Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
«КАЛМЫЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА АГРОИНЖЕНЕРИИ
ТРАКТОРЫ И АВТОМОБИЛИ
Раздел «Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей»
Методические указания
по курсовому проектированию
Элиста 2011
Составитель ст.преп. А.Н. Эняев
Тракторы и автомобили. Раздел «Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей». Методические указания по курсовому проектированию / Калм.ун-т; Сост. А.Н. Эняев. – Элиста, 2011. – 28 с.
В методических указаниях рассмотрены вопросы теории, конструкции и расчета автотракторных двигателей, приведены примеры расчета двигателей, оформления курсовой работы.
Методические указания предназначены для студентов 3 курса инженерно-технологического факультета специальности 110304 «Технология обслуживания и ремонта машин в агропромышленном комплексе».
Одобрено учебно-методической комиссией инженерно-технологического факультета.
Рецензент канд. техн. наук, доцент Л.И. Мучкинова
Задание и методические указания по выполнению курсового проекта
Целью курсового проекта является систематизация, закрепление и углубление знаний студентов по основным вопросам теории автотракторных двигателей.
По содержанию курсовой проект состоит из 5 глав:
Каждому студенту выдается индивидуальное задание. Исходные данные выбираются студентом из приведенных таблиц А и Б, в соответствии с шифром.
Курсовой проект должен состоять из расчетно-пояснительной записки объемом 15-20 страниц и двух листов графиков на бумаге формата А1.
Таблица А
Варианты заданий
|
Предпосл. цифра |
Последняя цифра шифра |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
|
1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
2 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
3 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|
4 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
5 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
6 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|
7 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
8 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
9 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Таблица Б
Исходные данные для курсового проекта
|
Вариант |
Тип двигателя |
Прототип двигателя |
Число и расположение цилиндров |
Мощность, кВт (л.с.) Ne |
|
|
карбюрат. карбюрат. карбюрат. карбюрат карбюрат. карбюрат. карбюрат. карбюрат. карбюрат. карбюрат. карбюрат. карбюрат. дизель дизель дизель дизель дизель дизель дизель дизель дизель дизель дизель дизель дизель дизель дизель дизель дизель дизель |
ЗМЗ-53 ЗМЗ-4022 ЗМЗ-4025 ЗМЗ-4026 ЗМЗ-4061 ЗМЗ-4063 ВАЗ-21011 ВАЗ-2107 ЗИЛ-130 ЗИЛ-375 УМЗ-451М ГАЗ-24Д ЯМЗ-236 ЯМЗ-238 ЯМЗ-238Н ЯМЗ-238НБ ЯМЗ-240 ЯМЗ-240БМ КамАЗ-740.10 КамАЗ-740.20 КамАЗ-7403.10 CМД-60 СМД-62 СМД-80 Д240Л А-41 А-01 Д-108 Д-130 Д-160 |
8V-900 4Р 4Р 4Р 4Р 4Р 4Р 4Р 8V-900 8V-900 4Р 4Р 6V-900 8V-900 8V-900 8V-900 12V-750 12V-750 8V-900 8V-900 8V-900 6V-900 6V-900 8V-900 4Р 4Р 6Р 4Р 4Р 4Р |
84,6 (115) 77,2 (105) 66,2 (90) 73,5 (100) 73,5 (100) 80,9 (110) 47 (63,5) 56,6 (77) 110.3 (150) 132,4 (180) 55,2 (75) 69,9 (95) 132.35 (180) 176.47 (240) 235.3 (320) 158,1 (215) 264.7 (360) 220,7 (300) 154,4 (210) 162 (220) 191 (260) 110,3 (150) 121,4 (165) 195 (265) 58,84 (80) 66,32 (90) 95,64 (130) 79,41 (108) 102,94 (140) 117,65 (160) |
Продолжение таблицы Б
|
Вариант |
Частота вращения, n, об/мин |
Степень сжатия ε |
Степень наддува |
Давление окружающей среды,po,МПа |
Температура окружающей среды, t оС |
|
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. |
3200 4750 2400 2400 2600 2600 5600 5600 3200 3200 4000 4500 2100 2100 2100 1700 2100 1900 2600 2600 2600 2000 2100 2100 2200 1750 1770 1070 1070 1250 |
6.7 8 6,7 8,2 8 9,3 8,5 8,5 6.5 6,5 6,7 8,2 16.5 16.5 16.5 16,5 16,5 16,5 17 16 16 15 15 15 16 16,5 16,5 14 14 14,5 |
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1.5 1,5 1,5 1,5 - - - - 1,5 1,5 |
0.098 0,099 0,1 0.098 0,099 0,1 0.098 0,099 0,1 0.098 0,099 0,1 0.098 0,099 0,1 0.098 0,099 0,1 0.098 0,099 0,1 0.098 0,099 0,1 0.098 0,099 0,1 0.098 0,099 0,1 |
+17 +20 +27 +17 +20 +27 +17 +20 +27 +17 +20 +27 +17 +20 +27 +17 +20 +27 +17 +20 +27 +17 +20 +27 +17 +20 +27 +17 +20 +27 |
2. Тепловой расчет дизеля
ПРИМЕР РАСЧЕТА ДИЗЕЛЯ
Произвести расчет четырехтактного дизеля, предназначенного для гусеничного трактора. Дизель четырехцилиндровый (i = 4) c неразделенными камерами сгорания, объемным смесеобразованием, частотой вращения коленчатого вала при максимальной мощности n=1800 мин-1 и степенью сжатия ε = 16,5. Дизель без наддува с эффективной мощностью Ne = 76 кВт. Давление окружающей среды pо = 0,1 МПа, температура t = 27оС.
