Расчет двигателя

Принимаем К.

Определяем давление в конце процесса сгорания

где - степень повышения давления для дизеля без наддува , для дизеля с наддувом

Определяем степень предварительного расширения

Процесс расширения

Определяем степень последующего расширения

Показатель политропы расширения для дизеля определяем по номограмме, учитывая, что его значение незначительно отличаются от значения показателя адиабаты расширения , .

Определение показателя политропы расширения производим следующим образом.

По имеющимся значениям и определяем точку пересечения. Через полученную точку проводим горизонталь до пересечения с вертикалью, опущенной из точки , получая какое-то значение . Далее двигаемся по этой кривой до пересечения с вертикалью, опущенной из заданного значения (для дизеля без наддува) и

(для дизеля с наддувом). Ордината точки пересечения дает искомое значение (для дизеля без наддува) и (для дизеля с наддувом).

Определяем давление процесса расширения

Определяем температуру процесса расширения

Проверяем правильность ранее принятого значения температуры остаточных газов.

Погрешность расчета составляет

Индикаторные параметры рабочего цикла дизеля

Определяем среднее индикаторное давление цикла для нескругленной индикаторной диаграммы

МПа;

МПа.

Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы для дизеля без наддува , для дизеля с наддувом .

Определяем среднее индикаторное давление цикла для скругленной индикаторной диаграммы

Определяем индикаторный КПД

Определяем индикаторный удельный расход топлива

Эффективные показатели дизеля

Принимаем предварительно среднюю скорость поршня равную для дизеля без наддува м/с, для дизеля с наддувом м/с.

Определяем среднее давление механических потерь

учитывая, что , для дизелей с неразделенными КС;

Определяем среднее эффективное давление

Определяем механический КПД

Определяем эффективный КПД

Определяем эффективный удельный расход топлива

Исходя из величин эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, среднего эффективного давления и числа цилиндров определяется рабочий объем одного цилиндра

Выбираем значение

.

Определяем диаметр цилиндра

а затем округляем до четного числа, нуля или пяти.

Определяем ход поршня

Определяем площадь поршня

Определяем рабочий объем цилиндра

Определяем среднюю скорость поршня

сравниваем ее значение с ранее принятым.

Определяем значение расчетной эффективной мощности

Сравниваем полученное значение мощности с заданным, делаем выводы о правильности проведенного теплового расчета.

Погрешность расчета составляет

Рассчитанные показатели теплового расчета двигателя заносятся в табл. 1

Таблица 1 - Основные показатели теплового расчета двигателя

2. Построение индикаторных диаграмм для дизеля

Построение свернутой индикаторной диаграммы ДВС производится по данным теплового расчета. Диаграмму следует строить в прямоугольных координатах , где - ход поршня. Высота диаграммы должна быть в раза больше ее основания. Для построения рекомендуются следующие масштабы.

Масштаб давления:

- при МПа МПа/мм, при МПа; МПа/мм.

Масштаб перемещения поршня:

- при мм мм S/мм чертежа, при мм мм S/мм чертежа.

От начала координат в масштабе по оси абсцисс откладывают значение приведенной высоты камеры сжатия и хода поршня (размер по чертежу мм). При этом

.

Абсцисса точки на индикаторной диаграмме дизеля определяется .

По оси ординат в масштабе откладываются величины давления в характерных точках диаграммы, а также значения .

Построение политроп сжатия и расширения осуществляется по промежуточным точкам (8…10 значений). Значения давления в промежуточных точках политропы сжатия подсчитываются по выражению , а для политропы расширения по выражению

.

Для скругления индикаторной диаграммы необходимо воспользоваться диаграммой фаз газораспределения, которую следует построить в правой верхней части листа. Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна .

двигатель дизель сгорание политропа

Таблица 2 - Величины давлений в промежуточных точках политропы сжатия и политропы расширения

Для перестроения полученной индикаторной диаграммы в развернутом виде графоаналитическим методом под ней строят полуокружность радиусом , имея в виду, что . Затем полуокружность делят на дуги, охватывающие углы или , и точки соединяют радиусами с центром. Затем центр смещают вправо на величину (поправка Брикса). Из нового центра строят лучи, параллельные ранее проведенным радиусам. Из новых точек на окружности проводят вертикальные линии до их пересечения с линиями индикаторной диаграммы. Точки пересечения дают значения при этих углах поворота кривошипа. Линию свернутой диаграммы продолжают вправо, обозначая на ней значения углов поворота кривошипа в масштабе мм . Значения (МПа) берут от линии и откладывают на развертке. Полученные точки соединяют плавной кривой.

