Розрахунки роботи автомобільного двигуна
Хімічні реакції при горінні палива. Розрахунок індикаторних й ефективних показників дійсного циклу двигуна. Динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізму. Побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна. Результати динамічного розрахунку КШМ.
| Рубрика | Транспорт |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 25.05.2015 |
| Размер файла | 369,0 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
Размещено на http://www.allbest.ru
Вступ
двигун паливо шатунний
За останні сто років будова автомобіля принципово не змінилася.
Він як і раніше має колеса, кузов, чотиритактний двигун внутрішнього згоряння, трансмісію, механізми керування. Проте всі вузли, агрегати, механізми й системи автомобіля дістали колосальний розвиток і істотно ускладнилися. Завдяки цьому різко зросли швидкості, підвищилася потужність, економічність, комфортабельність автомобілів, поліпшився їхній дизайн. Крім того, розширилася номенклатура застосовуваних деталей і збільшилася їхня кількість. Сучасні автомобілі мають елементи автоматизації, а більшість іноземних - обладнуються комп'ютерами.
На даний час основними задачами вдосконалення автомобільних двигунів є: зниження паливної економічності та питомої маси двигунів, вартості їх виробництва і експлуатації та підвищення їх надійності. На принципово новий рівень ставиться боротьба з токсичними викидами в атмосферу, а також задачі щодо зниження їх шуму. Більше уваги приділяється використанню ПЕОМ при розрахунках і випробовуваннях.
Виконання цих задач вимагає від спеціалістів, зв'язаних з виробництвом і експлуатацією двигунів, глибоких знань теорії, конструкції та розрахунку двигунів внутрішнього згоряння. Двигуни розраховані такими спеціалістами повинні мати такі показники: висока продуктивність, економічність, міцність, надійність, малі маса і металомісткість, габарити, енергоємність, обсяг і вартість ремонтних робіт, витрати на оплату праці обслуговуючому персоналу, високий технічний ресурс і ступінь автоматизації, простота і безпека обслуговування.
Тепловий розрахунок і тепловий баланс двигуна
Хімічні реакції при горінні палива
Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива
, кг.повітря/кг.палива.
Для бензинів С = 0.870; Н = 0.130; О = 0. Вид палива повинен відповідати прототипу двигуна, що заданий у таблиці вихідних параметрів (Додаток А, табл.А-1).
кг. повітря/кг. Палива
Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива
, кмоль.повітря/кг.палива.
кмоль. повітря/кг. Палива
Коефіцієнт надлишку повітря на режимі номінальної потужності приймається по таблиці А-1 у відповідності з варіантом. Для автомобіля ВАЗ 2101, = 0,85
Кількість кіломолей свіжого заряду на 1 кг палива
М1=L0, кмоль свіжого заряду/кг.палива.
М1=0,85 0,5=0,425 кмоль свіжого заряду/кг.палива.
Кількість кіломолей двоокису вуглецю у продуктах згоряння:
якщо 1, то , кмоль СО2/кг.палива,
де ; для нафтових рідких палив .кмоль СО/кг.палива
, кмоль СО2/кг.палива
Кількість кіломолей окису вуглецю у продуктах згоряння:
якщо 1, то , кмоль СО/кг.палива.
, кмоль СО/кг.палива.
Кількість кіломолей водяної пари у продуктах згоряння:
якщо 1, то , кмоль Н2О/кг.палива.
, кмоль Н2О/кг.палива.
Кількість кіломолей водню у продуктах згоряння:
якщо 1, то , кмоль Н2/кг.палива.
, кмоль Н2/кг.палива.
Кількість кіломолей кисню у продуктах згоряння:
якщо 1, то , кмоль О2/кг.палива.
Кількість кіломолей азоту у продуктах згоряння:
, кмоль /кг.палива.
, кмоль /кг.палива
Загальна кількість родуктів згоряння рідкого палива:
, кмоль/кг.палива.
Зміна кількості кіломолей робочого тіла при згорянні:
, кмоль/кг.палива.
, кмоль/кг.палива.
Коефіцієнт молекулярної зміни паливної суміші:
.
Нища теплота згоряння рідкого палива по формулі Менделеєва:
,
кДж/кг. палива.
кДж/кг.палива.
Вміст сірки S та вологи W у паливі приймаємо рівними 0.
Хімічна неповнота сгоряння :
якщо 1, то , кДж/кг.палива.
, кДж/кг.палива.
Теплота згоряння паливної суміші:
, кДж/кмоль пал.суміші.
, кДж/кмоль пал.суміші.
Розрахунок процесів дійсного циклу
Тиск навколишнього середовища для розрахунків може бути прийняте рівним Р0 = 0,100 МПа.
Температура навколишнього середовища для розрахунків може бути прийнята Т0 = 293 К.
Тиск середовища, звідки повітря надходить у циліндр, РК. Значення РК приймається по таблиці А-1. Якщо РК не задане, то надув відповідно приймається РК = Р0.
Температура середовища, звідки повітря надходить у циліндр
,
де nк показник політропи стиску повітря у турбокомпресорі (nк = 1,4…2,0).
Якщо надув відсутній, то при РК=Р0 має місце ТК=Т0.
ТК = Т0 = 293 К.
Тиск залишкових газів у циліндрі двигуна перед початком процесу наповнення Pr, МПа
при відсутності надуву МПа;
, МПа.
Температура залишкових газів Tr у градусах шкали Кельвіна. Приймається по таблиці А-1.
Tr = 920 К.
Густина заряду при наповненні:
при відсутності надуву , кг/м3;
, кг/м3.
де В = 287Дж/кгград питома газова постійна.
При відсутності надуву приймається .
Втрати тиску при наповненні Ра.
, МПа,
де коєфіцієнт затухання швидкості руху заряду у перерізі циліндру;
вп коефіцієнт опору впускної системи, віднесений до найбільш вузького його перерізу; ; вп середня швидкість руху заряду у найменшому перерізі впускної системи в м/с. Значення вп приймається по таблиці А-1.