Давление и температура остаточных газов
Давление остаточных газов
pr= (1.05…1,15)pо= (1,05…1,15) 0,1 = 1,05*0,1…1,15*0,1 =
=0,105…0,115 = 0.105 МПа
Температура остаточных газов Tr = 800оК
Подогрев свежего заряда ΔТ = 0оК.
Коэффициент избытка воздуха α = 1,5.
Дизельное топливо принимаем: в летних условиях - марки Л, в зимних – З. Цетановое число топлива – не менее 45.
Средний элементный состав дизельного топлива
С = 0,87; Н = 0,125; О = 0,005.
Молекулярная масса топлива μт= 190 кг/кмоль.
Низшая удельная теплота сгорания топлива Qн = 42500 кДж/кг.
Показатели политроп сжатия и расширения n1 = 1.38; n2 = 1.23.
Коэффициент использования тепла ξ = 0,8.
Степень повышения давления λ = 1,6.
Процесс впуска
pa = po- Δpa= 0.1 – 0.015 = 0.085 МПа,
где Δpa – потери давления вследствие сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре.
Потери давления по уравнению Бернулли
Δpa = (β2 + ξвп)ρ*10-6 = 3,2 1,16*10-6 = 0,015 МПа
где ρ – плотность заряда: ρ = 1,16 кг/м3
В дизеле без наддува потери давления находятся в пределах
[Δра = (0,03…0,18)ро = 0,03*0,1…0,18*0,1 = 0,003…0,018 МПа]
2. Коэффициент остаточных газов
Где Т0 = t 0C + 273 = 27 + 273 = 300 0K
[Дизели без наддува γr = 0,03…0,06]
3. Температура в конце впуска
[Дизель без наддува Та = 310…350 0К]
[Для дизелей с неразделенными камерами сгорания ηV = 0.78…0.94]
Процесс сжатия
pc = paέn1 = 0.085*16.51.38 = 4.07 МПа
[Дизель без наддува pc = 3.5…5]
Tc = Taέn1-1 = 314.16*51.38-1 = 9110K
[Дизель без наддува Tc = 700…9000K]
Процесс сгорания
,
где С, Н, О – массовые доли соответственно углерода, водорода и кислорода в элементарном составе топлива;
0,21 – объемное содержание воздуха в кг воздуха.
2. Действительное количество молей свежего заряда
М1 = М = άLo = 1.5. 0.493 = 0.74 кмоль/кг
где
[Коэффициент β находится в пределах β = 1,03…1,05]
5. Температура и давление в конце видимого сгорания.
Температура в конце видимого сгорания Tz определяется из уравнения сгорания.
В общем виде уравнение сгорания имеет вид:
где ξ – коэффициент использования тепла:
QH – теплотворность топлива, кДж/кг;
μCVC и μCVZ – средние мольные теплоемкости при постоянном объеме соответственно рабочей смеси и продуктов сгорания.
Значения средних мольных теплоемкостей приближенно могут быть определены по выражениям:
для рабочей смеси
μCVC = 20,129+0,002411Tc = 20.129+0.002411. 911 = 22.325, кДж/кмоль0К
для продуктов сгорания в дизеле
μCVZ = (20,097+0,921/ά)+(1,549+1,376/ά). 10-3 Tz =
= (20.097+0.921/1.5)+(1.549+1.376/1.5) . 10-3 Tz =
=20.711+0.0025Tz, кДж/кмоль0К
Подставляем значения теплоемкостей:
77064 = 21.539 Tz + 0.0026 Tz 2 + 8.65Tz
0.0026Tz2 + 30.189Tz – 77064 = 0
и определяем температуру в конце видимого сгорания
[Дизель без наддува Tz = 1800…2300 0К]
Давление в конце видимого сгорания
pz = λpc = 1.6*4.07 = 6.512 МПа
где λ = 1,6 – степень повышения давления.
[Дизель без наддува pz = 5…10 МПа]
Степень предварительного расширения в дизеле находится по выражению
[Для выполненных конструкций дизелей ρ = 1,2…1,7]
Процесс расширения
В результате расширения происходит преобразование тепловой энергии топлива в механическую работу. Давление pb и температура Tb газов в конце расширения определяется по уравнениям политропного процесса:
;
где δ = έ/ρ = 16,5/1,536 = 10,74 – степень последующего расширения.
