Главная Коллекция "Revolution" Производство и технологии Технические характеристики двигателя, его расчет

Технические характеристики двигателя, его расчет

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) как тип тепловой машины. Значение поршневых ДВС для развития наземных видом транспорта. Основные данные для разработки ДВС. Тепловой и динамический расчет. Построение индикаторных диаграмм. Расчет деталей двигателя.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 06.03.2014
Размер файла 642,3 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

  • Введение
  • 1. Выбор исходных данных
  • 2. Тепловой расчет двигателя
  • 2.1 Параметры окружающей среды и остаточные газы
  • 2.2 Процесс сжатия
  • 2.3 Процесс сгорания
  • 2.4 Процесс расширения
  • 2.5 Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя
  • 2.6 Эффективные показатели двигателя
  • 3. Построение индикаторных диаграмм
  • 4. Динамический расчет двигателя
  • 5. Расчет сил действующих в КШМ
  • 5.1 Уравновешивание V-образного восьмицилиндрового двигателя
  • 6. Расчет деталей двигателя на прочность
  • 6.1 Расчет поршня
  • 6.2 Расчет поршневого пальца
  • 6.3 Расчет поршневого кольца
  • 6.4 Расчет шатуна
  • 6.5 Расчет отъемной крышки нижней головки шатуна
  • 6.6 Расчёт шатунных болтов
  • Заключение
  • Литература
  • Приложения

Введение

Двигатель внутреннего сгорания (сокращённо ДВС) - это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

Двигатель внутреннего сгорания - это устройство, в котором химическая энергия топлива превращается в полезную механическую работу.

Современные наземные виды транспорта обязаны своим развитием главным образом применению в качестве силовых установок поршневых двигателей внутреннего сгорания. Именно поршневые ДВС до настоящего времени являются основным видом силовых установок, преимущественно используемых на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-транспортных и строительных машинах. Эта тенденция сохраняется сегодня еще сохранятся в ближайшей перспективе.

В представленном курсовом проекте приведен расчет четырехтактного 8-ми цилиндрового V-образного бензинового двигателя прототипом которого является двигатель ЗМЗ 53.

Целью данного курсового проекта является приобретение основных навыков расчета ДВС.

1. Выбор исходных данных

Исходные данные:

тип двигателя ЗМЗ-53 четырёхтактный, восьмицилиндровый,

V-образный;

1. частота вращения коленчатого вала п =2800мин-1

коэффициент избытка воздуха б =0,91

эффективная расчетная мощность Ne=78кВт;

2. степень сжатия е= 7,2;

Топливо - бензин Нормаль - 80. (ГОСТ Р 51105-97). Средний элементарный состав: С=85,5%, Н=14,5%, µ=115кг/моль. Низшая расчетная теплота сгорания топлива QH=43930 кДж/кг.

2. Тепловой расчет двигателя

Параметры рабочего тела.

Определяем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

l0=1/0,23· (8/3·C+8·H-O) =1/0,23· (8/3 ·0,855+8·0,145-0) =14.96кг, или

мВ =28,96 - для воздуха.

Определяем количество свежего заряда

Определяем общее количество продуктов сгорания

2.1 Параметры окружающей среды и остаточные газы

Принимаем атмосферные условия pк=p0=0,1 МПа, Тк=Т0=293К

Определяем давление и температуру остаточных газов рr=1,02…1,15 р0, МПа, рr=0,12 МПа. Принимаем Тr=900…1000К. Тr= 1000К.

Процесс впуска.

Принимаем температуру подогрева свежего заряда

?Т= АТ (110-0,0125•n) = 8,6

Где АТ== 0,1143

Определяем плотность заряда на впуске

Рк = Р0•106/Rв•Т0, Рк = 0,1•106/287• 393 = 1,189 кг/м3

где Rв =287 Дж/кг. град - удельная газовая постоянная для воздуха.

В соответствии со скоростным режимом работы двигателя и качеством обработки внутренней поверхности принимаем коэффициент , а скорость движения заряда = 90м/с.

Определяем потери давления на впуске в двигатель

МПа.

Определяем давление в конце впуска

Определяем коэффициент остаточных газов

Определяем температуру в конце впуска

Определяем коэффициент наполнения

зv = T0 • (е •pa - pr) / (T0 + ?t) (е - 1) • p0 =

293 (7,2 • 0,0856 - 0,12) / (293+8,6) • (7,2 - 1) • 0,1= 0,7

2.2 Процесс сжатия

Определяем показатель адиабаты сжатия k1 в функции и ,

по номограмме (рис.1). k1=1,380

Определяем показатель политропы сжатия n1 в зависимости от k1, который устанавливается в пределах n1= (k1-0,01) … (k1-0,04) =1,360

Определяем давление в конце сжатия

Определяем температуру в конце сжатия

Определяем среднюю молярную теплоемкость заряда (воздуха) в конце сжатия (без учета влияния остаточных газов)

Определяем число молей остаточных газов

Определяем число молей в конце сжатия до сгорания

деталь двигатель внутреннего сгорания

2.3 Процесс сгорания

Определяем среднюю молярную теплоемкость продуктов сгорания в дизельном двигателе при постоянном объеме, при ?1

Определяем число молей газов после сгорания

Определяем расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

Принимаем коэффициент использования теплоты = 0,87.

Учитывая, что он снижается при увеличении скоростного режима.

