Тепловой расчет двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Тепловой расчет двигателя

2. Построение индикаторных диаграмм

3. Расчет теплового баланса

4. Динамический расчет двигателя

5. Уравновешивание двигателя

6. Расчет и проектирование деталей двигателя

6.1 Расчет поршня

6.2 Расчет поршневого пальца

6.3 Расчет поршневого кольца

6.4 Расчет верхней головки шатуна

6.5 Расчет стержня шатуна

6.6 Расчет кривошипной головки шатуна

6.7 Расчет шатунных болтов

7. Расчет систем двигателя

7.1 Расчет системы смазки

7.2 Расчет масляного радиатора

7.3 Расчет системы охлаждения

Список литературы

Введение

На наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются от других типов компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного хозяйства. В настоящее время особое внимание уделяется снижению токсичности выбрасываемых в атмосферу газов, вредных веществ и снижению уровня шума работы двигателей.

Успешное применение двигателей внутреннего сгорания, разработка опытных конструкций, повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях.

1. Тепловой расчет двигателя

Исходные данные

Тип двигателя: Карбюраторный 4-х тактный, 8-ми цилиндровый.

Частота вращения коленчатого вала n=2700 об/мин;

Степень сжатия е=7,6;

Эффективная мощность (берется по стандартной скоростной характеристике двигателя для заданной частоты вращения) Ne=90кВт;

Коэффициент избытка воздуха б=0,90;

Топливо- бензин АИ-80 ГОСТ Р51105-97. Средний элементарный состав и молекулярная масса: С=85,5%, Н=14,5%, О=1%, =115 кг/кмоль. Низшая расчетная теплота сгорания топлива 43930 кДж/кг.

Параметры рабочего тела

Определяем теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

l0= 1 / 0,23(8/3С + 8Н - О) (кг) или L0 = l0/мB =0,516 (кмоль).

Определяем количество свежего заряда

М1 =б L0,=0,464 кмоль.

Определяем общее количество продуктов сгорания

М2= б L0+Н/4+О/32=0,524 ,кмоль

Параметры окружающей среды и остаточные газы

Принимаем атмосферные условия:.р0=pk=0,1МПа, Т0=Tk=293К;

Принимаем ТГ =1000К;

Pг=1.02…1.15Ро=0,115МПа

Процесс впуска

Принимаем температуру подогрева свежего заряда

Дt=10С

Определяем плотность заряда на впуске

, кг/м3,

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

кг/м3

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

Определяем потери давления на впуске в двигатель

, МПа,

=0,014МПа

Определяем давление в конце впуска

, МПа.

МПа

Определяем коэффициент остаточных газов

,

Определяем температуру в конце впуска

, К.

К

Определяем коэффициент наполнения

Процесс сжатия

Определяем показатель адиабаты сжатия k1 в функции и Та, по номограмме.

Определяем показатель политропы сжатия n1 в зависимости от k1, который устанавливается n1=1,345 k1=1,3657

Определяем давление в конце сжатия

, МПа,

МПа.

Определяем температуру в конце сжатия

, К,

К

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

, кДж/(кмоль град),

кДж/(кмоль град),

Определяем число молей остаточных газов

, кмоль,

кмоль.

Определяем число молей газов в конце сжатия до сгорания

, кмоль,

кмоль.

Процесс сгорания

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

, кДж/(кмоль град)

Определяем число молей газов после сгорания



кмоль.

Определяем расчетный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

,

Принимаем коэффициент использования теплоты .

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

, кДж/кг,

кДж/кг.

кДж/кг

Температуру в конце сгорания определяют из уравнения сгорания

,



К

Определяем давление в конце процесса сгорания (теоретическое)

, МПа,

МПа

Определяем давление в конце процесса сгорания (действительное)

PZД=0,85Pz=0,85*5,19=4,41МПа

Определяем степень повышения давления

,

Процесс расширения

Показатель политропы расширения карбюраторного двигателя определяем по номограмме, учитывая, что его значение незначительно отличается от значения показателя адиабаты расширения k2.

Определение показателя политропы расширения производим следующим образом. По имеющимся значениям е и ТZ определяем точку пересечения. Через полученную точку проводим горизонталь до пересечения с вертикалью, опущенной из точки б=1, получая какое-то значение k2. Далее двигаемся по этой кривой k2 до пересечения с вертикалью, опущенной из заданного значения б. Ордината точки пересечения дает искомое значение n2=k2=1,2604.

