Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Транспортный факультет

Кафедра автомобильного транспорта

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине "Автомобильные двигатели"

РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЬНОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Руководитель проекта

Р.Ф. Калимуллин

Исполнитель

студент группы 10ААХ

О.В. Бреус

Оренбург 2013 г.

Содержание

Введение

1. Задание на курсовое проектирование

2. Тепловой расчет рабочего цикла

2.1 Рабочее тело и его свойства

2.1.1 Топливо

2.1.2 Горючая смесь

2.1.3 Продукты сгорания

2.2 Процесс впуска

2.2.1 Давление и температура окружающей среды

2.2.2 Давление и температура остаточных газов

2.2.3 Степень подогрева заряда

2.2.4 Давление в конце впуска

2.2.5 Коэффициент и количество остаточных газов

2.2.6 Температура в конце впуска

2.2.7 Коэффициент наполнения

2.3 Процесс сжатия

2.3.1 Показатель политропы сжатия

2.3.2 Давление и температура конца процесса сжатия

2.3.3 Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия

2.4 Процесс сгорания

2.4.1 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

2.4.2 Температура конца видимого сгорания

2.4.3 Степень повышения давления цикла

2.4.4 Степень предварительного расширения

2.4.5 Максимальное давление сгорания

2.5 Процесс расширения

2.5.1 Показатель политропы расширения

2.5.2 Давление и температура конца процесса расширения

2.6 Проверка точности выбора температуры остаточных газов

2.7 Индикаторные показатели рабочего цикла

2.7.1 Среднее индикаторное давление

2.7.2 Индикаторный КПД

2.7.3 Индикаторный удельный расход топлива

2.8 Эффективные показатели двигателя

2.8.1 Давление механических потерь

2.8.2 Среднее эффективное давление

2.8.3 Механический КПД

2.8.4 Эффективный КПД

2.8.5 Эффективный удельный расход топлива

2.9 Основные параметры и показатели двигателя

2.10 Оценка надежности двигателя

2.11 Тепловой баланс

2.12 Построение индикаторной диаграммы

3. Расчет внешней скоростной характеристики

4. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма

4.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме

4.2 Построение графиков сил и моментов

5. Расчет деталей на прочность

5.1 Поршень

5.1.1 Днище поршня

5.1.2 Головка поршня

5.1.3 Юбка поршня

5.2 Поршневой палец

5.3 Шатун

5.3.1 Поршневая головка

5.3.2 Кривошипная головка

5.3.3 Стержень шатуна

6. Расчет смазочной системы

6.1 Емкость смазочной системы

6.2 Масляный насос

6.3 Центрифуга

6.4 Масляный радиатор

6.5 Шатунный подшипник

Заключение

Список использованной литературы

Приложение А. Таблица сравнения показателей рассчитанного двигателя с прототипом

Приложение Б. Техническая характеристика двигателя

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.

1. Задание на курсовое проектирование

Исходные данные:

Тип двигателя - дизельный;

Давление за компрессором = 0,1 МПа;

Номинальная мощность =130 кВт;

Номинальная частота вращения =2600 мин;

Число цилиндров 8;

Степень сжатия 18,4;

Охлаждение - жидкостное;

Детали для расчета - поршень, поршневой

палец, шатун;

Система для расчета - смазочная.

Разработать:

1) Тепловой расчет рабочего цикла;

2) Расчет внешней скоростной характеристики;

3) Динамический расчет КШМ;

4) Рассчитать на прочность детали;

5) Рассчитать систему;

6) Поперечный и продольный разрезы двигателя.

автомобильный двигатель кривошипный скоростной

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.

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 =1,6.

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

Принимаются стандартные значения атмосферного давления и температуры в нормальных (стандартных) условиях: p₀ = 0.1 МПа и T₀ = 293 К.

2.2.2 Давление и температура остаточных газов

Для двигателей без наддува давление остаточных газов p_r в МПа принимают 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	гr	, К
Дизельный	0,082…0,097	0,02…0,05	310…350	0,80…0,94
Рассчитываемый двигатель	0,091	0,02	315	0,86

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) в конце процесса сжатия

;

.

2.3.3 Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия

Температура конца процесса сжатия в градусах Цельсия (єС)

.

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	1,34…1,37	3,5…5,5	700…900
Рассчитываемый двигатель	1,36	4,7	898

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)

.