, Мпа.
Тиск в кінці наповнення Ра=РкРа, МПа.
, Мпа.
Температура підігріву свіжого заряду Т. Приймається по таблиці А-1 (Т5…20).
Т = 6 С = 279 К.
Коефіцієнт залишкових газів r.
,
де ступінь стиску, приймається по табл. А-1.
Температура в кінці наповнення в градусах шкали Кельвина.
, К.
, К.
Коефіцієнт наповнення.
.
Середній показник адіабати стиску k1. Визначається по номограмі Додатку Е (рис.Е-1) у залежності від степеня стиску і температури в кінці наповнення Та. Точність розрахунку чотири цифри після коми.
k1=1,3788
Середній показник політропи стиску n1. Для карбюраторних двигунів n1=(k10,01)…(k10,04).
n1=1,3788 - 0,02=1,3588
Тиск у кінці теоретичного стиску Рс.
, МПа.
, МПа.
Температура у кінці теоретичного стиснення Тс.
,К.
, К.
Середня мольна теплоємність свіжого заряду у кінці стиску.
, кДж/кмольград.,
де tс температура у кінці стиску в С (tс = Tс 273).
tс = Tс 273 = 733,2 - 273 = 460,2 С
, кДж/кмольград..
Середня мольна теплоємність залишкових газів . Визначається в залежності від коефіцієнта надлишку повітря і температури у кінці стиску tс шляхом інтерполяції по таблиці В-1 Додатку В для бензину і по таблиці В-2 для дизельного палива.
, кДж/кмольград..
Середня мольна теплоємність робочої суміші у кДж/кмольград.
.
, кДж/кмольград..
Коефіцієнт молекулярної зміни робояої суміші .
,
де r коефіцієнт залишкових газів.
Теплота згоряння робочої суміші.
, кДж/кмоль роб.суміші.
, кДж/кмоль роб.суміші.
Середня мольна теплоємність продуктів згоряння . Середня мольна теплоємність визначається у виді двохчлена шляхом підстановки у приведений вираз формул (двохчленів) для окремих компонентів , взятих з таблиці С-1 Додатку С.
.
Після підстановки і перетворень одержимо результат у вигляді ,
де а та b числові значення одержані після складання компонентів, відповідно, без множника tz та з ним.
Рівняння згоряння для карбюраторних двигунів
.
де z коефіцієнт використання тепла (для карбюраторних двигунів z = 0,85…0,95, для дизелів z = 0,75…0,85);
середня мольна теплоємність продуктів згоряння при постійному тиску .
Після підстановки значень і відомих параметрів і наступних перетворень рівняння згоряння прийме вид квадратного рівняння . (Коефіцієнт С буде завжди мати від'ємні значення).
Температура, що відповідає максимальному тиску згоряння tz. Температуру tz визначають шляхом розв'язання квадратного рівняння з попереднього пункту , С. Тz= tz+273 К.
, С
Тz = 2385,2 + 273 = 2658,2 К.
Максимальний тиск згоряння Pz у МПа:
для карбюраторного двигуна , МПа;
для дизеля , МПа (коефіцієнт приймається по таблиці А-1).
, МПа
Дійсний максимальний тиск згоряння Pzд:
для карбюраторного двигуна Pzд = 0,85Pz.
Pzд = 0,856,08 = 5,17, МПа
Ступінь підвищення тиску . Для дизелів приймається по таблиці вихідних параметрів. Для карбюраторних ДВЗ =Pz / Pc.
Ступінь попереднього розширення . Для карбюраторних ДВЗ =1;
Ступінь подальшого розширення = /. Для карбюраторних ДВЗ = .
= 8,5
Середній показник адіабати розширення k2. Визначається з точністю до чотирьох знаків після коми по номограмам малюнків Е-2 та Е-3 Додатку Е, відповідно, для карбюраторних ДВЗ та для дизеля по числовим значенням , та Tz.
k2 = 1,259
Середній показник політропи розширення n2. Приймається n2 = k2 = 1,259
Тиск кінця процесу розширення Pb. , МПа.
, МПа
Температура кінця процесу розширення Тb. , К.
, К.
Перевірка точності вибору значень тиску та температури залишкових
газів , К.
, К.
Значення Тr не повинно значно (більше ніж на 10) відрізнятися від значення прийнятого у пункті 2.6.
Розрахунок індикаторних та ефективних показників дійсного циклу та двигуна в цілому
Теоретичний середній індикаторний тиск
, МПа.
МПа.
Дійсний середній індикаторний тиск
, МПа,
де - коефіцієнт повноти індикаторної діаграми, приймається по таблиці А-1. = 0,91
, Мпа.
Індикаторна потужність двигуна
, кВт,
де VЛ - робочий об'єм циліндрів двигуна у літрах (літраж);
n - частота обертання колінчатого вала в об/хв;
- коефіцієнт тактності ( = 4).
Значення VЛ та n приймаються по таблиці А-1. VЛ = 1,23, л; n= 5600, об/хв.
, кВт.
Індикаторний коефіцієнт корисної дії
.
Індикаторні питомі витрати палива
, г/кВтгод.
, г/кВтгод.
Тиск механічних втрат РМ визначається по емпіричній залежності по заданому у таблиці А-1 значенню середньої швидкості поршня (VП.СР , м/с). VП.СР = 12,3 м/с.
Для карбюраторних двигунів з числом циліндрів до 6 та відношенням S/D 1
, МПа.
, МПа.
Середній ефективний тиск
Ре = Рі Рm, МПа.
Ре = 0,95-0,17=0,78, МПа.
Механічний коефіцієнт корисної дії .
Ефективний коефіцієнт корисної дії .
Ефективна потужність двигуна .
, кВт
Ефективні питомі витрати рідкого палива
, г/кВтгод.
, г/кВтгод.
Годинні витрати палива
, кг/год.