Определяем давление процесса расширения

, МПа,

МПа.

Определяем температуру процесса расширения

, К

К.

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

,

К.

Погрешность

Индикаторные параметры рабочего цикла

Определяем среднее индикаторное давление цикла для неокругленной индикаторной диаграммы

, МПа,

МПа

Принимаем коэффициент полноты индикаторной диаграммы

Определяем среднее индикаторное давление цикла для скругленной индикаторной диаграммы

, МПа,

МПа.

Определяем индикаторный КПД

Определяем индикаторный удельный расход топлива

, г/кВт ч,

г/кВт ч

Эффективные показатели двигателя

Принимаем предварительно среднюю скорость поршня W=15 м/с.

Определяем среднее давление механических потерь учитывая, что , .

, МПа,

МПа.

Определяем среднее эффективное давление

, МПа,

МПа.

Определяем механический КПД

,

.

Определяем эффективный КПД

,

Определяем эффективный удельный расход топлива

, г/кВт ч,

 г/кВт ч.

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

, л,

л.

Выбираем значение

=S/D=0,95

Определяем диаметр цилиндра

,

мм, а затем округляем его до целого цисла.

мм.

Определяем ход поршня S=D, мм,

мм.

Определяем площадь поршня Fп=D2/4, см2,

см2.

Определяем рабочий объем цилиндра

Vh=D2S/4, л,

л

Определяем среднюю скорость поршня

Wср=Sn/(3104), м/с,

м/с,

сравниваем ее значение с ранее принятым.

Определяем значение расчетной эффективной мощности

, кВт,

кВт.

Сравниваем полученное значение мощности с заданным значением

2. Построение индикаторных диаграмм

Построение свернутой индикаторной диаграммы ДВС производится по данным теплового расчета. Диаграмма строится в прямоугольных координатах Р-S, где S - ход поршня. Для построения используются следующие масштабы:

масштаб давления р=0,04МПа/мм.

масштаб перемещения поршня S=1 мм S/мм чертежа.

От начала координат в масштабе S по оси абсцисс откладывают значения приведенной высоты камеры сжатия Sс и хода поршня S. При этом

Sс=S/(-1)S,

мм.

По оси ординат в масштабе р откладываются величины давлений в характерных точках а, с, z, z, b, r диаграммы, а также значение Ро.

Построение политроп сжатия и расширения осуществляется по промежуточным точкам (8...10 значений). Значения давлений в промежуточных точках политропы сжатия подсчитываются по выражению

,

а для политропы расширения по выражению

,

Рассчитанные значения приведены в таблице 1.

Таблица 1 Значения давлений в промежуточных точках политропы сжатия и расширения

№	Sx мм	Политропа сжатия	Политропа расширения
		Рх/, мм	Px, МПа	Рх/, мм	Px, МПа
1	14,69	33	1	129	5
2	18	23	0,9	96	4
3	27	14	0,5	57	2
4	37	9	0,3	40	1,5
5	46	7	0,27	30	1,2
6	56	5	0,21	24	0,9
7	65	4,5	0,17	19	0,7
8	75	3,5	0,14	17	0,6
9	83	3	0,12	14	0,5
10	97	2,5	0,10	12	0,4

Для перестроения полученной индикаторной диаграммы в развернутом виде графоаналитическим методом под ней строят полуокружность радиусом R, имея в виду, что

S=2R.

Затем полуокружность делят на дуги, охватывающие углы 20о и точки соединяют радиусами с центром. Затем центр смещают вправо на величину мм (поправка Брикса). Из нового центра строят лучи, параллельные ранее проведенным радиусам. Из новых точек на окружности проводят вертикальные линии до их пересечения с линиями индикаторной диаграммы. Точки пересечения дают значения Ргазов при этих углах поворота кривошипа. Линию Ро свернутой диаграммы продолжают вправо, обозначая на ней значения углов поворота кривошипа в масштабе 1мм=2о. Значения Ргазов (МПа) берут от линии Ро и откладывают на развертке. Полученные точки соединяют плавной кривой.

3. Расчет теплового баланса двигателя

В общем виде тепловой баланс двигателя определяется из следующих составляющих

где -общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом, Дж/с;

-теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя за время 1с, Дж/с;

-теплота, потерянная с отработавшими газами, Дж/с;

-теплота, передаваемая охлаждающей среде, Дж/с;

-теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива, Дж/с;

-неучтенные потери теплоты, Дж/с.