Получаем квадратное уравнение вида

.

Температура в конце видимого сгорания в градусах Цельсия (єС)

.

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	1,2…2,5	1,4…1,6	5,0…12,0	1800…2300
Рассчитываемый двигатель	1,5	1,53	7,17	1993

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	1,8..1,28	0,2…0,5	1000…1200
Рассчитываемый двигатель	1,21	0,354	1182

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	0,7…1,1	0,4…0,5	170…210
Рассчитываемый двигатель	0,897	0,478	177,5

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. =10 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	0,65…0,85	0,28…0,42	0,7…0,85	200…260
Рассчитываемый двигатель	0,69	0,367	0,848	231

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 = 112 мм; S = 112 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 =1,45 кВт/см не превышает значения 2,8 кВт/см, а =6,626 - 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, Сє

.

Неучтенные потери теплоты в Дж/с

;

.

Основные значения составляющих теплового баланса

;

;

;

;

;

Таблица 2.7 - Значения составляющих теплового баланса в процентах

Тип двигателя
Дизельный	25…42	15…35	25…45	0	2…5
Рассчитываемый двигатель.	37	32	28	0	3

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)+в/4*(1-cos2a)	AX, мм	OOX, мм м	OB/OX мм	P=Pа*(OB/OX)^1,36, мПа
180	2	112	118,43678	1,000002	0,091000228
190	1,988878501	111,3772	117,81398	1,005288	0,091655088
200	1,955484621	109,5071	115,94392	1,021502	0,093671398
210	1,899775404	106,3874	112,8242	1,049748	0,09721139
220	1,821823191	102,0221	108,45888	1,091999	0,102570789
230	1,722008862	96,4325	102,86928	1,151335	0,110223885
240	1,60125	89,67	96,106782	1,232348	0,120903471
250	1,461228143	81,82878	88,265558	1,341826	0,135740088
260	1,30457743	73,05634	79,493118	1,489903	0,156507838
270	1,135	63,56	69,996782	1,692035	0,186070736
280	0,957281074	53,60774	60,044522	1,972486	0,229224188
290	0,777187857	43,52252	49,959302	2,37067	0,294351333
300	0,60125	33,67	40,106782	2,953042	0,396833226
310	0,436433642	24,44028	30,877066	3,83576	0,566342647
320	0,289734305	16,22512	22,661903	5,22626	0,862543865
330	0,167724596	9,392577	15,829359	7,48211	1,405122302
340	0,076099379	4,261565	10,698347	11,07059	2,393941741
350	0,019262995	1,078728	7,5155093	15,75901	3,869731251
360	0	0	6,4367816	18,40003	4,777434272

Таблица 2.9- Результаты расчетов политроп расширения

а, град	(1cosa)+в/4*(1-cos2a)	AX,мм	OX,мм	OB/OX	P=Pb*(OB/OX)^1,22, мПа
360	0	0	6,4367816	18,40003	13,88911993
370	0,019262995	1,078728	7,5155093	15,75901	11,4258831
380	0,076099379	4,261565	10,698347	11,07059	7,322483041
390	0,167724596	9,392577	15,829359	7,48211	4,469650752
400	0,289734305	16,22512	22,661903	5,22626	2,843963101
410	0,436433642	24,44028	30,877066	3,83576	1,925998739
430	0,777187857	43,52252	49,959302	2,37067	1,050366283
440	0,957281074	53,60774	60,044522	1,972486	0,833145614
450	1,135	63,56	69,996782	1,692035	0,686750545
460	1,30457743	73,05634	79,493118	1,489903	0,585035441
470	1,461228143	81,82878	88,265558	1,341826	0,512743761
480	1,60125	89,67	96,106782	1,232348	0,460603571
490	1,722008862	96,4325	102,86928	1,151335	0,4227829
500	1,821823191	102,0221	108,45888	1,091999	0,395515344
510	1,899775404	106,3874	112,8242	1,049748	0,376331449
520	1,955484621	109,5071	115,94392	1,021502	0,363617627
530	1,988878501	111,3772	117,81398	1,005288	0,356360362
540	2	112	118,43678	1,000002	0,354000822

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 - 200 мин^-1.

Номинальная расчетная мощность двигателя кВт, и соответствующий ей удельный расход топлива г/кВт•ч.

Частота вращения коленчатого вала при ; мин^-1.