Тогда количество теплоты, передаваемое газом на участке cz индикаторной диаграммы при сгорании 1кг топлива определиться, как

Определяем количество теплоты, потерянное вследствие неполноты сгорания.

= 119950 (1-a) = 10795

Температуру в конце сгорания определяют из уравнения сгорания

Подставляем в уравнение сгорания имеющиеся значения величин и решаем уравнение относительно Tz

1,0745• (20,766+0,0028 • Tz) • Tz = 28828/0,910,517• (1+0,0729) +21,39•710

22,31• Tz + 0,0030• Tz2 - 72298=0

Определяем давление в конце процесса сгорания

Определяем степень повышения давления в пределах .

2.4 Процесс расширения

Показатель политропы расширения n2 для двигателя определяем по номограмме (рис.2), учитывая, что его значение незначительно определяется от значения показателя адиабаты расширения k2.

По имеющимся значениям и Tz определяем точку пересечения. Через полученную точку проводим горизонталь до пересечения с вертикалью, опущенной из точки =1 получая какое то значение k2. Далее двигаемся по этой кривой k2 до пересечения с вертикалью, опущенной из заданного значения . Ордината точки пересечения дает искомое значение k2. . Определяем давление процесса расширения

Определяем температуру процесса расширения

Проверяем правильность ранее принятого значения температуры остаточных газов (погрешность не должна превышать 5% для номинального скоростного режима).

() • 100% = 0,4 < 5%

Погрешность расчетов не превышает 5% для нормального скоростного режима.

2.5 Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя

Определяем среднее индикаторное давление цикла для не скруглённой индикаторной диаграммы

Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы v = 0,97.

Определяем среднее индикаторное давление для цикла скругленной индикаторной диаграммы

Определяем индикаторный КПД

Определяем индикаторный удельный расход топлива

,

2.6 Эффективные показатели двигателя

Принимаем предварительно среднюю скорость поршня Wn. cp =10 м/с для двигателя грузового автомобиля. Определяем среднее давление механических потерь

учитывая, что а=0,05, b=0,0155 при S/D>1. Определяем среднее эффективное давление

Определяем механический КПД

Определяем эффективный КПД

Определяем эффективный удельный расход топлива

Исходя из величин эффективной мощности, частоты вращения коленчатого вала, среднего эффективного давления и числа цилиндров определяем рабочий объем одного цилиндра

Выбираем значение для v - образного двигателя. Определяем диаметр цилиндра

Определяем ход поршня

Определяем площадь поршня

Определяем рабочий объем цилиндра

Определяем среднюю скорость поршня

Определяем значение расчетной эффективной мощности

Погрешность расчетов не превышает 5% для нормального скоростного режима.

3. Построение индикаторных диаграмм

Построение свернутой индикаторной диаграммы ДВС производим по данным теплового расчета. Диаграмму строим в прямоугольных координатах Р-S, где Р - давление, a S - ход поршня.

Масштаб давления: pz=4,6 <5 МПа, поэтому принимаем удобный p=0,025 МПа/мм. Масштаб перемещения поршня: S=97>80 мм, поэтому принимаем чертежа.

От начала координат в масштабе по оси абсцисс откладываем значение приведенной высоты камеры сжатия S c и хода поршня S.

Высота камеры сжатия определится как

По оси ординат в масштабе откладываются величины давления в характерных точках a,c,,z,b,r диаграммы, а также значение . Построение политроп сжатия и расширения осуществляется по промежуточным точкам. Значения давлений в промежуточных точках политропы сжатия подсчитывается по выражению

Значения давлений в промежуточных точках политропы расширения подсчитывается по выражению

При этом значения Sc и S везде постоянны.

Расчетные значения давлений в промежуточных точках сводим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 Величины давлений в промежуточных точках политропы сжатия и политропы расширения.

№ точки

Sx, мм

Политропа сжатия

Политропа

расширения

, мм

рх, МПа

, мм

рх, МПа

1

15,64

3,44

0,86

15.2

0,38

2

20

35,6

0,89

133,6

3,34

3

30

20,4

0,52

80

2,00

4

40

14

0,35

56

1,40

5

50

10,4

0,26

42

1,05

6

60

8

0, 20

33,2

0,83

7

70

6,4

0,16

27,6

0,69

8

80

5,6

0,14

23,2

0,58

9

90

4,8

0,12

20

0,5

10

100

4

0,1

17,6

0,44

4. Динамический расчет двигателя

Перемещение поршня при различных углах поворота кривошипа определяем по формуле

где R - радиус кривошипа, R = 48. - постоянная КШМ, =0,30.

Скорость поршня Wn определяем по формуле, которую получаем путем дифференцирования пути по времени

где - угловая скорость,

Ускорение поршня определяем дифференцированием выражения скорости по времени

Результаты расчетов заносим в таблицу 4.1,по результатам строим графики S, = f (), W = f (), J = f ()