[Дизель без наддува pb = 0.2...0.4 МПа; Tb = 1200…14000K]
Индикаторные и эффективные показатели двигателя
В ходе расчета должны быть определены индикаторные показатели цикла (среднее индикаторное давление pi, индикаторный КПД ηi, индикаторный удельный расход топлива gi) и эффективные показатели двигателя (среднее эффективное давление pe, механический КПД ηм, эффективный КПД ηе и удельный эффективный расход топлива ge).
Расчетом последовательно определяются:
pi = φpi’ = 0.93*0.95 = 0.88, МПа
где φ = 0,92…0,95 – коэффициент скругления (полноты) индикаторной диаграммы, принимаемой для дизеля.
[Дизель без наддува pi = 0.7…1.1 МПа]
где Qн ,в МДж/кг.
[Дизель без наддува ηi = 0,38…0,50]
[Дизель без наддува gi = 175…230 г/кВт*ч]
рм = 0,089+0,0118vср = 0,089+0,0118*8,4 = 0,188 МПа
Средняя скорость поршня vср принимается по прототипу и определяется по выражению
vср = Sn/30 = 0.140*1800/30 = 8.4 м/c
pe = pi – pм = 0,88 – 0,188 = 0,692 МПа
ηм = ре/рi = 0.692/0.88 = 0.786
[Дизель без наддува ре = 0,5…0,85; ηм = 0,75…0,82]
7. Эффективный КПД и эффективный удельный расход расход топлива
ηе = ηi.ηм = 0,456*0,786 = 0,36
ge = 3600/QH.ηe = 3600/(42.5*0.36) = 235,29 г/кВт.ч
[Дизель без наддува ηе = 0,3…0,4; ge = 210…280 г/кВт.ч]
Определение диаметра и хода поршня
Предварительно задаются отношением хода поршня к диаметру цилиндра (S/D). Чаще всего его берут таким, как для конструктивного прототипа. Для определения рабочего объема цилиндра используют формулу
где τ – тактность двигателя;
I – число цилиндров;
Ne – эффективная мощность двигателя;
n - частота вращения коленчатого вала, об/мин;
ре – среднее эффективное давление, МПа.
Определяем диаметр цилиндра D и ход поршня S
=130 мм
S = D(S/D) = 129.36(140/130) = 139.3 = 140 мм
Полученные значения S и D обычно округляют до четных чисел, нуля или пяти. По окончательным принятым значениям D и S определяют мощность двигателя
Полученное значение не должно расходиться с заданным более чем на 3 %.
Δ = (77,12 – 76)*100/76 = 1,47 %
Построение индикаторной диаграммы
Рабочий объем цилиндра Vh откладывается по оси абсцисс в мм, численно равным ходу поршня.
Vh = S = 140 мм
Тогда объем камеры сгорания в миллиметрах будет
Vc = S/(έ - 1) = 140/(13.5 – 1) = 9.03 мм
Полный объем
Va = Vh + Vc = 140 + 9.03 = 149.03 мм
Масштаб давления принимаем μр = 0,03 МПа/мм
Расчет политроп расширения для дизеля заканчивается при
έ = δ = 10,74
где δ – степень последующего расширения.
Таблица 1
|
Результаты расчета политроп сжатия и расширения |
||||||||
|
έ |
1 |
1,5 |
2 |
4 |
6 |
8 |
δ=10,74 |
έ=16,5 |
|
Vx=Va/έ |
149,03 |
99,353 |
74,515 |
37,258 |
24,838 |
18,629 |
13,876 |
9,0321 |
|
px=pa*έn1 |
0,085 |
0,1487 |
0,2212 |
0,5758 |
1,0076 |
1,4986 |
2,2501 |
4,0696 |
|
px/μp |
2,8333 |
4,958 |
7,3743 |
19,193 |
33,585 |
49,953 |
75,004 |
135,65 |
|
px=pb*έn2 |
0,35 |
0,5763 |
0,821 |
1,9258 |
3,171 |
4,5172 |
6,4894 |
|
|
px/μp |
11,667 |
19,211 |
27,366 |
64,192 |
105,7 |
150,57 |
216,31 |
После нанесения расчетных точек на диаграмму они соединяются плавными кривыми, характеризующими политропные процессы сжатия и расширения. Линии, характеризующие процессы впуска и выпуска, проводятся условно, по возможности ближе к линии давления ро.
В четырехтактном цикле дизеля (рис.1) точка с’ является началом видимого сгорания, и положение ее определяется по углу опережения впрыска топлива. Конец скругления (точка с’) можно найти, приняв ре”= (1.15…1,20) рс. Наклон линии сгорания выполняется так, чтобы не было слияния с вертикальной линией cz’. В ряде случаев это не удается выполнить (при очень малых значениях р) и линия проводится по линии cz’. Скругление на индикаторной диаграмме должно быть таким, чтобы явно был выражен подвод тепла при постоянном давлении.