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	32,7	288	0,742	522	9,43	0,858	0,115	4,8	37,6	251	599	1,27	0,92
800	45,5	269	0,774	544	12,28	0,898	0,124	6,9	52,5	234	627	1,33	0,94
1000	58,6	254	0,797	560	14,92	0,930	0,133	9,3	67,9	219	649	1,38	0,95
1200	71,7	242	0,812	570	17,34	0,954	0,141	11,9	83,6	207	665	1,44	0,96
1400	84,3	232	0,819	575	19,58	0,970	0,150	14,7	99,1	197	676	1,50	0,97
1600	96,2	225	0,818	574	21,67	0,977	0,159	17,8	114,1	190	681	1,55	0,97
1800	107,0	221	0,808	568	23,64	0,977	0,168	21,2	128,2	184	680	1,61	0,98
2000	116,3	219	0,791	555	25,51	0,968	0,177	24,8	141,1	180	674	1,67	0,98
2200	123,8	220	0,765	537	27,29	0,951	0,185	28,6	152,4	179	662	1,72	0,99
2400	129,0	224	0,731	514	28,96	0,926	0,194	32,7	161,7	179	644	1,78	0,99
2600	131,8	231	0,689	484	30,44	0,892	0,203	37,0	168,8	180	620	1,84	0,99