Розрахунок основних параметрів циліндра двигуна та тепловий баланс двигуна в цілому
Робочий об'єм циліндрів Vh= VЛ / і , л; і - кількість циліндрів (таблиця А-1). і = 4
Vh= 1,23/4=0,31, л
Діаметр циліндра
, мм,
де S/D - відношення ходу поршня до діаметра циліндра, приймається по таблиці А-1. S/D = 0,96
Значення D приймаються для подальшого розрахунку округленими до цілих значень у мм.
, мм
Приймаємо D= 75 мм
Хід поршня , мм. Значення ходу поршня приймається для подальших розрахунків округленим до цілих міліметрів.
, мм
Уточнене значення літражу двигуна VЛ
, л.,
де D та S у мм.
, л
Уточнене значення ефективної потужності
, кВт.
, кВт
Номінальний ефективний крутний момент
, Нм.
, Нм
Уточнене значення годинних витрат палива
, кг/год.
Уточнене значення середньої швидкості поршня
, м/с.
, м/с
Загальна кількість тепла, що вводиться у двигун з паливом за 1 секунду
, Дж/с.
, Дж/с.
Тепло еквівалентне ефективній роботі за 1 секунду
, Дж/с.
, Дж/с.
Тепло, що передається охолоджуючому середовищу за 1 секунду
, Дж/с,
де С - коефіцієнт пропорційності (для чотирьохтактних двигунів С = 0,45…0,52);
і - число циліндрів, і = 4; D - діаметр циліндра у см, D = 7,5см; m - показник степеня (для чотирьохтактних двигунів m = 0,6…0,7); n- число обертів колінчатого вала двигуна, об/хв., n = 5600 об/хв.
, Дж/с
Теплота, що винесена з відпрацьованими газами за 1 секунду
, Дж/с,
де - середня мольна теплоємність відпрацьованих газів при постійному тиску у кінці випуску;
, кДж/кмольград, (значення визначається згідно пункту 2.19 по таблиці В-2 або В-3 додатку В для tr);
tr = Тr - 273 =1027,8 - 273=754,8 С.
= 24,771, кДж/кмольград
= 24,771+8,314=33,085, кДж/кмольград
- середня мольна теплоємність повітря при постійному тиску і температурі середовища, звідки надходить повітря;
, кДж/кмольград, (значення визначається по одній з формул правого рядка таблиці С-1 додатку С для tк).
tк = Тк -273 = 293 - 273=20 С.
= 22,416, кДж/кмольград
, кДж/кмольград
Дж/с.
Теплота, що втрачена із-за хімічної неповноти згоряння Qнс :
для карбюраторного двигуна , Дж/с.
, Дж/с.
Невраховані втрати тепла
,Дж/с.
, Дж/с.
Складові частини теплового балансу у процентах
; ; ; ; ; .
;
Побудова зовнішньої швидкісної характеристики ДВЗ
Мінімальна частота обертання двигуна nmin= n / 5, об/хв.
nmin=5600/5=1120, об/хв
Максимальна частота обертання двигуна:
для карбюраторного ДВЗ nmax= 1,1n, об/хв.
nmax=1,15600=6160, об/хв.
Крок зміни частоти обертання n = nmin, об/хв. n = 1120, об/хв.
Послідовність розрахункових частот:
n1= nmin; n2= n1 + n; n3= n2+ n; n4= n3+n; n5= n.
n1= 1120, об/хв; n2= 1120+1120=2240, об/хв; n3= 2240+1120=3360, об/хв; n4= 3360+1120=4480, об/хв; n5=5600, об/хв;
Для карбюраторного двигуна n6= nmax . n6= 6160, об/хв.
Для розрахункових частот обертання колінчастого валу визначаються розрахункові точки кривої ефективної потужності:
для карбюраторних двигунів по формулі , кВт;
де Ne - номінальна ефективна потужність; n - швидкість обертання колінчастого валау (об/хв); Nex - біжуче значення ефективної потужності (кВт) для конкретних обертів швидкісної характеристики (nx); nx - біжуче значення швидкості обертання колінчатого вала (об/хв).
, кВт;
, кВт;
, кВт;
, кВт;
, кВт;
, кВт.
Біжучі значення ефективного крутного моменту визначаються для розрахункових частот обертання за формулою:
, Нм.
, Нм;
, Нм;
, Нм;
, Нм;
, Нм;
, Нм.
Біжучі значення лінії середнього ефективного тиску визначаються для розрахункових частот обертання колінчатого валу за формулою:
, МПа.
, МПа;
, МПа;
, МПа;
, МПа;
, МПа;
, МПа.
Біжучі значення середньої швидкості поршня:
, м/с.
, м/с;
, м/с;
, м/с;
, м/с;
, м/с;
, м/с;
Біжучі значення середнього тиску механічних втрат для прийнятих частот обертання визначаються за формулами пункту 3.6 для відповідної швидкості поршня Vпср.х .
Рмх= 0,034+0,0113Vпср.х , МПа.
Рм1= 0,034+0,01132,69=0,06, МПа.
Рм2= 0,034+0,01135,38=0,09, МПа.
Рм3= 0,034+0,01138,06=0,13, МПа.
Рм4= 0,034+0,011310,75=0,16, МПа.
Рм5= 0,034+0,011313,44=0,19, МПа.
Рм6= 0,034+0,011314,78=0,2, МПа.
Біжучі значення питомих ефективних втрат палива визначаються за формулами:
для карбюраторного двигуна , г/кВтгод;
де ge - питомі витрати палива при номінальній потужності у г/кВтгод;
gex - біжуче значення питомих ефективних витрат палива у г/кВтгод.
, г/кВтгод;
, г/кВтгод;
, г/кВтгод;
, г/кВтгод;
, г/кВтгод;
, г/кВтгод.
Біжучі значення годинних витрат палива
, кг/год.
, кг/год.;
, кг/год.;
, кг/год.;
, кг/год.;
, кг/год.;
, кг/год.
Залежність коефіцієнта надлишку повітря від частоти обертання визначається через x, що відповідають розрахунковим частотам обертання.
