Министерство образования инауки Республики Казахстан
Восточно-КазахстанскийГосударственный Технический
университет им. Д.Серикбаева
Кафедра «Транспорт и логистика»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине
«Проектирование энергитическихустановок»
Выполнил:
студентгруппы 08-ААк-1
СейткамзинТ.Е.
Принял:
преподавательАзаматов Б.Н.
Усть-Каменогорск, 2010
Содержание
Исходныеданные к расчету
1.Выбор исходных данных к тепловому расчету
1.1Параметры окружающей среды
1.2Элементарный состав, физико-химическая и техническая характеристика топлива
1.3Подогрев заряда в процессе впуска
1.4Параметры процесса выпуска и остаточных газов
1.5Суммарный коэффициент сопротивления выпускной системы
1.6Показатель политропы сжатия
1.7Показатель политропы расширения
1.8Коэффициент использования теплоты
1.9Коэффициент степени повышения давления
1.10Коэффициент скругления индикаторной диаграммы
1.11Степень сжатия двигателя
2.Тепловой расчет параметров и оценочных показателей рабочего цикла двигателя
2.1Расчет процесса газообмена
2.2Расчет процесса сжатия
2.3Определение состава, количества и физико-химических характеристик рабочей смесии продуктов сгорания
2.4Процесс сгорания
2.5Процесс расширения
2.6Определение показателей рабочего цикла двигателя
2.6.1Определение индикаторных показателей
2.6.2Определение механических потерь при совершении рабочего цикла
2.6.3Эффективные показатели двигателя
2.7Определение геометрических размеров цилиндра и кривошипно-шатунной группыдвигателя
2.8Построение индикаторной диаграммы
2.9Построение внешней скоростной характеристики
3.Кинематика и динамика КШМ
3.1Общие положения и исходные параметры к расчету кинематики и динамических силкривошипно-шатунного механизма двигателя
3.2Расчет кинематических параметров кривошипно-шатунного механизма
3.3Расчет динамических сил
3.4Определение суммарного крутящего момента на коленчатом валу
двигателя.
3.5Построение полярной диаграммы нагрузки на шатунную шейку
3.6Построение диаграммы износа шатунной шейки
Список используемой литературы
Исходныеданные к расчету
Таблица1. Исходные данныеНаименование параметров. Обозна- Ед. изм Численное чения значение 1 2 3 4 1.Давление окружающей среды
P0 МПа 0,103 2.Температура окружающей среды
T0 K 297 3.Содержание углерода в топливе С - 0,848 4.Содержание водорода в топливе Н - 0,152 5.Содержение кислорода в топливе
От - 6.Теплотворная способность бензина
HU кДж/кг 43930 7.Молекулярная масса топлива μт кг/кмоль
100 8.Коэффициент отношения водорода К и окиси углерода в продуктах сгорания 0,5 9.Универсальная газовая постоянная
mR кДж/кмольК 8,314 10.Газовая постоянная воздуха
RВ Дж/кг К 287 11.Степень подогрева заряда ΔT К 15 12.Давление газов на выпуске
Рг МПа 0,120 13.Температура газов на выпуске
Тг К 1000 14.Суммарный коэффициент соп-
(β2+ζ) - ротивления впускной системы 2,65 15.Показатель политропы сжатия
n1 - 1,35 16.Покозатель политропы расширения
n2 - 1,27 17.Коэффициент использования xz - теплоты 0,87 18.Степень повышения давления Λ - - 19.Коэффициент скругления
φд - индикаторной диаграммы 0,95 20.Ход поршня прототипа
Snn м 80 21.Отношение радиуса кривошипа к λ - длине шатуна 0,28 22.Степень сжатия ε - 8,5 23.Коэффициент избытка воздуха α - 0,99 24.Отношение хода поршня к S/D - диаметру цилиндра 1 25.Эффективная мощность двигателя
Ne КВт 56 26.Номинальная частота вращения n
мин-1 5600 27.Число цилиндров i - 4
1.Выбор исходных данных к тепловому расчету
1.1 Параметрыокружающей среды
Давление итемпература окружающей среды принимаем исходя из принятых нормальных физическихусловий и с учетом их отклонений в реальных условиях.
Р0=0,103 МПа; Т0= 295К.
1.2 Элементарныйсостав, физико-химическая и техническая
характеристикатоплива
Жидкие моторныетоплива, используемые для автомобильных двигателей внутреннего сгорания,представляют собой совокупность целого ряда углеводородных соединений. Егоэлементарный состав по массе можно представить как:
C+H+OT=1кг
где: С —содержание углерода; кг/кг топлива;
Н — содержаниеводорода; кг/кг топлива;
От —содержание кислорода в соединениях топлива; кг/кг топлива;
Длякарбюраторных двигателей, где в качестве топлива используется бензин, ссоставным содержанием: С=0,848,Н=0,152, От= О.
Для расчетасогласно варианта принимаем:
содержаниеуглерода С=0,848 кг/кг топлива;
содержаниеводорода H=0,152;
содержаниекислорода 0т=0,0 кг/кг топлива.
Низшаятеплотворная способность топлива для бензина оставляет — Hu=43,93*103кДж/кг.
Молекулярнаямасса топлива используемого для автомобильных карбюраторных двигателей mт=190кг/кмоль.
1.3 Подогревзаряда в процессе впуска
Свежий заряд придвижении во впускной системе и цилиндре соприкасается с горячими стенками. Врезультате происходит некоторое повышение температуры смеси. Аналитическоеопределение DТ осложняется отсутствием данных для определениякоэффициента теплоотдачи и средней температуры поверхностей. В связи с этим притепловом расчете его значение подбирают на основе ранее полученныхэкспериментальных результатов, с учетом физики происходящих явлений. Вкарбюраторных двигателях часть тепловой энергии заряда расходуется на испарениемелкораспыленного топлива. В конечном итоге степень подогрева заряда в процессевпуска оценивается значением DТ в пределах 0...20.
Принимаем DТ=15.
1.4 Параметрыпроцесса выпуска и остаточных газов
Качествопротекания процесса наполнения цилиндра во многом определяется параметрамивыпуска отработавших газов: давлением на выпуске — Pr и температураотработавших газов — Tr. Величина Pr определяетсядавлением среды — Po. В двигателях без надува Pк = Po.Температура отработавших газов Тrзависит от состава смеси, степени расширения и теплообмена при расширении ивыпуске. При расчете коэффициентов остаточных газов и наполнения принимаемдавление — Рr=(1,12-1,16)Ро.Температура остаточных газов для бензиновых двигателей в зависимости от ранееприведенных условий изменяется в пределах Tr=950....1050, К.
Значения Prи Tr принимаем 0,120Мпа и 1000оС соответственно.
1.5 Суммарныйкоэффициент сопротивления впускной системы
Совершенствоорганизации, процесса впуска и соответственно параметры конца впуска во многомопределяется оригинальностью конструкции самой системы впуска и характеризуетсяее суммарным коэффициентом сопротивления — (β²+ζ). Здесь p=Wц/Wвпопределяет гашение скорости движения смеси при поступлении в цилиндр, z- коэффициент гидравлического сопротивления системы впуска, отнесенный кнаиболее узкому ее сечению. Принимаем (β²+ζ)=2,65.