Таблица

4.1 - Кинематические параметры двигателя

Ф

пкв

S?, м

S?, м

S, м

W?, м/ с

W?, м/с

W, м/ с

J?, м/ с2

J?, м/ с2

J, м/с2

0

0

0

0

0

0

0

4121

1236

5357

20

0,28

0,09

0,37

4,8101

1,3555

6,1656

3872

947

4819

40

1,12

0,30

1,42

9,0402

2,0798

11,12

3157

214

3371

60

2,40

0,54

2,94

12,1798

1,8265

14,0063333

2060

-618

1442

80

3,97

0,69

4,66

13,8503

0,7214

14,5717

715

-1161

-446

100

5,63

0,70

6,33

13,8503

-0,7214

13,13

-715

-1662

-1877

120

7,2

0,54

7,74

12,1798

-1,8298

10,35

-2060

-618

-2678

140

8,47

0,30

303

8,77

9,0402

-2,0772

6,9630

-3157

215

-2942

160

9,31

0,08

9,39

4,8101

-1,3560

3,4541

-3872

947

-2925

180

9,60

0

9,6

0

0

0

-4221

1337

-2884

200

9,31

0,08

9,39

-4,8101

1,3560

-3,4541

-3872

947

-2925

220

8,47

0,30

8,77

-9,0402

2,0772

-6,9630

-3157

215

-2942

240

702

0,54

7,74

-12,1798

1,8298

-10,35

-2060

-618

-2678

260

5,63

0,70

6,33

-13,8503

0,7203

-13,13

-715

-1662

-1877

280

3,97

0,69

4,66

-13,8503

-0,7203

-14,5717

715

-1161

-446

300

2,4

0,54

2,94

-12,1798

17898

-1,8265

-14,0063

2060

-618

1442

320

1,12

0,30

1,42

-9,0402

-2,0798

-11,12

3157

214

3371

340

0,28

0,09

0,37

-4,8101

-1,3555

-6,1656

3872

947

4819

360

0

0

0

0

0

0

4121

1236

5357

5. Расчет сил действующих в КШМ

Для расчета деталей кривошипно-шатунного механизма на прочность и выявления нагрузок на трансмиссию машин необходимо определить величины и характер изменения сил и моментов, действующих в двигателе.

Руководствуясь найденными размерами двигателя, определяется масса частей, совершающих вращательное движение. Для этой цели необходимо задаться конструктивными массами поршневой и шатунной группы, пользуясь найденными значениями диаметра поршня D и данными таблицы 4. [1]

Масса поршня

Масса шатуна

Масса колена вала без противовесов

Определяем массу частей, движущихся возвратно-поступательно:

где - масса шатуна, приведенная к поршню,

Масса вращающихся деталей:

где тш. к - масса шатуна, приведенная к коленчатому валу,

Соответствие выбранных масс можно проверить по значению удельной силы инерции по формуле:

Производим расчёт сил действующих в КШМ, Н:

силы инерции возвратно-поступательно движущихся мас

центробежной силы инерции вращающихся масс

Определяем значение удельной силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, отнесенных к единице площади поршня,

Определяем значение суммарной силы, действующей на поршень

Используя найденное значение , определяем значения действующих сил: боковой силы, перпендикулярной оси цилиндра

ц,

п. к. в.