Для карбюраторних двигунів значення коефіцієнту при мінімальній частоті обертання nmin дорівнює 1 = (0,8…0,85). Подальші значення коефіцієнтів 2, 3, 4, 5 та 6 дорівнюють .
1 = 0,810,85 = 0,69
2 = 3 = 4 = 5 = 6 = 0,85
Розрахункові значення коефіцієнта наповнення визначаються за формулою
, де Рех - у МПа; gex - у г/кВтгод.
Результати розрахунків зводяться у таблицю наступним чином:
Таблиця 5.1
|
№ п/п |
Швидкість обертання nx, об/хв |
Параметри зовнішньої швидкісної характеристики |
|||||||||
|
Nex, кВт |
Мех , Нм |
Pex , МПа |
Vпсрх , м/с |
Рмх , МПа |
gex , г/кВт год |
GTX , г/кВт год |
x |
vx |
|||
|
1 |
1120 |
10,73 |
91,53 |
0,91 |
2,69 |
0,06 |
346,47 |
3,72 |
0,69 |
0,74 |
|
|
2 |
2240 |
23,93 |
102,07 |
1,01 |
5,38 |
0,09 |
311,56 |
7,46 |
0,85 |
0,91 |
|
|
3 |
3360 |
34,4 |
97,82 |
0,97 |
8,06 |
0,13 |
298,13 |
10,26 |
0,85 |
0,84 |
|
|
4 |
4480 |
42,9 |
91,49 |
0,9 |
10,75 |
0,16 |
306,19 |
13,12 |
0,85 |
0,8 |
|
|
5 |
5600 |
46,23 |
78,87 |
0,78 |
13,44 |
0,19 |
335,73 |
15,52 |
0,85 |
0,76 |
|
|
6 |
6160 |
45,26 |
70,2 |
0,7 |
14,78 |
0,2 |
358,56 |
16,23 |
0,85 |
0,73 |
За результатами розрахунків будуються графіки зовнішньої швидкісної характеристики
Приклад зовнішньої швидкісної характеристики бензинового двигуна.
Кінематичний розрахунок кривошипно-шатунного механізму
Відношення радіуса кривошипа до довжини шатуна визначається по таблиці вихідних параметрів.
Радіус кривошипу R = S / 2, мм, R = S / 2 = 72/2 = 36, мм
де S - хід поршня у відповідності з пунктом 4.3.
Переміщення поршня в залежності від кута повороту кривошипа
, мм.
де - кут повороту кривошипа, що відраховується від вісі циліндра в напрямі обертання колінчастого вала за годинниковою стрілкою.
Розрахунок проводиться для значень від 0 до 360 з кроком 10 використовуючи таблицю D-1 додатку D, в якій для заданих та приведені значення виразу .
Результати розрахунків приводяться у вигляді таблиці в наступній формі:
Таблиця 6.1
|
Кут повороту колінчатого валу , |
Значення виразу |
Переміщення поршня SX, мм |
||||
|
0 |
360 |
0,0000 |
0,0000 |
0,0000 |
0,0000 |
|
|
10 |
350 |
0,0190 |
0,0190 |
0,684 |
0,684 |
|
|
20 |
340 |
0,0749 |
0,0749 |
2,6964 |
2,6964 |
|
|
30 |
330 |
0,1653 |
0,1653 |
5,9508 |
5,9508 |
|
|
40 |
320 |
0,2857 |
0,2857 |
10,2852 |
10,2852 |
|
|
50 |
310 |
0,4306 |
0,4306 |
15,5016 |
15,5016 |
|
|
60 |
300 |
0,5938 |
0,5938 |
21,3768 |
21,3768 |
|
|
70 |
290 |
0,7684 |
0,7684 |
27,6624 |
27,6624 |
|
|
80 |
280 |
0,9476 |
0,9476 |
34,1136 |
34,1136 |
|
|
90 |
270 |
1,1250 |
1,1250 |
40,5 |
40,5 |
|
|
100 |
260 |
1,2948 |
1,2948 |
46,6128 |
46,6128 |
|
|
110 |
250 |
1,4524 |
1,4524 |
52,2864 |
52,2864 |
|
|
120 |
240 |
1,5938 |
1,5938 |
57,3768 |
57,3768 |
|
|
130 |
230 |
1,7162 |
1,7162 |
61,7832 |
61,7832 |
|
|
140 |
220 |
1,8177 |
1,8177 |
65,4372 |
65,4372 |
|
|
150 |
210 |
1,8973 |
1,8973 |
68,3028 |
68,3028 |
|
|
160 |
200 |
1,9543 |
1,9543 |
70,3548 |
70,3548 |
|
|
170 |
190 |
1,9886 |
1,9886 |
71,5896 |
71,5896 |
|
|
180 |
180 |
2,0000 |
2,0000 |
72,0000 |
72,0000 |
Кутова швидкість обертання колінчатого вала , рад/с.
, рад/с.
Швидкість переміщення поршня у залежності від кута повороту кривошипа визначається за формулою:
, м/с,
де - кут повороту кривошипа; R - радіус кривошипа в м.
Розрахунок проводиться для значень від 0 до 360 з кроком 10 використовуючи таблицю D-2 додатку D, в якій для заданих та приведені значення виразу .
Результати розрахунків зводяться у таблицю у наступній формі:
Таблиця 6.2
|
Кут повороту колінчатого валу , |
Значення виразу |
Швидкість поршня VП, м/с |
||||
|
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 |
360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 |
0,0000 0,2164 0,4224 0,6083 0,7659 0,8891 0,9743 1,0201 1,0276 1,0000 0,9420 0,8593 0,7577 0,6429 0,5197 0,3917 0,2616 0,1308 0,0000 |
0,0000 -0,2164 -0,4224 0,6083 -0,7659 -0,8891 -0,9743 -1,0201 -1,0276 -1,0000 -0,9420 -0,8593 -0,7577 -0,6429 -0,5197 -0,3917 -0,2616 -0,1308 -0,0000 |
0,0000 4,5662 8,9129 12,8355 16,1610 18,7606 20,5584 21,5248 21,6831 21,1007 19,8768 18,1318 15,9879 13,5656 10,9660 8,2651 5,5199 2,7599 0,0000 |
0,0000 -4,5662 -8,9129 -12,8355 -16,1610 -18,7606 -20,5584 -21,5248 -21,6831 -21,1007 -19,8768 -18,1318 -15,9879 -13,5656 -10,9660 -8,2651 -5,5199 -2,7599 0,0000 |
Прискорення поршня в залежності від кута повороту кривошипа визначається за формулою
, м/с2,
де - кут повороту кривошипа; R - радіус кривошипа в м.