1.6 Показательполитропы сжатия
Значениепараметров процесса сжатия определяется термодинамическими параметрами рабочейсмеси в начале сжатия, степени сжатия и характера теплообмена, интенсивность инаправление которого и должен отражать показатель политропы сжатия. В началепроцесса сжатия температура смеси ниже температуры поверхностей стенок итемпература смеси повышается как за счет сжатия, так и в результате подводатеплоты от стенок поэтому n1>к.Затем температуры стенок и рабочей смеси постепенно выравниваются (n1=к),а при дальнейшем сжатии температура смеси больше температуры стенок, происходиттеплоотдача в стенки цилиндров и камеры сгорания (n1
Таким образом,значение n1в процессе сжатия является переменным, зависит от характера теплообмена сучетом принятой системы охлаждения, частоты вращения, следовательно, времени втечении которого происходит теплообмен, конструктивных особенностей двигателя итеплопроводности материала поршня, головки цилиндров и гильзы, в расчетепринимаем его среднее значение с учетом всех выше перечисленных факторов.
1.7 Показательполитропы расширения
Значениетермодинамических параметров рабочего тела в процессе расширения такжеопределяется на основе аналитических зависимостей политропного процесса спостоянным показателем n2.Его значение, также как и значение показателя политропы сжатия, определяетсяхарактером протекания теплообмена в процессе расширения. Предварительное егозначение принимаем на основе собственных соображений в пределах n2=1,23...1,28.
Принимаем n2=1,27.
1.8 Коэффициентиспользования теплоты
В конечном итогеучитывает совершенство организации процесса сгорания и эффективностьиспользования теплоты с учетом типа двигателя, его быстроходности, условиямиохлаждения и конструктивными особенностями камеры сгорания. Его конкретныезначения близко отражают долю теплоты, которая активно расходуется на повышениетемпературы рабочего тела и совершение работы. На основе опытных данных егозначение при работе двигателя с полной нагрузкой изменяются в пределах:
длякарбюраторных двигателей xz=0,85...0,9.
1.9 Коэффициентстепени повышения давления
Для двигателей сискровым зажиганием величина lопределяется в процессе расчета.
1.10 Коэффициентскругления индикаторной диаграммы
Расчетмаксимальных значений температуры и давления рабочего цикла в двигателях сискровым зажиганием, со сгоранием смеси и подводом теплоты при V=const, даетнесколько завышенные значения, по сравнению с получаемыми при экспериментальныхисследованиях. В реальном двигателе процесс сгорания занимает некоторыйпромежуток времени (30...50)оп.к.в. и захватывает часть процессарасширения. Поэтому максимальное значение давления и температуры смещены обычнона (15...20)оп.к.в. после ВМТ и имеют более низкие значения. В связис этим при построении индикаторной диаграммы и определения действительногозначения Pzд вводим поправочный коэффициент снижения максимальногодавления fд=0,85.
1.11Степень сжатия двигателя
Вкачестве топлива для двигателей внутреннего сгорания, используют бензин,дизельное топливо или газообразные топлива. Основным показателем для бензинаявляется его октановое число. Его значение характеризует антидетонационнуюстойкость топлива. С целью обеспечения нормальной работы двигателя необходимо,чтобы октановому числу бензина соответствовало и определенное значение степенисжатия.
Вседругие значения исходных данных: ход поршня двигателя прототипа — Snn,отношение радиуса кривошипа к длине шатуна — l,отношение хода поршня к диаметру цилиндра Sп/Dцпроектируемого двигателя, номинальная мощность — Ne кВт, частотавращения n мин-1 ичисло цилиндров выбираем и заносим в таблицу исходных данных на основетехнической характеристики двигателя прототипа и полученного задания напроектирование двигателя.
Исходныеданные к расчету (см. таблицу 1).
2Тепловой расчет параметров и оценочных показателей рабочего
цикладвигателя
2.1Расчет процесса газообмена
Протеканиегазообмена в цилиндре двигателя включает удаление из цилиндра отработавшихгазов и наполнение его свежим зарядом. Задачей расчета процесса газообменаявляется определение следующих конечных его параметров.
1)Давлениеи температура заряда в начале сжатия – ра, Та;
2)коэффициентостаточных газов — gr,
3)коэффициентнаполнения – hv.
Дляопределения их значений в начале определим:
плотностьвоздуха окружающей среды
/>(1)
/>1,417кг/м3;
среднююскорость смеси (воздуха) на впуске в сечении клапана из уравнения с учетомдиаметра цилиндра, хода поршня прототипа
/>(2)
/>87,12м/с;
принимаемWсм=87 м/с
гдеSпп — ход поршня для двигателя, рекомендуемого прототипа.
Тогдадавление в процессе впуска и к началу такта сжатия — Р, равно
/>;(3)
/>0,091 МПа;
Коэффициентостаточных газов – gr характеризуеткачество очистки цилиндра и содержание остаточных газов в рабочей смеси.Определяем из соотношения
/>(4)
/>0,057;
гдеТr, рr,— соответственно температура и давление остаточных газов, К и МПа;
e — степень сжатия двигателя;
DТ- степень подогрева смеси на впуске, К;
Т0 — температура окружающей среды.
Температурарабочей смеси в конце впуска несколько возрастает за счет подогрева от стеноквпускного трубопровода, цилиндра, камеры сгорания и при перемешивании сгорячими остаточными газами. Ее значение определяется из зависимости:
/>(5)
/>347,209К;
Основнымоценочным показателем совершенства организации процесса газообмена являетсякоэффициент наполнения цилиндра определяем его значения из выражения:
/>(6)
/>0,8;
2.2Расчет процесса сжатия
Основноеназначение процесса сжатия — повышение термодинамических параметров состояниярабочей смеси и ее концентрация в небольшом по геометрическим размерамограниченном объеме камеры сгорания перед воспламенением. Процесс сжатия смесив двигателе происходит при движении поршня от HMT к ВМТ. Носит политропныйхарактер с переменным показателем политропного процесса n1.
Определениеего текущего значения является весьма затруднительным. В связи, с чемпринимается, что процесс происходит по политропе с постоянным значениемпоказателя политропного сжатия. Его начальное значение принимаем из исходныхданных, а более близкое значение определяем методом последовательныхприближений в процессе расчета с заданной степенью приближения по уравнению:
/>(7)
/>1,35.
топливо двигатель кривошипный шатунный
Значениядавления рс и температуры Тс в конце сжатия определяем изсоотношения зависимостей термодинамических параметров для политропногопроцесса:
/>(8)
/>1,635МПа;
/>(9)
/>734,324К.