?Рг

мПа

РЈ,

мПа

РЈ, мПа

Fn

РУ

мПа

РУ? Fп

кН

N

кН

S

кН

K

кН

T

кН

Mi

Нм

0

0,02

-6,734

-1,020

-1

-6,6

0

-6,6

-6,6

0

0

20

0,015

-6,057

-0,918

-0,903

-5,96

-0,614

-5,93

-5,367

-2,616

-125

40

0,010

-4,237

-0,641

-0,631

-4,165

-0,816

-4,087

-2,665

-3,303

-158

60

0,006

-1,813

-0,274

-0,268

-1,769

-0,472

-1,709

-0,475

-1,403

-67

80

0,004

0,561

0,085

0,089

0,587

0,18

0,561

-0,074

0,528

25

100

0,002

2,359

0,357

0,359

2,369

0,725

2,265

-1,125

2,459

118

120

-0,002

3,367

0,510

0,508

3,353

0,895

3,24

-2,451

3,125

150

140

-0,004

3,698

0,560

0,556

3,67

0,719

3,601

-3,273

2,69

129

160

-0,006

3,677

0,557

0,551

3,637

0,375

3,619

-3,546

1,793

86

180

-0,01

3,626

0,549

0,539

3,557

0

3,557

-3,557

0

0

200

-0,06

3,677

0,557

0,551

3,637

-0,375

3,619

-3,546

-0,671

-41

220

0

3,698

0,560

0,560

3,67

-0,719

3,599

-3,273

-1,809

-87

240

0,012

3,367

0,510

0,522

3,452

-0,921

3,57

-2,52

-2,52

-120

260

0,044

2,359

0,357

0,401

2,647

-0,725

2,53

-1,257

-2,467

-118

280

0,087

0,561

0,085

0,172

1,135

-0,18

1,085

-0,144

-1,178

-56

300

0,3

-1,813

-0,274

0,026

0,172

-0,472

1,166

0,046

-0,155

-7

320

0,412

-4,237

-0,641

-0,229

-0,511

0,816

-0,501

-0,327

0,405

19

340

0,715

-6,057

-0,918

-0,143

-0,944

0,614

-0,939

-0,85

0,414

20

360

1,2

-6,734

-1,020

0,18

1,188

0

1,188

1,188

0

0

370

3,825

-4,733

-0,976

2,849

18,803

0,987

18,784

18,69

4,23

203

380

3,18

-6,057

-0,918

2,262

14,929

1,537

14,854

13,51

6,554

314

400

1,75

-4,237

-0641

1,109

7,319

1,434

7,0182

4,684

5,804

287

420

1,05

-1,813

-0,274

0,776

5,122

1,367

4,948

1,378

4,061

195

440

0,562

0,561

0,085

0,647

4,27

1,307

4,082

-0,542

4,432

213

460

0,487

2,359

0,357

0,844

5,57

1,704

5,325

-2,646

5, 191

249

480

0,375

3,367

0,510

0,885

5,841

1,559

5,643

-4,27

4,281

205

500

0,325

3,698

0,560

0,885

5,841

1,145

5,732

-5,21

2,282

109

520

0,275

3,677

0,557

0,832

5,491

0,565

5,464

-5,354

1,345

64

540

0,262

3,626

0,549

0,811

5,353

0

5,353

-5,353

0

0

560

0,244

3,677

0,557

0,801

5,287

-0,544

5,261

-5,155

-2,321

-111

580

0,219

3,698

0,560

0,779

5,14

-1,007

5,044

-4,584

-2,534

-122

600

0, 194

3,367

0,510

0,704

4,646

-1,24

4,489

-3,396

-3,404

-163

620

0,15

2,359

0,357

0,507

3,346

-0,974

3, 199

-1,589

-3,118

-150

640

0,13

0,561

0,085

0,215

1,419

0,434

1,356

-0,18

-1,473

-71

660

0,112

-1,813

-0,274

-0,162

-1,069

0,285

-1,032

-0,287

0,962

46

680

0,075

-4,237

-0,641

-0,566

-3,736

0,732

-3,666

-2,391

2,963

142

700

0,052

-6,057

-0,918

-0,866

-5,716

0,586

-5,687

-5,173

2,509

120

720

0,2

-6,734

-1,020

-1

-6,6

0

-6,6

-6,6

0

0

Для нахождения результирующей силы Rш. ш на шатунную шейку необходимо полюс О переместить по вертикали вниз на величину вектора

- силы, возникающей вследствие вращения части массы шатуна и постоянная по величине и постоянная по величине и направлению

Обозначаем точку Ош. Затем вокруг точки Ош проводим окружность произвольного радиуса. Проводим прямые линии от углов поворота к точкам и т.д. Вектор Ош. - для каждого угла дает направление, и значение результирующей силы (нагрузки) на шатунную шейку.

Для построения развертки диаграммы нагрузки в прямоугольные координаты через точку Ош проводим горизонтальную линию, служащей осью углов . Углы обозначаются через каждые 20° в пределах 0-720°, и через эти точки проводятся вертикали.

Средняя удельная нагрузка на подшипник, отнесенная к единице площади его диаметральной проекции, определиться

где dш. ш (50мм.) диаметр шатунной шейки, м;

lш. ш (23мм.) - рабочая ширина вкладыша (принимается из прототипа).

Пользуясь полярной диаграммой, строим диаграмму износа шейки, дающую условное представление о характере износа в предположении, что износ пропорционален усилиям, действующим на шейку, и происходит в секторе ±60° от мгновенно направленной силы S.

Под графиком развернутой диаграммы нагрузки строим кривую суммарного индикаторного крутящего момента. Для этого по оси абсцисс откладываем значение угла поворота кривошипа в пределах и от 0° до (где 8 - число цилиндров).

По оси ординат откладывается значение крутящего момента в масштабе , равное

Mi=T·R.

Кривая суммарного индикаторного крутящего момента многоцилиндрового двигателя на участке и получается путем графического суммирования полученного числа i кривых крутящих моментов для отдельных цилиндров. Среднее значение индикаторного момента определиться

где F - площадь диаграммы.

Ввиду того, что при построении диаграммы индикаторного крутящего момента двигателя не учитывались затраты на трение, привод вспомогательных механизмов и т.д., для получения действительного эффективного крутящего момента необходимо учесть величину механического КПД

Полученное значение среднего эффективного крутящего момента следует сопоставить с расчетным значением

Отклонение графически полученного значения момента от его расчетного значения не должно превышать ±5%.

5.1 Уравновешивание V-образного восьмицилиндрового двигателя

Данный двигатель рассматриваем как сумму четырех двухцилиндровых V - образных двигателей.

Центробежные силы инерции рассчитываемого двигателя полностью уравновешены: ?PR = 0. Суммарный момент центробежных сил действует во вращающейся плоскости, составляющей с плоскостью кривошипа угол 18є 26' величина его

?МR = v10• (mк + 2mшк) • R щ2 б

Силы инерции первого порядка взаимно уравновешенны: ?Pi1 = 0;

Суммарный момент сил инерции первого порядка действует в той же плоскости, где и равнодействующий момент центробежных сил, его величина:

?Мi1 = v10•mi •R щ2 б

Силы инерции второго порядка и и ихмоменты полностью уравновешенны:

?Pi2 = 0; ?Мi2 = 0.

Уравновешивание моментов ?Мi1 и ?МR осуществляется установкой двух противовесов на концах коленчатого вала в плоскости действия моментов т.е. под углом 18є 26'

Суммарные моменты ?Мi1 и ?МR действуют в одной плоскости, поэтому

?Мi1 + ?МR = б R щ2v10• (mi + mк + 2mшк) •

Масса каждого противовеса определяется из условия равенства:

Mпр?сщ2b = ?Мi1 + ?МR

с - расстояние центра тяжести общего противовеса от оси коленчатого вала.

На практике часто устанавливают противовесы на щеках кривошипа и на концах коленчатого вала.

В действительности размеры и масса деталей двигателя различны и силы инерции для отдельных цилиндров получаются неравными.