Общее количество теплоты определится по формуле

Дж/с;

где -часовой расход топлива,

кг/ч.

Теплота эквивалентная эффективной работе двигателя, определится по формуле

Дж/с.

Теплота, потерянная с отработавшими газами определится по формуле

где ;

-теплоемкость отработавших газов определяются по таблицам [3].

- теплоемкость свежего заряда.

Теплота, передаваемая окружающей среде, определится по формуле:

Дж/с

где с-коэффициент пропорциональности, с=0,45…0,53

m-показатель степени, m=0,5…0,7 для 4-х тактных двигателей.

Неучтенные потери теплоты определятся по формуле

, Дж/с.

Составляющие теплового баланса сводим в табл. 3.1

Таблица 3.1 Основные величины теплового баланса двигателя

Составляющие теплового баланса	Q, Дж/с
Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом	437103,5
Теплота, эквивалентная эффективной работе	90000
Теплота, потерянная с отработавшими газами	107185,319
Теплота, передаваемая охлаждающей среде	33232,88
Неучтенные потери теплоты	206085,30

4. Динамический расчет двигателя

Для расчета деталей кривошипно-шатунного механизма на прочность и выявление нагрузок на трансмиссию машин необходимо определить величины и характер изменения сил и моментов, действующих в двигателе. С этой целью проводят динамический расчет кривошипно-шатунного механизма

1. Строится индикаторная диаграмма.

2. троится диаграмма фаз газораспределения, а под нею схема кривошипно-шатунного механизма с указанием точек приложения и знаков (+,-) действия сил.

3. Построенная скругленная индикаторная диаграмма, пользуясь методом Брикса, развёртывается в диаграмму избыточных сил давления газов Ргазов (МПа) по углу поворота коленчатого вала в масштабе 1мм=2о.

4. Строятся графики перемещения, скорости и ускорения поршня, ширина графиков равна 2R.

5. Руководствуясь найденными размерами двигателя (S и D), определяется масса частей, движущихся возвратно-поступательно, и масса частей, совершающих вращательное движение. Для этой цели задаемся конструктивными массами поршневой и шатунной группы, пользуясь табл.4.1.

Значение масс поршня, шатуна и коленчатого вала определяются по формуле

где - конструктивная масса детали, отнесенная к площади поршня, (табл. 4.1. /1/ ).

- площадь поршня, .

Производим расчет полного значения масс, кг

Масса частей, движущихся возвратно-поступательно:

Масса вращающихся деталей:

Для V-образного двигателя масса вращающихся деталей определяется по формул

Соответствие выбранных масс проверяем по формуле:

,Мпа

где R-радиус кривошипа, м;

-угловая скорость коленчатого вала, ;

-отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Максимум удельной силы, для ЗМЗ - 5234 при n=2700 об/мин, не должен превышать =1,4…1,8 МПа;

МПа

Удельную силу инерции движущихся масс определяем по формуле

6 Производится расчёт сил, действующих в КШМ, Н:

Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс,

РJ=-mJR2(cos +cos2).

Центробежной силы инерции вращающихся масс,

KR=-mRR2.

Центробежная сила инерции вращающихся масс является результирующей двух сил:

- силы инерции вращающихся масс шатуна

KR.Ш=-mШ.КR2;

- силы инерции вращающихся масс кривошипа

KR.К=-m.КR2.

Суммарной силы, действующей на поршень,

Р=РГ+РJ,

где РГ -сила давления газов,

.

Нормальной силы, перпендикулярной к оси цилиндра,

N=Ptg.

Силы, действующей вдоль шатуна,

S=P/cos.

Нормальной силы, действующей вдоль радиуса кривошипа,

K=Pcos(+)/соs.

Тангенциальной силы, касательной окружности кривошипа,

Т=Рsin(+)/соs;

Значения тригонометрических функций для выбранного значения берутся из таблиц /1/. Расчет всех действующих сил производим через двадцать градусов поворота коленчатого вала. В интервале резкого повышения давления (приблизительно от до п.к.в.) расчет ведется через

Данные расчетов сил для различных углов сводятся в таблицу 3.