3. Кинематический расчет КШМ

Для выполнения кинематического расчета КШМ двигателя необходимо оформить таблицу значений перемещения, скорости и ускорения поршня, рассчитанных через 20 градусов поворота коленчатого вала.

При расчете значений, для двигателя с центральным кривошипно-шатунным механизмом, следует воспользоваться формулами:

- перемещения поршня

- скорости поршня

- ускорение поршня

Значения тригонометрических функций для выбранного угла берутся из таблиц приложений.

Значения радиуса кривошипа берутся в зависимости от рассчитанного ранее значения хода поршня.

Значения берутся из технической характеристики двигателя.

Рассчитанные значения параметров для построения графиков перемещения, скорости и ускорения поршня заносятся в табл. 2.3

На графиках обозначаются составляющие первого и второго порядков, а также их суммарные значения.

По рассчитанным данным строят графики изменения перемещения, скорости и ускорения поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

Для этого ниже свернутой индикаторной диаграммы двигателя наносятся координатные оси. Принимая во внимание, что , проводятся вертикальные линии через точки ВМТ и НМТ на индикаторной диаграмме и горизонтальные линии, служащие осями абсцисс графиков. Значения углов поворота коленчатого вала от 0 до 360 градусов следует равномерно нанести между этими вертикальными линиями. Линия, проведенная через точку ВМТ, одновременно является осью ординат графиков.

Масштаб графиков выбирается с таким расчетом, чтобы равномерно заполнить имеющееся место.

Данные для построения графиков перемещения, скорости и ускорения поршня двигателя с наддувом

2.4 Динамический расчёт дизеля

Для расчета деталей кривошипно-шатунного механизма на прочность и выявление нагрузок на трансмиссию машин необходимо определить величины и характер изменения сил и моментов, действующих в двигателе. С этой целью проводят динамический расчет кривошипно-шатунного механизма в следующем порядке.

1) Индикаторная диаграмма строится на листе бумаги формата А1 в верхнем левом углу.

2) В правом верхнем углу строится диаграмма фаз газораспределения, а под ней схема кривошипно-шатунного механизма с указанием точек приложения сил и знаков (+, -) действия сил.

3) Построенная скругленная индикаторная диаграмма, пользуясь методом Брикса, развертывается в диаграмму избыточных сил давления газов (МПа) по углу поворота коленчатого вала в масштабе мм .

4) Ниже полуокружности наносятся координаты и строятся графики перемещения, скорости и ускорения поршня, ширина графиков равна , высота в любом масштабе.

5) Руководствуясь найденными размерами двигателя, определяется масса частей, движущихся возвратно-поступательно, и масса частей, совершающих вращательное движение. Для этой цели необходимо задаться конструктивными массами поршневой и шатунной группы, пользуясь табл. 2.2.

Значение масс поршня, шатуна и коленчатого вала определяется по формуле:

, кг (2.54)

где - конструктивная масса детали, отнесенная к площади поршня, кг/м ²;

- площадь поршня, м ².

Конструктивные массы деталей, отнесённые к площади поршня в кг/м ².

Определяем массу поршня

кг.

Определяем массу шатуна

кг.

Определяем массу коленчатого вала

кг.

Масса частей, движущихся возвратно-поступательно

, кг, (2.55)

где - масса шатуна, приведённая к поршню, кг.

, кг; (2.56)

кг;

кг.

Масса вращающихся деталей в V-образных двигателях

, кг, (2.57)

где - масса шатуна, приведённая к коленчатому валу, кг.

, кг; (2.58)

кг;

кг.

Соответствие выбранных масс можно проверить по значению удельной силы инерции по формуле

, МПа; (2.59)

МПа.

МПа - допустимое значение удельной силы инерции для дизельных двигателей с числом оборотов мин ^-1.

Максимум удельной силы не превышает допустимого значения.

6) Производится расчет сил, действующих в КШМ

- силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс

, Н. (2.60)

- центробежной силы инерции вращающихся масс

, Н; (2.61)

Н.

- силы инерции вращающихся масс шатуна

, Н; (2.62)

Н.