Для проверки правильности расчетов и построения планиметрируется диаграмма (без учета насосных ходов) и определяется среднее индикаторное давление
pl = Fиμi/S, МПа
где Fи – площадь индикаторной диаграммы, мм2;
μр – масштаб давления, МПа/мм;
S – ход поршня, мм.
Полученное значение недолжно отличаться от расчетного более чем на
0,025 МПа, т.е. порядка 3%.
Рис. 1. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля
Построение скоростной характеристики
Скоростная характеристика двигателя (рис. 2) строится в левом нижнем углу первого листа проекта.
Для расчета и построения кривых эффективной мощности и эффективного удельного расхода топлива используются эмпирические формулы
Крутящий момент и часовой расход топлива находятся по формулам:
Мех = 9550Nex/nx = 9550*40.263/800 = 480.64 Нм
Gтх = Nexgex/1000 = 40.263*248.78/1000 = 10.017 кг/ч
Расчеты выполняются для 8 – 12 скоростных режимов двигателя от
nmin = 600…800 мин-1 до nmax через 200…300 мин-1.
Результаты расчетов заносим в таблицу 2.
Таблица 2
Скоростная характеристика двигателя
|
nх, об/мин |
800 |
1000 |
1200 |
1400 |
1600 |
1800 |
||
|
Nex, кВт |
40,26 |
50,95 |
60,61 |
68,62 |
74,3 |
77,12 |
||
|
Мех, Нм |
480,64 |
486,55 |
482,36 |
468,06 |
443,67 |
409,16 |
||
|
gex, г/кВтч |
249,09 |
234,71 |
226,14 |
223,38 |
226,43 |
235,29 |
||
|
Gтх, кг/ч |
10,03 |
11,96 |
13,71 |
15,33 |
16,83 |
18,15 |
По результатам расчета строятся кривые скоростной характеристики двигателя и отмечаются Мmax, gemin и соответствующие им частоты вращения вала двигателя.
Определяется коэффициент приспособляемости двигателя
k = Mmax/Mн = 486,76/409,34 = 1,19
Для выполненных конструкций дизелей k = 1.05…1.22.
Рис. 2. Регуляторная характеристика дизеля
Кинематический расчет кривошипно-шатунного
механизма (КШМ)
Расчет состоит в определении перемещения, скорости и ускорения поршня для различных углов поворота коленчатого вала, при постоянной частоте вращения его.
Радиус кривошипа
R = S/2 = 140/2 = 70 мм
Длина шатуна
L = R/λ = 70/0.263 = 70/0.263 = 266 мм
где λ = R/L – кинематическая постоянная КШМ; для А-41 λ = 0,263
(табл.2. Прил.).
Угловая скорость коленчатого вала
ω = πn/30 = 3.14*1800/30 = 188.4 рад/с
Определяем кинематические параметры по формулам:
- перемещение поршня
x = R((1 – cosφ) + λ/2sin2φ) = 0.07((1 – cos0) + 0.263/2sin20) = 0 м
- скорость поршня
v = Rω(sinφ + λ/2sin2φ) = 0.07*188.5(sin0 + 0.263/2*sin2*0) = 0 м/с
- ускорение поршня
j = Rω2(cosφ + λcos2φ) = 0.07*188.52(cos0 + 0.263*cos2*0) = 3138 м/c2
Расчеты выполняются для угдлв поворота коленчатого вала от 0о до 180о через каждые 30о и результаты их вносим в таблицу 3.
Таблица 3
Кинематика поршня
|
φ, град |
φ, рад |
х, м |
v, м/с |
j, м/с2 |
|
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 |
0 0,52 1,05 1,57 2,09 2,62 3,14 3,66 4,19 4,71 5,23 5,76 6,28 |
0 0,01 0,04 0,08 0,11 0,13 0,14 0,13 0,11 0,08 0,04 0,01 0 |
0 8,09 12,92 13,19 9,93 5,11 0,02 -5,07 -9,90 -13,18 -12,94 -8,13 -0,05 |
3138 2806 1897 655 -587 -1497 -1831 -1501 -593 648 1890 2802 3138 |
По данным расчета строим кривые.
Рис. 3.
Рис. 4.
Рис. 5.
Динамический расчет КШМ
Динамический расчет КШМ состоит в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов в цилиндре и сил инерции движущихся масс деталей КШМ. По найденным силам рассчитывают детали КШМ на прочность и износ, определяют степень неравномерности вращения двигателя.
В ходе расчета должны быть определены:
- инерционные Рj и суммарные РΣ cилы, действующие на поршневой палец;
- сила N, действующая на стенку цилиндра;
- сила Рш , действующая по шатуну и составляющие этой силы Т, направленные по касательной окружности радиуса кривошипа, и нормальная (радиальная) сила Z, направленная по радиусу кривошипа.
- центробежная сила инерции Рц неуравновешенных вращающихся масс.
Эти силы определяются для положений кривошипа коленчатого вала от 0о до 720о через каждые 30о. Результаты вычислений заносим в таблицу 4.
Рис. 6. Схема сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме
Порядок расчета и построения развернутой индикаторной
диаграммы
1. Выбираются и обосновываются: масса поршневой группы mп , масса шатунной группы тш и масса неуравновешенных вращающихся частей колена кривошипа тк. Эти массы выбираются по прототипу или аналогичному двигателю (приложение , табл. 2).
Массу шатунной группы заменяют двумя массами, сосредоточенными на оси поршневого пальца тшп и на оси шатунной шейки тшк. Для расчетов принимают
mшп = 0.275 mш, mшк = 0,725 mш.
Масса поршня будет
mп = mопF = 0.268*13267 = 3555,4 г = 3,555 кг
где mоп = 0,268 г/мм2 – относительная масса поршня (прил. табл. 2);
F – площадь цилиндра, мм2
F = πD2/4 = 3.14*1302/4 = 13267 мм2
Масса шатуна
mш = mошF = 0.326*13267 = 4325 г = 4,325 кг
Тогда масса возвратно-поступательно движущихся частей КШМ будет:
mj = mп + 0,275mш = 3,555 + 0,275*4,325 = 4,74 кг
Масса, совершающая вращательное движение, включает массу неуравновешенных частей кривошипа, приведенную к оси шатунной шейки mк и массу шатунной группы, отнесенную к оси шатунной шейки mш.
mR = mк + 0.725mш = 2,65 + 0,725*4,325 = 5,79 кг
Масса шатунной шейки коленвала
mк = mокF = 0.2*13267 = 2653г = 2,65 кг
2.Перестраиваем индикаторную диаграмму в развернутую по углу поворота коленчатого вала φ, которая затем используется для нахождения графическим путем суммарных сил, действующих на поршне. Для перестроения под индикаторной строим схему кривошипно-шатунного механизма (рис.7 ), где прямая АВ соответствует длине шатуна L в мм, прямая ВО- радиусу кривошипа R в мм. Для различных углов поворота φ на прямой АВ графически определяются точки, соответствующие положению поршня при этих углах φ. Из точек на прямой АВ следует провести вертикальные прямые. Пересечение этих прямых с кривыми индикаторной диаграммы дает точки, соответствующие абсолютным значениям
Рис.7. Схема кривошипно-шатунного механизма для перестроения
индикаторной диаграммы
давления газов при выбранных углах φ. Для построения развернутой диаграммы газовых сил отсчитывают показания избыточного давления
рг = рг инд – ро, МПа
Эти показания заносятся в таблицу 4.
При построении развернутой диаграммы масштаб давления принимается таким же, как на свернутой диаграмме. Масштаб углов поворота μφ = 3о/мм. В этом случае длина диаграммы для четырехтактного двигателя равна 240 мм. Диаграмма строится в верхней правой части первого листа проекта. Рекомендуется ось углов поворота φ располагать на продолжении прямой давления окружающей среды ро (на свернутой диаграмме). В этом случае значения избыточных давлений могут быть перенесены на развернутую диаграмму графическим путем. Примерный вид индикаторной диаграммы показан на рис. 8.
3. Определяются силы давления газов на поршень
Рг = ргF = 0.005*13267 = 66.333 H
где F = πD2/4 = 3.14*1302/4 = 13267 мм2 – площадь поршня.
4.Определяются силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс
Рj = -mj*j = -4.74*3138 = -14874 H
5.Cуммарные силы, действующие на поршень, определяются алгебраическим сложением сил давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс
PΣ = Pг + Рj = 66.33 + (-14874) = - 14808 H
Рис.8. Диаграмма газовых Рг, инерционных Рj и суммарных сил
6. Определяем силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме.
