Методика определения и исследование основных параметров комбинированного и поршневого двигателя

Анализ теплового расчета рабочего процесса и технико-экономических показателей поршневой части комбинированного двигателя. Определение кинематических характеристик движения поршня. Ознакомление с динамическим расчетом кривошипно-шатунного механизма.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 27.11.2014
Размер файла 471,1 K

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/

Курсовая работа

Методика определения и исследование основных параметров комбинированного и поршневого двигателя

Содержание

Введение

1. Тепловой расчет рабочего процесса и технико-экономических показателей поршневой части комбинированного двигателя

1.1 Процесс наполнения

1.2 Процесс сжатия

1.3 Процесс сгорания

1.4 Процесс расширения

1.5 Расчет показателей рабочего цикла двигателя

1.6 Построение индикаторной диаграммы

2. Определение кинематических характеристик движения поршня

3. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма

3.1 Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

3.2 Развертка индикаторной диаграммы

3.3 Расчет динамических сил

Заключение

Список литературы

Введение

Предмет энергетические установки - изучает преобразование химической энергии топлива в механическую работу машины.

Двигатели внутреннего сгорания - это те двигатели, в которых сгорание топлива, выделение теплоты и преобразование ее в механическую работу происходит внутри двигателя, то есть в одном теле. К таким двигателям относятся комбинированный и поршневой двигатель.

Поршневым двигателем называется тепловой двигатель, в котором преобразование энергии сгорания топлива в механическую энергию осуществляется путем давления газов на поршень перемещающегося внутри цилиндра. В связи с возвратно- поступательным движением поршня сгорание топлива в поршневых двигателях возможно лишь периодически последовательным порциями, причем сгоранию каждой порции должен предшествовать ряд подготовительных процессов.

Данный курсовой проект является методикой определения и исследование основных параметров двигателя. По данным расчетам рассматриваются такие качества двигателя как экономичность, эффективность. Также она позволяет определить их работу в различных условиях.

1. Тепловой расчет рабочего процесса и технико-экономических показателей поршневой части комбинированного двигателя

Тепловой расчет представляет собой метод исследования рабочего процесса двигателя, для оценки основных параметров (показателей) характеризующих его эффективные, экономические и динамические качества в любых заданных условиях работы. Расчет рабочего процесса позволяет определить значения основных параметров отдельных процессов протекающих в цилиндре и рабочего цикла в целом и получить данные влияния различных факторов на эти параметры.

На основании теплового расчета можно с достаточной для практики точностью построить индикаторную диаграмму, необходимую для определения величин давления газов в цилиндре и расчета деталей дизеля на прочность.

В курсовом проекте тепловой расчет выполняется для изготовленного дизеля (проверочный) по конструктивным данным двигателя аналога.

Т.к. все применяемые на тепловозах дизеля наддувные, то расчеты рабочего процесса в курсовом проекте приводятся только для этих типов двигателей.

Проверкой правильности расчета может служить получение эффективных, экономических и других параметров (показателей), соответствующих двигателю-аналогу.

1.1 Процесс наполнения

Совершенство процесса наполнения оценивается коэффициентом наполнения и коэффициентом остаточных газов, на величины которых определяющее влияние оказывают давление и температура воздуха конца процесса наполнения

Расчет параметров процесса наполнения. Схема наддува и основные параметры надувочного воздуха приведены на рис.1

Рис 1. Схемы наддува и параметры наддувочного воздуха: OHВ-охладитель наддувочного воздуха.

Давление воздуха в цилиндре в конце процесса наполнения (начала сжатия).

- для четырехтактных дизелей.

Ра = 0,5(Р'К + РСР)=0,5(0,197+0,1477)=0,17 МПа (1)

где: Р'К - давление воздуха перед впускными органами (клапана или окна);

В дизелях с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха происходит некоторое снижение его давления, связанного с сопротивлением охладителя.

Поэтому Р'К = РК - РОХЛ =0,2-0,003=0,197 МПа

РСР = (0,750,9) РВП - среднее давление наполнения.

РСР =0,75•0,197=0,1477 МПа

РК - давление наддува; Р'К - давление наддува после охладителя.

РФ, РОХЛ - соответственно сопротивление фильтра и охладителя надувочного воздуха.

Для упрощенного расчета можно принять РФ = РОХЛ.= 0,003 МПа.

Ра = 0,5(0,197+0,1477)=0,17 МПа

Температура воздуха к концу наполнения (начала сжатия)

-Температура воздуха за компрессором (Тк ) (перед воздухоохладителем) определяется как:

(2)

где: а.к. - адиабатный КПД компрессора (задано)

РК =1,41 - давление наддува;

Ро=0,101 МПа - давление окружающей среды

-Температура воздуха на выходе из охладителя (перед впускными органами дизеля):

Т'к = Тк - (Тк - То)охл=309,75-(309,75-248)•0,5=278,875К (3)

где: охл = (0,50,9) - степень охлаждения;

- Температура заряда к концу наполнения (начала сжатия)

(4)

где: Т = (1015) - подогрев заряда от стенок цилиндра;

- коэффициент остаточных газов (0,10).

Тост.г. - температура остаточных газов.

В зависимости от типа двигателя -Тост.г. можно принять:

для четырехтактных - Тост.г. = 800900 К.

Плотность всасываемого дизелем воздуха:

(5)

где: - газовая постоянная воздуха;

mb=28,95 - масса 1 кмоль воздуха;

R = 8314 - универсальная газовая постоянная.