- суммарной силы, действующей на поршень

, Н. (2.63)

- боковой силы, перпендикулярной оси цилиндра

, Н. (2.64)

- силы, действующей вдоль шатуна

, Н. (2.65)

- нормальной силы, действующей вдоль радиуса кривошипа

, Н. (2.66)

- тангенциальной силы, касательной окружности кривошипа

, Н. (2.67)

Расчет для всех действующих сил проводим через 20 ⁰ поворота коленчатого вала.

Данные расчетов сил для различных углов сводим в табл. 5. По рассчитанным данным строим графики изменения сил в зависимости от угла поворота коленчатого вала масштабе .

7) По рассчитанным данным строят графики изменения сил, в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

Расчётные данные давлений и сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

На верхнем графике строят изменения сил давления газов , удельной силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс и суммарной силы

, МПа. (68)

Ниже строят значения сил в масштабе

, Н/мм; (69)

Н/мм.

Округляем значение до Н/мм;

- найденной ранее силы ;

- боковой силы , действующей на стенку цилиндра и силы , действующей вдоль шатуна;

- нормальной силы , действующей по оси кривошипа и тангенциальной силы .

8) Для построения полярной диаграммы наносятся прямоугольные координаты силы по горизонтали и силы по вертикали. Для принятых в расчетах величин углов поворота коленчатого вала строится полярная диаграмма силы , то есть откладываются её составляющие (- по горизонтали, - по вертикали), получая последовательно концы вектора . Полученные точки , , и т.д. последовательно в порядке углов соединяют плавной кривой. Это и есть полярная диаграмма силы с полюсом в точке .

9) Для нахождения результирующей силы на шатунную шейку необходимо полюс переместить по вертикали вниз на величину вектора (- сила, возникающая вследствие вращения части массы шатуна и постоянна по величине и направлению) и обозначить эту точку . Затем вокруг точки проводится окружность любого радиуса, удобнее - радиусом шатунной шейки . Точка соединяется с точками , , и всеми остальными через тонкими прямыми линиями, конец которых должен выходить за пределы окружности. Вектор для каждого угла дает и направление и значение результирующей силы (нагрузки) на шатунную шейку.

10) Для построения развертки диаграммы нагрузки в прямоугольные координаты через точку проводится горизонтальная линия, служащая осью углов . Углы обозначаются через выбранные в пределах и через эти точки проводят вертикали. Для каждого угла , , и т.д. берется значение результирующей силы с полярной диаграммы нагрузки и откладывается по вертикали, причем все значения считаются положительными. Точки соединяются плавной кривой результирующей силы . На графике развертки обозначают точки кН, кН,

, кН; (70)

кН.

Средняя удельная нагрузка на подшипник, отнесенная к единице площади его диаметральной проекции, определится, как

, МПа/м, (71)

где - диаметр шатунной шейки, м,

- рабочая ширина вкладыша (принимается), м.

МПа/м.

Если переместить центр вниз на значение силы , получим результирующую силу, действующую на колено вала.

11) Пользуясь полярной диаграммой, можно построить диаграмму износа шейки, дающую условное представление о характере износа в предположении, что износ пропорционален усилиям, действующим на шейку, и происходит в секторе от мгновенного направления силы .

Для этого ниже полярной диаграммы строится еще одна окружность, (также удобнее радиусом ). К внешней стороне окружности прикладываются векторы усилий, параллельные соответствующим векторам полярной диаграммы (параллельно силам ) так, чтобы линия действия их проходила через центр. Значение усилий для каждого угла берется с развернутой диаграммы нагрузки, и под углом к направлению каждого усилия в обе стороны проводятся кольцевые полоски, высота которых пропорционально этому усилию. Суммарная площадь этих полосок в итоге представляет собой условную диаграмму износа. На диаграмме износа шейки видна зона наибольших и наименьших давлений на нее.

В месте наименьших давлений проводится осевая линия, где должно выводиться отверстие подвода масла к подшипнику. По диаграмме износа определяем положение оси масляного отверстия .

Под графиком развернутой диаграммы нагрузки строят кривую суммарного индикаторного крутящего момента. Для этого по оси абсцисс откладывают значение угла поворота кривошипа в пределах от до ( - число цилиндров) для четырехтактного двигателя.