Таблица 4.1 Числовые значения давлений и сил, действующих в КШМ

Ц п.к.в	?P ,Мпа	Pj ,МПа	P?, МПа	Pг ,кН	Pj ,кН	P?, кН	N, кН	S, кН	К,кН	T, кН	М,кН
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0	0	-0,497	-0,497	0,000	-4,025	-4,025	0,000	-4,025	-4,025	0,000	0,000
20	0	-0,447	-0,447	0,000	-3,623	-3,623	-0,367	-3,642	-3,279	-1,585	-76,851
40	0	-0,314	-0,314	0,000	-2,540	-2,540	-0,491	-2,587	-1,631	-2,009	-97,424
60	0	-0,135	-0,135	0,000	-1,096	-1,096	-0,290	-1,133	-0,297	-1,094	-53,043
80	0	0,040	0,040	0,000	0,322	0,322	0,098	0,336	-0,040	0,334	16,198
100	0	0,173	0,173	0,000	1,401	1,401	0,425	1,465	-0,662	1,306	63,353
120	0	0,248	0,248	0,000	2,013	2,013	0,532	2,082	-1,467	1,477	71,639
140	0	0,274	0,274	0,000	2,222	2,222	0,429	2,263	-1,978	1,100	53,326
160	0	0,274	0,274	0,000	2,218	2,218	0,225	2,230	-2,162	0,547	26,546
180	0	0,271	0,271	0,000	2,191	2,191	0,000	2,191	-2,191	0,000	0,000
200	0	0,274	0,274	0,000	2,218	2,218	-0,225	2,230	-2,008	-0,970	-47,053
220	0	0,274	0,274	0,000	2,222	2,222	-0,429	2,263	-1,426	-1,757	-85,211
240	0	0,248	0,248	0,000	2,013	2,013	-0,532	2,082	-0,546	-2,009	-97,433
260	0,04	0,173	0,213	0,324	1,401	1,725	-0,524	1,803	0,216	-1,790	-86,824
280	0,08	0,040	0,120	0,648	0,322	0,970	-0,294	1,014	0,458	-0,904	-43,846
300	0,19	-0,135	0,055	1,539	-1,096	0,443	-0,117	0,459	0,323	-0,325	-15,779
320	0,42	-0,314	0,106	3,402	-2,540	0,862	-0,166	0,878	0,767	-0,426	-20,679
325	0,47	-0,353	0,117	3,807	-2,860	0,947	-0,163	0,961	0,869	-0,410	-19,888
330	0,6	-0,389	0,211	4,860	-3,150	1,710	-0,255	1,729	1,608	-0,634	-30,749
335	0,73	-0,421	0,309	5,913	-3,407	2,506	-0,315	2,526	2,405	-0,774	-37,531
340	0,82	-0,447	0,373	6,642	-3,623	3,019	-0,306	3,034	2,941	-0,745	-36,121
345	1,29	-0,469	0,821	10,449	-3,797	6,652	-0,509	6,672	6,558	-1,230	-59,642
350	1,88	-0,484	1,396	15,228	-3,923	11,305	-0,580	11,320	11,234	-1,392	-67,515
355	2,58	-0,494	2,086	20,898	-4,000	16,898	-0,435	16,904	16,872	-1,040	-50,432
360	3,85	-0,497	3,353	31,185	-4,025	27,160	0,000	27,160	27,160	0,000	0,000
365	4,57	-0,494	4,076	37,017	-4,000	33,017	0,849	33,028	32,818	3,724	180,595
370	5,11	-0,484	4,626	41,391	-3,923	37,468	1,922	37,517	36,565	8,399	407,350
375	4,06	-0,469	3,591	32,886	-3,797	29,089	2,228	29,175	27,522	9,681	469,506
380	3,56	-0,447	3,113	28,836	-3,623	25,213	2,557	25,342	22,818	11,026	534,758
385	3,16	-0,421	2,739	25,596	-3,407	22,189	2,788	22,364	18,932	11,905	577,373
390	2,67	-0,389	2,281	21,627	-3,150	18,477	2,755	18,681	14,623	11,625	563,792
395	2,28	-0,353	1,927	18,468	-2,860	15,608	2,680	15,837	11,248	11,147	540,653
400	2,07	-0,314	1,756	16,767	-2,540	14,227	2,748	14,490	9,132	11,249	545,598
405	1,76	-0,271	1,489	14,256	-2,198	12,058	2,572	12,329	6,708	10,345	501,728
410	1,55	-0,227	1,323	12,555	-1,839	10,716	2,486	11,001	4,984	9,807	475,643
415	1,34	-0,181	1,159	10,854	-1,469	9,385	2,337	9,671	3,468	9,028	437,859
420	1,16	-0,135	1,025	9,396	-1,096	8,300	2,193	8,585	2,251	8,285	401,819
440	0,74	0,040	0,780	5,994	0,322	6,316	1,918	6,601	-0,792	6,553	317,818
460	0,52	0,173	0,693	4,212	1,401	5,613	1,704	5,866	-2,653	5,232	253,761
480	0,36	0,248	0,608	2,916	2,013	4,929	1,302	5,098	-3,592	3,617	175,432
500	0,31	0,274	0,584	2,511	2,222	4,733	0,914	4,820	-4,213	2,342	113,590
520	0,19	0,274	0,464	1,539	2,218	3,757	0,381	3,777	-3,661	0,927	44,962
540	0,28	0,271	0,551	2,268	2,191	4,459	0,000	4,459	-4,459	0,000	0,000
560	0,23	0,274	0,504	1,863	2,218	4,081	-0,414	4,102	-3,694	-1,785	-86,567
580	0,2	0,274	0,474	1,620	2,222	3,842	-0,742	3,913	-2,466	-3,038	-147,339
600	0,15	0,248	0,398	1,215	2,013	3,228	-0,853	3,338	-0,875	-3,222	-156,252
620	0,08	0,173	0,253	0,648	1,401	2,049	-0,622	2,142	0,257	-2,126	-103,128
640	0,01	0,040	0,050	0,081	0,322	0,403	-0,122	0,421	0,190	-0,376	-18,214
680	0	-0,314	-0,314	0,000	-2,540	-2,540	0,491	-2,587	-2,261	1,257	60,969
700	0	-0,447	-0,447	0,000	-3,623	-3,623	0,367	-3,642	-3,531	0,894	43,357
720	0	-0,497	-0,497	0,000	-4,025	-4,025	0,000	-4,025	-4,025	0,000	0,000