Розрахунок проводиться для значень від 0 до 360 з кроком 10 використовуючи таблицю D-3 додатку D, в якій для заданих та приведені значення виразу .
Результати розрахунків приводяться у вигляді таблиці в наступній формі:
Таблиця 6.3
|
Кут повороту колінчатого валу , |
Значення виразу |
Прискорення поршня П, м/с |
|||
|
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 |
360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 |
1,2500 1,2197 1,1312 0,9910 0,8094 0,5994 0,3750 0,1505 0,0613 0,2500 0,4085 0,5335 0,6250 0,6862 0,7226 0,7410 0,7482 0,7499 0,7500 |
15459,68 15084,93 13990,39 12256,41 10010,45 7413,22 4637,90 1861,35 -758,14 -3091,94 -5052,22 -6598,19 -7729,84 -8486,74 -8936,93 -9164,5 -9253,54 -9274,57 -9275,81 |
15459,68 15084,93 13990,39 12256,41 10010,45 7413,22 4637,90 1861,35 758,14 3091,94 5052,22 6598,19 7729,84 8486,74 8936,93 9164,5 9253,54 9274,57 9275,81 |
За результатами розрахунків будуються графічні залежності SX, VП та П від кута повороту кривошипа .
Графіки переміщення, швидкості та прискорення поршня в залежності від кута повороту кривошипа.
Побудова iндикаторної дiаграми розрахункового циклу двигуна внутрiшнього згоряння
Умовна висота камери згоряння у верхнiй мертвiй точцi
, мм, , мм. де S - хiд поршня у мм.
Умовна висота камери згоряння у момент початку розширення
, мм, , мм
де - ступiнь попереднього розширення у вiдповiдностi з пунктом 2.29. Для карбюраторних двигунiв .
Розрахунковi точки по куту повороту кривошипа для визначення промiжних даних тиску на лiнiї стиску. Для розрахунку приймаються значення кута повороту кривошипа на лiнiї стиснення вiд 190 до 350 з кроком 10. Для вказаних кутiв повороту за таблицею, заповненою в пункті 6.3, визначаються значення перемiщення поршня S190...S350 i вносяться у таблицю наступного пункту.
Промiжнi значення тиску визначаються по формулi:
, МПа,
де n1 - показник полiтропи стиску у вiдповiдностi до пункту 2.15.
В якостi Sx у розрахункову формулу пiдставляються значення S190...S350.
Результати приводять у вигляді таблиці за наступною формою:
Таблиця 7.1
|
Кут повороту колінчастого валу , |
Переміщення поршня SП, мм |
Проміжні значення тиску стиску |
|
|
190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 |
71,5896 70,3548 68,3028 65,4372 61,7832 57,3768 52,2864 46,6128 40,5 34,1136 27,6624 21,3768 15,5016 10,2852 5,9508 2,6964 0,684 |
0,083 0,085 0,089 0,092 0,098 0,11 0,12 0,14 0,16 0,19 0,24 0,31 0,41 0,56 0,78 1,08 1,4 |
Розрахунковi точки по куту повороту кривошипа для визначення промiжних
значень тиску на лiнiї розширення. Для розрахунку приймаються значення кута повороту кривошипа на лiнiї розширення вiд 350 до 530 з кроком 10. Вказаним кутам повороту в таблицi (пункт 6.3), вiдповiдають значення перемiщення поршня S10...S170 , які вносяться у таблицю наступного пункту.
Промiжнi значення тиску розширення визначаються за формулою
, МПа,
де n2 - показник полiтропи розширення у вiдповiдностi до пункту 2.32.
Замiсть SХ у розрахункову формулу пiдставляють значення S10...S170.
Результати приводяться у вигляді таблиці.
Таблиця 7.3
|
Кут повороту колінчастого валу , |
Переміщення поршня SП, мм |
Проміжні значення тиску стиску , Мпа |
|
|
370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 |
0,684 2,6964 5,9508 10,2852 15,5016 21,3768 27,6624 34,1136 40,5 46,6128 52,2864 57,3768 61,7832 65,4372 68,3028 70,3548 71,5896 |
5,57 4,45 3,31 2,4 1,81 1,39 1,1 0,9 0,76 0,66 0,58 0,53 0,49 0,46 0,44 0,42 0,41 |
За зразком (рис.3) будується в тонких лiнiях теоретична iндикаторна дiаграма розрахункового циклу ДВЗ використовуючи наступні розрахунковi показники:
Рa- пункт 2.9; РC - пункт 2.16; РZ - пункт 2.26;
РZД - пункт 2.27; РВ - пункт 2.33; РС190...РС350 - пункт 7.3;
Рb10...Рb170 - пункт 7.6; S пункт 4.3; HС - пункт 7.1; HZ - пункт 7.2;
Рa=0,0822, МПа; РC=1,51, МПа; РZ =6,08, МПа; РZД = 5,17, МПа;
РВ =0,41, МПа;
РС190=0,083...РС350 =1,4, МПа; Рb10=5,57...Рb170=0,41, МПа;
S =72, мм; HС =9,6, мм; HZ =9,6, мм.
Проводиться уточнення iндикаторної дiаграми враховуючи значення тискiв РK (пункт 2.3) та РГ (пункт 2.5) та будуються лiнiї процесiв газообмiну. Для проведення округлення iндикаторної дiаграми навколо точок c, z, b та r необхiднi значення тиску в камерi згоряння для характерних точок "с" та "b":
;
; (Р550=РГ).