Для максимального уменьшения влияния вредных факторов на уравновешенность двигателя вращательно движущиеся части тщательно балансируют, а части, движущиеся возвратно-поступательно, подбирают с минимальными отклонениями по размерам и массе. Строго контролируют распределение масс шатуна. Коленчатые валы и маховики подвергают статической и динамической балансировке. Несоблюдение технических условий на сборку деталей двигателя может привести к возникновению значительных неуравновешенных сил инерции.

6. Расчет деталей двигателя на прочность

6.1 Расчет поршня

Поршень работает в тяжелых условиях, так как подвергается воздействию как механических нагрузок от давления газов и сил инерции, так и термических из-за необходимости отвода теплоты от нагретой газами головки в охлаждающую среду. Кроме того, направляющая часть работает на износ при высоких температурах. Основные требования к материалу поршня:

хорошая теплопроводность;

малые значения коэффициента линейного расширения;

высокая механическая прочность и жаростойкость;

малый удельный вес.

Для уменьшения износа юбка поршня имеет бочкообразный профиль по образующей и овальный профиль в поперечном сечении. Днище поршня имеет выемку, а в бобышках сделаны отверстия для прохода масла к поршневому пальцу.

Материал поршня - алюминиевый сплав. Определяем основные размеры поршня, пользуясь данными табл.5 и рис.9.

На основании данных расчетов (теплового, скоростной характеристики и динамического) определяем:

диаметр цилиндра D=92 мм;

ход поршня S=97 мм;

действительное максимальное давление сгорания pz = 4,6 МПа, при частоте вращения п =2800 мин1;

площадь поршня Fn=0,0066м2;

наибольшая номинальная сила N=1,54 кН, при угле ц =380°;

массу поршневой группы тп=0,924 кг;

значение л =0,30.

В соответствии с существующими аналогичными двигателями и с учетом соотношений, приведенных в табл.5 принимаем:

толщину днища поршня д = 7,4 мм.

высоту поршня Н = 101 мм.

высота огневого пояса е = 7,4мм;

толщина первой кольцевой перемычки hп = 3,7мм.

высота верхней части поршня hi = 55мм.

высота юбки поршня hю= 60 мм.

внутренний диаметр поршня di = 71мм.

толщина стенки головки поршня s = 7,4мм.

толщина стенки юбки поршня дю= 3мм.

радиальную толщину кольца t = 3,6

радиальный зазор кольца в канавке поршня

компрессионного ?t = 0,92 мм.

маслосъемного ?t = 0,92 мм.

высота кольца = 3мм.

число и диаметр масляных каналов в поршне n'M=8.

диаметр масляных каналов в поршне dM = 1мм.

Назначаем материал поршня - алюминий и материал гильзы цилиндра -

чугун, задается значением коэффициента линейного расширения:

- для алюминиевого сплава,

- для чугуна.

уиз = рzl (ri / д) 2, МПа.

где ri = D / 2 - (s + t + ?t), мм.

ri = 92/2 - (7,4 + 3,6 + 0,92) = 34мм.

уиз = (34/7,4) 2 = МПа.

Определяем напряжение изгиба в днище поршня

где

ri = D/2- (s+t+?t) = 92/2 - (7,4+ 3,6 + 0,92) = 34мм

Определяем напряжение сжатия в сечении х-х

При этом площадь сечения х-х равна

Fх-х = (р/4) • (dK2 - di2) - n' м • F' мм.

Fх-х = (3,14/4) (82,82 - 712) - 8•5,9 =1,3• 10-3 м2

И значение F'= (dK-di) dM/2 м2

F' = (82,8 - 71) • 1/2 = 5,9 • 10-6 м2

Рzд = pz • Fn НМ. Рzд = 4,6 • 0,0066 = 0,0304 НМ.

dK=D-2- (t+?t) мм. dK = 92 - 2 (3,6 + 0,92) = 82,8мм.

Определяем напряжение разрыва в сечении х-х

максимальная угловая скорость холостого хода двигателя

где тх. х - масса головки поршня с кольцами, расположенная выше сечения х-х

равна тх. х = 0,5 •, кг

тх. х = 0,5 • 0,924 = 0,462 кг.

Максимальная разрывающая сила составит

= 0,462 • 0,048 • 2932 • (1 + 0,3) = 2475, МН.

Напряжение разрыва определится, как

у ур =

Определяем напряжение в верхней кольцевой перемычке

среза

изгиба

сложное

Определяем удельные давления поршня на стенку цилиндра

Определяем условие гарантированной подвижности поршня в горячем состоянии.

В целях предотвращения заклинивания поршней при работе двигателя размеры диаметров головки Dг и юбки Dю поршня определяют исходя из необходимых монтажных зазоров и между стенками цилиндра и поршня в холодном состоянии

Диаметры головки и юбки поршня определяют с учетом монтажных зазоров по формулам

Определяем диаметральные зазоры в горячем состоянии по формулам

где и - диаметральные зазоры в горячем состоянии

и - коэффициенты линейного расширения материалов цилиндра и поршня

и поршня

Тц, Тг и Тю - соответственно температура стенок цилиндра, головки и юбки поршня в рабочем состоянии, К

Тц=385 К, Тг=598 К, Тю=408 К;

Т0 - начальная температура цилиндра и поршня, То =293 К.

6.2 Расчет поршневого пальца

Основные конструктивные размеры поршневых пальцев принимаем из табл.5. По данным теплового расчета принимаем: максимальное давление сгорания рzmax= 4,6 МПа.