7. По рассчитанным данным строятся графики изменения сил, в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

8. Для построения полярной диаграммы наносятся прямоугольные координаты силы Т по горизонтали и силы К по вертикали. Для принятых в расчетах величин углов поворота коленчатого вала строится полярная диаграмма силы S, то есть откладываются ее составляющие (Т - по горизонтали, К - по вертикали), получая последовательно концы вектора S. Полученные точки 1, 2 и т. д. последовательно в порядке углов соединяют плавной кривой.

9. Для нахождения результирующей силы RШ.Ш на шатунную шейку необходимо полюс О переместить по вертикали вниз на величину вектора

КR.Ш (КR.Ш ==-5,1.0,0485.282,6=2,47 кН-

центробежная сила действующая на шатун, постоянна по величине и направлению) и обозначить эту точку ОШ. Затем вокруг точки ОШ проводится окружность любого радиуса, удобнее - радиусом шатунной шейки RШ.Ш.min. Точка ОШ соединяется с точками 1, 2 и всеми остальными через 20о тонкими прямыми линиями, конец которых должен выходить за пределы окружности. Вектор ОШ- для каждого угла дает и направление и значение результирующей силы (нагрузки) RШ.Ш.=S+KR.Ш на шатунную шейку.

10. Для построения развертки диаграммы нагрузки RШ.Ш в прямоугольные координаты через точку ОШ проводится горизонтальная линия, служащая осью углов . Углы обозначаются через выбранные 30о в пределах 0-720о и через эти точки проводятся вертикали. Для каждого угла 0, 1, 2 и т.д. берется значение результирующей силы RШ.Ш с полярной диаграммы нагрузки и откладывается по вертикали, причем все значения RШ.Ш считаются положительными. Точки соединяются плавной кривой результирующей силы

RШ.Ш.=S+KR.Ш.

На графике развертки обозначают точки (RШ.Ш)max, (RШ.Ш)min, (RШ.Ш)ср.

Средняя удельная нагрузка на подшипник, отнесенная к единице площади его диаметральной проекции, определится, как:

, МПа/м,

где: - диаметр шатунной шейки;

- рабочая ширина вкладыша (принимаем).

Если переместить центр ОШ вниз на значение силы КR, получим результирующую силу, действующую на колено вала.