Коэффициент наполнения

Коэффициентом наполнения (v) называют отношение действительного количества воздуха поступившего в цилиндр к началу сжатия к теоретический возможному количеству воздуха, который мог бы заполнить цилиндр при давлении и температуре воздуха перед впускными органами двигателя.

Коэффициент наполнения дизелей определяется из выражения:

для четырехтактных
(6)
где: , v - соответственно геометрическая и действительная степени сжатия (заданы);
- коэффициент остаточных газов (по заданию);
Рк; Тк - соответственно давление и температура наддувочного воздуха (заданы или вычислены ранее);
Ра; Та - давление и температура воздуха к концу наполнения (вычислены ранее).
1.2 Процесс сжатия
Процесс сжатия воздуха в цилиндре дизеля протекает после закрытия органов газообмена и предназначен для повышения температуры и давления воздушного заряда в цилиндре до таких значений, при которых происходит самовоспламенения топлива и дальнейшее его эффективное сгорание. Процесс сжатия является политропным, с показателем nс переменным на всем протяжении хода поршня.
В расчетах рабочего цикла принимают условный постоянный средний показатель политропы сжатия равный nс = (1,341,37); nс= 1,35
Основными параметрами, характеризующими процесс сжатия, являются:
степень сжатия- ; давление -Рс и температура - Тс конца процесса сжатия, а также показатель политропы сжатия - nс.
Расчет параметров процесса сжатия

При известных значениях степени сжатия и величины показателя политропы сжатия в упрошенном расчете четырехтактных дизелей давление и температура смеси определяется следующим образом:

Давление сжатия

, Мпа (7)

Температура сжатия

.К (8)

nс = (1,341,37) - показатель политропы сжатия .

1.3 Процесс сгорания

Основным процессом, происходящим в цилиндре дизеля, является горение топлива впрыскиваемого в цилиндр. Выделяющееся при горении топлива тепло идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и совершение механической работы (перемещение поршня). Для определения количества воздуха необходимого для полного сгорания топлива и продуктов сгорания надо располагать данными по составу топлив

Элементарный состав топлива

Расчет процесса сгорания производится для дизельного топлива. Основные свойства топлива условно приняты одинаковыми для всех рассчитываемых, в курсовом проекте, вариантов.

Весовой состав дизельного топлива

С = 0,87; Н = 0,126; О = 0,004.

Теплота сгорания топлива.

Если известен элементарный состав, то для приближенного определения низшей теплоты сгорания дизельного топлива можно воспользоваться формулой Д.И.Менделеева.

QН = 33900·С + 103000·Н - 10900·0 = 33900·0,87+10300·0,126-10900·0,004=42427,4 (9)

Теоретический необходимое количество воздуха для сгорания топлива

В ДВС для сгорания топлива используется кислород воздуха, поступающий в цилидр, в процессе наполнения.

Для полного сгорания 1 кг топлива, теоретический необходимое количество воздуха в - кг, определяется из выражения:

(10)

Тоже количество воздуха, выраженное в киломолях на 1 кг топлива:

кмоль (11)

где: 0,23 - массовое содержание кислорода в 1 кг воздуха;

0,21 - объемное мольное содержание кислорода в воздухе;

- количество киломолей С, Н, О в топливе.

Проверка

=0,5·28,84=14,3 кг (12)

где: mb=28,84 - масса 1 кмоль воздуха состава (0,21 О2 +0,79 N2)

Действительное количество воздуха для сгорания топлива

На такте наполнения в цилиндры дизеля вводится определенное количество воздуха, которое должно быть больше теоретически необходимого количества воздуха для полного сгорания топлива.

Величина поступившего количества воздуха определяется коэффициентом избытка воздуха ().

Коэффициентом избытка воздуха () - называется отношение действительного количества воздуха, участвующего в сгорании 1 кг топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха для полного сгорания.

Если < 1, смесь называется богатой, если >1 - бедной, при = 1, смесь называется стехиометрической.

Действительное количество воздуха для сгорания 1 кг топлива в дизеле определяется как:

L = L'о=2,1•0,49=0,98 (13)

Где: -коэффициент избытка воздуха- (по заданию)

Состав продуктов сгорания

При полном сгорании 1 кг топлива стехиометрической смеси (т.е. =1) образуются чистые продукты сгорания (М=1).

(14)

Продукты сгорания 1 кг топлива при >1 представляют собой смесь чистых продуктов сгорания М=1 (при =1) с избыточным количеством воздуха (М):

М = 0,21(-1)L=0,21(2,1-1)•0,98=0,2

М = М=1 + М =0,9+0,2=1,1кмоль/кг.

Теоретический (химический) и действительный коэффициенты молекулярного изменения

Критерием оценки приращения (М) количества киломолей при сгорании является: теоретический (химический) коэффициент молекулярного изменения (о), представляющий собой отношение числа молей в продуктах сгорания к числу молей свежего заряда.

о = (15)

Проверка правильности расчета -о

о=1 + =1+=1.032 (16)

где: - коэффициент избытка воздуха.

Примечание: Значения о полученные по формуле (15 ) и (16 ) должны совпадать, что говорит о правильности вычисления

Действительный коэффициент молекулярного изменения ()- представляет собой отношение числа молей в продуктах сгорания с учетом остаточных газов к числу молей действительного количества воздуха, поступившего в цилиндр и остаточных газов от предыдущего цикла.