Во время работы двигателя поршневой палец подвергается воздействию переменных нагрузок, приводящих к возникновению напряжений изгиба, сдвига, смятия и овализации.

Поршневой палец - стальной, трубчатого сечения. Для повышения износостойкости его наружную поверхность цементируют и закаливают.

Материал поршневого пальца - Ст15Х

E=2,2·105 МПа. Палец плавающего типа.

диаметр бобышки dб = 41мм.

расстояние между торцами бобышек b = 37мм.

наружный диаметр поршневого пальца dп = 25мм.

внутренний диаметр поршневого пальца dв = 17мм.

длина пальца lп = 72мм.

длина головки шатуна lш = 30мм.

Определяем расчетную силу, действующую на палец

газовую

инерционную

где щм - угловая скорость при максимальном крутящем моменте,

расчетную

где - максимальное давление сгорания, pzmax= pz=4,6 МПа;

k - коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца, k=0,8;

где пм - частота вращения при максимальном крутящем моменте,

Тогда сила инерции поршневой группы составит

Тогда расчётная сила составит

Определяем удельное давление пальца на втулку поршневой

головки шатуна

Определяем удельное давление пальца на бобышки

Определяем напряжение изгиба в среднем сечении пальца

где

- отношение внутреннего диаметра к наружному,

Определяем касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна

Определяем наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца

при овализации

где Е - модуль упругости материала пальца, МПа.

Определяем напряжение овализации на внешней поверхности пальца:

в горизонтальной плоскости

в вертикальной плоскости

Определяем напряжение овализации на внутренней поверхности пальца: в горизонтальной плоскости

в вертикальной плоскости

напряжение овализации возникает на внутренней поверхности пальца в горизонтальной плоскости:

6.3 Расчет поршневого кольца

Материал кольца - серый легированный чугун, Е=1,2·105МПа. Определяем среднее значение давления кольца на стенку цилиндра

- разность между величинами зазоров кольца в свободном и рабочем состояниях.

Определяем давление кольца на стенку цилиндра в различных точках

окружности и заносим в таблицу 6.3.1

где - переменный коэффициент, определяемый изготовлением в соответствии с принятой формой эпюры давления кольца на зеркало цилиндра.

Таблица 6.3.1 Параметры для расчета эпюры давления кольца на стенку цилиндра.

Угол у/, град

0

30

60

90

120

150

180

Коэффициент Мк

1,05

1,05

1,14

0,9

0,45

0,67

2,85

Давление р, МПа

0,147

0,147

0,16

0,126

0,063

0,094

0,399

По полученным расчетам строим эпюру давления кольца на стенку цилиндра (рис.6.3.2).

(Силы в масштабе 0,0125МПа: 1мм)

Определяем напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии

Определяем напряжение изгиба при надевании кольца на поршень

где

Определяем монтажный зазор в замке поршневого кольца

где - минимально допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя,

и - коэффициенты линейного расширения материала кольца и гильзы цилиндра, и = 1/К; Тк - температура кольца в рабочем состоянии, Тк=500К; Тц - температура цилиндра в рабочем состоянии, =385 К; То - начальная температура, ;

6.4 Расчет шатуна

Шатун подвергается воздействию знакопеременных газовых инерционных сил. Помимо напряжения сжатия в стержне шатуна возникают напряжения изгиба и растяжения.

Для изготовления шатуна должны быть выбраны высококачественные материалы, обладающие высокой прочностью, относительным удлинением, сопротивлением удару, пределом усталости.

Необходимо также учитывать одно из основных требований к конструкции шатуна - получение минимальной массы при необходимой прочности и надежности.

Шатун стальной, кованный, двутаврового сечения. В нижней головке шатуна выполнено отверстие, через которое масло разбрызгивается на поверхность цилиндра.

Материал шатуна: Ст 45Г2

Назначаем материал шатуна и втулки: Материал шатуна - углеродистая сталь 45Г2;

Материал втулки - бронза;

Определяем основные размеры шатуна:

внутренний диаметр верхней головки,

внутренний диаметр втулки,

наружный диаметр головки

длину поршневой головки шатуна

Определяем суммарное давление на поверхности головки от запрессовки втулки и нагрева головки и втулки

где - натяг посадки бронзовой втулки,

- натяг от нагрева головки, Dгол - наружный диаметр головки, d - внутренний диаметр головки, d =30мм; dВТ - внутренний диаметр втулки, dBT= 28 мм;

- средняя температура подогрева головки при работе двигателя, =110К - коэффициент Пуассона, =0,3;

Тогда суммарное удельное давление на поверхности головки

Определяем напряжение на наружной поверхности поршневой головки шатуна

Схема 6.4.1 Верхней головки шатуна. а) для растяжения. б) для сжатия.

Определяем напряжение на внутренней поверхности

Определяем величину нормальной силы в этом же сечении

Определяем изгибающий момент в вертикальном сечении проушины

Где -угол заделки, =105град;

средний радиус поршневой головки,

суммарная сила инерции поршневой группы, Н

где масса поршневой группы, 0,924кг, -радиус кривошипа, R=0,048м, угловая скорость при номинальной частоте вращения

,

Определяем величину нормальной силы в этом же сечении

Определяем величину нормальной силы в расчетном сечении от растягивающей силы для выбранного угла заделки

Определяем изгибающий момент в расчетном сечении

Определяем напряжение от растяжения в наружном слое

где hгол - толщина стенки головки, hгол =0,0025м.