11. 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 60о от мгновенного направления силы S.

Для этого ниже полярной диаграммы строится еще одна окружность, радиусом RШ.Ш.min. К внешней стороне окружности прикладываются векторы усилий, параллельные соответствующим векторам Ош- полярной диаграммы (параллельно силам S) так, чтобы линия действия их проходила через центр.

Значение усилий RШ.Ш. для каждого угла берется с развернутой диаграммы нагрузки, и под углом 60о к направлению каждого усилия в обе стороны проводятся кольцевые полоски, высота которых пропорционально этому усилию. Суммарная площадь этих полосок в итоге представляет собой условную диаграмму износа. На диаграмме износа шейки видна зона наибольших и наименьших давлений на нее. В месте наименьших давлений проводится осевая линия, где должно выводиться отверстие подвода масла к подшипнику.

12. Под графиком развернутой диаграммы нагрузки строят кривую суммарного индикаторного крутящего момента. Для этого по оси абсцисс откладывают значение угла поворота кривошипа в пределах от 0о до 720/8=90є.

По оси ординат откладывается значение крутящего момента, равное

Мi=ТR, в масштабе м=5 Нм/мм,

значение силы Т берется с построенного на листе 1 графика.

Предполагается, что крутящий момент в отдельных цилиндрах изменяется одинаково, лишь со сдвигом на угол =720/i. Поэтому берется участок силы Т в пределах от 0о до (720/i)о, значение ее умножается на радиус кривошипа и полученные значения крутящего момента откладываются на строящемся графике. Затем берется следующий равный участок силы Т и т.д. Таким образом, получается число кривых крутящего момента, равное i.

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

(Мi)ср= (F2-F1)/,

где F1 и F2 - положительная и отрицательная площади диаграммы,

(Мi)ср=5*(31+196+192+152+96+42+10-2+8+41)/5=66,93

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

(Ме)ср = (Мi)срМ,

(Ме)ср =66,935=334,65Нм.

Полученное значение среднего эффективного крутящего момента следует сопоставить с расчетным значением

(Ме)расч. = 9554Nе/nном, Нм,

(Ме)расч. = 955490/2700=318,46 Нм.

е=(334,65-318,46)*100/334,65=4,97 %.

Отклонение графически полученного значения момента от его расчётного значения не превышает ±5%.

На первом листе строятся также графики перемещения, скорости и ускорения поршня.

Sп=R[(1-cosц)+л/4(1-cos2ц)],

Wп=Rщ(sinц)+л/2sin2ц),

jп=Rщ2(cosц+лcos2ц).

Результаты расчётов сводим в таблицу.

Таблица 4.2 Данные для построения графиков перемещения, скорости и ускорения поршня