2.3Определение состава, количества и физико-технических
характеристикрабочей смеси и продуктов сгорания
Впервой половине рабочего цикла карбюраторного двигателя рабочим телом являетсярабочая смесь в составе воздуха, паров топлива и остаточных газов. Во второйчасти рабочего цикла, после завершения окисления топлива в процессе сгорания,рабочим телом является продукты сгорания. Для определения параметровтермодинамического состояния рабочего тела после подвода теплоты в процессе сгораниянеобходимо определить состав, количество и физико-технические характеристикиего составляющих. Определение выполняется в расчете на сгорание одного кгтоплива.
Определимтеоретическое количества воздуха необходимое для обеспечения полного сгорания одногокг топлива:
Вкилограммах:
/>(10)
/>15,118/>;
гдеОт — содержание кислорода в составе топлива;
С- содержание углерода в составе одного кг топлива (по заданию 0,848);
Н- содержание водорода в составе одного кг топлива (по заданию 0,152).
Вкиломолях:
/>(11)
/>0,524/>.
Взависимости от типа двигателя и режима работы количество поступающего воздухана каждый 1 кг топлива может быть меньше или больше. Отношение этогодействительного количества воздуха lgк теоретически необходимому для обеспечения полного сгорания топлива l0,определяет состав рабочей смеси и оценивается коэффициентом избытка воздуха — a.Его значение для проектируемого двигателя определено заданием. Тогда количествосвежей смеси М1 при использовании одного кг топлива длякарбюраторных, двигателей составит:
/>(12)
/>0,524/>;
гдеmT-молекулярная масса топлива.
Теплоту,которая выделяется при полном сгорании 1 кг топлива без учета конденсацииводяного пара в продуктах сгорания, принимаем согласно исходным данным — Hu.
Таккак согласно задания коэффициент избытка воздуха a=0.9, поэтомуколичество не выделившейся теплоты вследствие недогорания DHuхим=628,538 кДж/кг.
Количествовыделившейся теплоты при сгорании смеси равно:
/>(13)
/>/>.
Средняямольная теплоемкость свежей смеси в конце сжатия и в интервале температур(0...1500)оС принимается равной:
/>(14)
/> />.
редняямольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия при a=1равна:
/> />. (15)
Среднююмольную теплоемкость рабочей смеси определим из выражения:
/>(16)
/> />.
Расчетсостава и количества продуктов сгорания.
Состави количество продуктов сгорания зависит, в том числе и от коэффициента избыткавоздуха. При полном сгорании топлива в состав продуктов сгорания М2входит углекислый газ СО2, вода Н2О-как продукт сгорания,избыточный кислород 02 и инертный газ N2.
Количествоотдельных компонентов и их суммарное значение определим из соотношенийполученных согласно упрощенных реакций окисления углерода и водорода присжигании одного кг топлива.
Приa=1:
/>(17)
/>0,558/>;
где/>(18)
/>0,0692кмоль — количество углекислого газа;
/>(19)
/>0,0753кмоль — количество водяного пара;
/>(20)
/>0,00145кмоль — количество кислорода;
/>(21)
/>0,411 кмоль — количество азота.
/> (22)
/>0,0007кмоль – количество водорода.
Впроцессе сгорания и химических преобразований происходит изменение количествамолей рабочей смеси:
/>(23)
/>0,034кмоль.
Относительноеизменение объема сгоревшей смеси характеризует коэффициент молекулярногоизменения:
/>(24)
/>1,065;
Относительноеизвинение объема при сгорании рабочей смеси, с учетом содержания остаточныхгазов, оценивается действительным коэффициентом молекулярного изменения рабочейсмеси
/>(25)
/>=1,062.
2.4Процесс сгорания
Сгораниесмеси является основным физическим процессом рабочего цикла двигателя. Перваячасть, выделившейся при сгорании, используется на повышение внутренней энергиии совершение работы. Вторая часть передается в стенки камеры сгорания, и днищепоршня. Доля активной теплоты учитывается коэффициентом активного использованиятеплоты xzи практически приравнивается к максимальному значению коэффициента активноготепловыделения.
Значениятермодинамических параметров в характерных точках цикла Рzи Тz определяем на основе первогозакона термодинамики.
/>;(26)
Длярабочего цикла двигателей с искровым зажиганием уравнение выглядит следующимобразом:
/>;(27)
Применительнок реальному циклу для двигателей с искровым зажиганием уравнение сгоранияпринимает вид:
/>;(28)
где(mCv”) – средняя изохорнаямольная теплоемкость газовой смеси с составом продуктов сгорания послеокисления топлива:
/>;(29)
где/> - средние мольныетеплоемкости компонентов продуктов сгорания.
Средниемольные теплоемкости компонентов продуктов сгорания в диапазоне температур до2800оС с достаточной степенью точности могут быть вычислены поэмпирическим зависимостям:
/>;(30)
/>;(31)
/>;(32)
/>;(33)
/>;(34)
/>;(35)
/>
/>
/>
Послевыполнения математических операций согласно выражений (27…35) получим выражениевида
/>(36)
Тогдамаксимальная температура рабочей смеси в цикле определим из зависимости:
/>(37)
/>27287К.
Максимальноедавление цикла для двигателя с искровым зажиганием определяем как:
/>(38)
/>6,45МПа.
Степеньповышения давления:
/> (39)
/>3,945.
Сучетом отклонений процесса подвода теплоты при V=constв реальных условиях скругления диаграммы действительное значение максимальногодавления для карбюраторных двигателей с воспламенением от электрической искрыпринимаем равным:
/>(40)
/>5,483МПа.
2.5Процесс расширения
Процессрасширения в рабочем цикле представляется как основной этап, где происходитпревращение тепловой энергии в механическую работу. На его начальном участке+20...30оп.к.в. после ВМТ продолжается интенсивный процесс подводатеплоты. В то время, большая разность температурного состояния рабочего тела иокружающей среды совершает процесс в условиях расширения. В начале расширенияпродолжается интенсивное сгорание топлива. Одновременно, с учетом большихскоростей движения газов и большой разности температур стенки цилиндропоршневойгруппы обеспечивают присутствие процесса интенсивного теплообмена. Таким образом,процесс расширения носит явно выраженный политропный характер. Значениепоказателя политропы предварительно принимаем при выборе исходных данных иуточняем в расчете процесса расширения. С учетом статистических данных иособенностей проектируемого двигателя в пределах n2=1,27.
Болееточное значение среднего dпоказателя политропы расширения определяется методом последовательногоприближения с заданной степенью точности с использованием эмпирическихзависимостей.
Исходяиз термодинамических параметров при политропном процессе, давление итемпературу в конце расширения определим по формуле:
/>(41)
/>0,426МПа;
/>(42)
/>1530,739К.
Правильностьвыбора значения температуры и давления остаточных газов оценивается сравнениемпринятых значений и полученных расчетным путем, по величине Тк
/>(43)
/>1003,441К.
Расхождениепринятого значения Тrи полученного, согласно зависимости равно:
d=-5,7%, что меньше допустимых 6%./>
2.6Определение показателей рабочего цикла двигателя
Степеньсовершенства организации и эффективности рабочего цикла двигателя. по превращениютепловой энергии в механическую работу оценивается расчетным определениеминдикаторных показателей, механических потерь, эффективных показателей рабочегоцикла и основных размеров проектируемого двигателя.