, МПа
, МПа.
На графiку теоретичної iндикаторної дiаграми товстими лiнiями будується дiйсна iндикаторна дiаграма циклу.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Динамічний розрахунок кривошипно-шатунного механізму
Підготовка для заповнення таблиці результатів динамічного розрахунку КШМ. Будуємо таблицю за наступною формою для кутів повороту від 0 до 720 з роком 10.
Враховуючи результати розрахункiв по пунктам 7.3...7.8 заносимо у стовпчик 2 таблицi бiжучi значення тиску РГ в камерi згоряння в МПа.
У стовпчик 3 вносимо значення прискорення поршня (пункт 6.6). Для кутiв 0...360 значення прискорень переносяться у таблицю без змін. Для кутiв 360... 720 приймається та пiдставляється значення прискорення для кута, зменшеного на 360. Наприклад: для кута 520 у таблицю вносимо прискорення для кута =520360=160.
Зусилля, що дiє на поршень двигуна внутрiшнього згоряння у кН, визначається за формулою: , кН. Значення Р для всiх кутiв приведенi у стовпчику 2. Р0 - тиск навколишнього середовища згiдно пункту 2.1. D - округлене значення дiаметра циліндра згiдно пункту 4.2. Значення зусилля Рг визначається для кожного кута в iнтервалi 0... 720 i вноситься у стовпчик 4 таблицi.
, кН.
По таблицi А-1 визначаємо значення мас поршневої групи mп , шатунної групи mШ , та маси неврiвноваженої одного колiна валу без противаг mК , у кг (при розрахунках курсового проекту, де цi параметри не заданi, можна умовно вважати, що , кг; дiаметр поршня у м; mШ mП, mК mП).
mП=0,35, кг
mШ = 0,42, кг
mК = 0,64, кг
Маса шатунної групи, зосереджена на осi поршневого пальця
mш.п = 0.275mш, кг.
mш.п = 0.2750,42= 0,12, кг
Маса шатунної групи, зосереджена на осi кривошипа mш.к= 0,725mш , кг.
mш.к= 0,7250,42= 0,305, кг.
Маса, що здiйснює зворотно-поступальний рух , кг.
, кг.
Маса, що здiйснює обертальний рух для рядного двигуна
.
, кг
Сила iнерцiї зворотно-поступального руху визначається за формулою , кН. Результати розрахункiв сили iнерцiї для iнтервалу кутiв 0...720 вносимо у стовпчик 5 даної таблицi.
, кн.
Сумарна сила, що дiє на поршень уздовж вiсi цилiндра , кН. Результати вносимо у стовпчик 6 даної таблицi.
Сила, що дiє перпендикулярно вiсi цилiндра , кН. Результати вносимо у стовпчик 7. Значення множника взяти з таблицi D-4 додатку D.
Сила, що дiє вздовж вiсi шатуна
, кН. Результати вносимо у стовпчик 8.
Значення множника взяти з таблицi D-5 додатку D.
Сила, що дiє вздовж кривошипа
, кН.
Результати вносимо у стовпчик 9.
Значення множника взяти з таблицi D-6 додатку D.
Тангенціальна сила, прикладена до кривошипа
, кН.
Результати вносимо у стовпчик 10.
Значення множника взяти з таблицi D-7 додатку D.
У вiдповiдностi з рис.5 будуються графiчні залежностi для Рj та Р за даними таблиці стовпчики 5 та 6.
Нижче в тому ж масштабi будуються графiки залежностей для N та S, стовпчики 7 та 8.
Пiд графiками для N та S будуються графiки залежностей сил К та Т, стовпчики 9 та 10.
Таблиця 8.1
Результати динамічного розрахунку КШМ
|
Кут , град |
Тиск РZ , МПа |
Прискo- рення jп , м/с2 |
Зусилля ,що діють у КШМ |
|||||||
|
РГ, кН |
Рj , кН |
Р, кН |
N, кН |
S, кН |
K, кН |
T, кН |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
0 |
0,082 |
15459,68 |
-0,08 |
-7,27 |
-7,35 |
0,00 |
-7,35 |
-7,35 |
0,00 |
|
|
10 |
0,082 |
15084,93 |
-0,08 |
-7,09 |
-7,17 |
-0,31 |
-7,18 |
-7,00 |
-1,55 |
|
|
20 |
0,082 |
13990,39 |
-0,08 |
-6,58 |
-6,65 |
-0,57 |
-6,68 |
-6,06 |
-2,82 |