ц
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	3873,344	1142,636	5015,980
20	0,003	0,001	0,004	4,688	1,299	5,987	3639,753	875,310	4515,063
40	0,011	0,003	0,014	8,810	1,991	10,801	2967,154	198,417	3165,570
60	0,024	0,005	0,030	11,870	1,751	13,621	1936,672	-571,318	1365,354
80	0,040	0,007	0,047	13,498	0,691	14,189	672,599	-1073,727	-401,128
100	0,057	0,007	0,064	13,498	-0,691	12,806	-672,599	-1073,727	-1746,326
120	0,073	0,005	0,078	11,870	-1,751	10,119	-1936,672	-571,318	-2507,990
140	0,086	0,003	0,089	8,810	-1,991	6,819	-2967,154	198,417	-2768,737
160	0,094	0,001	0,095	4,688	-1,299	3,388	-3639,753	875,310	-2764,442
180	0,097	0,000	0,097	0,000	0,000	0,000	-3873,344	1142,636	-2730,707
200	0,094	0,001	0,095	-4,688	1,299	-3,388	-3639,753	875,310	-2764,442
220	0,086	0,003	0,089	-8,810	1,991	-6,819	-2967,154	198,417	-2768,737
240	0,073	0,005	0,078	-11,870	1,751	-10,119	-1936,672	-571,318	-2507,990
260	0,057	0,007	0,064	-13,498	0,691	-12,806	-672,599	-1073,727	-1746,326
280	0,040	0,007	0,047	-13,498	-0,691	-14,189	672,599	-1073,727	-401,128
300	0,024	0,005	0,030	-11,870	-1,751	-13,621	1936,672	-571,318	1365,354
320	0,011	0,003	0,014	-8,810	-1,991	-10,801	2967,154	198,417	3165,570
325	0,009	0,002	0,011	-7,861	-1,900	-9,761	3172,858	390,805	3563,662
330	0,006	0,002	0,008	-6,853	-1,751	-8,604	3354,414	571,318	3925,732
335	0,005	0,001	0,006	-5,792	-1,549	-7,341	3510,442	734,473	4244,914
340	0,003	0,001	0,004	-4,688	-1,299	-5,987	3639,753	875,310	4515,063
345	0,002	0,000	0,002	-3,547	-1,011	-4,558	3741,363	989,552	4730,915
350	0,001	0,000	0,001	-2,380	-0,691	-3,071	3814,499	1073,727	4888,226
355	0,000	0,000	0,000	-1,195	-0,351	-1,546	3858,605	1125,277	4983,882
360	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	3873,344	1142,636	5015,980
365	0,000	0,000	0,000	1,195	0,351	1,546	3858,605	1125,277	4983,882
370	0,001	0,000	0,001	2,380	0,691	3,071	3814,499	1073,727	4888,226
375	0,002	0,000	0,002	3,547	1,011	4,558	3741,363	989,552	4730,915
380	0,003	0,001	0,004	4,688	1,299	5,987	3639,753	875,310	4515,063
385	0,005	0,001	0,006	5,792	1,549	7,341	3510,442	734,473	4244,914
390	0,006	0,002	0,008	6,853	1,751	8,604	3354,414	571,318	3925,732
395	0,009	0,002	0,011	7,861	1,900	9,761	3172,858	390,805	3563,662
400	0,011	0,003	0,014	8,810	1,991	10,801	2967,154	198,417	3165,570
405	0,014	0,004	0,018	9,692	2,022	11,713	2738,868	0,000	2738,868
410	0,017	0,004	0,022	10,499	1,991	12,490	2489,737	-198,417	2291,321
415	0,021	0,005	0,025	11,227	1,900	13,127	2221,659	-390,805	1830,854
420	0,024	0,005	0,030	11,870	1,751	13,621	1936,672	-571,318	1365,354
440	0,040	0,007	0,047	13,498	0,691	14,189	672,599	-1073,727	-401,128
460	0,057	0,007	0,064	13,498	-0,691	12,806	-672,599	-1073,727	-1746,326
480	0,073	0,005	0,078	11,870	-1,751	10,119	-1936,672	-571,318	-2507,990
500	0,086	0,003	0,089	8,810	-1,991	6,819	-2967,154	198,417	-2768,737
520	0,094	0,001	0,095	4,688	-1,299	3,388	-3639,753	875,310	-2764,442
540	0,097	0,000	0,097	0,000	0,000	0,000	-3873,344	1142,636	-2730,707
560	0,094	0,001	0,095	-4,688	1,299	-3,388	-3639,753	875,310	-2764,442
580	0,086	0,003	0,089	-8,810	1,991	-6,819	-2967,154	198,417	-2768,737
600	0,073	0,005	0,078	-11,870	1,751	-10,119	-1936,672	-571,318	-2507,990
620	0,057	0,007	0,064	-13,498	0,691	-12,806	-672,599	-1073,727	-1746,326
640	0,040	0,007	0,047	-13,498	-0,691	-14,189	672,599	-1073,727	-401,128
680	0,011	0,003	0,014	-8,810	-1,991	-10,801	2967,154	198,417	3165,570
700	0,003	0,001	0,004	-4,688	-1,299	-5,987	3639,753	875,310	4515,063
720	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	3873,344	1142,636	5015,980

5. Уравновешивание двигателя

После выполнения динамического расчета производится анализ уравновешенности рассматриваемого двигателя.

В нашем случае это восьмицилиндровый V-образный двигатель, с углом развала цилиндров 90°. Коленчатый вал имеет кривошипы, расположенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

В этом двигателе силы инерции первого порядка взаимно уравновешиваются: =0. Суммарный момент этих сил действует во вращающейся плоскости, составляющей с плоскостью первого кривошипа угол 18°26

Равнодействующие сил инерции второго порядка для каждой секции двигателя всегда направлены по горизонтали перпендикулярно оси коленчатого вала. Сумма этих равнодействующих сил равна нулю:

0

Суммарный момент сил инерции второго порядка также равен нулю: . Центробежные силы инерции для всех секций равны и направлены попарно в разные стороны. Равнодействующая этих сил

Суммарный момент центробежных сил действует в той же плоскости, что и равнодействующий момент сил инерции первого порядка ,



Уравновешивание моментов и осуществляется противовесами, установленными на продолжении щек вала или путем установки двух противовесов на концах коленчатого вала в плоскости действия моментов..