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	45	-17165,9	-17120,9	-17120,9	0	-17120,9	0	26946,55
10	-45	-16740,5	-16785,5	-16785,5	-13,7405	-16528,1	-2928,3	26515,91
20	-72	-15496,9	-15568,9	-15569	-25,1288	-14621,4	-5348,51	25025,31
30	-81	-13530,3	-13611,3	-13611,3	-32,1692	-11771,7	-6833,52	22652,61
40	-81	-10987,9	-11068,9	-11069	-33,6992	-8457,62	-7140,78	19628,27
50	-81	-8054,49	-8135,49	-8135,54	-29,582	-5206,73	-6251,16	16280,34
60	-81	-4933,51	-5014,51	-5014,55	-20,6558	-2489,36	-4353,02	13061,71
70	-81	-1827,26	-1908,26	-1908,28	-8,54362	-644,636	-1796,1	10623,23
80	-81	1082,247	1001,247	1001,258	4,703189	169,2329	986,852	9706,714
90	-81	3649,442	3568,442	3568,483	17,02734	-17,0273	3568,442	10469,58
100	-81	5776,461	5695,461	5695,524	26,75348	-1015,35	5604,289	12203,91
110	-81	7418,534	7337,534	7337,607	32,85137	-2540,45	6883,79	14152,99
120	-81	8582,947	8501,947	8502,019	35,02127	-4281,3	7345,392	15904,75
130	-81	9321,927	9240,927	9240,988	33,60151	-5965,69	7057,362	17296,62
140	-81	9720,484	9639,484	9639,529	29,34732	-7403,14	6173,66	18301,51
150	-81	9880,87	9799,87	9799,897	23,16116	-8498,52	4879,877	18962,81
160	-81	9905,676	9824,676	9824,688	15,85735	-9237,6	3345,336	19354,55
170	-81	9881,753	9800,753	9800,756	8,022877	-9653,25	1693,982	19552,42
180	-80,997	9867,01	9786,012	9786,012	5,65E-15	-9786,01	1,2E-12	19611,66
190	-75,104	9881,753	9806,649	9806,652	-8,0277	-9659,06	-1695	19558,3
200	-56,957	9905,676	9848,718	9848,731	-15,8962	-9260,2	-3353,52	19378,24
210	-25,097	9880,87	9855,772	9855,8	-23,2933	-8547	-4907,71	19016,83
220	23,1371	9720,484	9743,621	9743,666	-29,6644	-7483,11	-6240,35	18399,33
230	92,0149	9321,927	9413,942	9414,004	-34,2306	-6077,39	-7189,49	17452,66
240	188,131	8582,947	8771,078	8771,153	-36,1299	-4416,83	-7577,91	16132,98
250	321,660	7418,534	7740,195	7740,272	-34,6541	-2679,87	-7261,55	14460,92
260	508,570	5776,461	6285,032	6285,101	-29,5229	-1120,46	-6184,42	12572,37
270	774,636	3649,442	4424,079	4424,129	-21,1101	-21,1101	-4424,08	10794,96
280	1163,01	1082,247	2245,264	2245,289	-10,5468	379,4995	-2212,99	9701,912
290	1749,16	-1827,26	-78,1021	-78,1029	0,349676	-26,3839	73,51154	9852,31
300	2671,49	-4933,51	-2262,01	-2262,03	9,317669	-1122,93	1963,613	11123,28
310	4197,08	-8054,49	-3857,41	-3857,43	14,02615	-2468,75	2963,96	12646,63
320	6862,89	-10987,9	-4125,03	-4125,05	12,55861	-3151,88	2661,137	13247,57
330	11746,1	-13530,3	-1784,21	-1784,22	4,216832	-1543,06	895,7575	11403,95
340	20645,4	-15496,9	5148,531	5148,537	-8,3099	4835,194	-1768,71	5294,62
350	32990,4	-16740,5	16250,02	16250,03	-13,3022	16000,84	-2834,89	6794,814
360	45335,4	-17165,9	28169,59	28169,59	-3,3E-14	28169,59	-6,9E-12	18343,94
370	108000	-16740,5	91259,54	91259,57	74,70488	89860,13	15920,62	81602,6
380	65002,3	-15496,9	49505,4	49505,47	79,90335	46492,53	17006,93	40419
390	39326,8	-13530,3	25796,54	25796,62	60,96795	22309,98	12951,07	17988,57
400	24695,6	-10987,9	13707,75	13707,81	41,73311	10473,92	8843,139	8866,868
410	16433,9	-8054,49	8379,5	8379,555	30,46922	5362,898	6438,654	7834,056
420	11567,6	-4933,51	6634,169	6634,226	27,32751	3293,418	5759,023	8708,411
430	8553,29	-1827,26	6726,032	6726,1	30,11357	2272,141	6330,703	9855,623
440	6598,31	1082,247	7680,557	7680,642	36,07814	1298,185	7570,137	11402,84
450	5280,75	3649,442	8930,197	8930,299	42,61173	-42,6117	8930,197	13309,06
460	4365,31	5776,461	10141,78	10141,89	47,63933	-1808,02	9979,431	15327,47
470	3714,69	7418,534	11133,23	11133,34	49,84532	-3854,63	10444,76	17211,71
480	3245,43	8582,947	11828,38	11828,48	48,72353	-5956,39	10219,32	18801,78
490	3065,2	9321,927	12387,13	12387,21	45,0416	-7996,8	9460,137	20177,56
500	2848,39	9720,484	12568,88	12568,94	38,26584	-9652,92	8049,807	21076,39
510	2601	9880,87	12481,87	12481,9	29,49984	-10824,4	6215,387	21565,12
520	2250	9905,676	12155,68	12155,69	19,61966	-11429,3	4139,049	21654,22
530	1800	9881,753	11681,75	11681,76	9,56266	-11505,9	2019,098	21426,94
540	1350	9867,01	11217,01	11217,01	1,94E-14	-11217	4,12E-12	21042,66
550	1260	9881,753	11141,75	11141,76	-9,12062	-10974,1	-1925,76	20888,68
560	810	9905,676	10715,68	10715,69	-17,2955	-10075,4	-3648,72	20232,73
570	495	9880,87	10375,87	10375,9	-24,5225	-8998,03	-5166,7	19519,88
580	225	9720,484	9945,484	9945,53	-30,2789	-7638,15	-6369,64	18589,15
590	90,054	9321,927	9411,981	9412,043	-34,2235	-6076,12	-7188	17450,89
600	45	8582,947	8627,947	8628,02	-35,5403	-4344,75	-7454,25	16011,44
610	45	7418,534	7463,534	7463,609	-33,4155	-2584,08	-7002	14248,84
620	45	5776,461	5821,461	5821,525	-27,3453	-1037,82	-5728,27	12281,21
630	45	3649,442	3694,442	3694,484	-17,6286	-17,6286	-3694,44	10513,76
640	45	1082,247	1127,247	1127,259	-5,29505	190,5297	-1111,04	9698,968
650	45	-1827,26	-1782,26	-1782,28	7,979494	-602,072	1677,51	10561,79
660	45	-4933,51	-4888,51	-4888,55	20,13676	-2426,81	4243,638	12966,55
670	45	-8054,49	-8009,49	-8009,54	29,1238	-5126,09	6154,345	16168,81
680	45	-10987,9	-10942,9	-10943	33,31562	-8361,35	7059,496	19509,06
690	45	-13530,3	-13485,3	-13485,3	31,87139	-11662,7	6770,257	22529,65
700	45	-15496,9	-15451,9	-15452	24,93995	-14511,5	5308,312	24909,39
710	45	-16740,5	-16695,5	-16695,5	13,66687	-16439,4	2912,596	26426,1
720	45	-17165,9	-17120,9	-17120,9	3,95E-14	-17120,9	8,39E-12	26946,55

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
Высота поршня	1,22•D	137
Расстояние от верхней кромки поршня до оси пальца	0,7•D	79
Толщина днища поршня	0,18•D	21
Высота юбки поршня	0,81•D	91
Диаметр бобышки	0,4•D	45
Расстояние между торцами бобышек	0,3•D	34
Толщина стенки юбки поршня	2,0…5,0	4
Толщина стенки головки поршня	0,09•D	10
Расстояние до первой кольцевой канавки	0,20•D	23
Толщина первой кольцевой перемычки	0,05•D	5,6
Радиальная толщина кольца : - компрессионного - маслосъемного	0,04•D 0,04•D	4,48 4,48
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	15,7
Внутренний диаметр поршня	D-2(s+t+Дt)	82
Число масляных отверстий в поршне	6…12	10
Диаметр масляного канала	0,5•a	2
Наружный диаметр пальца	0,38•D	43
Внутренний диаметр пальца	0,6•dn	24
Длина пальца	0,9•D	101
Длина втулки шатуна	0,45•D	51

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 палец

Принимаем материал пальца - сталь 12ХН3А. Палец плавающего типа.

Cила инерции поршневой группы при n = n_N, МН;

P_j = - 2,952 272² 0,056 (1+0,27)10^-6 = - 0,01553.

Расчетная сила Р в МН, действующая на поршневой палец:

Р = 12,1 0,00984 + 0,72 0,01553 = 0,13.

Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна q_Ш в МПа:

q_Ш =

Удельное давление плавающего пальца на бобышки q_б в МПа:

q_б=

Рассчитанные значения удельных давлений не превышают допустимые значения удельного давления q_Ш и q_б для современных двигателей.

Для определения напряжений изгиба находим величину

=.

Напряжение изгиба пальца у_из в МПа:

у_из=

Рассчитанное напряжение изгиба не превышает допустимые значения, которые составляют (100...250) МПа.

Касательные напряжения ф в МПа от среза пальца в сечениях, расположенных между бобышками и головкой шатуна

ф = .

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, марганцевистой 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	40
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	0,33•D	37
Диаметр шатунной шейки	0,64•D	72
Толщина стенки вкладыша	0,03•	2,16
Расстояние между шатунными болтами	1,4•	101
Длина кривошипной головки	0,5•	36
Размеры среднего сечения В-В шатуна: - - - -	0,50• 1,22• 0,55• 4,0…7,5	31 38 21 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:

; .

Разрывающая сила инерции в Н при :

;

где - масса поршневого комплекта, кг;

- масса верхней части головки шатуна, кг;

R - радиус кривошипа, м.

Рисунок 5.2 - Схема шатунной группы

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 имеем номинальную мощность N_е = 130 кВт.

Емкость смазочной системы V_м в дм³ выбираем из следующего диапазона:

V_м = (0,11…0,16) N_е V_м = (0,11...0,16)130 = 14,3…20,8;

Учитывая относительно высокое значение мощности и литража двигателя, а также V - образное расположение цилиндров принимаем значение емкости, близкое к нижним пределам диапазонов: V_м = 16 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): Q₀ = 354,761.

Количество отводимого маслом от двигателя теплоты Q_м в кДж/с:

Принимаем:

средняя теплоёмкость масла с_м в кДж/(кг К) - с_м = 2,094;

плотность масла _м в кг/м³ - _м = 900;

температура нагрева масла в двигателе Т_м в К - Т_м = 20.

Циркуляционный расход масла V_ц в м³/с:

Циркуляционный расход масла с учетом стабилизации давления масла в системе двигателя V' в м³/с:

V' = 2,5 2,35110^-4 = 5,8710^-4.

Объёмный коэффициент подачи: _н = 0,75.

В связи с утечками масла через торцовые и радиальные зазоры насоса расчётную производительность его V_р 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 D_o в м:

D_o = 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
u_н = 6,28 м/с.

Частота вращения шестерни n_н 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 N_н в кВт, затрачиваемая на привод масляного насоса:

6.3 Центрифуга

Циркуляционный расход масла принимаем из расчета масляного насоса:

V_ц = 2,35110^-4 м³/с

Задаем коэффициент неполнопоточности центрифуги: k_нп = 0,49.

Производительность центрифуги или количество масла, проходящего через сопла центрифуги V_р.ц в м³/с:

V_р.ц = 0,49 2,351 10^-4 = 1,152 10^-4.

Задаем:

плотность масла _м в кг/м³ - _м = 900;

коэффициент сжатия струи масла, вытекающего из сопла = 0,9;

диаметр сопла центрифуги d_с в м - d_с = 0,002 м.

Площадь отверстия сопла F_c 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)/мин¹.

Частота вращения ротора n_р в мин^-1:

Поскольку качественная очистка масла обеспечивается вращением ротора с частотой 5000…8000 мин^-1, то полученное значение 6942 мин^-1 приемлемо.

Принимаются:

радиус оси ротора r_о в м, r_о = 0,007;

коэффициент расхода масла через сопло = 0,84 ;

коэффициент гидравлических потерь = 0,15.

Давление масла на входе в центрифугу р₁, МПа:

Мощность N_ц 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: Q_м =8869 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 К_м в Вт/(м² К)

Средняя температура масла в радиаторе принимается Т_м.ср = 355 К.

Средняя температура воды в радиаторе принимается Т_вод.ср = 345 К.

Поверхность охлаждения масляного радиатора, омываемая водой, F_м 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 = 2600 мин^-1.

Принимаются следующие параметры:

- диаметр шатунной шейки d_ш.ш = 72 мм (из расчета шатуна по таблице 2.3);

- среднее значение силы, действующей на шатунную шейку, R_ш.ш.ср=9574 Н;

- критическая толщина смазочного слоя h_кр = 0,003 мм;

- динамическая вязкость масла = 0,01 Пас при средней температуре смазочного слоя в подшипнике 373 К (по таблице 6.1).

Таблица 6.1 - 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 l_ш.ш' в мм:

l_ш.ш' = 0,4572=32,4.

Среднее удельное давление на поверхности шейки k_ш.ш.ср в МПа:

Относительный зазор :

Коэффициент с, учитывающий геометрию шатунной шейки:

Минимальная толщина смазочного слоя в подшипнике h_min в мм:

Коэффициент запаса надежности подшипника К:

Так как то подшипник спроектирован с запасом надежности.

Заключение

В результате выполненной курсовой работы были получены основные навыки теплового расчёта двигателя, его теплового баланса и внешней скоростной характеристики, динамического расчета, расчета деталей на прочность, расчета системы охлаждения.

Можно сказать, что в данной работе я проектировал свой собственный двигатель, выполнил расчёт основных характеристик и параметров, по которым уже можно судить о совершенстве его действительного цикла реально работающего двигателя, о его работоспособности, о том, какие максимальные нагрузки он выдерживает, способен ли он преодолевать кратковременные нагрузки, а также говорить об его экономичности.

На базе 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 рассчитан тепловой баланс, который позволяет определить тепло, превращённое в полезную эффективную работу, т.е. установить степень достигнутого совершенства теплоиспользования и наметить пути уменьшения имеющихся потерь. Знание отдельных составляющих теплового баланса позволяет судить о теплонапряжённости деталей двигателя, рассчитать схему охлаждения, выяснить возможность использования теплоты отработавших газов, а также о возможности уменьшения коэффициента избытка воздуха, т.е. о возможности уменьшения размеров цилиндра, а, следовательно, о повышении литровой мощности.

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.

В данной работе был рассчитан дизельный двигатель по показателям похожий на двигательЗИЛ-645.

На основе полученных в процессе теплового расчёта эффективные показатели двигателя, а также некоторых технических характеристик можно сделать некоторые выводы. Дизельный двигатель имеет эффективный КПД равный 37%. Удельный эффективный расход топлива составляет 212(214) г/кВт•ч. Среднее эффективное давление 0,857(0,933) МПа, что вполне соответствует такому роду двигателей. Этот мотор можно отнести к низкооборотным, а по эффективной мощности к двигателям с большой мощностью. Отсюда следует, что действительно целесообразно использовать его в качестве привода грузовых автомобилей.

Список использованной литературы