2.6.1Определение индикаторных показателей
Среднееиндикаторное давление — Рicpкак показатель качества и совершенства организации рабочего цикла определяетработу, которая совершается или совершалась бы одним литром (ед. объема)рабочего объема. Физически, среднее индикаторное давление — это условноесреднее давление, которое действовало бы на поршень двигателя на протяжениивсего процесса расширения, и при этом совершалась бы та индикаторная работа,что и при переменном расчетном значении давления.
Среднееиндикаторное давление определяем из выражения:
/> (44)
/>1,07МПа.
Сучетом скругления индикаторной диаграммы действительное среднее индикаторноедавление определим из выражения:
/>(45)
/>1,005МПа.
Индикаторнаямощность — это работа, совершаемая рабочим телом за единицу времени.Индикаторный КПД — характеризует степень использования теплоты топлива и долюее превращения в индикат-ю работу:
/>(46)
/>0,31.
Индикаторныйудельный расход топлива:
/>(47)
/>264,35/>.
2.6.2Определение механических потерь при совершении рабочего цикла
Кмеханическим потерям относятся потери на преодоление сопротивлений сил трения,привод вспомогательных механизмов, газообмен, привод компрессора, масляногонасоса, водяного насоса, генератора, прерывателя-распределителя. Для различныхтипов двигателей величина потерь среднего индикаторного давления приравниваетсявеличине среднего давления механических потерь. Оно определяется из следующегосоотношения:
/>(48)
/>0,268МПа;
где/>(49)
/>14,4м/с — средняя скорость поршня.
2.6.3Эффективные показатели
Среднееэффективное давление:
/>(50)
/>0,737МПа.
МеханическийКПД:
/>(51)
/>0,733;
ЭффективныйКПД определяет долю общей теплоты, использованной в рабочем процессе насовершение полезной работы на валу двигателя:
/>(52)
/>0,23.
Эффективныйудельный расход топлива определяется для оценки экономичности работы двигателяи определяет количество топлива, которое расходуется на воспроизведение одногокВт часа энергии:
/>(53)
/>356,3/>.
2.7Определение геометрических размеров цилиндра и кривошипно-
шатуннойгруппы двигателя
Согласноназначенного значения эффективной мощности, заданной частоты вращения иполученных значений эффективных показателей рабочего цикла определимнеобходимый общий рабочий литраж двигателя:
/>(54)
/>0,0017м3;
ирабочий объем одного цилиндра:
/>(55)
/>0,424л.
Определившисьс рабочим объемом цилиндра, определим его диаметр, с учетом заданногосоотношения хода поршня к диаметру цилиндра S/D:
/>(56)
/>81мм;
округлив,принимаем />81мм;
соответственноотношению (S/D), ход поршня будет равен:
/>(57)
/> 81мм;
округлив,принимаем />81мм.
Послеопределения размеров диаметра цилиндра и хода поршня уточняем окончательныезначения рабочего литража двигателя, эффективной мощности, крутящего момента ичасового расхода топлива.
Общийрабочий литраж:
/>(58)
/>1,669л.
Эффективнаямощность:
/>(59)
/>55,16кВт.
Эффективныйкрутящий момент:
/>(60)
/> 97,6/>.
Часовойрасход топлива двигателем:
/> (61)
/>19,597кг/ч.
Средняяскорость поршня:
/>;
/>14,58м/с.(62)
2.8Построение индикаторной диаграммы
Дляграфического построения рабочего цикла проектируемого двигателя необходимопостроить его индикаторную диаграмму в координатах Р-V(давление-объем).
Индикаторнуюдиаграмму строим на миллиметровой бумаге формата А1 (594х841) (см. рис.1). Дляэтого необходимо определиться с размерами отрезков ОВ — представляемого полныйобъем цилиндра на оси абсцисс и отрезка OZ' — выражающего максимальное давлениецикла. Отрезок ОВ представляет полный объем цилиндра и состоит из 2-х частей.
/>(63)
/>92мм.
ОтрезокАВ принимаем равным ходу поршня, что отражает рабочий объем цилиндра в масштабе1:1.
ОтрезокОА — представляет объем камеры сгорания, его значение определяем изсоотношения:
/>(64)
/>10,8мм;
гдеe- степень сжатия.
ОтрезокOZ' — выражающий максимальное давление, определим из соотношения:
/>(65)
/>137 мм;
гдеmр=0,04- масштаб индикаторной диаграммы по давлению. При этом соотношении OZ/АВ находитсяв пределах 1,6...1,8 (для наглядности представленной диаграммы).
Такимобразом, определяем значения отрезков АВ, ОА, ОВ и OZ' по оси абсциссоткладываем отрезки ОА и АВ.
Източек О, А и В — проводим три вертикальные линии. Вертикальная линия из точки О- представляет собой ось ординаты по давлению, линия из точки А — выражаетобъем цилиндра (камеры сгорания) при положении поршня в ВМТ, точка В ивертикальная линия выражает полный объем цилиндра и положение поршнясоответствующее НМТ.
Построивосновные линии рабочего цикла двигателя, откладываем значения давления вхарактерных точках ВМТ и НМТ. Для этого необходимо определить их значения вмиллиметрах из соотношений:
/>2,275мм; (66)
/>40,88мм;
/>137,075мм;
/>10,65мм;
/>3 мм;
/>2,63мм.
Поточке атмосферного давления Р0/mpпроводим горизонтальную линию параллельно оси абсцисс.
Точки“с”, “z” и “r” откладываем навертикальной линии ВМТ (точка А), точки “а” и “в” откладываем на вертикальнойлинии НМТ (точка В).
Построениеполитроп сжатия и расширения выполняем аналитическим методом.
Методикапостроения индикаторной диаграммы аналитическим путем заключается в следующем.Из уравнений политропы сжатия и политропы расширения вычисляется рядпромежуточных точек текущего давления.
Промежуточныезначения давления для политропы сжатия в МПа определим по выражению:
/> (67)
ив миллиметрах:
/> (68)
гдеPсх — искомое текущее давление в процессе сжатия.
Текущееотношение объемов Va/Vx=OB/OХ принимаем с шагом 10мм(восемь промежуточных точек) в пределах от 1 до e — значениястепени сжатия.
Аналогичнодля политропы расширения:
/> (69)
и/> (70)
ОтношениеОВ/ОХ, изменяется в интервале 1…e. Шаг и значенияотношений ОВ/ОХ, при текущем значении ОХ, при построении политропы расширенияоставляем такими же, что и при построении политропы сжатия.
Дляупрощения выполнения расчетных операций и построения, результаты расчетовсводим в таблицу2.
Значенияпромежуточных точек давления в МПа (Рсх, Рвх,) или в ммвыносим на поле индикаторной диаграммы и соединяем плавной кривой а — с икривой z — о. Принимаем, чтопроцессы впуска и выпуска протекают при постоянном давлении, соответственно Раи Pr. Линии политропы расширения Z-b,давления выпуска Рrи политропы сжатия соединяем плавными округляющими линиями.
Протеканиеиндикаторной диаграммы реального двигателя будет несколько отличаться отрасчетной. С учетом предварительного воспламенения смеси от электрической искрыдля карбюраторного двигателя (точка С'), происходит некоторое более раннееповышение давления, несовпадающее с давлением чистого процесса сжатия. Всоответствии с этим давление при положении поршня в ВМТ будет несколько выше(точка С").
Процесссгорания происходит при изменяющемся объеме и протекает по кривой С” — ZДа не по С – Z.
Положениеточек С' и С' приближенно находятся из равенств, соответственно:
Рс’=0,83Рс=1,357МПа-определяется на линии сжатия;(71)
Pc”=1,18Рс=1,93МПа — определяется на линии ВМТ. (72)
Действительноедавление в конце видимого сгорания карбюраторного двигателя и положение точкиZ, определяем из выражения
Pzg=0,85Pz= 5,483МПа(73)
Вместес тем положение точки Zд смещаем по оси абсцисс от ВМТ на (10...15)оп.к.в., что составляет 1,5-2,0 мм (вправо). Положение точки b’определяет угол предварительного открытия выпускного клапана до НМТ. Точкуb" откладывают на половине расстояния между точками “а” и “е” навертикальной линии с точки В.
Закроетсявыпускной клапан в точке а’ с некоторым запаздыванием после ВМТ. Впускнойклапан отрывается до прихода поршня к ВМТ в точке r’, а закрывается послепрохода поршнем НМТ, в точке а”.
Моментыоткрытия и закрытия впускных и выпускных клапанов подбираются экспериментально,поэтому при расчете индикаторной диаграммы фазы газораспределения необходимобрать по прототипу.
r'— опережение открытия впускного клапана;
а'— запаздывание закрытия впускного клапана;
с'— угол опережения зажигания.
Соединяяплавными кривыми характерные точки r', r, а', а, а", с', с", Zд,b', b", через промежуточные расчетные точки политропы сжатия и политропырасширения получаем округленную индикаторную диаграмму.Рисунок1.
3.Кинематика и динамика КШМ
3.10бщие положения и исходные параметры к расчету кинематики и
динамическихсил кривошипно-шатунного механизма двигателя
Основнойзадачей кривошипно-шатунного механизма является превращение прямолинейного движенияпоршня во вращательное движение коленчатого вала. Условия работы элементовкривошипно-шатунного механизма характеризуются широким диапазоном и высокойчастотой повторения знакопеременных нагрузок в зависимости от положения поршня,характера происходящих процессов внутри цилиндра и частоты вращения коленчатоговала двигателя.
Расчеткинематики и определение динамических сил, возникающих в кривошипно-шатунноммеханизме, выполняем для заданного номинального режима, с учетом полученныхрезультатов теплового расчета и ранее принятых конструктивных параметровпрототипа. Результаты кинематического и динамического расчета будутиспользоваться для расчета на прочность и определения конкретных конструктивныхпараметров или размеров основных узлов и деталей двигателя.
Основнойзадачей кинематического расчета является определение перемещения, скорости иускорения элементов кривошипно-шатунного механизма.
Задачейдинамического расчета является определение и анализ сил, действующих вкривошипно-шатунном механизме.
Угловуюскорость вращения коленчатого вала принимаем постоянной, в соответствии сзаданной частотой вращения.
Врасчете рассматриваются нагрузки от сил давления газов и от сил инерциидвижущихся масс.
Текущиезначения силы давления газов определяем на основе результатов расчета давленийв характерных точках рабочего цикла после построения и развертки индикаторнойдиаграммы в координатах по углу поворота коленчатого вала.
Силыинерции движущихся масс кривошипно-шатунного механизма делят на силы инерциивозвратно-поступательно движущихся масс Pj и силы инерциивращающихся масс KR.
Силыинерции движущихся масс кривошипно-шатунного механизма определяем с учетомразмеров цилиндра, конструктивных особенностей КШМ и масс его деталей.
Дляупрощения динамического расчета действительный кривошипно-шатунный механизмзаменяем эквивалентной системой сосредоточенных масс.
Вседетали КШМ по характеру их движения делятся на три группы:
1)Детали, совершающие возвратно-поступательное движения. К ним относим массу поршня,массу поршневых колец, массу поршневого пальца и считаем сосредоточенной на осипоршневого пальца — mn.;
2)Детали, совершающие вращательное движение. Массу таких деталей заменяют общеймассой, приведенной к радиусу кривошипа Rкp, и обозначаем mк.В нее входит масса шатунной шейки mшш и приведенная масса щеккривошипа mщ, сосредоточенная на оси шатунной шейки;
3)Детали, совершающие сложное плоскопараллельное движение (шатунная группа). Дляупрощения расчетов ее заменяют системой 2-х статически замещающих разнесенныхмасс: массы шатунной группы, сосредоточенной на оси поршневого пальца — mшпи массы шатунной группы, отнесенной и сосредоточенной на оси шатунной шейкиколенчатого вала — mшк.
Принимаем:
Конструктивнаямасса поршневой группы:
/>105,3кг/м2;(86)
Конструктивнаямасса шатуна:
/>145,8кг/м2;(87)
Конструктивнаямасса колена кривошипа:
/>150кг/м2;(88)
/>0,28;(89)
гдеD — диаметр цилиндра в мм;
Lш — длина шатуна, Lш=R/l(мм).
Принятыезначения заносим в таблицу исходных данных (см. таблицу 4).
3.2Расчет кинематических параметров кривошипно-шатунного
механизма
Перемещениепоршня за каждый шаг расчета от своего первоначального положения в ВМТопределим из выражения:
/> (90)
Взявпроизводную по времени от выражения, определяющего перемещение поршня,определим скорость поршня:
/> (91)
гдеw– скорость вращения коленчатого вала двигателя при номинальной частоте:
/>565,2рад/с.(92)
Ускорениеперемещения массы поршневой группы, принятой нами с концентрацией на осипоршневого пальца, необходимое для определения сил инерциивозвратно-поступательно движущихся масс, определим из выражения производной повремени от скорости перемещения:
/> (93)
гдеb — угол отклонения шатуна от оси цилиндра, определяемиз соотношения:
/> (94)
гдек=а/Rкр — относительное смещение оси цилиндров от оси коленчатого вала.
ЗначенияSп,С, j, для разных углов п.к.в. заносим втаблицу 5.
3.3Расчет динамических сил
Давлениегазовых сил DРг, действующих на поршень, сучетом противодавления в картере двигателя определяем из соотношения:
DPг=Рг-Р0;(95)
гдеР0 — давление в картере, принимаем равным давлению окружающей среды;
Рг— давление рабочего тела в цилиндре двигателя; его значение принимаем измассива исходных данных по индикаторной диаграмме после ее построения иразвертывания по углу поворота коленчатого вала.