Масса каждого противовеса:

6. Расчет и проектирование деталей двигателя

6.1 Расчет поршня

Определяем основные размеры поршня

На основании данных расчетов (теплового, скоростной характеристики и динамического): диаметр цилиндра D=102 мм; ход поршня S=97 мм; действительное максимальное давление сгорания pZ=5,19 МПа при n=2700 мин-1; площадь поршня FП=81,67 см2; наибольшую нормальную силу N=0,0027 МН при угле 385 градусов; массу поршневой группы mП=0,56 кг; максимальную частоту вращения холостого хода nx.x.max=3300 мин-1; значение л=0,295.

В соответствии с существующими аналогичными двигателями и с учетом соотношений, приведенных в таблице 7.1, принимаем: толщину днища поршня д=7 мм; высоту поршня Н=120 мм; высоту юбки поршня hю=70 мм; радиальную толщину кольца t=4 мм; радиальный зазор кольца в канавке поршня ?t=0,82 мм; толщину стенки головки поршня s=7,5 мм; величину верхней кольцевой перемычки hП=4 мм; число и диаметр масляных каналов в поршне nМ=10 и dM=2 мм.

Материал поршня - алюминиевый сплав, коэффициент линейного расширения б=2210-6 1/К; материал гильзы цилиндра - серый чугун, линейного расширения б=1110-6 1/К.

Определяем напряжение сжатия в сечении x--x:

, МПа.

При этом площадь сечения х--х равна

, м2,

и значения , м2,

, МН,

, м,

мм

мм,

м2,

МН,

МПа.

Определяем напряжение разрыва в сечении х - х:

, рад/с,

рад/с.

Масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения х-х равна

, кг,

кг.

Сила инерции возвратно-поступательных масс определится для режима максимальной частоты вращения холостого хода

, МН,

МН.

Напряжение разрыва определится, как

МПа,

МПа.

Определяем напряжения среза кольцевой перемычки:

, МПа,

МПа

Определяем напряжения изгиба кольцевой перемычки:

, МПа,

МПа.

Сложное напряжение определится

, МПа,

Определяем удельное давление поршня на стенку цилиндра:

, МПа,

МПа.

, МПа,

МПа.

Для автотракторных двигателей и

Гарантированная подвижность поршня в цилиндре достигается за счет установления оптимальных зазоров между цилиндром и поршнем при их неодинаковом расширении в верхнем сечении головки поршня ?r? и нижнем сечении юбки ??ю.

Диаметры головки и юбки поршня с учетом монтажных зазоров:

, мм; мм,

где , мм;, мм,

мм,

мм,

мм,

мм.

Определяем диаметральные зазоры в нагретом состоянии

, мм,

, мм,

где Тц=388К, Тг=493К, Тю=428К при жидкостном охлаждении двигателя, То=293К-начальная температура цилиндра и поршня.

-коэффициенты линейного расширения материалов цилиндра и поршня;

-для чугуна

-для алюминиевых сплавов

мм,

мм.

Тепловые зазоры обеспечены

6.2 Расчет поршневого пальца

Принимаем действительное максимальное давление сгорания pzmax=5,19 МПа, наружный диаметр пальца dп=25 мм, внутренний диаметр пальца dв=17,5 мм, длину пальца lп=87 мм, длину втулки шатуна lш=39 мм, расстояние между торцами бобышек b=51 мм.

Назначаем материал поршневого пальца - сталь 12ХН3А, модуль упругости материала Е=2,2105 МПа. Палец плавающего типа.

Определяем силу, действующую на палец:

-газовую

, МН,

 МН,

-инерционную

, МН,

где щм = рnм/30, рад/с,

щм = р3300/30=382,6 рад/с,

МН,

-расчетную

, МН,

где k=0,8

МН.

Определяем удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна

, МПа,

МПа.

Определяем удельное давление пальца на бобышки

, МПа,

 МПа.

Определ...