|
|
30 |
0,082 |
12256,41 |
-0,08 |
-5,76 |
-5,84 |
-0,74 |
-5,89 |
-4,69 |
-3,56 |
|
|
40 |
0,082 |
10010,45 |
-0,08 |
-4,70 |
-4,78 |
-0,78 |
-4,85 |
-3,17 |
-3,67 |
|
|
50 |
0,082 |
7413,22 |
-0,08 |
-3,48 |
-3,56 |
-0,69 |
-3,63 |
-1,76 |
-3,18 |
|
|
60 |
0,082 |
4637,9 |
-0,08 |
-2,18 |
-2,26 |
-0,50 |
-2,31 |
-0,70 |
-2,21 |
|
|
70 |
0,082 |
1861,35 |
-0,08 |
-0,87 |
-0,95 |
-0,23 |
-0,98 |
-0,11 |
-0,02 |
|
|
80 |
0,082 |
-758,14 |
-0,08 |
0,36 |
0,28 |
0,07 |
0,29 |
-0,02 |
0,28 |
|
|
90 |
0,082 |
-3091,94 |
-0,08 |
1,45 |
1,37 |
0,35 |
1,42 |
-0,35 |
1,37 |
|
|
100 |
0,082 |
-5052,22 |
-0,08 |
2,37 |
2,30 |
0,58 |
2,37 |
-0,97 |
2,16 |
|
|
110 |
0,082 |
-6598,19 |
-0,08 |
3,10 |
3,02 |
0,73 |
3,11 |
-1,72 |
2,59 |
|
|
120 |
0,082 |
-7729,84 |
-0,08 |
3,63 |
3,55 |
0,78 |
3,64 |
-2,46 |
2,69 |
|
|
130 |
0,082 |
-8486,74 |
-0,08 |
3,99 |
3,91 |
0,76 |
3,98 |
-3,10 |
3,29 |
|
|
140 |
0,082 |
-8936,93 |
-0,08 |
4,20 |
4,12 |
0,67 |
4,17 |
-3,59 |
2,14 |
|
|
150 |
0,082 |
-9164,5 |
-0,08 |
4,31 |
4,23 |
0,53 |
4,26 |
-3,93 |
1,65 |
|
|
160 |
0,082 |
-9253,54 |
-0,08 |
4,35 |
4,27 |
0,37 |
4,29 |
-4,14 |
1,11 |
|
|
170 |
0,082 |
-9274,57 |
-0,08 |
4,36 |
4,28 |
0,18 |
4,28 |
-4,25 |
0,56 |
|
|
180 |
0,082 |
-9275,81 |
-0,08 |
4,36 |
4,28 |
0,00 |
4,28 |
-4,28 |
0,00 |
|
|
190 |
0,083 |
-9274,57 |
-0,08 |
4,36 |
4,28 |
-0,18 |
4,29 |
-4,25 |
-0,56 |
|
|
200 |
0,085 |
-9253,54 |
-0,07 |
4,35 |
4,28 |
-0,37 |
4,30 |
-4,15 |
-1,12 |
|
|
210 |
0,089 |
-9164,5 |
-0,05 |
4,31 |
4,26 |
-0,54 |
4,29 |
-3,96 |
-1,67 |
|
|
220 |
0,092 |
-8936,93 |
-0,04 |
4,20 |
4,17 |
-0,67 |
4,22 |
-3,62 |
-2,16 |
|
|
230 |
0,098 |
-8486,74 |
-0,01 |
3,99 |
3,98 |
-0,77 |
4,06 |
-3,15 |
-2,55 |
|
|
240 |
0,11 |
-7729,84 |
0,04 |
3,63 |
3,68 |
-0,81 |
3,77 |
-2,54 |
-2,78 |
|
|
250 |
0,12 |
-6598,19 |
0,09 |
3,10 |
3,19 |
-0,77 |
3,28 |
-1,81 |
-2,74 |
|
|
260 |
0,14 |
-5052,22 |
0,18 |
2,37 |
2,55 |
-0,64 |
2,63 |
-1,08 |
-2,40 |
|
|
270 |
0,16 |
-3091,94 |
0,26 |
1,45 |
1,72 |
-0,44 |
1,77 |
-0,44 |
-1,72 |
|
|
280 |
0,19 |
-758,14 |
0,40 |
0,36 |
0,75 |
-0,19 |
0,78 |
-0,06 |
-0,78 |
|
|
290 |
0,24 |
1861,35 |
0,62 |
-0,87 |
-0,26 |
0,06 |
-0,26 |
-0,03 |
0,26 |
|
|
300 |
0,31 |
4637,9 |
0,93 |
-2,18 |
-1,25 |
0,28 |
-1,28 |
-0,39 |
1,22 |
|
|
310 |
0,41 |
7413,22 |
1,37 |
-3,48 |
-2,12 |
0,41 |
-2,16 |
-1,04 |
1,88 |
|
|
320 |
0,56 |
10010,45 |
2,03 |
-4,70 |
-2,67 |
0,43 |
-2,71 |
-1,77 |
2,05 |
|
|
330 |
0,78 |
12256,41 |
3,00 |
-5,76 |
-2,76 |
0,35 |
-2,78 |
-2,21 |
1,68 |
|
|
340 |
1,08 |
13990,39 |
4,33 |
-6,58 |
-2,25 |
0,19 |
-2,26 |
-2,05 |
0,95 |
|
|
350 |
1,4 |
15084,93 |
5,74 |
-7,09 |
-1,35 |
0,06 |
-1,35 |
-1,32 |
0,29 |
|
|
360 370 |
1,04 5,57 |
15459,68 15084,93 |
4,15 24,15 |
-7,27 -7,09 |
-3,12 17,06 |
0,00 0,73 |
-3,12 17,06 |
-3,12 16,67 |
0,00 3,69 |
|
|
380 |
4,45 |
13990,39 |
19,21 |
-6,58 |
12,63 |
1,09 |
12,65 |
11,50 |
5,34 |
|
|
390 |
3,31 |
12256,41 |
14,17 |
-5,76 |
8,41 |
1,06 |
8,45 |
6,76 |
5,12 |
|
|
400 |
2,4 |
10010,45 |
10,16 |
-4,70 |
5,45 |
0,88 |
5,49 |
3,61 |
4,18 |
|
|
410 |
1,81 |
7413,22 |
7,55 |
-3,48 |
4,07 |
0,79 |
4,12 |
2,01 |
3,62 |
|
|
420 |
1,39 |
4637,9 |
5,70 |
-2,18 |
3,52 |
0,77 |
3,58 |
1,09 |
3,43 |
|
|
430 |
1,1 |
1861,35 |
4,42 |
-0,87 |
3,54 |
0,85 |
3,63 |
0,41 |
0,08 |
|
|
440 |
0,9 |
-758,14 |
3,53 |
0,36 |
3,89 |
0,98 |
4,00 |
-0,29 |
4,00 |
|
|
450 |
0,76 |
-3091,94 |
2,91 |
1,45 |