= (17)

где: г - коэффициент остаточных газов (0,10).

Теплоемкость воздуха и продуктов сгорания

Теплоемкость газов изменяется при сгорании вместе с изменением температуры и состава рабочей смеси.

В конце процесса сжатия (начала горения) рабочая смесь состоит из действительного количества воздуха поступившего в цилиндр и остаточных газов.

В виду малой доли остаточных газов теплоемкость рабочей смеси можно принять равной теплоемкости воздуха.

Считая, что горение начинается в точке (С) диаграммы (при V=const) определяем среднюю мольную изохорную теплоемкость воздуха для точки (С).

= 20,13 + 0,002411·ТС =20,13 + 0,002411·732,5=21,9 (18)

где: ТС , К- вычислена ранее.

Средняя мольная изохорная теплоемкость продуктов сгорания для точки (Z) диаграммы при > 1.

СVZ = (20, 97 +)+(1,549 + )·10-3 ·ТZ (19)

где: - коэффициент избытка воздуха ( по заданию).

Средняя мольная изобарная теплоемкость продуктов сгорания

СРZ = СVZ + 8,314=21,4+0,002Tz +8,314=29,714+0,002 Tz

Расчет параметров конца процесса сгорания

Расчет параметров процесса сгорания сводится к решению уравнения, из которого определяется температура газа ТZ в конце видимого сгорания. При расчетах рабочего процесса обычно задаются степенью повышения давления -Z. Располагая значениями ТZ и можно найти степень предварительного расширения и величину максимального давления сгорания цикла являющегося основным параметром дизелей при расчете их на прочность.

Температура конца процесса сгорания (ТZ)

Температура конца процесса сгорания (ТZ) определяется из уравнения первого начала термодинамики, преобразовав которое, получим.

Уравнение сгорания для дизелей:

(20)

где: - коэффициент остаточных газов ( по заданию);

Z - степень повышения давления.

При расчетах следует исходить из значений Z =1,35-1,55.

Z =1,40

ТС; ; СVZ; СРZ- вычислены ранее.

;

После подстановки численных значений в уравнение последнее приходит к виду:

А?TZ 2 + B? TZ - C = 0

откуда TZ = .

=

TZ=1706К

Максимальное давление сгорания z). Максимальное давление сгорания Рz определяется из соотношения:

РZ = Z РС=1,55·5=8МПа (20)

где: Z - степень повышения давления ;

РС - давление сжатия (вычислено ранее).

Ориентировочные значения РZ для номинальной мощности дизелей составляют:

РZ = 8-13 МПа, TZ =1800-2700К.

Степень предварительного расширения

= (22)

по опытным данным степень предварительного расширения изменяется в пределах от = 1,2-1,4

Объём цилиндра в точке z диаграммы

1.4 Процесс расширения

Процесс расширения протекает при высокой температуре с интенсивным теплообменом. Процесс расширения также как и сжатие является политропным,

с показателем- nР переменным на всем протяжении хода поршня. В расчетах рабочего цикла принимают условный постоянный средний показатель политропы расширения, значения которого составляют для дизелей nр = 1,2-1,3

Расчет параметров процесса расширения.
Давление рабочей смеси к концу расширения
Рb= (23)
Температура продуктов сгорания концу расширения
Тb = К (24)
Степень последующего расширения продуктов сгорания:
для четырехтактных
(25)
где: , v - соответственно геометрическая и действительная степени сжатия .
- степень предварительного расширения (определена ранее).
При работе на номинальном режиме работы дизелей ориентировочное значение и , лежат в пределах

MПа, К.

1.5 Расчет показателей рабочего цикла двигателя

Показатели рабочего цикла двигателя делятся на индикаторные (внутренние) и эффективные (внешние).

Расчет индикаторных показателей.

Индикаторные показатели характеризуют степень совершенства рабочего цикла с учетом только потерь теплоты в систему охлаждения, и с отработавшими газами.

Расчетное значение среднего индикаторного давления Рip дизеля вычисляется:

- для четырехтактного

Рip = = (26)

Среднее индикаторное давление действительного цикла меньше теоретического (расчетного) на величину скругления индикаторной диаграммы поэтому:

для четырехтактного дизеля:

Рid = n Рip = 0,9•3=2,7 Мпа

где: n - коэффициент полноты диаграммы;

- доля потерянного хода ( по заданию).

Значения коэффициента - цп для дизелей составляют:

четырехтактных цп =0,9 - 0,95

(большие значения при прямоточно-щелевой продувке);

Ориентировочные значения среднего индикаторного давления:

четырехтактные - Рi, =0,9 - 2,5 Мпа,

Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива

Индикаторным КПД дизеля называется отношение количества теплоты, преобразованной в работу ко всему количеству теплоты выделившейся при горении топлива в камере сгорания.

(27)

где: - плотность всасываемого дизелем воздуха- ,

L - действительное количество воздуха поступившего в цилиндр - кг;

v - коэффициент наполнения (вычислена ранее);

Нu -низшая теплота сгорания топлива - .

Удельный индикаторный расход топлива,

представляет собой количество топлива израсходованного на выработку 1кВт .ч.

Значения индикаторного КПД и удельного индикаторного расхода топлива для номинальных режимов и частот вращения современных дизелей с газотурбинным наддувом соответствуют:

(28)

Значения индикаторного КПД и удельного индикаторного расхода топлива для номинальных режимов и частот вращения современных дизелей с газотурбинным наддувом соответствуют:

Тип дизеля

зi

qi,

четырехтактные

45 - 50

160 - 175

Индикаторная мощность

Индикаторной мощностью-Ni называется мощность соответствующая индикаторной работе газов осуществляемой в цилиндре дизеля за время цикла.

Выражение для определения расчетной величины индикаторной мощности имеет вид :

(29)

где: n - число оборотов к/вала; Vh - рабочий объем; z- число цилиндров;

- тактность; Рid - среднее индикаторное давление действительного цикла.

Расчет эффективных показателей

Эффективные показатели учитывают кроме потерь теплоты еще механические потери в узлах трения (поршень цилиндр, в подшипниках коленчатого вала) и потери на привод вспомогательного оборудования (водяной насос, масляный насос и т.д.) при передаче энергии расширения газов на коленчатый вал.

При известном значении механического КПД эффективные показатели дизеля определяются:

Среднее эффективное давление

Ре = Рid m =2,7·0,88=2,376 МПа (30)

Средний эффективный КПД

е = i m =0,8·0,88=0,704 (31)

Средний удельный расход топлива

qе = qi m,= 1000·0,88=880 (32)

Эффективная мощность

Nе = Ni m=2500·0,88=2200 кВт (33)

где: m - механический КПД (по заданию).

Значения эффективного КПД и удельного эффективного расхода топлива для номинальных режимов и частот вращения современных дизелей с газотурбинным наддувом соответствуют:

Тип дизеля

зе

qе,

Четырехтактные

36 - 41

190 - 210

Определение основных размеров рабочего цилиндра дизеля

Основными геометрическими размерами цилиндра дизеля являются: диаметр цилиндра-D; и ход поршня -S.

Отношение характеризуется относительной величиной - .

В зависимости от относительной величины -К, дизели подразделяются на следующие группы:

0,9 ? К ? 1,2 - короткоходные

1,2 ? К ? 1,8 - длинноходные

Диаметр цилиндра и ход поршня можно определить по эффективной мощности и частоте вращения коленчатого вала дизеля.

Эффективная мощность определяется по следующей формуле:

Диаметр цилиндра

(34)

Примечание. Значения параметров подставлять в формулу: п, об/мин, Ре ,Мпа, Nе, кВт

Ход поршня

S = К·D=1,304·0,27=0,35 м (35)

Определение расходов топлива, воздуха и отработавших газов

Часовой расход топлива дизелем

Gч = qeNe (36)

Количество топлива подаваемого в цилиндр за цикл (цикловая подача топлива)

gц= (37)

Часовой расход воздуха дизелем определяется из выражения

Gb = (38)

Количество отработавших газов:

Gог = (1- пр Lo)GЧ (39)

где: пр - коэффициент продувки (по заданию).

1.6 Построение индикаторной диаграммы

Методика построения индикаторной диаграммы. Тепловой расчет двигателя завершается построением индикаторной диаграммы, которая в дальнейшем является исходным материалом при проведении динамического и прочностного расчетов двигателя.

Построение индикаторной диаграммы выполняется аналитическим способом. Расчетная индикаторная диаграмма строится в системе координат

Р-V ( давление - объём ) на миллиметровой бумаге форматов А 4 (297х210мм) или А3 (420х297мм). Единицы измерения приводятся в системе СИ (давление в МПа , объём в м3).

Рекомендуемые масштабы для построения индикаторной диаграммы при книжном расположении диаграммы на листе:

формат А 4 - Vа = А; (А ? 150170 мм)=150мм , Рz = Б; Б ? (170230 мм)=170мм;

Построение индикаторной диаграммы проводим в следующем порядке:

Нанести координатную систему (Р-О-V) .

На координатной оси (О-V)

- от начало координат (точка О) в выбранном масштабе объёма откладываем отрезок равный объему камеры сгорания (- величина степени сжатия). Конец отрезка будет соответствовать положению верхней мертвой точки (в.м.т.);

Vс = мм.

- от точки ВМТ в том же масштабе откладываем отрезок равный рабочему объёму цилиндра конец которого будет соответствовать положению нижней мертвой точки (н.м.т.);

Vh = Vа - Vс = =150-12,3=137,7 мм,

На координатной оси (О-Р).

Восстанавливаем перпендикуляр к в.м.т., на котором в выбранном масштабе давления отмечаем точку соответствующую значению :

- давления наддува - через которую проводим прямую параллельную оси (О-V);

Рк = мм

- давления сжатия- (точка c диаграммы) и давления сгорания Рz=Б мм ( точка z диаграммы).

-

Рс = мм

От точки z параллельно оси (О-V) откладываем отрезок равный конец которой обозначается точкой z1( - степень предварительного расширения);

Vz = Vc =

Восстанавливаем перпендикуляр к н.м.т., на котором в выбранном масштабе давления отмечаем точки соответствующие значениям:

- давления наполнения мм ( точка а диаграммы),

- и давления расширения мм ( точка b диаграммы).

Для двухтактных дизелей точки соответствующие Ра ( точка а диаграммы) и Рв ( точка b диаграммы), расположены на перпендикуляре восстановленном к концу отрезка .

Между точками (а) и (с) строим политропу сжатия со средним показателем (nс), а между точками (b) и (z) политропу расширения со средним показателем (nР).

Построение политроп сжатия и расширения

Для построения политроп сжатия и расширения на график необходимо нанести несколько промежуточных точек этих кривых. Ординаты этих точек вычисляются следующим образом:

линия сжатия (а -с ) - задавая значения текущей степени сжатия

х =

Расчет политроп сжатия и расширения .

Сжатие

Расширение

МПа

мм

Ррас= Рв·

МПа

мм

1

1

1

0,17

3,6

-

-

-

2

1,21

1,29

0,22

4,7

1,3

0,8

15,2

3

с=1,65

-

-

-

1,9

1,1

22,8

4

2,42

3,3

0,56

11,9

3,2

1,8

37,5

5

3,63

5,7

0,97

20,6

5,3

3

63,6

6

4,84

8,4

1,4

29,75

7,8

4,3

92,4

7

6,05

11,4

1,9

40,4

10,4

5,8

123,5

8

7,26

14,5

2,47

52,3

13,5

7,6

143,7

9

?=7,4

-

-

-

10

8,47

17,7

3

63,75

11

9,68

21,4

3,6

76,5

12

10,89

25,1

4,27

90,7

13

12,1

28,9

4,9

104,1

По данным столбца 5 строится линия сжатия, а по столбцу 8 линия расширения. Скругляя диаграмму в районе в.м.т., так же нанося линии выталкивания и всасывания, получим диаграмму действительного цикла.
Графическое определение среднего индикаторного давления.
Для определения величины Рi.p необходимо вычислить площадь индикаторной диаграммы построенной в соответствующих масштабах давления - mр и объёма - mv. поршневой двигатель шатунный
Среднее индикаторное давление - Рi.p вычисляется как:
=

2. Определение кинематических характеристик движения поршня

Кинематика кривошипно-шатунного механизма (КШМ) - служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Условия работы деталей КШМ обуславливаются усилиями, возникающими в них при различных режимах работы двигателя. Величина и характер изменения механических нагрузок, приходящихся на эти детали, могут быть определены на основе кинематического и динамического исследования КШМ. При кинематическом исследовании КШМ предполагается, что все кинематические величины могут быть выражены в функции угла поворота коленчатого вала (). Основными функциями, определяемыми при кинематическом исследовании КШМ, являются зависимости изменения:

- хода поршня от угла поворота коленчатого вала S = fs;

- скорости поршня от угла поворота коленчатого вала х =fv ();

- ускорения поршня от угла поворота коленчатого вала J= fj().

Кинематика рядного (центрального) КШМ

Рядный (центральный ) КШМ состоит из кривошипа r (ОВ) и шатуна Lш(АВ) при этом прямая по которой двигается точка А ( ось поршневого кольца ) проходит через ось коленчатого вала О.

Поршень перемещается от ВМТ до НМТ и обратно.

Путь- Sх, скорость- х и ускорение- j поршня определяются из выражений:

Sх = r?fs( ), м ;

хх = r?fv( ), м/с; (40)

jх = r?? fv ( ), м/с2 .

где: fs () = 1-cos +); f х () = sin + ;

fj () = cos + .

- угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра;

- угол отклонения оси кривошипа от оси цилиндра.

r = - радиус кривошипа (для дизеля со встречно-движущими поршнями принимается ход поршня), м; = 2·n - угловая скорость вращения коленчатого вала, =2•3,14•12,5=78,5

Изменения значений Sх, х и j от

Sх

Х

J

гр.п.к.в.

М

0

0

0

1278,1

15

0,00705

4,19131

1214,6

30

0,02749

7,9705

1033,8

45

0,05936

10,98588

763,6

60

0,09965

12,99842

439,4

75

0,14483

13,9051

106,1

90

0,13121

13,7375

-199,7

105

0,23541

12,63301

-452,1

120

0,27465

10,79493

-639,1

135

0,30685

8,44169

-761,1

150

0,33061

5,767

-834

165

0,34512

2,91922

-868,8

180

0,35

0

-878,7

195

0,34512

-2,91922

-868,8

210

0,33061

-5,767

-834

225

0,30685

-8,44169

-761,1

240

0,27465

-10,79493

-639,1

255

0,23541

-12,63301

-452,1

270

0,13121

-13,7375

-199,7

285

0,14483

-13,9051

106,1

300

0,09965

-12,99842

439,4

315

0,05936

-10,98588

763,6

330

0,02749

-7,9705

1033,8

345

0,00705

-4,19131

1214,6

360

0

-0

1278,1

3. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма

Детали шатунно-кривошипного механизма подвергаются действию сил давления газов внутри цилиндра, сил инерции поступательно и вращательно движущихся частей, сил трения на поверхностях относительного скольжения и сил сопротивлений со стороны потребителя энергии.

Знание сил и моментов необходимо для расчёта деталей на прочность, анализа надёжности и долговечности узлов и деталей двигателя в эксплуатации, оценки уравновешенности двигателя, определения возможности возникновения недопустимых колебательных явлений и др.

При определении действующих сил и моментов целесообразно находить их удельные значения, т.е. отнесённые к 1 м2 площади поршня. Для определения величины полной силы или момента необходимо умножить удельную силу или момент на площадь поршня, выраженную в м2.

3.1 Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме

При изучении динамических явлений в д. в. с. в первую очередь рассматривают силы от давления газов Ргаз и силы инерции РJ поступательно движущихся масс КШМ (Рис 2). Положительными считаются силы, направленные от поршня к коленчатому валу.

Рис. 2. Силы, действующие в шатунно-кривошипном механизме.

В течении всего цикла на поршень противоположно давлению газов в цилиндре действует сила давления газов в картере обычно равная атмосферному давлению

МПа.

Тогда величина силы давления газов в цилиндре Ргаз будет равна:

Ргаз = Ринд - Р0 (41)

Где: Ринд -сила давления газов в цилиндре по индикаторной диаграмме.

Суммарная сила, действующая на поршень,

Р = Ргаз + Р j (42)

Для получения количественных значений сил, действующих в КШМ, используют развернутую индикаторную диаграмму, с помощью которой определяют силу давления газов при любом положении кривошипа, и аналитические зависимости для определения сил инерции.

Силу инерции находят на основании уравнения второго закона Ньютона:

(43)

В качестве массы тп берут массу вcех деталей, которые вместе с поршнем совершают возвратно-поступательное движение. Сюда относят поршень, кольца, поршневой палец, детали, предохраняющие поршневой палец от осевых перемещений. Масса этих деталей сосредоточена на оси поршневого пальца.

Шатун совершает сложное плоскопараллельное движение. Для упрощения анализа детали группы шатуна замещают совокупностью масс, динамически им эквивалентных. Обычно число масс замещающей системы берут равным двум. Приводя их к осям поршневого пальца и шатунной шейки, считают, что первая масса совершает движение вместе с поршнем, а вторая -- вместе с кривошипом.

Анализ выполненных конструкций д.в.с. показывает, что на долю массы, относимой к оси поршневого пальца, приходится 0,25--0,33 общей массы деталей группы шатуна, а 0,75--0,67 приходится на долю массы, совершающей вращательное движение вместе с кривошипом.

Таким образом, сила инерции деталей, движущихся вместе с поршнем,

(44)

где: mj - масса деталей группы поршня и часть массы деталей группы шатуна, отнесенная к оси поршневого пальца;

jх = r??( cos + ) - ускорение поршня по углу поворота коленчатого вала.

Суммарная сила Р давит вниз на поршень и линия действия совпадает с осью цилиндра. Разложим эту силу на две составляющие, одну из которых, S, направим по оси шатуна, другую, N, -- перпендикулярно оси цилиндра. Боковая сила N, прижимает поршень к той или иной стенке цилиндра:

(45)

Сила S действует по шатуну, растягивая или сжимая его, и передается на шатунную шейку кривошипа:

(46)

Перенеся силу S по линии ее действия и допустив, что она приложена к кривошипу, повторим операцию разложения. Направим первую составляющую Т перпендикулярно радиусу кривошипа, а вторую K-- по его радиусу. Тогда тангенциальная составляющая

(47)

соответственно нормальная составляющая

(48)

Сила Т создает крутящий момент равный

(49)

Где: r- радиус кривошипа.

Крутящий момент создает вращательное движение коленчатого вала двигателя и далее передается потребителю. В то же время опоры двигателя воспринимают опрокидывающий момент

Monр=N h, (50)

Где: h =

Опрокидывающий момент в точности равен крутящему моменту с обратным знаком:

(51)

В результате действия на опоры двигателя опрокидывающего момента в них развивается равный ему и противоположный по знаку реактивный момент. Направление крутящего момента, указанного на рисунке, принято считать положительными, обратные им -- отрицательными.

Зависимость изменения давления газов в цилиндре Ринд от угла поворота кривошипа задается индикаторной диаграммой.

3.2 Развертка индикаторной диаграммы

Развернуть индикаторную диаграмму - это значит найти зависимость давления в цилиндре от угла поворота коленчатого вала ( п.к.в.)

Р = f ( п.к.в).

Для этого, под индикаторной диаграммой в координатах Р--V строят вспомогательную полуокружность радиуса r. Точка 0 соответствует ее геометрическому центру, точка О' смещена на величину по оси координат в сторону н. м. т. Отрезок 00' соответствует разнице перемещений, которые совершает поршень за первую и вторую четверти поворота коленчатого вала. Если требуется определить давление в цилиндре при положении кривошипа ц, то, проводя радиус из центра окружности О под углом ц и ему параллельный из точки О', получим точку С на окружности. Из точки С проведем ординату, пересечение которой с индикаторной диаграммой дает искомое давление, существующее в цилиндре двигателя при повороте кривошипа на угол ц, Проводя из точек пересечения ординаты с индикаторной диаграммой линии, параллельные оси абсцисс до пересечения с ординатами при углах-- ц и + ц, находим точки, принадлежащие кривой сил давления газов в координатах Р-- ц. Эти точки лежат соответственно на линиях сжатия и расширения, впуска и выпуска. Прежде чем построить всю кривую Ргаз целесообразно найти точки, соответствующие давлениям при положениях поршня в в. м. т. и н. м. т.

3.3 Расчет динамических сил

Удельные силы инерции поступательно движущихся масс в МПа определяются по формуле:

· j (52)

где: - постоянный коэффициент ;

М- масса поступательно движущихся частей;

FП = =0,06м2 (D - диаметр цилиндра, м) - площадь поршня;,м2;

j - ускорение поршня в зависимости от угла

Масса М включает массу комплекта поршня МП ( поршень, вставка, палец, поршневые кольца и др.) и часть массы шатуна, участвующей в поступательном движении МШП, т.е.

М = МП + МШП

Массу шатуна делим на две части. Одну из них МШП считаем сосредоточенной на оси поршневого пальца и относим к поступательно движущимся частям, а другую МШВ - на оси кривошипа и относим к вращающимся частям. Распределение масс производим по правилам разложения равнодействующей на две параллельные силы:

МШП = МШ; МШВ = МШ.

Где: L - длина шатуна (расстояние между центрами верхней и нижней головок шатуна);

lС - расстояние от центра тяжести шатуна до центра кривошипной головки.

Для приближенных расчетов можно принять

,

Тогда масса поступательно движущихся частей

М МП +0,3 МШ = 32+0,3*60=50кг

.п.к

Ргаз

МПа

J

МПа

МПа

N

МПа

S

МПа

Т

МПа

K

МПа

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

0

0,15

1278,1

-1

-0,85

0

0

1

-0,85

0

0

1

-0,85

15

0,15

1214,6

-0,97

-0,82

0,052

-0,04

0,999

-0,8

0,307

-0,25

0,947

-0,8

30

0,15

1033,8

-0,8

-0,65

0,1

-0,07

0,995

-0,6

0,587

-0,38

0,816

-0,5

45

0,15

763,6

-0,6

-0,45

0,143

-0,06

0,991

-0,4

0,804

-0,36

0,603

-0,3

60

0,15

439,4

-0,4

-0,25

0,176

-0,04

0,985

-0,2

0,954

-0,24

0,348

-0,1

75

0,15

106,1

-0,1

0,05

0,196

0,01

0,981

0,05

1,012

0,05

-0,069

-0,003

90

0,15

-199,7

0,2

0,35

0,204

0,07

0,98

0,3

1

0,35

-0,214

-0,07

105

0,15

-452,1

0,36

0,51

0,196

0,09

0,981

0,5

0,913

0,47

-0,445

-0,2

120

0,15

-639,1

0,5

0,65

0,176

0,1

0,985

0,6

0,778

0,5

-0,652

-0,4

135

0,15

-761,1

0,6

0,75

0,143

0,11

0,991

0,7

0,605

0,45

-0,806

-0,6

150

0,15

-834

0,67

0,82

0,1

0,082

0,995

0,8

0,413

0,3

-0,916

-0,75

165

0,15

-868,8

0,69

0,84

0,52

0,4

0,999

0,84

0,209

0,18

-0,977

-0,82

180

0,15

-872,7

0,7

0,85

0

0

1

0,85

0

0

-1

-0,85

195

0,15

-868,8

0,69

0,84

-0,52

-0,4

0,999

0,84

-0,209

-0,18

-0,977

-0,82

210

0,2

-834

0,67

0,87

-0,1

-0,087

0,995

0,87

-0,413

-0,4

-0,916

-0,8

225

0,3

-761,1

0,6

0,9

-0,143

-0,085

0,991

0,89

-0,605

-0,5

-0,806

-0,72

240

0,5

-639,1

0,5

1

-0,176

-0,176

0,985

0,985

-0,778

-0,8

-0,652

-0,652

255

1

-452,1

0,36

1,36

-0,196

-0,27

0,981

1,3

-0,913

-1,2

-0,445

-0,6

270

1,5

199,7

0,2

1,7

-0,204

-0,35

0,98

1,7

-1

-1,7

-0,214

-0,36

285

2,3

106,1

-0,1

2,2

-0,196

-0,43

0,981

2,2

-1,012

-2,2

-0,069

0,15

300

3,1

439,4

-0,4

2,7

-0,176

-0,47

0,985

2,7

-0,954

-2,6

0,348

0,9

315

3,8

763,6

-0,6

3,2

-0,143

-0,45

0,991

3

-0,804

-2,6

0,603

1,93

330

4,5

1033,8

-0,8

3,7

-0,1

-0,37

0,995

3,7

-0,587

-2,2

0,816

3

345

5,1

1214,6

-0,97

4,13

-0,052

-0,2

0,999

4,1

-0,307

-1,3

0,947

3,9

360

8,5

1278,1

-1

7,5

0

0

1

7,5

0

0

1

7,5

375

8,15

1214,6

-0,97

7,18

0,052

0,4

0,999

7,2

0,307

2,2

0,947

6,8

390

7,8

1033,8

-0,8

7

0,1

0,7

0,995

7

0,587

4

0,816

5,7

405

6,9

763,6

-0,6

6,3

0,143

0,9

0,991

6,2

0,804

5

0,603

3,8

420

5,2

439,4

-0,4

4,8

0,176

0,8

0,985

4,7

0,954

4,6

0,348

1,7

435

3,15

106,1

-0,1

3,05

0,196

0,6

0,981

3

1,012

3,1

-0,069

-0,2

450

1,7

199,7

0,2

1,9

0,204

0,4

0,98

1,9

1

1,9

-0,214

-0,4

465

1,05

-452,1

0,36

1,41

0,196

0,3

0,981

1,4

0,913

1,3

-0,445

-0,6

480

0,8

-639,1

0,5

1,3

0,176

0,2

0,985

1,3

0,778

1

-0,652

-0,85

495

0,6

-761,1

0,6

1,1

0,143

0,16

0,991

1,1

0,605

0,7

-0,806

-0,9

510

0,5

-834

0,67

1,17

0,1

0,067

0,995

1,16

0,413

0,5

-0,916

-1,07

525

0,5

-868,8

0,69

1,19

0,52

0,04

0,999

1,19

0,209

0,2

-0,977

-1,16

540

0,5

-872,7

0,7

1,2

0

0

1

1,2

0

0

-1

-1,2

555

0,5

-868,8

0,69

1,19

-0,52

-0,04

0,999

1,19

-0,209

-0,2

-0,977

-1,16

570

0,5

-834

0,67

1,17

-0,1

-0,06

0,995

1,16

-0,413

-0,5

-0,916

-1,07

585

0,5

-761,1

0,6

1,1

-0,143

-0,16

0,991

1,1

-0,605

-0,7

-0,806

-0,9

600

0,5

-639,1

0,5

1

-0,176

-0,18

0,985

0,985

-0,778

-0,8

-0,652

-0,652

615

0,5

-452,1

0,36

0,86

-0,196

-0,17

0,981

0,8

-0,913

-0,8

-0,445

-0,4

630

0,5

199,7

0,2

0,7

-0,204

-0,14

0,98

0,7

-1

-0,7

-0,214

-0,15

645

0,5

106,1

-0,1

0,4

-0,196

-0,08

0,981

0,4

-1,012

-0,4

-0,069

0,03

660

0,5

439,4

-0,4

0,1

-0,176

0,02

0,985

-0,098

-0,954

0,1

0,348

0,035

675

0,5

763,6

-0,6

-0,1

-0,143

0,014

0,991...


Подобные документы

  • 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

  • Расчёт динамики кривошипно-шатунного механизма для дизеля 12Д49. Расчет сил и крутящих моментов в отсеке V-образного двигателя, передаваемых коренными шейками, нагрузок на шатунные шейки и подшипники. Анализ уравновешенности V-образного двигателя.

    курсовая работа [318,4 K], добавлен 13.03.2012

  • 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

  • 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

  • Преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала в двигателях внутреннего сгорания. Назначение, характеристика и элементы кривошипно-шатунного механизма; принцип осуществления рабочего процесса двигателя.

    презентация [308,4 K], добавлен 07.12.2012

  • Подготовка к комплексному проектированию поршневого насоса с кривошипно-ползунным механизмом. Ознакомление с общими принципами исследования кинематических и динамических свойств механизмов. Построение диаграмм движения методом графического интегрирования.

    курсовая работа [429,2 K], добавлен 18.10.2010

  • Определение параметров невозмущённого потока по заданным исходным данным. Расчет параметров во входном сечении и по тракту диффузора. Уравнение равенства секундного расхода. Расчет геометрических параметров в сопловой части заданного двигателя.

    курсовая работа [177,1 K], добавлен 24.11.2010

  • Исследования влияния на nt и рt различных параметров циклов для комбинированного двигателя. Анализ значения КПД и давления при исходных данных. Оценка влияния степени предварительного расширения, степени повышения давления и степени сжатия на значение Pz.

    контрольная работа [4,0 M], добавлен 11.06.2012

  • Выбор и сравнение прототипов по ряду критериев. Геометрический и кинематический анализ механизма двухцилиндрового поршневого компрессора. Определение силовых и кинематических характеристик механизма. Динамическое исследование машинного агрегата.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 20.09.2012

  • Назначение, конструкция, отличительные признаки и преимущества аксиально-поршневого двигателя с шайбовым механизмом, принцип работы. Определение дезаксиала аксиально-поршневого насоса, расчет диаметров поршня и разноски отверстий в блоке цилиндров.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 15.01.2014

  • 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

  • Прочностное проектирование поршня двигателя внутреннего сгорания, его оптимизация по параметрам "коэффициент запаса - масса". Расчет шатуна двигателя внутреннего сгорания. Данные для формирования геометрической модели поршня и шатуна, задание материала.

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 13.06.2013

  • Основные части кривошипно-шатунного механизма автомобильного двигателя и их назначение. Характеристика неподвижных и подвижных деталей. Устройство блока цилиндров, шатунно-поршневой группы, шатуна, группы коленчатого вала, их роль в движении автомобиля.

    презентация [1,2 M], добавлен 28.12.2015

  • Ознакомление с результатами силового расчета основного механизма двигателя с учетом динамических нагрузок. Определение основных параметров кулачкового механизма графическим способом. Проектирование кулачкового механизма впускного клапана мотоцикла.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 11.10.2021

  • Оценка и выбор параметров двигателя. Средняя скорость поршня и частота вращения. Диаметр цилиндра и ход поршня. Длина шатуна, степень сжатия, фазы газораспределения. Головка и гильзы цилиндров, системы смазки и питания. Методика расчёта рабочего процесса.

    курсовая работа [56,4 K], добавлен 09.10.2010

  • 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

  • Краткое описание работы кривошипно-ползунного двигателя мотоцикла. Синтез эвольвентного зубчатого зацепления, алгоритм его расчета и построение. Проектирование многосателлитного планетарного редуктора. Динамическое исследование основного механизма.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 19.03.2010

  • Проектирование кривошипно-ползунного механизма двигателя внутреннего сгорания, определение линейных размеров звеньев. Синтез оптимальных чисел зубьев и кинематический анализ. Исследование качественных характеристик внешнего эвольвентного зацепления.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 23.09.2010

  • 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

  • Обоснование дополнительных исходных данных к выполнению теплового расчета. Параметры окружающей среды. Подогрев заряда в процессе впуска. Параметры процесса выпуска отработавших и остаточных газов. Расчет параметров рабочего цикла теплового двигателя.

    курсовая работа [378,2 K], добавлен 13.12.2014

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.