Тангенциальная сила, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа и создающая момент вращения
Т = РΣ sin (φ+β) / cos β = -14808*sin(0o+0o) / cos 0o = 0 H
Таблица 4
|
Данные динамического расчета двигателя |
|||||||||||
|
φ, град |
φ, рад |
β, рад |
j, м/с2 |
рг, МПа |
Рг, Н |
Рj, Н |
PΣ, Н |
T, Н |
Z, Н |
N, Н |
Мк, Нм |
|
0 |
0 |
0 |
3138 |
0,005 |
66,333 |
-14874 |
-14808 |
0 |
-14808 |
0 |
0 |
|
30 |
0,524 |
0,13 |
2479 |
-0,015 |
-199 |
-11751 |
-11950 |
-7345 |
-9559 |
-1584 |
-514,1 |
|
60 |
1,047 |
0,23 |
917 |
-0,015 |
-199 |
-4348 |
-4547 |
-4469 |
-1355 |
-1063 |
-312,8 |
|
90 |
1,571 |
0,27 |
-651 |
-0,015 |
-199 |
3088 |
2889 |
2889,6 |
-785,2 |
787,53 |
202,27 |
|
120 |
2,094 |
0,23 |
-1568 |
-0,015 |
-199 |
7432,1 |
7233,1 |
5422,9 |
-5077 |
1693 |
379,61 |
|
150 |
2,618 |
0,13 |
-1825 |
-0,015 |
-199 |
8649,9 |
8450,9 |
3262,8 |
-7876 |
1123,6 |
228,4 |
|
180 |
3,142 |
0,00 |
-1831 |
-0,015 |
-199 |
8679,7 |
8480,7 |
9,9546 |
-8481 |
3,5523 |
0,6968 |
|
210 |
3,665 |
-0,13 |
-1825 |
-0,01 |
-132,7 |
8651,5 |
8518,9 |
-3269 |
-7947 |
-1126 |
-228,8 |
|
240 |
4,189 |
-0,23 |
-1571 |
0 |
0 |
7447,5 |
7447,5 |
-5569 |
-5242 |
-1740 |
-389,8 |
|
270 |
4,712 |
-0,27 |
-659 |
0,08 |
1061,3 |
3125,5 |
4186,8 |
-4184 |
-1151 |
-1141 |
-292,9 |
|
300 |
5,236 |
-0,23 |
907 |
0,28 |
3714,6 |
-4299 |
-583,9 |
574,56 |
-172 |
136,81 |
40,219 |
|
330 |
5,760 |
-0,13 |
2472 |
1,06 |
14062 |
-11715 |
2347,5 |
-1450 |
1872,2 |
-313 |
-101,5 |
|
360 |
6,283 |
0,00 |
3138 |
4,7 |
62353 |
-14874 |
47478 |
-191 |
47478 |
-39,77 |
-13,37 |
|
390 |
6,807 |
0,13 |
2487 |
3,34 |
44310 |
-11787 |
32523 |
19885 |
26091 |
4288 |
1392 |
|
420 |
7,330 |
0,23 |
928 |
1,34 |
17777 |
-4398 |
13379 |
13133 |
4034,4 |
3122,5 |
919,33 |
|
450 |
7,854 |
0,27 |
-644 |
0,58 |
7694,6 |
3050,4 |
10745 |
10757 |
-2886 |
2929 |
752,96 |
|
480 |
8,378 |
0,23 |
-1565 |
0,3 |
3980 |
7416,6 |
11397 |
8567,3 |
-7977 |
2672,7 |
599,71 |
|
510 |
8,901 |
0,13 |
-1825 |
0,22 |
2918,6 |
8648,2 |
11567 |
4492,7 |
-10770 |
1546,5 |
314,49 |
|
540 |
9,425 |
0,00 |
-1831 |
0,1 |
1326,7 |
8679,7 |
10006 |
35,236 |
-10006 |
12,574 |
2,4665 |
|
570 |
9,948 |
-0,13 |
-1826 |
0,05 |
663,33 |
8653,2 |
9316,5 |
-3554 |
-8699 |
-1225 |
-248,8 |
|
600 |
10,472 |
-0,23 |
-1574 |
0,005 |
66,333 |
7462,7 |
7529,1 |
-5615 |
-5315 |
-1755 |
-393 |
|
630 |
10,996 |
-0,27 |
-667 |
0,005 |
66,333 |
3162,8 |
3229,2 |
-3224 |
-898,2 |
-880,2 |
-225,7 |
|
660 |
11,519 |
-0,23 |
896 |
0,005 |
66,333 |
-4249 |
-4183 |
4120,4 |
-1217 |
981,84 |
288,43 |
|
690 |
12,043 |
-0,13 |
2464 |
0,005 |
66,333 |
-11679 |
-11613 |
7211,2 |
-9234 |
1557 |
504,78 |
|
720 |
12,566 |
0,00 |
3138 |
0,005 |
66,333 |
-14874 |
-14808 |
119,14 |
-14807 |
24,81 |
8,34 |
Cила, направленная по радиусу кривошипа
Z = PΣ cos (φ+β) / cos β = 14808*cos (0o+0o) / cos 0o = -14808 H
Нормальная сила, действующая перпендикулярно оси цилиндра
N = PΣ tg β = -14808*tg 0o = 0 H
Рис. 9. Диаграмма сил T,Z,N
7.Крутящий момент
Мк = ТR = 0*0.07 = 0 Hм
Для многоцилиндрового двигателя строится кривая суммарного крутящего момента. Для двигателя с равными интервалами между вспышками суммарный крутящий момент будет периодически меняться
Θ = 720o / i = 720/4 = 180o
где i – число цилиндров.
Суммирование крутящего момента производим табличным методом.
Таблица 5
|
1-й цилиндр |
2-й цилиндр |
3-й цилиндр |
4-й цилиндр |
ΣМк |
||||
|
φ |
Мк |
φ |
Мк |
φ |
Мк |
φ |
Мк |
|
|
0 30 60 90 120 150 180 |
0 514 -313 202 380 228 0,7 |
180 210 240 270 300 330 360 |
0,7 -229 -390 -293 40 -102 -13 |
360 390 420 450 480 510 540 |
-13 1392 919 753 600 314 2,5 |
540 570 600 630 660 690 720 |
2,5 -249 -393 -226 288 505 8 |
-9,8 400 -176 437 1308 946 -1,8 |
Рис. 9 График среднего крутящего момента
Средний крутящий момент табличным методом
Мкср = (F1-F2)μМк/ОА = (1894-55)*15/60 = 459 Нм
Номинальный крутящий момент по тепловому расчету
Мк = 9550Ne/nнηм = 9550*77,12/(1800*0,79) = 517,9 Нм
Δ = (517,9-459)*100/517,9 = 11,37%
Таблица 6
|
Двигатель |
Ne, кВт |
nн, мин-1 |
ε |
D, мм |
S, мм |
ре, МПа |
ge, г/кВтч |
|
Прототип А-41 |
66.32 |
1750 |
16,5 |
130 |
140 |
0,61 |
251 |
|
Проектируемый |
77,12 |
1800 |
16,5 |
130 |
140 |
0,692 |
235 |
Расчет поршня.
Основные конструктивные размеры принимают согласно таблице и вычерчивают поршень (рис).
Таблица 5
|
Параметры |
Дизели |
Карбюраторного двигатели |
|
Длина поршня Н Толщина днища поршня δ Расстояние от днища до оси пальца H1 Длина направляющей части поршня L Расстояние от днища до первой канавки l Наружный диаметр пальца dп Расстояние между торцами бобышек l3 Средний диаметр бобышек dБ Толщина стенки направляющей части поршня S1, мм Толщина кольца а компрессионного маслосъемного Высота кольца b, мм Толщина стенки головки поршня S Радиальный зазор между кольцом и канавкой поршня Δa, мм компрессионного маслосъемного Внутренний диаметр поршня D1 Длина опорной поверхности под поршневой палец l2 |
(1,2…1,7)D (0,12…0,2)D (0.6…1.0)D (0.7…1.2)D (0.12…0.2)D (0.3…0.38)D (0.3…0.5)D (1,3…1,6)dп 2…5 (0.04…0.045)D (0.038…0.043)D 3…5 (0.05…0.1)D 0,7…0,95 0,9…1,1 D-2(S+a-Δa) (0.25…0.5)D |
(1.0…1.3)D (0.05…0.1)D (0.45…0.75)D (0.6…1.0)D (0.06…0.12)D (0.22…0.28)D (0.3…0.5)D (1,3…1,6)dп 1,5…4,5 (0.04…0.045)D (0.038…0.043)D 2…4 (0.05…0.1)D 0,7…0,95 0,9…1,1 D-2(S+a-Δa) (0.2…0.25)D .25)D |
Высоту канавок под поршневые кольца (рис) принимают
bк= b+Δb; где b – высота кольца, Δb – зазор между кольцом и канавкой по высоте, его принимают 0,02…0,08 мм.
Высоту пояска между кольцевыми канавками принимают равной высоте канавки b1=bк.
Днище поршня проверяют на статическую прочность как круглую плиту, защемленную по краям и равномерно нагруженную давлением pz. Напряжение изгиба в МПа определяют по формуле:
σи=0,17*pz*D12/δ2;
где pz – давление газов в конце видимого сгорания, МПа;
D1 – внутренний диаметр поршня, м,
δ – средняя толщина днища, м.
Допустимые значения напряжений [σи], МПа при отсутствии у днища ребер жесткости:
для поршней из алюминиевых сплавов________20…25
для чугунных поршней _____________________40…50
Рис. 10. Эскиз к расчету поршня
Приложение
Таблица 1
Технические характеристики автомобильных
и тракторных двигателей
|
Модель двига- теля |
Число и располож. цилинд-ров |
Мощность двигателя, кВт - частота вращ. к.в. об/мин |
Рабочий объем цил-ров, л |
Диаметр цил-ра мм |
Ход порш. мм |
Сте- пень сжатия |
Сред- нее эффект. давлен. Мпа |
Удельный расход топлива, г/кВт.ч |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Карбюраторные |
||||||||
|
ЗМЗ-53 ЗМЗ-4022 ЗМЗ-4025 ЗМЗ-4026 ЗМЗ-4061 ЗМЗ-4063 ВАЗ-21011 ВАЗ-2107 ЗИЛ-130 ЗИЛ-375 УМЗ-451М ГАЗ-24Д |
8V-900 4Р 4Р 4Р 4Р 4Р 4Р 4Р 8V-900 8V-900 4Р 4Р |
84,6-3200 77,2 -4750 66,2 -2400 73,5 -2400 73,5 -2600 80,9- 2600 47- 5600 56,6 -5600 110.3 -3200 132,4 -3200 55,2 -4000 69,9 -4500 |
4,25 2,445 2,445 2,445 2,3 2,3 1,295 1,45 6,0 7,0 2,45 2,445 |
92 92 92 92 92 92 79 76 100 108 92 92 |
80 92 92 92 86 86 66 80 95 95 92 92 |
6.7 8 6,7 8,2 8 9,3 8,5 8,5 6.5 6,5 6,7 8,2 |
0,745 0,795 1,353 1,502 1,486 1,633 0,778 0,84 0,686 0,713 0,675 0,76 |
324 306 313 326 326 341 306 |
|
Дизели |
||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
ЯМЗ-236 ЯМЗ-238 ЯМЗ-238Н ЯМЗ-238НБ ЯМЗ-240 ЯМЗ-240БМ КамАЗ-740.10 КамАЗ-740.20 КамАЗ-7403.10 CМД-60 СМД-62 СМД-80 Д240Л А-41 А-01 Д-108 Д-130 Д-160 |
6V-900 8V-900 8V-900 8V-900 12V-750 12V-750 8V-900 8V-900 8V-900 6V-900 6V-900 8V-900 4Р 4Р 6Р 4Р 4Р 4Р |
132.35-2100 176.47 -2100 235.3 -2100 158,1 -1700 264.7 -2100 220,7 -1900 154,4 -2600 162 -2600 191 -2600 110,3 -2000 121,4 -2100 195 -2100 58,84 2200 66,32 -1750 95,64 -1770 79,41 -1070 102,94 -1070 117,65 -1250 |
11,15 14,86 14,86 14,86 22,3 22,3 10,85 10,85 10,85 9,15 9,15 12,2 4,75 7,45 11,15 13,53 13,53 13,53 |
130 130 130 130 130 130 120 120 120 130 130 130 110 130 130 145 145 145 |
140 140 140 140 140 140 120 120 120 115 115 115 125 140 140 205 205 205 |
16.5 16.5 16.5 16,5 16,5 16,5 17 16 16-с/н 15-с/н 15-с/н 15-с/н 16 16,5 16,5 14 14-с/н 14,5-с/н |
0,677 0,677 0,902 0,75 0,677 0,623 0,654 0,688 0,812 0,721 0,76 0,91 0,677 0,61 0,605 0,658 0,853 0,863 |
238 238 245 238 238 238 225 245 245 231 238 251 251 251 238 238 |
Приложение Таблица 2
Массы поршневой и шатунной групп двигателя
|
Модель двига- теля |
Поршневая группа |
Шатунная группа |
λ=R/L |
||||
|
Мате- риал поршня |
Абсо- лютная масса, г |
Относи- тельная масса г/мм2 |
Мате- риал шатуна |
Абсо-лютная масса г/мм2 |
Относи- тельная масса г/мм2 |
||
|
Карбюраторные двигатели |
|||||||
|
ЗМЗ-53 |
ал.сплав |
722 |
0,108 |
сталь |
905 |
0,184 |
0,254 |
|
ЗИЛ -130 |
-«- |
1200 |
0,153 |
-«- |
1272 |
0,136 |
0,255 |
|
ЗИЛ-375 |
-«- |
1308 |
0,142 |
-«- |
1282 |
0,14 |
0,255 |
|
ВАЗ |
-«- |
-«- |
0,295 |
||||
|
Дизели |
|||||||
|
Камаз-740 |
-«- |
3055 |
0,283 |
-«- |
0,354 |
0,267 |
|
|
ЯМЗ |
-«- |
3524 |
0,268 |
-«- |
4335 |
0,326 |
0,263 |
|
СМД-60 |
-«- |
0,28 |
|||||
|
СМД-62 |
-«- |
0,295 |
|||||
|
А-41 А-01М |
-«- |
3524 |
0,268 |
-«- |
4335 |
0,326 |
0,263 |
|
Д-240 |
-«- |
2389 |
0,25 |
-«- |
3018 |
0,316 |
0,24 |
|
Д-106 |
-«- |
5930 |
0,382 |
-«- |
9262 |
0,563 |
0,27 |
|
СМД-60 |
-«- |
0,28 |
|||||
|
СМД-62 |
-«- |
0,274 |
Таблица 3
Конструктивные массы деталей КШМ
|
Тип двигателя |
Материал поршня |
Относи- тельная масса, г/мм2 |
Материал шатуна |
Относи тельная масса, г/мм2 |
Материал коленвала |
Относи тельная масса, г/мм2 |
|
Бензиновые |
Алюмин. сплав |
0,08…0,15 |
Сталь |
0,1…0,2 |
Стальной Чугунный с полыми шейками |
0,15…0,2 0,1…0,2 |
|
Автотрактор. дизели |
Чугунный Ал.сплав |
0,25…0,4 0,15…0,3 |
Сталь |
0,25…0,4 |
Стальной с полыми шейками |
0,2…0,4 |
|
Тракторные дизели |
Чугунный Ал.сплав |
0,35…0,45 0,25…0,3 |
Сталь |
0,3…0,5 |
Чугунные с полыми шейками |
0,15…0,3 |
Литература
PAGE 3