4,37 |
1,12 |
4,50 |
-1,12 |
4,37 |
|
|
460 |
0,66 |
-5052,22 |
2,47 |
2,37 |
4,85 |
1,22 |
5,00 |
-2,05 |
4,56 |
|
|
470 |
0,58 |
-6598,19 |
2,12 |
3,10 |
5,22 |
1,25 |
5,38 |
-2,97 |
4,48 |
|
|
480 |
0,53 |
-7729,84 |
1,90 |
3,63 |
5,53 |
1,22 |
5,69 |
-3,82 |
4,18 |
|
|
490 |
0,49 |
-8486,74 |
1,72 |
3,99 |
5,71 |
1,11 |
5,85 |
-4,52 |
4,80 |
|
|
500 |
0,46 |
-8936,93 |
1,59 |
4,20 |
5,79 |
0,94 |
5,90 |
-5,04 |
3,01 |
|
|
510 |
0,44 |
-9164,5 |
1,50 |
4,31 |
5,81 |
0,73 |
5,88 |
-5,40 |
2,27 |
|
|
520 |
0,42 |
-9253,54 |
1,41 |
4,35 |
5,76 |
0,50 |
5,81 |
-5,58 |
1,50 |
|
|
530 |
0,41 |
-9274,57 |
1,37 |
4,36 |
5,73 |
0,25 |
5,75 |
-5,68 |
0,75 |
|
|
540 |
0,268 |
-9275,81 |
0,74 |
4,36 |
5,10 |
0,00 |
5,11 |
-5,10 |
0,00 |
|
|
550 |
0,125 |
-9274,57 |
0,11 |
4,36 |
4,47 |
-0,19 |
4,47 |
-4,43 |
-0,59 |
|
|
560 |
0,125 |
-9253,54 |
0,11 |
4,35 |
4,46 |
-0,38 |
4,46 |
-4,32 |
-1,16 |
|
|
570 |
0,125 |
-9164,5 |
0,11 |
4,31 |
4,42 |
-0,56 |
4,44 |
-4,10 |
-1,73 |
|
|
580 |
0,125 |
-8936,93 |
0,11 |
4,20 |
4,31 |
-0,70 |
4,35 |
-3,75 |
-2,24 |
|
|
590 |
0,125 |
-8486,74 |
0,11 |
3,99 |
4,10 |
-0,80 |
4,15 |
-3,25 |
-2,63 |
|
|
600 |
0,125 |
-7729,84 |
0,11 |
3,63 |
3,74 |
-0,82 |
3,81 |
-2,59 |
-2,83 |
|
|
610 |
0,125 |
-6598,19 |
0,11 |
3,10 |
3,21 |
-0,77 |
3,29 |
-1,82 |
-2,76 |
|
|
620 |
0,125 |
-5052,22 |
0,11 |
2,37 |
2,48 |
-0,63 |
2,55 |
-1,05 |
-2,34 |
|
|
630 |
0,125 |
-3091,94 |
0,11 |
1,45 |
1,56 |
-0,40 |
1,61 |
-0,40 |
-1,56 |
|
|
640 |
0,125 |
-758,14 |
0,11 |
0,36 |
0,47 |
-0,12 |
0,48 |
-0,04 |
-0,48 |
|
|
650 |
0,125 |
1861,35 |
0,11 |
-0,87 |
-0,76 |
0,18 |
-0,79 |
-0,09 |
0,78 |
|
|
660 |
0,125 |
4637,9 |
0,11 |
-2,18 |
-2,07 |
0,46 |
-2,13 |
-0,64 |
2,02 |
|
|
670 |
0,125 |
7413,22 |
0,11 |
-3,48 |
-3,37 |
0,65 |
-3,45 |
-1,67 |
3,01 |
|
|
680 |
0,125 |
10010,45 |
0,11 |
-4,70 |
-4,59 |
0,74 |
-4,68 |
-3,04 |
3,52 |
|
|
690 |
0,125 |
12256,41 |
0,11 |
-5,76 |
-5,65 |
0,71 |
-5,72 |
-4,54 |
3,44 |
|
|
700 |
0,125 |
13990,39 |
0,11 |
-6,58 |
-6,47 |
0,56 |
-6,52 |
-5,88 |
2,73 |
|
|
710 |
0,125 |
15084,93 |
0,11 |
-7,09 |
-6,98 |
0,30 |
-7,01 |
-6,82 |
1,51 |
|
|
720 |
0,125 |
15459,68 |
0,11 |
-7,27 |
-7,16 |
0,00 |
-7,16 |
-7,16 |
0,00 |
Рис. 5.1 Розвернутi графіки зусиль у кривошипно-шатунному механізмі
Розрахунок та побудова поверхневої діаграми
Виконуємо повторний розрахунок розділів 1 та 2 змінюючи значення тиску середовища, звідки повітря надходить у циліндр Рк в межах 0,1…0,15МПа. Отримані значення ефективної потужності Ne та ефективного крутного моменту Ме заносимо в наступні таблиці.
Результати розрахунку ефективної потужності Ne.
Таблиця 9.1
|
Тиск впуску повітря у циліндр Рк,МПа |
||||||||
|
Частота обертання колінчастого вала n, об/хв |
0,1 |
0,11 |
0,12 |
0,13 |
0,14 |
0,15 |
||
|
1120 |
10,73 |
11,8 |
13,4 |
15,5 |
16,5 |
17,45 |
||
|
2240 |
29,62 |
36,16 |
40,2 |
44,24 |
48,27 |
52,31 |
||
|
3360 |
44,43 |
54,25 |
60,3 |
66,35 |
72,41 |
78,46 |
||
|
4480 |
55,42 |
67,66 |
75,21 |
82,76 |
90,31 |
97,86 |
||
|
5600 |
59,72 |
72,91 |
81,05 |
89,18 |
97,32 |
105,5 |
||
|
6160 |
58,47 |
71,38 |
79,35 |
87,31 |
95,28 |
103,2 |
Результати розрахунку ефективного крутного моменту Ме.
Таблиця 9.2
|
Тиск впуску повітря у циліндр Рк,МПа |
||||||||
|
Частота обертання колінчастого вала n, об/хв |
0,1 |
0,11 |
0,12 |
0,13 |
0,14 |
0,15 |
||
|
1120 |
118,2 |
144,3 |
160,4 |
176,5 |
192,6 |
208,7 |
||