К - коэффициент, учитывающий наличие запрессованной втулки.

Коэффициент К определяется по формуле

где Fcm - площадь сечения головки шатуна, мм2

Fвm - площадь сечения втулки,

Тогда коэффициент, учитывающий наличие запрессованной втулки составит

Тогда напряжение от растяжения в наружном слое составит

Определяем суммарную силу, сжимающую головку

Максимальная сила инерции массы поршневой группы определяется по формуле

Тогда суммарная сила, сжимающая головку составит

Определяем номинальную силу для нагруженного участка

Определяем изгибающий момент для нагруженного участка

Определяем напряжение в наружном слое от сжимающей силы

Определяем запас прочности

где - предел выносливости материала при растяжении =210МПа; - коэффициент, зависящий от характеристики материала, =0,2; - коэффициент, учитывающий влияние технологического фактора, =0,7.

Определяем силу инерции, растягивающую шатун на холостом ходе

где тш=1,188кг - масса части шатуна выше расчетного сечения. Определяем максимальную силу давления газов, сжимающую шатун

Определяем суммарное напряжение при сжатии с учетом продольного изгиба в плоскости, качания шатуна.

где Кх= 1,12 - коэффициент, учитывающий продольный изгиб шатуна

. - площадь шатуна в расчетном сечении.

Определяем суммарное напряжение при сжатии с учетом продольного изгиба в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна.

где Ку = 1,04 - коэффициент, учитывающий продольный изгиб шатуна

Определяем напряжение растяжения

Определяем амплитуду напряжения в плоскости х сечения шатуна

Определяем среднее напряжение в плоскости х сечения в плоскости шатуна

Определяем амплитуду напряжения в плоскости у сечения шатуна

Определяем среднее напряжение в плоскости у сечения в плоскости шатуна

Определяем запас прочности в плоскости х

Определяем запас прочности в плоскости у

6.5 Расчет отъемной крышки нижней головки шатуна

Отъемная крышка шатуна изготавливается из того же материала, что и сам шатун. Сталь Ст 45Г2.

Определяем силу, отрывающую крышку нижней головки шатуна

где тш=1,26кг - масса шатуна, совершающая возвратно-поступательное движение;

- масса шатуна, совершающая вращательное движение; - масса отъемной крышки.

Определяем напряжения в материале крышки

где - расстояние между осями шатунных болтов;

момент сопротивления изгибу;

-ширина подшипника;

- внутренний радиус кривошипной головки;

с - расстояние между осями шатунных болтов. - площадь сечения крышки с вкладышем.

6.6 Расчёт шатунных болтов

В четырехтактных двигателях болты, стягивающие половинки кривошипной головки шатуна, подвергаются растяжению от действия сил инерции поступательно движущихся масс поршня и шатуна и вращающихся масс, расположенных над плоскостью разъема кривошипной головки. Болты должны обладать высокой механической прочностью и надежностью. Изготавливаются из стали 40Х Н. Номинальный диаметр болта Шаг резьбы Количество болтов сталь 40Х

Считаем, что плотность стыка обеспечивается условием Где сила инерции, отрывающая крышку; сила предварительной затяжки;

Определяем силу предварительной затяжки

Где z - число болтов, которыми крышка притягивается к шатуну;

Определяем величину суммарной силы растягивающей болт

Где коэффициент нагрузки. Применим - 2,0 Определяем максимальное напряжение в болте, в сечении по наименьшему диаметру

где Определяем минимальное напряжение в этом же сечении

Определяем амплитуду напряжения

МПа; Определяем среднее напряжение

Определяем запас прочности болта для выбранного материала стали.

Принимаем: Где коэффициент концентрации напряжений; коэффициент, зависящий от характеристики материала; коэффициент, учитывающ...


Подобные документы

  • Тепловой расчет автомобильного двигателя

    Техническая характеристика двигателя. Тепловой расчет рабочего цикла двигателя. Определение внешней скоростной характеристики двигателя. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма и системы жидкостного охлаждения. Расчет деталей на прочность.

    курсовая работа [365,6 K], добавлен 12.10.2011

  • Расчет двигателя внутреннего сгорания Д-245

    Тепловой расчет дизеля без наддува: параметры рабочего тела, окружающей среды и остаточные газы. Методика построения индикаторных диаграмм. Порядок проведения динамического, кинематического расчета. Уравновешивание двигателя и необходимые расчеты.

    курсовая работа [87,3 K], добавлен 12.10.2011

  • Проектирование дизельного двигателя по прототипу Д-37М

    Тепловой расчет двигателя: процесс впуска, сжатия, сгорания и расширения газов. Расчет индикаторных и эффективных показателей двигателя. Построение регуляторной характеристики тракторного дизеля. Кинематический расчет двигателя и расчет маховика.

    курсовая работа [196,2 K], добавлен 20.10.2009

  • Тепловой расчет двигателя

    Выбор топлива и основных показателей работы для двигателя внутреннего сгорания. Тепловой расчет проектируемого двигателя для режима максимальной мощности и по его результатам построение индикаторной диаграммы и внешней скоростной характеристики.