По оси ординат откладывается значение крутящего момента, равное

, (72)

в масштабе Н·м/мм, значение силы берется с построенного на листе 1 графика. Предполагается, что крутящий момент в отдельных цилиндрах изменяется одинаково, лишь со сдвигом на угол . Поэтому берется участок силы в пределах от до , значение ее умножается на радиус кривошипа и полученные значения крутящего момента откладываются на строящемся графике. Затем берется следующий равный участок силы и т.д. Таким образом, получается число кривых крутящего момента, равное . Кривая суммарного индикаторного крутящего момента многоцилиндрового двигателя на участке получается путем графического суммирования полученного числа кривых крутящих моментов для отдельных цилиндров. Среднее значение индикаторного момента определится

, Н·м, (73)

где и - положительная и отрицательная площади диаграммы.

мм.

, Н·м (74)

Н·м.

Ввиду того, что при построении диаграммы индикаторного крутящего момента двигателя не учитывались затраты на трение, привод вспомогательных механизмов и т.д., для получения значения действительного эффективного крутящего момента необходимо учесть величину механического КПД

, Н·м, (75)

Н·м.

значение - принимается.

Полученное значение среднего эффективного крутящего момента следует сопоставить с расчетным значением

, Н·м, (76)

Н·м.

Отклонение графического полученного значения момента от его расчетного значения не должно превышать

, (77)

Отклонение не превышает допустимого значения.

Список литературы

1. Лиханов В.А. Деветьяров Р.Р. Автомобильные двигатели: Учебное пособие. - Киров: Вятская ГСХА, 2005. - 153 с.

2. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для ВУЗов./А.И. Колчин, В.П. Демидов - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш.шк. 2003. - 496 с.: ил.

3. Инженерная экология: Учеб. для студентов ВУЗов, обуч. по техническим спец. / Пол ред. В.Т. Медведева. - М.: Гордарики, 2002 - 687 с.

4. Козловский А.И., Бочков В.М. Дизельные двигатели ЯМЗ. Конструкция и обслуживание. - М., 1964 - 354 с.

5. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей; Учебник для студентов ВУЗов по специальности - Двигатели внутреннего сгорания - /В.П. Алексеев, В.Ф. Воронин и др.; т /Под общ. ред. А.С. Орлина. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1990. - 228 с.

6. Шкрабак В.С. Безопасность жизнедеятельности в селскохозяйственном производстве - М., 2003. - 473 с.

7. Брутко П.Н. Практикум по охране труда - М., 1986. - 371 с.

8. Ложкин В.Н., Демочка О.И и др. Экспериментальная оценка выбросов вредных веществ с отработавшими газами ДВС на эксплуатационных режимах работы. Технический отчёт по НИР. С - ПБ, НПОЦНИТА, 1990.

9. Жегалин О.Н, Лупачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. - М., Транспорт, 1985.

10. Методика расчёта выбросов загрязняющих веществ автотранспортом на городских магистралях. М., 1997.

11. Шестухин А.С. Эксплуатация двигателей ЯМЗ. - М., 1964. - 164 с.

12. Колчин Д.И., Демидов В.П. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей. - М.: Высшая школа, 2002. - 496 с., ил.

13. Ховах М.С., Маслов Г.С. Автомобильные двигатели. - М.: Машиностроение, 1971. - 456 с.

14. Под ред. Ваншейдта В.А., Иванченко Н.Н. и др. Дизели. - М.: Машиностроение, 1977. - 480 с.

15. Лиханов В.А., Плотников С.А. Эксплуатационные материалы /Учебно-методическое пособие для выполнения курсового проекта. - Киров: Вятская ГСХА, 2003. - 74 с.

16. Лиханов В.А., Плотников С.А. Автомобильные двигатели /Учебно-методическое пособие. - Киров: Вятская ГСХА, 2004. - 88 с., ил.

17. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х томах. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980.

18. Эксплуатационные качества двигателей ЯМЗ-236, ЯМЗ-238. - М., 1968. - 280 с.

19. ЕСКД Основные положения. - М.: Издательство стандартов, 1982. - 352 с.

20. Бочков В.М. Техническое обслуживание топливной аппаратуры двигателей ЯМЗ. - М.: Наука, 1963. - 366 с.

21. Кристи А.К., Малаховский И.С. Атлас конструкций советских тракторов. Двигатели. - М.: Недра, 1952. - 196 с.

22. Чернышов Б.А, Аршинов И.М. Ремонт двигателей ЯМЗ. - М.: Наука, 1965. - 358 с.

23. Стандарт предприятия. Проекты (работы) курсовые и дипломные. Требования к оформлению. - Киров: СТП ВГСХА 2-00, 2000. - 72 с.

Размещено на Allbest.ru