Расчет автомобильного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Аннотация

Раздел I. Тепловой расчет двигателя

1.1 Определение основных параметров рабочего тела

1.2 Расчёт рабочего цикла бензинного двигателя

1.2.1 Процесс впуска

1.2 2 Процесс сжатия

1.2.3 Процесс сгорания

1.2.4 Процесс расширения

1 3. Расчёт основных параметров, характеризующих работу бензинового двигателя

1.4 Определение основных размеров двигателя

1.5 Тепловой баланс двигателя

1.6 Построение индикаторной диаграммы

1.6.1 Построение индикаторной диаграммы графическим методом

1.6.2 Построение индикаторной диаграммы аналитическим методом

1.7 Построение внешней скоростной характеристики двигателя внутреннего сгорания

Раздел II. Кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма (КШМ)двигателя

2.1 Кинематика кривошипно-шатунного механизма

2.2 Динамика кривошипно-шатунного механизма

2.2.1 Построение развёрнутой индикаторной диаграммы

2.2.2Определение масс и силы инерции, поступательно движущихся частей кривошипно-шатунного механизма

2.2.3Определение сил, действующих на цилиндр, шатун и кривошип(шатунную шейку) коленчатого вал

2.2.4 Определение тангенциальных сил и крутящего момента на коленчатом валу

Раздел III. Расчет на прочность основных деталей двигателя внутреннего сгорания

Расчёт коленчатого вала

Литература

Введение

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.

В области развития и совершенствования автомобильных двигателей основными задачами являются: расширение использования дизелей, улучшение топливной экономичности и снижение удельной массы двигателей, стоимости их производства и эксплуатации. На принципиально новый уровень ставится борьба с токсичными выбросами двигателей в атмосферу, а также задачи по снижению шума и вибрации в процессе их эксплуатации. Значительно больше внимания уделяется использованию электронно-вычислительных машин при расчетах и испытаниях двигателей. В настоящее время вычислительная техника широко используется на моторостроительных заводах, в научно-исследовательских центрах, конструкторских и ремонтных организациях, а также в высших учебных заведениях.

Выполнение сегодняшних задач требует от специалистов, связанных с производством и эксплуатацией автомобильных двигателей, глубоких знаний теории, конструкции и расчета двигателей внутреннего сгорания.

Аннотация

Курсовой проект на тему «Расчет автомобильного двигателя» состоит:

1.Расчетная часть содержит:

1)Тепловой расчет двигателя;

2)Кинематика и динамика двигателя;

3)Расчет коленчатого вала.

2. Пояснительная записка написана на 26 страницах компьютерным набором, содержит:

1) 3 таблицы;

2) 4 графика;

3) 2 схемы

3. Графическая часть состоит из двух листов формата А1:

1) на первом формате находятся:

а) индикаторная диаграмма;

б) развернутая индикаторная диаграмма;

в) графики перемещение, скорости, ускорений поршня;

г) график сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме;

2) на втором формате находятся:

а) график внешних скоростных характеристик двигателя;

б) схема сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме;

в) схема размеров элементов коленчатого вала.

Раздел I. Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Вначале выбираем основные скоростные режимы карбюраторного двигателя:

1. Режим минимально частоты вращения коленчатого вала, обеспечивающий устойчивую работу двигателя определяется в пределах n_min= 600…1000 мин ^-1_. Принимаем n_min= 900 мин ^-1.

2. Режим максимального крутящего момента принимается: n_M=(0,4…0,6)·n_N=0,5·4600=2300 мин ^-1.

3. Режим максимальной (номинальной) мощности по заданию n_N= 4600 мин ^-1.

4. Режим максимальной скорости движения автомобиля: n_max=(1,05…1,2) · n_N = 1,15 · 4600=5290 мин ^-1.

Выбор топлива.

В соответствии с заданной степенью сжатия Э=9,8 можно использовать бензин марки А-92 или АИ-93.

Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина:

C= 0,855; H= 0,145 и m_т=114 кг/кмоль.

Коэффициент выделения теплоты о=0,9. Температура отработавших газов в T_r =1000К.

Низшая теплота сгорания топлива определяется по формуле:

H_u =33,91 · C + 125,6 · H-10,89·(O - S)- 2,51 ·(9·H + W).

Подставив значения, получим:

H_u =33,91 · 0,855 + 125,6 · 125,6·0,145-2,51 · 9 ·0,145 =43,93 МДж/кг = 43930 кДж/кг.

1.1 Определение основных параметров рабочего тела

Величина L_0, т.е. количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 кг. Топлива, в кмоль для карбюраторных двигателей определяется по формуле:

.

Подставим:

Количество свежей горючей смеси (кмоль/кг топлива), поступившей в цилиндр для бензинового двигателя определяется по формуле:

M₁= б L₀ + 1/m_т,

где:

б-коэффицент избытка воздуха(значение берем из задания);

L₀-количество воздуха(кмоль), теоретически необходимого для сгорания 1 кг. топлива;

m_т- молекулярная масса паров бензина(кг/кмоль).

Подставим значения величин:

M₁=0,97 · 0,512 + 1/114 = 0,5(кмоль/кг топлива).

1.2 Расчет рабочего цикла бензинного двигателя

1.2.1 Процесс впуска

По заданной частоте вращения коленчатого вала двигателя (n=4600мин ^{- 1}), учитывая отсутствие устройств для подогрева и стремление получить при этом наилучшее наполнение цилиндров свежим зарядом, принимаем температуру подогрева свежей смеси в начале впуска ?T=5°.Тогда:

- давление остаточных газов определяется по формуле:

P_r= P₀(1 + 0,55·10^-4·n_{e max})

подставив:

P₀=0,1013МПа-давление окружающей среды;

n_{e max}=4600мин^-1-эффективная частота вращения коленчатого вала,

получим:

P_r=0,1013(1+0,55·10^-4·4600)=0,127 МПа.

- коэффициент остаточных газов определяем по формуле:

где:

;

(принимаем равной ;

(принимаем равной 1000°K);

.

- плотность рабочей смеси при пуске определяем по формуле:

кг/м³,

где:

R=287 Дж/(кг·К)-газовая постоянная для воздуха.

Давление рабочей смеси в конце впуска, определяющее количество рабочего заряда, поступающего в цилиндр двигателя, рассчитывается по формуле:

P_a= P₀-?_P=0,1013- ?_P, МПа

где ?P-потери давления на преодоление сопротивлений впускной системы, определяемые по формуле:

где:

- скорость заряда во впускном газопроводе, определяемая по эмпирической формуле:

м/с

Суммарный коэффициент сопротивления впускного тракта и затухания колебаний в нем, и принимая a=2,75, определяется по формуле:

K_c=а+3,3n_e·10^-4=2,75+3,3·4600·10^-4=4,27

Тогда, подставляя полученные значения для ?_p,получим:

МПа

Подставляя это значение в формулу Р_а:

P_a=0,1013-0,028=0,0733МПа.

Температура рабочей смеси в конце впуска с учетом заданного коэффициента наполнения =0,8 определяется по формуле:

1.2.2 Процесс сжатия

Давления в конце процесса сжатия определяется по формуле:

P_c=P_a·ⁿ₁=0,0733·9,8^1,384=0,0733·23,5=1,7 МПа

где:

n₁- показатель политропы сжатия, которая определяется по формуле:

n₁=1,41- 120/n_N=1,41-120/4600=1,384.

Температура в конце процесса сжатия определяется по формуле:

T_c=T_a=284,4·9,8^0,384=683,2°K.

1.2.3 Процесс сгорания

Состав продуктов сгорания определяется по формулам:

M_CO=0,42·L₀·(1-б)=0,42·0,512·(1-0,97)=0,00645кмоль/кг;

M_CO²=C/12-0,42·L₀·(1-б)=0,855/12-0,42·0,512·(1-0,97)=0,064кмоль/кг;

M_N =0,79·б·L₀=0,79·0,97·0,512=0,392кмоль/кг;

M_{H 0}=H/2=0,145/2=0,0725кмоль/кг.

Количество молей продуктов сгорания определяется по формуле:

M₂=M_CO+ M_CO² + M_N + M_{H 0} =0,0151+0,0562+0,3762+0,0725=0,52кмоль/кг.

Химический (теоретический) коэффициент молекулярного изменения определяем по формуле:

м₀=M₂/M₁=0,52/0,485=1,072.

где: M₂ и M₁ - масса соответственно продуктов сгорания и свежего заряда.

Действительным коэффициентом молекулярного изменения м рабочей смеси определяется по формуле:

Средняя молярная теплоемкость свежего заряда для карбюраторных двигателей определяется по формуле:

mс_{v ср}=20,16+1,74·10^-3·Т_c =20,16+1,74·10^-3·683,2=20,28 Дж/моль·К

Средняя молярная теплоемкость продуктов сгорания для бензиновых двигателей определяется по формуле:

mc_Vr =20,84+2,83·10^-3 ·T_z^,

подставляя числовые значения коэффициента избытка воздуха (б), получим уравнение с двумя неизвестными (mс_Vr и T_z).

Зная элементарный состав жидкого топлива, можно определить его низшую теплоемкость по формуле:

H_u=4,2[8100·C+3000·H-600(9·H-W)-2600(O-S)],

где: C,H,W,O и S - процентное(по массе) содержание соответственно углерода, водорода, влаги, кислорода и серы в топливе.

При расчетах W обычно не учитывается из-за практически малого значения.

Количество теплоты, потерянной вследствие химической неполноты сгорания на основе реакций окисления углерода определяется по формуле:

?H_u=119600(1-б)·L₀ =11960(1-0,97)·0,512=1837 кДж/кг

С учетом этого можно написать уравнение сгорания в следующем виде:

Подставляя полученные выше значения в уравнение и преобразовав его, выводим квадратичное уравнение вида:

3,826·10^-3·T_z² +38,25·T_z=79942,87

Из этого уравнения определяем температуру в конце процесса сгорания:

T_Z=1775,3°K

подставляя значение T_z в формулу mc_Vr, получим:

mc_Vr =20,84+2,83·10^-3 ·1775,3=42,6 Дж/моль·К.

Давление в конце процесса сгорания, для двигателей, работающих по циклу с подводом теплоты при V=const, определяется по формуле:

Тогда степень повышения давления будет равна:

1.2.4 Процесс расширения

Давление в конце процесса расширения определяется по формуле:

Здесь показатель политропы расширения(n₂), находим по формуле:

Тогда,

Температура в конце процесса расширения:

°K

1.3 Расчет основных параметров, характеризующих работу бензинового двигателя

Среднее индикаторное теоретическое давление (P_i') определяется по формуле:

=

МПа

Среднее индикаторное действительное давление (P_i) определяется по формуле:

P_i= (P_i'-?P_i)=0,96(1,25-0,054)=1,15МПа

где:

=0,96-коэффициент полноты диаграммы,

?P_i=P_r-P_a=0,127-0,0736=0,0534МПа.

Среднее значение работы трения (механических потерь) в общем случае определяется по формуле:

P_T=0,035+0,00005·n_e=0,035+0,00005·4600=0,265МПа

Среднее эффективное давление определяется по формуле:

P_e=P_i -P_T=1,15-0,265=0,885МПа.

Механический КПД определяется по формуле:

МПа.

Индикаторный КПД характеризующий степень совершенства рабочего процесса в двигателе определяется по формуле:

Удельный индикаторный расход топлива определяется по формуле:

г/кВт·ч

Удельный расход топлива на единицу эффективной мощности определяется по формуле:

г/кВт·ч

Эффективный КПД определяется по формуле:

Термический КПД определяется по формуле:

где:

k- показатель адиабаты (принимаем равным 1,4)

1.4 Определение основных размеров двигателя

Исходя из задания значения номинальной мощности (N_e=110кВт/ч),частоты вращения коленчатого вала (n=4600 мин^-1), числа цилиндров (i=4), а также среднего эффективного давления(P_e=0,825МПа) находим литраж(V_h) двигателя по формуле:

л

Рабочий объем одного цилиндра определяется по формуле:

л

Диаметр цилиндра для двигателя с i=4 и Ш=S/D=1,0 определяется по формуле:

мм.

Стандартом определяется предпочтительный ряд диаметров цилиндров:

60;63;71;76;80;85;90;95;100;105;110;112;115;130;145мм.

Исходя, из этого ряда чисел принимаем D =100мм.

Ход поршня определяется из соотношения:

т.е.

Радиус кривошипа определяется по формуле:

= 50мм.

Принимая отношение радиуса кривошипа к длине шатуна в проектируемом двигателе л=0,25, определяем длину шатуна:

.

Средняя скорость поршня определяется по формуле:

м/с.

Угловая скорость вращения коленчатого вала определяется по формуле:

рад/с.

Основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям D и S.

Литраж автомобиля определяется по формуле:

л

Площадь днища поршня определяется по формуле:

Эффективная мощность двигателя определяется по формуле:

=110кВт

Эффективный крутящий момент определяется по формуле:

Часовой расход топлива определяется по формуле:

Литровая мощность двигателя определяется по следующей формуле:

кВт/л.

1.5 Тепловой баланс двигателя

Составляющие теплового баланса можно найти аналитически по данным теплового расчета двигателя.

В общем виде внешний тепловой баланс двигателя может быть представлен виде следующих составляющих:

расчет автомобильный двигатель

,

Общее количество теплоты (Q₀) определяется по формуле:

,

где:

=43930 кДж/кг - низшая температура сгорания топлива;

G_T= 25,41 кг/ч - часовой расход топлива.

Подставив значения, получим:

Дж/с.

Теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя за 1с. по формуле:

Дж/с

где:

N_e=110 кВт/ч- эффективная мощность двигателя.

Теплота, передаваемая охлаждающей среде, определяется по формуле:

,

где:

C=0,45…0,53 - коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей (0,5);

=4 - число цилиндров;

D=100мм. - диаметр цилиндра;

m=0,6…0,7 - показатель степени для четырехтактных двигателей;

n = 4600 мин- частота вращения коленчатого вала при эффективной мощности;

=4286 кДж/кг - количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания;

=0,97 - коэффициент избытка воздуха.

Подставляя эти значения в формулу, получим:

Дж/с.

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива по формуле:

Дж/с.

Неучтенные потери теплоты находим по формуле:

Дж/с.

1.6 Построение индикаторной диаграммы

По полученным данным теплового расчета строится свернутая диаграмма газовых сил, действующих в цилиндре двигателя. Построение индикаторной диаграммы, как правило, производится графическим и аналитическим методами.

1.6.1 Построение индикаторной диаграммы графическим методом

При построении графическим методом в начале по оси абсцисс откладывается отрезок EN, соответствующий рабочему объему и равный значению хода поршня в масштабе, который в зависимости от значения хода поршня может быть принят равным 1:1; 1,25:1 или 1,5:1.(рис.1).

Величина, соответствующая объему камеры сгорания, определяется из соотношения:

Затем на координатных осях, соответствующих верхнему и нижнему мертвым точкам E и N, наносятся значения давления (P_a, P_r, P_c, P_z, P_b) и проводится линия атмосферного давления (P₀). При построении индикаторной диаграммы ее размеры выбираются таким образом, чтобы высота диаграммы была больше длинны в 1,41,7 раза, а масштабы давлений обычно принимают равными m_p=0,02; 0,025; 0,04 МПа в 1мм.

Луч ОМ, проводимый для получения промежуточных точек на политропах сжатия и расширения, строится под произвольным углом ?? к оси абсцисс. В данном случае угол ??=15°, тогда углы ??₁и ??₂, под которыми проводятся лучи ON и OK,определяется по формулам:

где:

n₁=1,38 - показатель политропы сжатия.

Откуда ₁=21°12' -для процесса сжатия;

где:

n₂=1,25 -показатель политропы расширения.

Откуда ??₂=19° -для процесса расширения.

Построение политропы сжатия выполняется следующим образом. Из точки P_c -конца сжатия проводится линия, параллельная оси абсцисс, до пересечения с осью ординат. Из точки пересечения под углом 45° к ординате проводится линия до пересечения с лучом ON₁, а из этой точки - горизонтальная линия, параллельная оси абсцисс. Затем из точки «c» проводится линия, параллельная оси ординат, до пересечения с лучом OM. Из точки пересечения проводится линия под углом 45° к вертикали до пересечения с осью абсцисс, а из полученной точки -перпендикуляр до пересечения с ранее проведенной горизонтальной линией. Точка пересечения этих двух линий дает новую точку 2 политропы сжатия. Аналогично находятся другие точки 3, 4 и т.д. политропы сжатия. Необходимо отметить, что положение точки c' определяется углом опережения зажигания, а положение точки с ориентировочно может быть найдено из выражения:

МПа.

Так как сгорание практически происходит не при постояном объеме, то линия сгорания отклоняетсяот изохоры, и действительное давление конца сгорания у карбюраторных двигателей лежит в пределах (0,83…0,86)·P_z.

Для расчета принимаем:

4,73=4,02 МПа

Во избежание жесткой работы двигателя повышения давления ?P не должно быть более 0,25МПа на 1° поворота коленчатого вала:

МПа.

что соответствует углу коленчатого вала:

Следовательно, при графическом построении индикаторной диаграммы положение точки определяется исходя из значения величины скругления диаграммы , перемещения поршня (S_п), и угла опережения зажигания. Соединив точки P_c и , получим линию процесса сгорания на графике индикаторной диаграммы.

Построение политропы расширения производится так же, как и политропы сжатия, принимая за исходную точку - точку P_z и используя луч OK под углом ??₂. по мере подхода поршня к НМТ, производится скругление политропы с учетом фаз газораспределения и момента открытия выпускного клапанного клапана. При этом точка b обычно располагается примерно на половине расстояния между точками a и b'. Затем проводится линия основного выпуска отработавших газов b'-r и впуска свежего заряда r-a.

1.7 Построение внешней скоростной характеристики двигателя внутреннего сгорания

Построение кривых скоростной характеристики для бензинового двигателя ведем в интервале от n_min=900 мин^-1 до n_max=(1,05…1,2)·n_N=1,15·4600=5290мин^-1.

где: n_N=4600 мин^-1 - частота вращения коленчатого вала при номинальной(эффективной) мощности.

Расчетные точки кривой эффективной мощности (кВт)и для бензиновых двигателей определяются по эмпирическим зависимостям через каждые 500…1000 мин^-1, при постоянных значениях N_N; n_N и искомых N_X; n_x.

Расчет эффективной мощности бензинового двигателя:

;

-

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=900мин^-1

кВт;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=1400мин^-1

кВт;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=1900мин^-1

кВт;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=2400мин^-1

кВт;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=2900мин^-1

кВт;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=3400мин^-1

кВт;

Расчет эффективного крутящего момента:

;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=900мин^-1

Н·м;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=1400мин^-1

Н·м;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=1900мин^-1

Н·м;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=2400мин^-1

Н·м;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=2900мин^-1

Н·м;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=3400мин^-1

Н·м;

Расчет среднего эффективного давления:

;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=900мин^-1

МПа;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=1400мин^-1

МПа;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=1900мин^-1

МПа;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=2400мин^-1

МПа;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=2900мин^-1

МПа;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=3400мин^-1

МПа;

Определение удельного эффективного расхода топлива:

;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=900мин^-1

г/кВт·ч;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=1400мин^-1

г/кВт·ч;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=1900мин^-1

г/кВт·ч;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=2400мин^-1

г/кВт·ч;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=2900мин^-1

г/кВт·ч;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=3400мин^-1

г/кВт·ч;

Определение часового расхода топлива:

_;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=900мин^-1

кг/ч;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=1400мин^-1

кг/ч;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=1900мин^-1

кг/ч;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=2400мин^-1

кг/ч;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=2900мин^-1

кг/ч;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=3400мин^-1

кг/ч;

Определение изменения коэффициента избытка воздуха:

Для остальных режимов работы двигателя коэффициент избытка воздуха оставляем почти постоянным, т.е. ??_x=0,97 (см. табл. 1).

Определение коэффициента наполнения бензинового двигателя:

;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=900мин^-1

;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=1400мин^-1

;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=1900мин^-1

;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=2400мин^-1

;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=2900мин^-1

;

- для оборотов вращения коленчатого вала n_x=3400мин^-1

;

По скоростной характеристике определяем коэффициент приспособляемости (К) по следующей формуле:

По результатам проведенных расчетов строятся графики внешних скоростных характеристик, рис. 2

Таблица 1.

Частота вращения коленчатого вала	Параметры внешней скоростной характеристики
	Nx	Mx	Px	x	Gx	??x	??x
900	24,9	264,33	1,025	231,65	5,77	0,92	0,732
1400	40,56	276,8	1,07	214,18	8,7	0,93	0,724
1900	56,47	283,95	1,1	202,38	11,43	0,94	0,7
2400	71,72	285,5	1,107	195,3	14	0,95	0,688
2900	78,8	259,6	1,06	194,96	15,36	0,96	0,63
3400	96,87	272,2	1,055	198,66	19,24	0,97	0,68

Раздел II. Кинематика кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания

Кинематика кривошипно-шатунного механизма.

Основные элементы КШМ совершают различные виды перемещений:

Поршень - возвратно-поступательное;

Шатун - сложное плоскопараллельное в плоскости его качения;

Кривошип коленчатого вала - вращательное движение относительно его оси.

Кинематика возвратно-поступательного движения поршня описывается зависимостями его перемещения (), скорости(), ускорения() и угла поворота().

Перемещение поршня определяется по формуле:

;

Где:

л -отношение радиуса кривошипа к длине шатуна (=0,28),

- радиус кривошипа(=50).

подставив значения в формулу, получим:

Тригонометрические зависимости от угла поворота определяется по величине л из методического указания и сводятся в таблицу 2.

Мгновенные скорости поршня определяются по формуле:

;

где:

-угловая скорость (=481,5),

подставив значения, получим:

Тригонометрические зависимости от угла поворота определяется по величине л из методического указания и сводятся в таблицу 2.

Мгновенные ускорения поршня определяются по формуле:

;

подставив значения, получим:

Тригонометрические зависимости от угла поворота определяется по величине л из методического указания и сводятся в таблицу 2.

Таблица 2. Результаты расчетов перемещения, скорости и ускорения поршня.

ц		мм.		, м/с		, м/с2
1	2	3	4	5	6	7
0	0	0	0	0	1,28	14837
30	0,169	8,45	-0,6212	-14,9	1,248	14467
60	0,605	30,25	-0,9872	-23,7	0,36	8664
90	1,140	57	-1	-24	-0,28	6741
120	1,16013	80	-0,7448	-17,9	0,64	1540
150	1,8990	94,95	-0,3788	-9,11	-0,726	-1745
180	2	100	0	0	-0,72	-1733
210	1,8990	94,95	0,3788	9,11	-0,726	-1745
240	1,6013	80	0,7448	17,9	-0,4	1540
270	1,140	57	1	24	-0,28	6741
300	0,605	30,25	0,9872	23,7	0,36	8664
330	0,169	8,45	0,6212	14,9	1,248	14467
360	0	0	0	0	1,28	14837

Графики перемещения, скорости и ускорения поршня построенные по результатам расчетов показаны на рисунке 3.

2.2 Динамика кривошипно-шатунного механизма

2.2.1 Построение развернутой индикаторной диаграммы

При графическом методе перестроения индикаторной диаграммы из координат в координаты поступаем следующим образом.

Под индикаторной диаграммой строят вспомогательную полуокружность радиусом (рис.3). Далее от центра полуокружности O в сторону НМТ откладывают поправку Брикса равную:

мм.

Полуокружность лучами из центра O делят на несколько частей, а из центра Брикса (точка O' рис.3) проводят линии параллельные этим лучам.

Точки, полученные на полуокружности, соответствуют определенным углам . На рис. 3 интервал между точками равен 30°. Из этих точек проводим вертикальные линии до пересечения их с линиями индикаторной диаграммы, и получаемые величины давлений откладываем на вертикали соответствующего угла .

Развертку индикаторной диаграммы начинаем от ВМТ в процессе впуска(кривая на рис.3). При этом следует учесть, что на свернутой индикаторной диаграмме давление отсчитывают от абсолютного нуля, а на развернутой показывают избыточное давление над поршнем .

Поэтому, давление в цилиндре двигателя, меньшее атмосферного, на развернутой диаграмме будет отрицательным.

Силы давления газов, направленные к оси коленчатого вала, считаются положительными, а от коленчатого вала - отрицательными.

2.2.2 Определение масс и сил инерций, поступательно-движущихся частей кривошипно-шатунного механизма

Для определения массы деталей поршневой группы необходимо выбрать материал из которого изготавливают поршень. Выбираем материал для поршня - алюминиевый сплав. Массу поршня примем равной(с учетом удельного веса алюминиевого сплава):

кг/м².

Тогда:

1) масса поршня будет равна:

кг.

2)масса шатуна определяется с учетом массы материала из которого он изготовлен.Обычно шатун изготавливают из кованой стали с удельным давлением на него кг/м². С учетом этого и массы поршня находим:

кг.

3)масса неуравновешенных частей одного колена без учета противовеса для литого чугунного коленчатого вала скг/м² будут равна:

кг.

4)масс шатуна сосредоточенного на оси кривошипа равна произведению массы шатуна на коэффициент 0,725:

кг.

5)масса шатуна сосредоточенная на оси поршневого пальца равна произведению массы шатуна на коэффициент 0,275:

кг.

6)масса совершающая возвратно-поступательное движение равна сумме массы поршня и массы шатуна сосредоточенных на оси поршневого пальца:

кг.

7)масса совершающая вращательное движение равны сумме массы колена и массы шатуна, расположенного на оси кривошипа:

кг.

2.2.3 Расчет сил (удельных и полных) инерции

1)Сила инерции возвратно-поступательно движущихся деталей определяется по формуле:

где:

кг.- масса деталей движущихся возвратно-поступательно;

площадь поршня;

ускорение поршня.

Подставив, значения получим:

кг/мм².

Остальные значения силы инерции возвратно-поступательно движущихся деталей записываем в таблицу 3.

2)Центробежная сила инерции вращающихся масс определяется по формуле:

где:

масса совершающая вращательное движение;

радиус кривошипа(равен 5 -из прошлых расчетов);

угловая скорость (равна -из прошлых расчетов).

Подставляя, значения получим:

кН.

кН. 3)Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа:

кН.

2.2.4.Определение удельных суммарных сил.

1) Удельная сила сосредоточенная на оси поршневого пальца определяется по формуле:

где:

принимается из развернутой индикаторной диаграммы.

Для положения поршня ВМТ имеем:

кН.

Остальные значения удельной силы заносим в таблицу 3.

2)Нормальные силы, действующие на поршень, определяется по формуле:

Остальные значения нормальной силы записываем в таблицу 3.

Таблица 3. Результаты расчета сил (удельных и полных) инерции.

, м/с2	кН.	P кН	??	кН
1	2	3	4	5
14837	385,8	390,9	0	0
14467	376,1	381,2	30	221,1
8664	225,3	230,4	60	398,6
6741	175,3	180,4	90	--
1540	40	45,1	120	-78
1745	45,4	50,5	150	-29,3
1733	45	50,1	180	0
1745	45,4	50,5	210	29,3
1540	40	45,1	240	78
6741	175,3	180,4	270	—
8664	225,3	230,4	300	-398,6
14467	376,1	381,2	330	-221,1
14837	385,8	390,9	360	0

Раздел III. Расчет коленчатого вала

Коренные шейки нагружаются главным образом крутящим моментом, поэтому запас прочности оцениваем только по касательным напряжениям. Момент сопротивления коренной шейки кручению определяем по формуле:

;

где:

-диаметр коренной шейки, примем м.

Подставив, получим:

м³.

3.1 Размеры элементов коленчатого вала

1) м;

2) -диаметр шатунной шейки,

примем м;

3) -длинна коренной шейки,

примем ;

4) -длинна шатунной шейки,

примем ;

5) толщина шеек,

примем м;

6) высота,

примем м;

7)

примем м.

3.2 Максимальное и минимальное касательные напряжения определяем по формулам

;

где:

и -максимальный и минимальный крутящие моменты;

крутящий момент.

Подставим значения:

3.3 Амплитудное и среднее значение

Па;

Па.

3.4 Запас прочности при ассиметричном цикле нагружения определяется по формуле

;

где:

коэффициент определяется по формуле:

Па - предел выносливости материала (сталь) на кручение при симметричном цикле;

Па - предел выносливости при пульсирующем цикле.

Подставляя эти значения в формулу запаса прочности, получим:

Литература

1. Луканин В.Н., Морозов К.А., и др. Двигатели внутреннего сгорания. ВЗ кн. Под редакцией. В.Н. Луканина. - М.: "Машиностроение", 2005;

2. Шатров, И.В. Алексеев, С.Н. Богданов и др.; под ред. М.Г.Шатрова.- М.: Издательский центр «Академия», 2011;

3. Чудаков Д.А.Теория тракторам автомобиля. М.: "Колос", 1972.

4. Автомобильные и тракторные двигатели. Ч.П. Конструкция и расчет двигателей. Под ред. Ленина И.М.. Учебник для втузов. Изд. 2-е, доп. и переработанное. М: «Высшая школа», 1976.-280с.

5. Автотракторныедвигатели.2-еизд./Под ред. М.С. Ховаха М.: "Машиностроение", 1977.-597с.

6. Хачиян А.С, Морозов К.А., Луканин В.Н. Двигатели внутреннего сгорания: Учебник для вузов. -- М.: «Высшая школа», 1978. --280с.

7. Колчин А.Л. и Демидов В.Л. Расчет автомобильных и тракторных двигателей, 2-е изд. переработанное. М.: "Высшая школ а", 1980.- 400с.

8. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для втузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» /Вырубов Д.Н., Иващенко Н.А., Ивин В.Л. и др.; Под ред. Орлина А.С, Круглова. М.Г. -4-е изд., переработанное. и доп.- М.: «Машиностроение», 1983.-372с.

9. Двигатели внутреннего сгорания.4-еизд./Под ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова. М.: "Машиностроение", 1985.-456с.

10. Двигатели внутреннего сгорания. 2-е изд./Под ред. В.Н. Духанина.-- М.: "Машиностроение", 1985.-311с.

11. Колчин А.Л. и Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей,3-е изд. переработанное.- М.: "Высшая школа",2002.- 496с.

12. Пузанков А.Г. Автомобили. Конструкция, теория и расчёт. /Пузанков А.Г. -- М.: Изд.Центр «Академия»,2007.-544с.

Размещено на Allbest.ru