    контрольная работа [187,4 K], добавлен 12.01.2012

  • Тепловой и динамический расчет двигателя

    Тепловой расчет двигателя на номинальном режиме работы. Расчет процессов газообмена, процесса сжатия. Термохимический расчет процесса сгорания. Показатели рабочего цикла двигателя. Построение индикаторной диаграммы. Расчет кривошипно-шатунного механизма.

    курсовая работа [144,2 K], добавлен 24.12.2016

  • Тепловой расчёт двигателя внутреннего сгорания марки 8ЧНСП 3А 22/28-2 и построение индикаторной диаграммы

    Выполнение теплового расчёта двигателя внутреннего сгорания и определение его индикаторных, эффективных, термических, механических показателей, а также геометрических размеров цилиндра. Построение индикаторной диаграммы на основе полученных данных.

    курсовая работа [886,3 K], добавлен 10.07.2011

  • Тепловой расчет двигателя

    Расчет параметров состояния рабочего тела, соответствующих характерным точкам цикла. Расчет индикаторных и эффективных показателей двигателя, диаметра цилиндра, хода поршня, построение индикаторной диаграммы. Тепловой расчёт для карбюраторного двигателя.

    курсовая работа [97,0 K], добавлен 07.02.2011

  • Расчет ДВС

    Общая характеристика исследуемого двигателя. Тепловой расчет и тепловой баланс дизеля А-01М, определение основных деталей его систем, вычисление их параметров. Требования эксплуатационной безопасности и экологичности двигателя внутреннего сгорания.

    курсовая работа [758,0 K], добавлен 18.08.2011

  • Тепловой расчет ДВС

    Двигатель внутреннего сгорания: назначение, факторы, влияющие на конструкцию. Расчет автотракторного двигателя: определение индикаторных показателей; тепловой баланс; регуляторная характеристика; системы питания, охлаждения, автоматизации, регулирования.

    курсовая работа [81,5 K], добавлен 12.12.2011

  • Тепловой, кинематический, динамический и прочностной расчет двигателя внутреннего сгорания

    Описание двигателя MAN 9L 32/40: общая характеристика и функциональные особенности, структурные элементы и их взаимодействие. Выбор и обоснование исходных данных для теплового расчета двигателя, определение эффективных показателей. Расчет на прочность.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.10.2011

  • Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания Д-240

    Рассмотрение термодинамических циклов двигателей внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объёме и давлении. Тепловой расчет двигателя Д-240. Вычисление процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения. Эффективные показатели работы ДВС.

    курсовая работа [161,6 K], добавлен 24.05.2012

  • Расчет автотракторного двигателя Д-248

    Тепловой расчет двигателя. Расчет рабочего цикла для определения индикаторных, эффективных показателей работы двигателя и температурных условий работы. Зависимость теплового расчета от совершенства оценки ряда коэффициентов. Проектирование двигателя.

    курсовая работа [168,5 K], добавлен 01.12.2008

  • Расчет двигателя внутреннего сгорания

    Описание прототипа двигателя ЯМЗ-236. Блок цилиндров, кривошипно-шатунный механизм, газораспределение. Исходные данные для теплового расчета. Параметры цилиндра и двигателя. Построение и скругление индикаторной диаграммы. Тепловой баланс двигателя.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 25.05.2013

  • Тепловой расчет двигателя Д-440 с разработкой гидрозапорной системы

    Расчет рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания: динамический анализ сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм, параметры процессов, расход топлива; проект гидрозапорной системы двигателя; выбор геометрических и экономических показателей.

    дипломная работа [3,7 M], добавлен 12.10.2011

  • Расчет рабочего цикла и газообмена в двигателе внутреннего сгорания

    Изучение особенностей процесса наполнения, сжатия, сгорания и расширения, которые непосредственно влияют на рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания. Анализ индикаторных и эффективных показателей. Построение индикаторных диаграмм рабочего процесса.

    курсовая работа [177,2 K], добавлен 30.10.2013

  • Тепловой расчет двигателя

    Определение параметров рабочего тела в конце тактов наполнения, в процессе сжатия и в конце процесса сгорания. Определение индикаторных и эффективных показателей дизеля. Расчет геометрических размеров цилиндра. Построение индикаторной диаграммы.

    контрольная работа [870,0 K], добавлен 08.08.2011

  • Расчет автотракторного двигателя внутреннего сгорания (прототип СМД-62)

    Определение параметров рабочего цикла дизеля. Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна. Построение регуляторной характеристики автотракторного двигателя внутреннего сгорания. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма, параметров маховика.

    курсовая работа [309,2 K], добавлен 29.11.2015

  • Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания

    Характеристика дизельного топлива двигателей внутреннего сгорания. Расчет стехиометрического количества воздуха на 1 кг топлива, объемных долей продуктов сгорания и параметров газообмена. Построение индикаторной диаграммы, политропы сжатия и расширения.

    курсовая работа [281,7 K], добавлен 15.04.2011

  • Расчет авиационного поршневого двигателя

    Расчет процессов наполнения, сжатия, сгорания и расширения, определение индикаторных, эффективных и геометрических параметров авиационного поршневого двигателя. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма и расчет на прочность коленчатого вала.

    курсовая работа [892,4 K], добавлен 17.01.2011

  • Двигатель автомобильный

    Тепловой и динамический расчет двигателя. Расчет деталей цилиндровой группы, стенки цилиндра, силовых шпилек (болтов) крепления головки. Определение проходных сечений ГРМ, профилирование кулачка. Расчет клапанной пружины, распределительного вала.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 09.10.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены