цилиндра:

Уточнение рабочего объема двигателя и его мощности:

Диаметр цилиндра

Эффективный крутящий момент

Механический КПД:

Эффективный КПД и удельный эффективный расход топлива:

1.4 Тепловой баланс двигателя

Q₀ = Q_е + Q_г + Q_н + Q_ост + Q_охл,

.

Q_е = Q_0е=2437,1·0,00003=0,02

= .

Q_ост = (0,02 0,08)G_е.

Q_охл = Q₀ - (Q_е + Q_г + Q_н + Q_ост),

1.5 Расчет и построение внешних скоростных характеристик

,

г/(кВт*ч)

ne	Ne	Me	ge
550	6,93	120,4	231,5
1400	19,4	132,1	83,0
2200	31,3	135,7	51,2
3000	41,5	132,1	38,2
3800	48,3	121,3	32,4
4600	49,8	103,4	30,6
5000	48,0	91,7	31,1

2. КИНЕМАТИКА ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ

2.1 Перемещение поршня

В двигателях внутреннего сгорания возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала посредством кривошипно-шатунного механизма.

- s_x - текущее перемещение поршня (точка А обозначает ось поршневого пальца);

- - угол поворота кривошипа, отсчитываемый от оси цилиндра в направлении вращения коленчатого вала по часовой стрелке;

- - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра;

- = n/30=3,14·5000/30=523,3 рад/с - частота вращения (угловая скорость) коленчатого вала;

- R=160мм - радиус кривошипа;

- S = 2R=320мм - ход поршня;

- L_ш=666,7мм - длина шатуна;

- _отн = R/L_ш=0,24 - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

- R+L_ш=160+666,7=826,7 - расстояние от оси коленчатого вала до верхней мертвой точки (в.м.т.).



Рис. 2. Схема кривошипно-шатунного механизма двигателя

ц	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
sx	0	0,03	0,1	0,18	0,25	0,31	0,32	0,31	0,25	0,18	0,1	0,03	0

2.2 Скорость поршня

ц	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
vп	0	50,5	67,3	83,7	49,9	33,2	0	33,2	49,9	83,7	67,3	50,5	0

2.3 Ускорение поршня

ц	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
j	2,8	1,9	0,9	-0,6	-1,4	-1,8	-1,7	-1,8	-1,4	-0,6	0,9	1,9	2,8

.

3. ДИНАМИКА КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА

3.1 Приведенные массы КШМ

Массы деталей КШМ определяют значения сил инерции, действующих в КШМ. При выполнении динамического расчета двигателя массы m_п и m_ш принимаем по данным прототипов или по средним статистическим данным. Точно также задаемся отношением l_шк/l_ш, необходимым для замены массы шатуна m_ш двумя сосредоточенными массами m_шп и m_шк.

Для приближенного определения m_п и m_ш удобно пользоваться понятием конструктивных масс m = m/F_п, кг/м² (F_п - площадь поршня), которые являются функцией диаметра цилиндра D.

,

.

.

,

.

,

.

3.2 Силы и моменты, действующие в КШМ

Сила инерции возвратно - поступательно движущихся деталей, отнесенная к площади поршня равна:

ц	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
Pj	3,8	3,2	1,2	0,7	-1,1	-2,4	-2,3	-2,4	-1,9	-0,7	1,2	3,2	3,8

,

ц	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
Р	28,9	28,3	26,3	25,8	24,0	22,7	22,8	22,7	24,0	25,8	26,3	28,3	28,9

,

ц	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
в	0	7	12	14	12	7	0	-7	-12	-14	-12	-7	0
S	28,9	28,3	26,8	26,6	24,5	22,7	-	22,7	24,5	26,6	26,8	28,3	28,9

ц	в	Р	S	N	К	Т
0	0	28,9	28,9	0	28,9	0
30	7	28,3	28,3	3,5	22,6	17,0
60	12	26,3	26,8	5,6	8,3	25,5
90	14	25,8	26,6	6,4	-6,4	25,8
120	12	24,0	24,5	5,1	-16,0	18,2
150	7	22,7	22,7	2,8	-21,0	8,9
180	0	22,8	-	0	-	-
210	-7	22,7	22,7	-2,8	-2,8	-8,9
240	-12	24,0	24,5	-5,1	-16,0	-18,2
270	-14	25,8	26,6	-6,4	-6,4	-25,8
300	-12	26,3	26,8	-5,6	8,3	-25,5
330	-7	28,3	28,3	-3,5	22,6	-17,0
360	0	28,9	28,9	0	28,9	0



ц	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360
Мкр	0	2,7	4,1	4,1	2,9	1,4	-	-8,7	-2,9	-4,1	-4,1	-2,7	0

3.3 Анализ уравновешенности двигателя

При анализе уравновешенности многоцилиндровый двигатель с линейным расположением цилиндров рассматривается как i (количество цилиндров) условных одноцилиндровых двигателей, кривошипы которых вращаются синхронно и повернуты друг относительно друга на угол , определяемый компоновочной схемой и рациональным порядком работы двигателя. Затем одноименные силовые факторы алгебраически суммируются и определяется сумма их моментов относительно геометрического центра коленчатого вала.

Четырехцилиндровый двигатель можно представить как совокупность четырех условных одноцилиндровых двигателей, кривошипы которых повернуты относительно первого на углы _1-2 = 180; _1-2 = 180;_1-3 = 180; _1-4 = 0 (360), что обеспечивает равномерное чередование рабочих ходов с угловым интервалом 180. На каждом из одноцилиндровых отсеков действует весь набор силовых факторов, вызывающих его неуравновешенность:

1 - й отсек	2 - й отсек
3 - й отсек	4 - й отсек

Действующее направление этих силовых факторов нанесены на схему.

Далее алгебраически суммируем одноименные силовые факторы:

Определяем сумму моментов этих сил относительно геометрического центра коленчатого вала:

1 - й отсек	2 - й отсек
3 - й отсек	4 - й отсек

Отсюда:

в силу того, что

и

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

карбюраторный двигатель поршень топливо

В данной работе мы рассчитывали четырехцилиндровый четырехтактный двигатель с центральным впрыском топлива. В результате расчетов мы получили с заданной мощностью при номинальных оборотах . Литровая мощность двигателя 52,5кВт/л, которая занимает не последнее место по сравнению с аналогами.

Удельный эффективный расход на номинальном режиме что говорит о том что двигатель получился относительно экономным. Так для обычных ИД .

Список литературы

1. Двигатели внутреннего сгорания. Кн.2. Динамика и конструирование: Учебник для ВУЗов/В.Н. Луканин, И.В. Алексеев, М.Г. Шатров и др.; Под ред. В.Н. Луканина и М.Г. Шатрова. - 2-е изд., переработ. и доп. - М.: Высш.шк., 2007.

2. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2002.

3. Учебное пособие по курсовому проектированию двигателей внутреннего сгорания. Ч. 2. Методика выполнения динамического расчета/ И.В. Алексеев, С.Н. Богданов, С.А. Пришвин и др.; МАДИ (ГТУ). - М., 2006.

4. Учебное пособие по курсовому проектированию двигателей внутреннего сгорания. Ч. 3. Методика выполнения прочностных расчетов и разработка конструкции ДВС/ И.В. Алексеев, С.Н. Богданов, С.А. Пришвин и др.; МАДИ (ГТУ). - М., 2006.

5. Павлов А.В., Корси Е.К. Учебное пособие по курсовому проектированию двигателей внутреннего сгорания (конструирование и расчет). - 2-е изд., перераб. и доп. / МАДИ. - М., 1987.

Размещено на Allbest.ru