Длятого чтобы развернуть и получить исходную информацию о давлении газов напоршень внутри цилиндра, на миллиметровой бумаге формата Al в левом верхнемуглу строим индикаторную диаграмму.
Отступив10- 15мм вниз от оси абсцисс, где представлена индикаторная диаграмма,параллельно переносим отрезок хода поршня АВ, на горизонтальную осьполуокружности с диаметром равным рабочему ходу поршня Sп=2*Rкр.Точки А и В соответствуют положению поршня в ВМТ и НМТ на индикаторнойдиаграмме. Разделяем участок АВ пополам и строим полуокружность с центром вточке О.
Делимполуокружность на шесть равных частей через 30 градусов п. к. в. и соединяемполученные точки с центром точки О лучами 0-1, 0-2, 0-3, 0-4, 0-5, 0-6, 0-7.
Всвязи с тем, что шатун совершает сложное плоско-параллельное движение, текущееперемещение положения точки В (см. расчетную схему) на линии окружности радиусакривошипа не всегда будет соответствовать прямолинейному перемещению поршня.Таким образом, при развертывании индикаторной диаграммы представленной вкоординатах Р-V, давление и объем занимаемый рабочим газом в цилиндре и теперьпредставляемые в координатах по углу поворота коленчатого вала не будетсоответствовать действительному. Для исключения ошибки, при развертываниииндикаторной диаграммы вводится поправка Брикса. Ее максимальное значениеопределяется из соотношения:
Определивее значение, откладываем в правую сторону от точки О и обозначаем точкой О1.После этого с нового центра — точки O1 проводим лучи параллельныелучам 0-1, 0-2, 0-3, ...0-7 и обозначаем полученные точки пересечения сокружностью 1’,2’,3’ ,4’,5’,6’,7’ и соответственно лучи 0-1’, 0-2’, 0-3’, 0-4’,0-5’, 0-6’ и 0-7’
Полученныеточки на полуокружности со штрихом — 1', 2', 3'...7' теперь будутсоответствовать значениям угла поворота коленчатого вала при использованиикоторых, изменение давления и объема в цилиндре будут соответствоватьдействительным и принимаем для определения действительных газовых сил.
Дальнейшаяпроцедура перестройки индикаторной диаграммы давления газовых сил на поршеньзаключается в следующем. Продолжаем горизонтальную линию значения атмосферногодавления Ро вправо. Отступив от рисунка индикаторной диаграммы 15-20мм, обозначаем точкой «О» на линии атмосферного давления. Принимаем нанесеннуюлинию за горизонтальную ось графика изменения давления по углу поворотаколенчатого вала. Для этого через каждые 15 мм по горизонтальной оси наносимшкалу значений угла поворота коленчатого вала от нуля «0» через 30 градусов до720 градусов п. к. в.; что соответствует двум оборотам коленчатого вала от ВМТи длительности рабочего цикла.
Пооси ординат из точки «0» проводим вертикальную линию и наносим шкалу изменениясил давления газов DРг. Масштаб сил давления газов сохраняемтакой же, что и для индикаторной диаграммы представленной в координатах Р-V,начиная от линии Ро. После нанесения осей индикаторной диаграммы переходим кпереносу точек и значений давления из индикаторной диаграммы представленной вкоординатах Р-V в координаты Р-f.Для этого, поочередно начиная с точки 1' и далее 2', 3', 4', ...7', проводимвертикальную линию вверх до пересечения с линией изменения давления наиндикаторной диаграмме в координатах Р-Vи переносим его значение по горизонтали до пересечения с вертикальной линиейсоответствующих значений угла поворота коленчатого вала. Из точки 1' проводимлинию вверх до пересечения с линией индикаторной диаграммы и проводимгоризонтальную линию до пересечения с ординатой соответствующей положениюпоршня в ВМТ и нулю градусов п. к. в… Далее из точки 2', соответствующей 30оп.к.в., из точки 3', соответствующей 60о п.к.в., и т.д. переходим кследующим точкам до значения 720о п.к.в. и переносим значениядавления соответствующие определенному положению коленчатого вала по углу егоповорота. Соединив полученные точки изменения давления, соответствующие каждомузначению угла поворота коленчатого вала, получим развернутую индикаторнуюдиаграмму удельных газовых сил действующих на поршень по углу поворотаколенчатого вала за рабочий цикл от 0о п.к.в. до 720оп.к.в…
Дляопределения численных значений газовых сил действующих на поршень, определяемпутем расчетов или прямым измерением значения ординаты DРгдля каждого положения поршня и угла поворота коленчатого вала и заносим в общиймассив исходных для определения численного значения суммарных сил действующих вКШМ (таблица 6).
Численноезначение удельной газовой силы действующей на каждый момент положенияколенчатого вала определится как произведение
/> (97)
гдеYi — текущее значение ординаты давления для каждого положенияколенчатого вала через 30о п.к.в., принимаем из массива измеренийординат исходных данных, в мм.
mр — масштаб давлениягазов, МПа/мм.
Удельнуюсилу инерции Pj для возвратно-поступательно движущихся массопределяем по зависимости:
/> (98)
Значениевыражения />остается постоянным длязаданного расчетного режима по частоте вращения коленчатого вала w=const.Определим это значение. Тогда текущее значение Pj будет изменятсятолько в зависимости от положения поршня и угла поворота коленчатого валасогласно тригонометрической зависимости (cosj + lcos2j)(см. таблицу 6).
Выполнивматематические действия для определения Pj, значения заносим втаблицу расчетных данных (таблица 6). Переносим значения удельных сил инерциивозвратно-поступательно движущихся масс на график где представлена индикаторнаядиаграмма газовых сил в координатах P – φ.
Суммарнаяудельная сила PS,приложенная в центре поршневого пальца такого механизма, равна для каждогоданного угла поворота кривошипа сумме удельных сил давления газов DРги сил инерции Pj:
/>;МПа. (99)
Просуммировавзначения />для каждого значения углап.к.в., заносим в таблицу расчетных данных и наносим на график изменения PS=f(j)на поле, где представлены графики DРг=f(j)и Pj=f(j). Значения суммарной удельной силыбудут использованы для определения других сил действующих в элементах и узлахКШМ.
Суммарнаяудельная сила РSприложенная к оси поршневого пальца, раскладывается на две составляющие силы:
— боковую силу PN,действующую в направлении стенки цилиндра перпендикулярно оси поршневого пальцаи вертикальной плоскости стенки;
— продольную силу PS,действующую в направлении продольной оси шатуна.
Текущеезначение боковой силы PN=f(j)определяем из зависимости:
/>; МПа. (100)
Текущеезначение силы PS=f(j)определяем из зависимости:
/>; МПа. (101)
Результатырасчетов заносим в таблицу 6 расчетных данных. По результатам расчетов строимграфики изменения удельных боковой и продольной сил по углу поворотаколенчатого вала.
Продольная,сила РS, перенесенная по линии ее действия в центр шатунной шейкиколенчатого вала распределяется на нормальную силу РК, действующуюпо оси радиуса кривошипа и тангенциальную силу РТ, действующую покасательной к окружности радиуса кривошипа и перпендикулярно оси кривошипа,создавая крутящий момент.
Текущеезначение нормальной силы РK=f(j) определяем иззависимости:
/>; МПа. (102)
Текущеезначение тангенциальной силы РТ=f(j)определяем из зависимости:
/>; МПа. (103)
Результатырасчетов заносим в таблицу расчетных данных. По результатам расчетов строимграфики изменения удельных сил РK=f(j) и РТ=f(j)по углу поворота коленчатого вала.
Центробежнаясила вращающихся масс кривошипно-шатунного механизма всегда направлена по радиусукривошипа, постоянна по величине, противоположно направлена положительнойнормальной силе и приложена к центру В шатунной шейки кривошипа. Ее значениезависит от значения радиуса кривошипа Rкр значения угловой скоростии массы вращающихся деталей mR.В состав массы вращающихся деталей относятся — масса части шатунной группыотнесенной к вращающимся массам и принятая масса колена с шатунной шейкой ищеками кривошипа. Таким образом, mRскладывается как сумма:
/>(104)
Значенияцентробежной удельной силы от вращающихся масс определяем из зависимости:
/>(105)
Центробежнаясила инерции вращающихся масс шатуна равна:
/>(106)
Центробежнаясила инерции вращающихся масс кривошипа равна:
/>(107)
3.4Определение суммарного крутящего момента на коленчатом валу
двигателя
Тангенциальнаясила РТ, действующая по касательной к окружности вращения центрашатунной шейки, всегда перпендикулярна радиусу кривошипа. Если перенестиреактивную силу от силы РТ в центр коренной шейки коленчатого вала,образуется пара сил создающая крутящий момент Мкрц на валу шатуннойшейки двигателя.
/> (108)
Rкр — величина постоянная, в м.
Такимобразом, график изменения тангенциальной силы РТ за рабочий цикл отнуля градусов до 720 градусов п. к. в. представляет собой и график изменениякрутящего момента для одного цилиндра по углу поворота коленчатого вала, всвоем масштабе.
Вычисливзначения Мкрц для каждого положения коленчатого вала через 30градусов п. к. в. его значения заносим в таблицу 6 результатов расчета.
Дляпостроения кривой суммарного крутящего момента Мкр многоцилиндровогодвигателя необходимо выполнить суммирование кривых крутящих моментов каждогоцилиндра.
Таккак для всех цилиндров значения сил и характер крутящего момента одинаковы иотличаются только тем, что рабочий цикл, а соответственно, и кривая крутящегомомента, смещены на величину интервала между вспышками в отдельных, цилиндрах,то для определения значений и характера изменения суммарного момента, впределах интервала повторения, достаточно иметь значения и кривую крутящегомомента одного цилиндра.
3.5Построение полярной диаграммы нагрузки на шатунную шейку
Дляоценки и анализа действующей нагрузки на шатунную шейку необходимо рассчитатьрезультирующую силу Rшш, действующую на шатунную шейку. Она можетбыть определена путем векторного сложения сил: Рк=К+ KRши тангенциальной силы РТ, либо векторным сложением силы РS,действующей по оси шатуна на шатунную шейку, и постоянно действующейцентробежной силы КRш,возникающей от вращения части массы шатуна, отнесенной ранее к массевращающихся частей, сконцентрированных на оси шатунной шейки:
/>; (109)
Дляпостроения диаграммы необходимо силы РК, РТ и КRшперевести и выразить в кН; сложить силы РК и КRш.Значения заносим в таблицу 6 расчетов и путем векторного сложения с силой РТопределить силу Rшш, в кН:
/>; (114)
гдеТ – полная тангенциальная сила:
/>;(115)
Значения,результирующей силы Rшш заносим в таблицу 6 расчетов. Представляемсилу Rшш в виде графической зависимости в прямоугольных координатахRшш-f, принявзначения сил из таблицы расчета и отложив их, с соблюдением масштаба mp,на ординате текущего угла п.к.в.
Сцелью более полного представления действия, которое оказывает сила на шатуннуюшейку, ее необходимо представить дополнительно в виде полярной диаграммывектора Rшш,ориентированного относительно центра шатунной шейки, называемого полярнымцентром. Для этого в системе координат сил Т — PК с центром в точкеОшш, (по оси абсцисс вправо от точки О откладывается положительныесилы Т, влево отрицательные, по оси ординат: вверх — отрицательные силы РК,вниз — положительные), откладываем их значения для различных последовательныхуглов п.к.в. и получаем соответствующие им точки конца вектора Rшш.Полученные точки последовательно, в порядке нарастания углов п.к.в., соединяемплавной кривой. Получим полярную диаграмму силы Rшш с центром вточке Ошш. Луч, проведенный из центра Ошш в любую точкулинии полярной диаграммы, отражает значение Rшш в масштабе инаправление ее действия относительно центра шатунной шейки.
Надиаграмме Rшш, представленной в прямоугольных координатах Rшш-f,выполняем отметку ее максимального Rшшмахи минимального Rшшmin значения. Определяем среднее значениерезультирующей силы путем планиметрирования площади под кривой Rшш-f(j)
/>;(116)
гдеFRшш — площадь под кривой Rшш(мм2);
АВ- ход поршня в масштабе ms(мм).
3.6Построение диаграммы износа шатунной шейки
Диаграммуизноса шатунной шейки строим на основе результатов расчета и графическогопредставления полярной диаграммы нагрузки на шатунную шейку. Диаграмма износадает возможность определить наиболее нагруженный участок шатунной шейки,получить наглядное представление о характере износа шейки и ее окружности, впредположении, что износ будет пропорциональным действующим на шейку усилиям.Построение диаграммы осуществляем следующим образом. Внизу под полярнойдиаграммой на одной с ней вертикальной оси проводим окружность произвольнымрадиусом, представляющую шатунную шейку в произвольном масштабе.
Окружностьделим на 12 равных участков. Дальнейшее построение заключается в параллельномпереносе лучей нагрузки на шатунную шейку Rшш1,Rшш2,...,Rшш12из полярной диаграммы под окружность условной шатунной шейки, (с точным сохранениемнаправления). Считаем, что действия каждого вектора силы Rшшраспространяется на 60о по окружности шейки в обе стороны от точкиее приложения. С учетом полученной картины расположения полярной диаграммы итабличных значений Rшшдля различных участков угла п.к.в., составляем таблицу (таблица 8) воздействиясилы Rшшв виде векторов Rшш1,Rшш2и т.д. на определенные номера лучей шатунной шейки с учетом точки приложения,направленности и общего сектора охвата окружности каждым вектором Rшш(60о п.к.в. в обе стороны от точки приложения). Просуммироватьрезультирующую нагрузку по всем лучам. Подбираем приемлемый масштаб иоткладываем ее значение в виде отрезков на каждом луче шатунной шейки. Концыотрезков соединяем плавной кривой, характеризующей предполагаемый износшатунной шейки. Определяем наименее нагруженный участок окружности шатуннойшейки и проводим ось оптимального расположения масляного канала.
Наоснове ранее принятых параметров газораспределения изображаем диаграмму фазгазораспределения и рассматриваем ее совместно с характерными точками открытияи закрытия впускных и выпускных клапанов, представленных на индикаторнойдиаграмме.
Таблица 2.Построение индикаторной диаграммы двигателя ОХ
Pcx;
Pвх;
Pcx;
Pвх; № текущее
ОВ/ОХi
(ОВ/ОХi)n1
(ОВ/ОХi)n2 МПа МПа мм мм значение 1 81 1 1 1 1 1 2,27 10,65 2 75 1,08 1,11 1,1 0,1 0,47 2,5 11,75 3 60 1,35 1,5 1,46 0,14 0,62 3,4 15,55 4 50 1,62 1,9 1,84 0,15 0,78 3,75 19,5 5 40 2,03 2,6 2,46 0,18 1,05 4,32 26,2 6 30 2,7 3,8 3,5 0,26 1,49 8,645 37,28 7 20 4,05 6,61 5,91 0,37 2,52 15,04 63 8 15 5,4 9,74 8,51 0,49 3,6 20,2 91 9 11 1 1 1 1,635 - 40,9 -
Таблица 3.Исходные данные к расчету кинематики и динамикиНаименование параметров. Обозна- Ед. изм Числ чения знач 1.Давление окружающей среды
Ро МПа 0,1053 2.Давление выпуска отработавших газов
Pr МПа 0,120 3.Показатель политропы сжатия
n1 - 1,35 4.Показатель политропы расширения
n2 - 1,27
5.Отношение Rкр/Lш λ - - 6.Степень сжатия двигателя ε - 8,5 7.Частота вращения коленчатого вала двигателя n
мин-1 5600 8. Угловая скорость вращения колен. вала ω рад/с 565,2 9.Число цилиндров i - 4 10.Радиус кривошипа
Rкр м - 11.Диаметр цилиндра
Dц м 81 12.Максимальное давление цикла
Pz МПа 6,45 13.Давление в конце расширения
Pb МПа 0,426 14.Давление в конце впуска
Pa МПа 0,091 15.Начальный угол расчета
f0
0п.к.в. 16.Конечный угол расчета
fк
0п.к.в. 720 17.Шаг расчета Df
0п.к.в. 30 18.Конструктивная масса поршневой группы
m'п
кг/м2 105,3 19.Конструктивная масса шатунной группы
m'ш
кг/м2 1145,8 20.Конструктивная масса кривошипа
m'к
кг/м2 150 21. Площадь поршня
Fп
м2 - 22. Масса шатунной группы, сосредоточенной на оси поршневого пальца
mшп кг - 23. Масса шатунной группы, отнесённой и сосредоточенной на оси шатунной шейки коленчатого вала
mшк кг - 24. Масса в точке А, совершающая возвратно-поступательное движение
mj кг - 25. Масса в точке В, совершающая вращательное движение
mR кг - 26. Центробежная удельная сила инерции от вращающих масс
KR кН - 27. Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна
KRш кН - 28. Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа
KRК кН -
29.Отношение Lшк/Lш - - -
Таблица 6.Построение диаграммы износа шатунной шейки.
φ п.
к.в. №лучей на диаграмме 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 19,315 19,315 19,315 19,315 19,315 30 16,018 16,018 16,018 60 8,763 8,763 8,763 90 8,217 8,217 8,217 8,217 120 12,263 12,263 150 13,733 13,733 13,733 13,733 180 13,903 13,903 13,903 13,903 13,903 210 13,847 13,847 13,847 240 12,527 12,527 12,527 270 8,517 8,517 8,517 300 8,202 8,202 8,202 330 13,361 13,361 13,361 360 11,765 11,765 11,765 11,765 11,765 370 13,977 13,977 13,977 13,977 390 4,867 4,867 4,867 420 6,76 6,76 6,76 450 10,298 10,298 10,298 480 14,1 14,1 14,1 510 15,485 15,485 15,485 15,485 540 14,801 14,801 14,801 14,801 14,801 570 14,526 14,526 600 12,405 12,405 12,405 630 8,308 8,308 8,308 660 8,665 8,665 8,665 690 15,871 15,871 15,871 720 19,315 19,315 19,315 19,315 19,315 Сумма 305,562 211,175 145,64 13,977 13,977 13,977 13,977 198,66 224,768
Таблица11.Соотношения параметров элементов поршневой группыНаименование Соотношение параметров элементов поршневой группы для карбюраторных двигателей Конечные параметры поршневой группы Толщина днища поршня
δп=(0,05…0,1)*D 6 Высота поршня H=(0.8…1,3)*D 105 Высота верхней части поршня
h1=(0,45…0,75)*D 46 Высота юбки поршня
hю=(0,6…0,8)*D 59 Диаметр бобышки
dб=(0,3…0,5)*D 32 Расстояние между торцами бобышек b=(0,3…0,5)*D 33 Толщина стенки юбки поршня
δю=(1,45…4,5)*D 4 Толщина головки поршня S=(0,05…0,1)*D 6 Расстояние до первой поршневой канавки e=(0,06…0.12)*D 8 Толщина первой кольцевой перемычки
hп=(0,03…0,05)*D
Радиальная толщина кольца
компрессионного
маслосъемного
t=(0,04…0,045)*D
t=(0,038…0,043)*D
3,4
3,4 Высота кольца a=2…4 3 Разность между величинами зазоров замка в свободном и рабочем состоянии
A0=(2,5…4,0)*t 10,2
Радиальный зазор кольца в канавке поршня
компрессионного
маслосъемного
Δt=0,7…0,95
Δt=0,9…1,1
0,8
1 Внутренний диаметр поршня
Di=D-2(S+t+ Δt) 60 Число масляных отверстии в поршне
nm=6…12 12 Диаметр масляного канала
dm=(0,3…0,5)*a 1 Наружный диаметр пальца
dп=(0,22…0,28)*D 20 Внутренний диаметр пальца
dB=(0,65…0,75)* dп 12
Длина пальца
закрепленного
плавающего
lп=(0,88…0,93)D
lп=(0,78…0,88)*D
73
65
Длина втулки шатуна
закрепленного пальца
плавающего пальца
lш=(0,28…0,32)*D
lш=(0,33…0,45)*D
25
33
Заключение
Порасчетам получен двигатель работоспособный, экономичный и удовлетворяет всеусловия для карбюраторных двигателей.
Получендвигатель со средним крутящим моментом одного цилиндра 97,6 Н∙м, среднейнагрузкой на шатунную шейку 8,9 кН.
Списокиспользуемой литературы
1. А.А.Егоров “Автомобильные двигатели: методические указания к курсовой работе длястудентов специальности 2805” ВКГТУ. – Усть-Каменогорск, 2001 г.
2. А.И. Колчин,В.П. Демидов “Расчет автомобильных и тракторных двигателей.” – М.: Высшаяшкола, 1980 г.