Введение
Курсовая работа является важным этапом подготовки студентов к решениюзадач применительно к практике по обработке исходной информации и по обучениюоформления технической и нормативной документации в соответствии с ГОСТ и ЕСКД.
Качество выполнения курсовой работы характеризуетуровень усвоения дисциплины «Основы функционирования систем сервиса», чтопозволяет оценить готовность студента к самостоятельной работе по выполнениюдипломного проекта и к практической деятельности на производстве как будущегоспециалиста по сервису (Специализация 23.07.12).
1. Приводы автомобиля
Простейшая принципиальная схема привода автомобиля(рис. 1) включает в себя карбюраторный или дизельный многоцилиндровыйчетырехтактный двигатель с кривошипно-шатунным механизмом тронкового типа 1,маховик 2, фрикционную муфту сцепления 3, коробку перемены передач 4, главнуюпередачу 5 заднего моста автомобиля, дифференциал 6 и полуоси 7.
Кривошипно-шатунный механизм предназначен дляпреобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательноедвижение коленчатого вала.
В головке блока размещены впускные и выпускные клапаны.
Маховик 2 во время рабочего хода поршня накапливает запасэнергии, за счет которой осуществляется нерабочий ход и повышаетсяравномерность вращения коленчатого вала.
Фрикционная муфта сцепления 3 обеспечиваетприсоединение или отсоединение трансмиссии (коробки перемены передач) идвигателя внутреннего сгорания.
Коробка перемены передач 4 (КПП) – двухступенчатая идвухскоростная.
Главная передача 5 – коническая, соединена шестернямидифференциала с полуосями заднего моста.
2. Двигатель внутреннего сгорания
Поршневые двигатели внутреннего сгорания являются тепловымидвигателями, у которых химическая энергия топлива преобразуется в механическуюработу непосредственно в самом двигателе.
Преобразование химической энергии в тепловую и тепловой– в энергию движения поршня (механическую) происходит практически одновременно,непосредственно в цилиндре двигателя.
В результате сгорания рабочей смеси в цилиндрахдвигателя образуются газообразные продукты с высоким давлением и температурой.
Под влиянием давления поршень совершает поступательноедвижение, которое с помощью шатуна и кривошипа преобразуется во вращениеколенчатого вала.
Четырехтактными называют двигатели, у которых одинрабочий цикл совершается за четыре хода (такта) поршня, соответствующих двумоборотам коленчатого вала. Схема работы четырехтактного двигателя без наддувапредставлена на рис.2.
Первый такт – впуск или всасывание горючей смеси –соответствует движению поршня вниз от В.М.Т. до Н.М.Т. За счет движения поршнясоздается разрежение (около 0,05 – 0,1 н/см2) и горючая смесь черезоткрытый клапан «а» засасывается в цилиндр. Для достижения максимальногонаполнения цилиндра впускной клапан открывается несколько раньше положенияпоршня в В.М.Т. (точка 1) с определенным углом опережения и закрывается снекоторым углом запаздывания после Н.М.Т. (точка 2).
Второй такт – сжатие – соответствует движению поршнявверх от момента закрытия впускного клапана до момента прихода поршня в В.М.Т.Во время такта сжатия все клапаны находятся в закрытом положении.
Поршень сжимает находящуюся в цилиндре горючую смесь, вточке 3 подается искра в свече для воспламенения горючей смеси.
Третий такт – горение и расширение (рабочий ход) –соответствует движению поршня от В.М.Т. к Н.М.Т. под давлением сгорающеготоплива и расширяющихся продуктов сгорания. (от точки 4 до точки 5).
Четвертый такт – выпуск отработавших газов –осуществляется при ходе поршня вверх от Н.М.Т. к В.М.Т. Этот ход поршняпроисходит при открытом выпускном клапане «б». Для улучшения процесса выпускаклапан открывается несколько раньше Н.М.Т. (точка 5) и закрывается с некоторымзапаздыванием (точка 6).
В дизель, в отличие от карбюраторного двигателя, придвижении поршня от В.М.Т. к Н.М.Т. засасывается через впускной клапанатмосферный воздух, на такте сжатия повышается давление и температура, привпрыске через форсунку топливо самовоспламеняется и сгорает, газы расширяясьдавят на поршень, совершая рабочий ход, при движении поршня из Н.М.Т. к В.М.Т.через открытый выпускной клапан отработанные газы выталкиваются в атмосферу.
При дальнейшем движении поршня вниз начинается новыйрабочий цикл, такты которого повторяются в перечисленной ранеепоследовательности.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя изображаетсядиаграммами в виде замкнутой (рис. 3) и развернутой (рис. 4).
Исходные данные для кинематического и динамического(силового) анализа кривошипно-шатунного механизма представлена в таблице 1.
3. Обозначения
К – карбюраторный двигатель
Д – дизель
В.М.Т. – верхняя мертвая точка
Н.М.Т. – нижняя мертвая точка
Пведом – ведомый вал
Пд – частота вращения двигателя (ведущеговала), об/мин;
Пп – частота вращения промежуточного валаКПП, об/мин;
Пкпп – частота вращения выходного вала КПП,об/мин;
Пв – частота вращения ведомого вала главнойпередачи, об/мин;
R – радиус кривошипа, мм;
l- постоянная кривошипно-шатунного механизма;
l= R / L = 0,25
где L – длина шатуна, мм;
Р1, Р2, Р3, Р4– давление газов в цилиндре двигателя, МПа; (см. Индикаторнаядиаграмма Рис. 3)
Z1 …. Z6 – число зубьев шестерен и колес в коробкеперемен передач и в главной передаче;
Рш – сила, направленная по оси шатуна, Н;(см. рис. 5)
Рг – сила давления газов на поршень, Н;
Рн – сила, направленная перпендикулярно осицилиндра, Н;
Рр – радиальная сила, действующая по радиусукривошипа, Н;
Pт – тангенциальная сила,действующая по касательной к окружности
4. Исходные данные (l=0,25)
Таблица 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Пд, об/мин 4000 2500 1500 1000 1500 1200 1400 4400 3400 2200 Двигатель К К Д Д Д Д Д К К К R, мм 60 75 40 70 65 55 50 80 45 85 Д, мм 76 82 86 66 96 88 85 72 84 80
Р1, мПа 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 1,0
Р2, мПа 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 2,5
Р3, мПа 3,0 4,5 6,0 7,5 9,0 7,5 6,0 4,5 3,0 3,5
Р4, мПа 4,0 5,0 8,0 10,0 12,0 10,0 8,0 5,0 4,0 4,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Z1 24 20 30 22 25 12 15 25 20 24
Z2 120 120 120 110 75 36 45 50 60 48
Z3 20 25 20 24 22 20 24 20 25 22
Z4 100 100 80 120 110 60 48 100 100 88
Z5 25 20 24 12 15 24 30 20 20 24
Z6 50 60 48 36 45 48 120 60 80 120
5. Содержаниекурсовой работы
Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительнойзаписки и графической части в виде принципиальной схемы привода автомобиля(рис. 1), схемы работы четырехтактного двигателя (рис. 2), замкнутой иразвернутой индикаторной диаграммы (рис. 3, рис.4), схемы кривошипно шатунногомеханизма и действия сил давления газов на поршень (рис.5), графика зависимостипути «S», скорости «n» и ускорения «а» поршня от угла «a» поворота коленчатого вала(рис.6), графика зависимости усилий Рш, Рн,Рр,Рт и крутящего момента Мкр на валу двигателя от угла «a» поворота коленчатоговала.
По исходным данным вначале построить индикаторныедиаграммы (рис.3, рис.4).
Расчетно-пояснительная записка включает титульный лист(см. Приложение), исходные данные на выполнение курсовой работы и следующиеразделы:
1. Привод автомобиля.
2. Двигатель внутреннего сгорания.
3. Обозначение:
4. Исходные данные (Таблица 1).
5. Содержание курсовой работы.
6. Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма.
7. Динамический анализ кривошипно-шатунного механизма.
8. Силовой расчет трансмиссии автомобиля.
9. Прочностной расчет поршня и поршневого пальца двигателя.
6. Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма
6.1 Выражение для определения перемещения «S» поршня в зависимости от угла поворота кривошипа «a» запишется в виде (рис. 5)
S = (R + L) – (R*Cosa + L*Cosb) = R (1 – Cosa) + L (1 – Cosb) = R (1 – Cosa) + L (1 –1 — l2 * Sin2a )
Величина R (1 – Cosa)– определяет путь, который прошел бы поршень, если шатун был бы бесконечнодлинным,
а величина L (1 – 1 — l2 * Sin2a ) – есть поправка на влияние конечной длины шатуна.
Используя формулу Бинома Ньютона выражение длявычисления “ S “ упрощается:
S = R (1 – Cosa + ( l/2)* Sin2a ).
S = 75*(1 – Cos0 + ( l/2)* Sin20 )=0
S = 75*(1 – Cos30 + ( l/2)* Sin230 )=12.392
S = 75*(1 – Cos60 + ( l/2)* Sin260 )=44.531
S = 75*(1 – Cos90 + ( l/2)* Sin290 )=84.375
S = 75*(1 – Cos120 + ( l/2)* Sin2120 )=119.531
S = 75*(1 – Cos150 + ( l/2)* Sin2150 )=142.296
S = 75*(1 – Cos180 + ( l/2)* Sin2180 )=150
S = 75*(1 – Cos210 + ( l/2)* Sin2210 )=142.296
S = 75*(1 – Cos240 + ( l/2)* Sin2240 )=119.531
S = 75*(1 – Cos270 + ( l/2)* Sin2270 )=84.357
S = 75*(1 – Cos300 + ( l/2)* Sin2300 )=44.531
S = 75*(1 – Cos330 + ( l/2)* Sin2330 )=12.392
S = 75*(1 – Cos360 + ( l/2)* Sin2360 )=0
Расчеты внесем в табл.2 и построим график зависимости
S = f (a)… (рис.6)
6.2 Скорость поршня изменяется во время «t», т.е.
n = ds / dt = (ds / da) * (da / dt),
где da / dt = w — угловаячастота вращения.
ds / da = R* d/da (1 – Cosa + ( l/2)* Sin2a) =
= R (Sina + ( l/2)* Sin2a)
n = w * R (Sina + (l/2)* Sin2a).
n = (3.14*3400/30)*45 (Sin0 + (l/2)* Sin2*0)=0
n = (3.14*3400/30)*45 (Sin30 + (l/2)* Sin2*30)=11936.97
n = (3.14*3400/30)*45 (Sin60 + (l/2)* Sin2*60)=19120.22
n = (3.14*3400/30)*45 (Sin90 + (l/2)* Sin2*90)=19625
n = (3.14*3400/30)*45 (Sin120 + (l/2)* Sin2*120)=14871.28
n = (3.14*3400/30)*45 (Sin150 + (l/2)* Sin2*150)=7688.03
n = (3.14*3400/30)*45 (Sin180 + (l/2)* Sin2*180)=0
n = (3.14*3400/30)*45 (Sin210 + (l/2)* Sin2*210)= -7688.03
n = (3.14*3400/30)*45 (Sin240 + (l/2)* Sin2*240)= -14871.28
n = (3.14*3400/30)*45 (Sin270 + (l/2)* Sin2*270)= -19625
n = (3.14*3400/30)*45 (Sin300 + (l/2)* Sin2*300)= -19120.22
n = (3.14*3400/30)*45 (Sin330 + (l/2)* Sin2*330)= -11936.97
n = (3.14*3400/30)*45 (Sin360 + (l/2)* Sin2*360)=0
Расчеты внесем в табл. 2 и построим график зависимости
n= f (a)… (рис. 6)
6.3 Ускорение поршня изменяется во времени t, т.е.
а = dn / dt = (dn /da)* (da/ dt) = (dn / da) * w.
dn / da = w * R * d/da (Sina + ( l/2)* Sin2α) =
= w * R *(Cosa + l * Cos2α).
а = w * (dn / da) = w2 * R * (Cosa + l * Cos2α).
а = (3.14*3400/30)2 * 45 *(Cos0 + l * Cos2*0)=6419010.4
а = (3.14*3400/30)2 * 45*(Cos30 + l * Cos2*30)=5089121.91
а = (3.14*3400/30)2 * 45*(Cos60 + l * Cos2*60)=1925703.125
а = (3.14*3400/30)2 * 45*(Cos90 + l * Cos2*90)= -1283802.1
а = (3.14*3400/30)2 * 45*(Cos120 + l * Cos2*120)= -3209505.2
а = (3.14*3400/30)2 * 45*(Cos150 + l * Cos2*150)= -3805319.82
а = (3.14*3400/30)2 * 45*(Cos180 + l * Cos2*180)= -3851406.25
а = (3.14*3400/30)2* 45 *(Cos210 + l * Cos2*210)= -3805319.82
а = (3.14*3400/30)2 * 45*(Cos240 + l * Cos2*240)= -3209505.2
а = (3.14*3400/30)2 * 45 *(Cos270 + l * Cos2*270)= -1283802.1
а = (3.14*3400/30)2 * 45*(Cos300 + l * Cos2*300)=1925703.125
а = (3.14*3400/30)2 * 45*(Cos330 + l * Cos2*330)=5089121.91
а = (3.14*3400/30)2 * 45*(Cos360 + l * Cos2*360)=6419010.4
Расчеты занесем в табл.2 и построим график зависимости
а = f (a) … (рис. 6).
Таблица 2a, град. ПКВ Sina
Sin2a
(l/2) Sin2a Sin2a (l/2) Sin2a Cosa Cos2a l * Cos2a S, мм n мм/с
а мм/с2 1 1 0.25 6419010.4 30 0,5 0,25 0.03125 0,87 0.10875 0,87 0,5 0.125 12.392 11936.97 5089121.91 60 0,87 0,77 0.09625 0,87 0.10875 0,5 -0,5 -0.125 44.531 19120.22 1925703.125 90 1 1 0.125 -1 -0.25 84.375 19625 -1283802.1 120 0,87 0,77 0.09625 -0,87 -0.10875 -0,5 -0,5 -0.125 119.531 14871.28 -3209505.2 150 0,5 0,25 0.03125 -0,87 -0.10875 -0,87 0,5 0.125 142.296 7688.03 -3805319.82 180 -1 1 0.25 150 -3851406.25 210 -0,5 0,25 0.03125 0,87 0.10875 -0,87 0,5 0.125 142.296 -7688.03 -3805319.82 240 -0,87 0,77 0.09625 0,87 0.10875 -0,5 -0,5 -0.125 119.531 -14871.28 -3209505.2 270 -1 1 0.125 -1 -0.25 84.375 -19625 -1283802.1 300 -0,87 0,77 0.09625 -0,87 -0.10875 0,5 -0,5 -0.125 44.531 -19120.22 1925703.125 330 -0,5 0,25 0.03125 -0,87 -0.10875 0,87 0,5 0.125 12.392 -11936.97 5089121.91 360 1 1 0.25 6419010.4
7. Динамический анализ кривошипно-шатунного механизма
К основным силам, действующим в кривошипно-шатунноммеханизме, относят: силы давления газов на поршень, силы инерции массдвижущихся частей и полезное сопротивление на колесах заднего моста автомобиля.Силами трения в кривошипно-шатунном механизме пренебрегаем из-за их небольшойвеличины.
Силы давления газа на поршень находятся в прямойзависимости от рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания (см. индикаторныедиаграммы (рис. 3, рис. 4)).
Давление газа на поршень изменяется в зависимости отугла поворота кривошипа и для любого положения поршня определяется поиндикаторной диаграмме для данного варианта исходных данных и заносится втаблицу 3.
Силы инерции зависят от масс движущихся деталей и числаоборотов двигателя. График зависимости сил инерции от угла поворота кривошипаколенчатого вала представлен на развернутой индикаторной диаграмме (рис. 4).
Мгновенная сила от давления газов, действующая напоршень:
Р = Рг * F = Рг* (π*Д2 / 4); МН;
где Д – диаметр цилиндра, м;
F – площадь поршня, м2;
Рг – давление газов, МПа;
Движущее усилие Рд = Р + Ри равносумме силы от давления газов на поршень Р и сил инерции движущихся частей Ри.
Рд = РS*F =π*Д2 / 4 * РS;
Рд = -0,9*3,14*0,0822/4=-0,00475 Рд = 4,3*3,14*0,0822/4=0,0227
Рд = -0,8*3,14*0,0822/4= -0,00422 Рд= 2,9*3,14*0,0822/4=0,01531
Рд = -0,5*3,14*0,0822/4= -0,00264 Рд= 2,6*3,14*0,0822/4=0,01372
Рд = 0,3*3,14*0,0822/4=0,00158 Рд= 2,4*3,14*0,0822/4=0,01267
Рд = 0,8*3,14*0,0822/4=0,00422 Рд= 2,5*3,14*0,0822/4=0,0132
Рд = 1*3,14*0,0822/4=0,00528 Рд= 2,55*3,14*0,0822/4=0,01346
Рд = 1,1*3,14*0,0822/4=0,00581 Рд= 2,3*3,14*0,0822/4=0,01214
Рд = 1,1*3,14*0,0822/4=0,00581 Рд= 1,75*3,14*0,0822/4=0,00924
Рд = 1*3,14*0,0822/4=0,00528 Рд= 0,75*3,14*0,0822/4=0,00396
Рд = 0,5*3,14*0,0822/4=0,00264 Рд= -0,5*3,14*0,0822/4= -0,00264
Рд = 0*3,14*0,0822/4=0 Рд= -0,8*3,14*0,0822/4= -0,00422
Рд = -0,2*3,14*0,0822/4= -0,00106 Рд= -0,9*3,14*0,0822/4= -0,00475
Рд = 1*3,14*0,0822/4=0,00528
Сила давления газов на поршень Р (см. рис. 5.)разлагается на силу, направленную по оси шатуна Рш, и силу,перпендикулярную оси цилиндра
Рн.Рш = Рд / Cosb
Рш = -0,00475/1= -0,00475
Рш=-0,00422/0,99= -0,00418
Рш=-0,00264/0,98= -0,00259
Рш=0,00158/ 0,97=0,00153
Рш=0,00422/ 0,98= 0,00414
Рш=0,00528/ 0,99=0,00523
Рш=0,00581/1=0,00581
Рш=0,00581/ -0,99= -0,00575
Рш=0,00528/ -0,98= -0,00517
Рш=0,00264/-0,97= -0,00256
Рш=0/-0,98= 0
Рш=-0,00106/ -0,99=0,00105
Рш=0,00528/ -1= -0,00528
Рш=0,0227/ -0,99= -0,0227
Рш=0,01531/ -0,98= -0,015
Рш=0,01372/-0,97= -0,01331
Рш=0,01267/-0,98= -0,01242
Рш=0,0132/-0,99= -0,01307
Рш=0,01346/ 1=0,01346
Рш=0,01214/ 0,99=0,01202
Рш=0,00924/0,98=0,00906
Рш=0,00396/0,97=0,00384
Рш=-0,00264/0,98= -0,00259
Рш=-0,00422/0,99= -0,00422
Рш=-0,00475/1= -0,00475
Рн= Рд * tgb;
Рн= -0,00475*0=0
Рн=-0,00422*0,13= -0,00055
Рн=-0,00264*0,22= -0,00058
Рн=0,00158*0,26=0,00041
Рн=0,00422*0,22=0,00093
Рн=0,00528*0,13=0,00069
Рн=0,00581*0=0
Рн=0,00581*(-0,13)= -0,00076
Рн=0,00528*(-0,22)= -0,00116
Рн=0,00264*(-0,26)= -0,00069
Рн=0*(-0,22)=0
Рн=-0,00106*(-0,13)=0,00014
Рн=0,00528*0=0
Рн=0,0227*(-0,13)= -0,00295
Рн=0,01531*(-0,22)= -0,00337
Рн=0,01372*(-0,26)= -0,00357
Рн=0,01267*(-0,22)= -0,00279
Рн=0,0132*(-0,13)= -0,00172
Рн=0,01346*0=0
Рн=0,01214*0,13=0,00158
Рн=0,00924*0,22=0,00203
Рн=0,00396*0,26=0,00103
Рн=-0,00264*0,22= -0,00058
Рн=-0,00422*0,13= -0,00055
Рн=-0,00475*0=0
СилаРш стремится сжать или растянуть шатун, а сила Рнприжимает поршень к стенке цилиндра и направлена в сторону, противоположнуювращению двигателя.
Сила Рш может быть перенесена по линии еёдействия в центр шейки кривошипа и разложена на тангенциальную силу Рт,касательную к окружности, и радиальную силу Рр, действующую порадиусу кривошипа
Рр= Рш*Cos (a + b) = Pд * (Cos(a + b) / Cosb);
Рр = -0,00475*1= -0,00457
Рр=-0,00422*0,8= -0,00336
Рр=-0,00264*0,31= -0,00082
Рр=0,00158*(-0,26)= -0,00041
Рр=0,00422*(-0,69)= -0,00291
Рр=0,00528*(-0,93)= -0,00491
Рр=0,00581*(-1)= -0,00581
Рр=0,00581*(-0,93)= -0,0054
Рр=0,00528*(-0,69)= -0,00364
Рр=0,00264*(-0,26)= -0,00069
Рр=0*0,31=0
Рр=-0,00106*0,8= -0,00085
Рр=0,00528*1=0,00528
Рр=0,0227*0,8=0,01816
Рр=0,01531* 0,31=0,00475
Рр=0,01372*(-0,26)= -0,00357
Рр=0,01267*(-0,69)= -0,00874
Рр=0,0132*(-0,93)= -0,01228
Рр=0,01346*(-1)= -0,01346
Рр=0,01214*(-0,93)= -0,01129
Рр=0,00924*(-0,69)= -0,00638
Рр=0,00396*(-0,26)= -0,00103
Рр=-0,00264*0,31= -0,00082
Рр=-0,00422*0,8= -0,00336
Рр=-0,00475*1=-0,00475
Силы Рт и Р’т образуют наколенчатом валу пару сил с плечом R, момент которойприводит во вращение коленчатый вал и называется крутящим моментом двигателя.
Мкр= Рт*R = Рд * (Sin(a + b) / Cosb) * R;
где Рт = Рд * (Sin(a + b) / Cosb); R – радиус кривошипа в м.
Мкр=0,075*(-0,00475)*0=0
Мкр=0,075*(-0,00422)*0,61=-0,00019
Мкр=0,075*(-0,00264)*0,98= -0,00019
Мкр=0,075*0,00158*1=0,00012
Мкр=0,075*0,00422*0,75=0,00024
Мкр=0,075*0,00528*0,39=0,00015
Мкр=0,075*0,00581*0=0
Мкр=0,075*0,00581*(-0,39)= -0,00017
Мкр=0,075*0,00528*(-0,75)= -0,0003
Мкр=0,075*0,00264*(-1)=-0,0002
Мкр=0,075*0*(-0,98)=0
Мкр=0,075*(-0,00106)*(-0,61)=0,00005
Мкр=0,075*0,00528*0=0
Мкр=0,075*0,0227*(-0,61)=-0,00104
Мкр=0,075*0,01531*(-0,98)=-0,00113
Мкр=0,075*0,01372*(-1)=-0,00103
Мкр=0,075*0,01267*(-0,75)=-0,00071
Мкр=0,075*0,0132*(-0,39)=-0,00039
Мкр=0,075*0,01346*0=0
Мкр=0,075*0,01214*0,39=0,00036
Мкр=0,075*0,00924*0,75=0,00052
Мкр=0,075*0,00396*1=0,0003
Мкр=0,075*(-0,00264)*0,98=-0,00019
Мкр=0,075*(-0,00422)*0,61=-0,00019
Мкр=0,075*(-0,00475)*0=0Рт =-0,00475*0=0
Рт=-0,00422*0,61= -0,00257
Рт=-0,00264*0,98= -0,00259
Рт=0,00158*1=0,00158
Рт=0,00422*0,75=0,00316
Рт=0,00528*0,39=0,00206
Рт=0,00581*0=0
Рт=0,00581*(-0,39)= -0,00227
Рт=0,00528*(-0,75)= -0,00396
Рт=0,00264*(-1)= -0,00264
Рт=0*(-0,98)=0
Рт=-0,00106*(-0,61)=0,00065
Рт=0,00528*0=0
Рт=0,0227*(-0,61)= -0,01385
Рт=0,01531*(-0,98)= -0,015
Рт=0,01372*(-1)= -0,01372
Рт=0,01267*(-0,75)= -0,0095
Рт=0,0132*(-0,39)= -0,00515
Рт=0,01346*0=0
Рт=0,01214*0,39=0,00473
Рт=0,00924*0,75=0,00693
Рт=0,00396*1=0,00396
Рт=-0,00264*0,98= -0,00259
Рт=-0,00422*0,61= -0,00257
Рт=-0,00475*0=0
На подшипники коленчатого вала действует сила Р’ш,которая может быть разложена на силу P’ = P и Р’н = Рн. Значение расчетныхвеличин Рд, Рш, Рн, Рр, Рти Мдв занести в табл. 3 и построить зависимости от a.
8. Силовой расчет трансмиссии автомобиля.
Трансмиссия автомобиля (рис. 1) включает в себяфрикционную муфту сцепления 3, коробку перемены передач 4, главную передачу 5заднего моста, дифференциал 6 и полуоси 7.
Коробка перемены передач состоит из двух пар шестерен:первая пара с числом зубьев Z1 и Z2, вторая пара с числом зубьев Z3и Z4.
Шестерня Z2 –подвижная по промежуточному валу и может выходить из зацепления с Z1. Прямая передача может включаться с помощьюкулачковой муфты при разъединении шестерен Z1и Z2.
Передаточное отношение коробки перемены передачвычисляется по выражению:
ip = i1*i2.
Передаточное отношение первой зубчатой пары
i1 =Z2/ Z1,
а второй i2 =Z4/ Z3, т.е. ip= (Z2 / Z1) * (Z4 / Z3).
ip =(60/20)*(100/25)=12
Передаточное отношение конических шестерен главной передачи:
iк =Z6 / Z5. iк =80/20=4
Общее передаточное отношение
iобщ =iр * iк .
iобщ =12*4=48
Частота вращения выходного вала коробки передач
Пвых = Пg/ ip; а ведомого вала Пведом = Пвых/ iк.
Пвых =2500/12=208,33 об/мин Пведом =208,33/4=52,08об/мин
Крутящий момент на ведомом валу:
Мкр=Мведом=Мg*iобщ.
Мкр=0*48=0
Мкр=-0,00019*48=-0,00912
Мкр=-0,00019*48=-0,00912
Мкр=0,00012*48=0,00576
Мкр=0,00024*48=0,01152
Мкр=0,00015*48=0,0072
Мкр=0*48=0
Мкр=-0,00017*48=-0,00816
Мкр=-0,0003*48=-0,0144
Мкр=-0,0002*48=-0,0096
Мкр=0*48=0
Мкр=0,00005*48=0,0024
Мкр=0*48=0
Мкр=-0,00104*48=-0,04992
Мкр=-0,00113*48=-0,05424
Мкр=-0,00103*48=-0,04944
Мкр=-0,00071*48=-0,03408
Мкр=-0,00039*48=-0,01872
Мкр=0*48=0
Мкр=0,00036*48=0,01728
Мкр=0,00052*48=0,02496
Мкр=0,0003*48=0,0144
Мкр=-0,00019*48=-0,00912
Мкр=-0,00019*48=-0,00912
Мкр=0*48=0
9. Прочностной расчет узлов и деталей двигателя
9.1 Поршень
Поршень рассчитывается на сжатие от силы давления газовРг по наименьшему сечению, расположенному выше поршневого пальца, наудельное давление тронка, на прочность днища, а поверхность опорных гнездпальца (бобышек) проверяется на наибольшее удельное давление (рис. 7).
Напряжение сжатия определяется из выражения:
sсж= Рг/Fmin £ [sсж] Н/мм2,
где Fmin –наименьшее сечение поршня над пальцем (в большинстве конструкций проходит поканавке последнего кольца), мм2.
Fmin= (π*Д2/ 4)- (π*Д12 / 4)= π / 4*( Д2 — Д12)
Д1=Д-(0,05…0,07)*Д=Д*(1-0,06)=82*0,94=77,08мм
Fmin=3,14/4*(822-77,082)=614,4мм2
т.к. Рг = Ргmax * (π*Д2 / 4);
Pг=5*(3,14*822/4)=26391,7Н.
sсж=263917/614,4=42,96 Н/мм2 £ [sсж]
Допустимое напряжение для поршней из алюминиевыхсплавов [sсж] = 50,0 … 70,0Н/мм2, и для стальных [sсж] = 100 Н/мм2.
Расчет тронка поршня на удельное давление и определениедлины направляющей части производится по формуле
Lp = Pн. max / Д*к,
где Pн. max = (0,07…0,11) Pг; [к] = 2…7 кг/см2.
Lp=0,09*26391,7/(8,2*5)=57,933
Днище поршня рассчитывается на изгиб. При плоском днищеусловие прочности (максимально-допустимое напряжение изгиба) имеет вид
sи = Pг. max / 4d2 £ [sи],
где d — толщина днища поршня, мм.
Допустимое напряжение на изгиб днищ для алюминиевогопоршня
[sи] = 70 н/мм2,а для стальных — [sи] = 100 н/мм2.
При проектировании пользуются эмпирическимизависимостями, установленными практикой.
Толщина днища алюминиевых поршней d = (0,1 … 0,12) Д истальных (0,06 … 0,1) Д.
Для алюминиевых: sи = 26391,7/ 4*(0,12*82)2=68,14£ [sи]
Для стальных: sи = 26391,7 / 4*(0,1*82)2=98,125£ [sи]
Толщина стенки поршня за кольцами принимается равной(0,05 … 0,07) Д;
Общая длина поршня L = (1,2 … 1,8)S,
Где S – ход поршня, S = 2R, [мм] S=2*75=150 мм
Расстояние от нижней кромки поршня до оси пальца
С = (0,7 … 1,2) Д. С=0,9*82=73,8
Поверхность опорных гнезд пальца (бобышек) проверяетсяна наибольшее удельное давление.
Рmax =(Pг. max/dп )* lп,н/мм2
Где dп – наружныйдиаметр поршнего пальца, мм, dп / Д = 0,4.
dп=0,4*Д=0,4*82=32,8мм
lп – длина гнездпальца, мм, lп = 2 dп.
lп=2*32,8=65,6 мм
Рmax =(5/32,8)*65,6=10н/мм2
Допускаемые удельные давления составляют [р] = 20 … 40, н/мм2
9.2 Поршневой палец
Поршневой палец проверяется по наибольшему давлениюсгорания Рг. max = Р4на изгиб и на срез.
Палец рассматривается как балка с равномернораспределенной нагрузкой и концами, лежащими на опорах.
Изгибающий момент относительно опасного сечения I –I:
Ми = Pг/2(L/2 — а/4), Н*мм,
Где L – расстояние междуопорами, мм,
L = Д – dп=82-32,8=49,2мм
а – длина подшипников верхней опоры шатуна, мм,
а = dп=32,8мм
Следовательно:
Ми = 26391,7/2(49,2/2 – 32,8/4)=216406,2Н*мм
Напряжение изгиба
sи = Ми / Wи,н/мм2; £ [sи],
где Wи – моментсопротивления изгибу
Wи = 0,1 * ((d4п – d4в)/ dп), мм3,
Где dв – внутреннийдиаметр поршневого пальца, мм; dв = 0,5*dп dв=0,5*32,8=16,4мм
Wи =0,1*((32,84-16,44)/32,8)=3308,208мм3
sи =216406,2/3308,208=65,415 н/мм2; £ [sи],
[sи] = 120 н/мм2для углеродистой стали.
Срезывающие напряжения пальца sср = Pг / 2F
F – поперечное сечение пальца,мм2,
F = (π/4) * (d2п – d2в)=(3,14/4)*(32,82-16,42)=633,4мм2
sср =216406,2/(2*633,4)=170,83 Н/мм2
[sср] = 500…600 Н/см2.
Литература
1. Е.Росляков, И.Кравчук, В.Гладкевич, А.Дружинин. «Энергосиловоеоборудование систем жизнеобеспечения». Учебник – СПб: Политехника, 2004. – 350с.: ил.
2. «Многоцелевые гусеничные и колесные машины.» Под ред. Акад., докт. техн.наук, проф. Г.И.Гладкова – М: Транспорт, 2001. – 214 с.
3. Скойбеда А.Т. и др. «Детали машин и основы конструирования.» Учебник М:,Высшая школа, 2000. – 584 с.