Расчет поршневого теплового двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: “РПК и ОРЭУ”



Содержание

Введение

Задание

1. Тепловой расчет

1.1 Исходные данные

1.2 Выбор топлива

1.3 Процесс впуска

1.4 Процесс сжатия

1.5 Процесс сгорания

1.6 Процесс расширения и выпуска

1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла

1.8 Эффективные показатели двигателя

1.9 Основные показатели цилиндра и двигателя

1.10 Тепловой баланс

1.11 Построение индикаторной диаграммы

2. Скоростная характеристика

2.1 Исходные данные

2.2 Расчет скоростной характеристики

3. Кинематический расчет

3.1 Исходные данные

3.2 Расчет кинематических показателей

4. Динамический расчет

4.1 Исходные данные

4.2 Расчет усилий в кривошипно-шатунном механизме

4.3 Уравновешивание двигателя

4.4 Подбор маховика

5. Расчет коленчатого вала

5.1 Расчет коренной шейки

5.2 Расчет шатунной шейки

5.3 Расчет щеки

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Основой любого транспортного средства, в том числе наземного, является силовая установка - ДВИГАТЕЛЬ, преобразующий различные виды энергии в механическую работу.

Первый поршневой тепловой двигатель был изобретен французским инженером Ленуаром в 1860году. Цикл работы этого двигателя не имел сжатия, был несовершенен, поэтому он уступал по показателям даже паровым машинам того времени. В 1870 году немецкий механик Н. Отто создал четырехтактный газовый двигатель, который является прообразам современных карбюраторных двигателей.

Транспортное двигателестроение в нашей стране стало бурно развиваться в тридцатые сороковые годы ХХ столетия.

В области развития и совершенствования автомобильных двигателей основными задачами являются: расширение использования дизелей, снижение топливной экономичности и удельной массы двигателя, стоимости их производства и эксплуатации. На принципиально новый уровень ставится борьба с токсичными выбросами двигателей в атмосферу, а также задачи по снижению шума и вибрации в процессе их эксплуатации. Значительно больше внимания уделяется использованию электронно-вычислительных машин при расчетах и испытаниях двигателей. В настоящее время вычислительная техника широко используется на моторостроительных заводах, в научно-исследовательских центрах, конструкторских и ремонтных организациях, а также в высших учебных заведениях.

С каждым годом растет число моделей и модификаций автотракторных двигателей, но единой общепринятой системы их классификации пока так и не было создано.

Поршневые тепловые двигатели занимают первое место, как в количественном отношении, так и по вырабатываемой суммарной мощности. Улучшение их показателей требует усложнения конструкции, применения новых конструкционных материалов, альтернативных топлив, использование микропроцессорной техники для управления системами двигателя и транспортного средства…

двигатель кинематический шатунный коленчатый

Задание

С использованием метода теплового расчета определить параметры рабочих процессов, провести анализ, в зависимости от режимов работы рассчитать основные показатели работы двигателя, размеры кривошипно-шатунного механизма (КШМ), скоростную характеристику двигателя, построить индикаторную диаграмму.

В процессе проведения кинематического и динамического расчетов определить силы и моменты, действующие на элементы и детали КШМ.

По результатам динамического расчета осуществить уравновешивание двигателя.

По данным сил и моментов, действующих в КШМ, провести конструкторский расчет механизмов, систем, узлов и агрегатов двигателя.

По результатам вышеперечисленных расчетов выполнить сборочные чертёжи механизмов, систем, узлов и деталей двигателя.

Расчеты, графическую часть, оформление курсового проекта выполнить в соответствии с требованиями государственных стандартов, конструкторской документации, стандартов предприятия.

1. Тепловой расчет

1.1 Исходные данные

- прототипом рассчитываемого двигателя является ВАЗ 21083

- число оборотов двигателя на номинальном режиме

- эффективная мощность двигателя

- двигатель является четырехцилиндровый: с рядным расположением

- четырехтактный - степень сжатия: .

1.2 Выбор топлива

В соответствии с заданной степенью сжатия можно использовать бензин марки АИ-93.

Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина

; ;.

Низшая теплота сгорания топлива

;

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива

;

;

Т.к. мы стремимся получить двигатель достаточно экономичный и с меньшейтоксичностью продуктов сгорания, по графику «Исходные параметры для теплового расчета»

[рис.5.1.] коэффициент избытка воздуха принимаем: .

Количество горючей смеси

;

;

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания

;

Общее количество продуктов сгорания



1.3 Процесс впуска

Давление и температура окружающей среды при работе двигателя

Температуру остаточных газов определяем по графику

[рис.5.1.]

;

Давление остаточных газов

;

Температура подогрева свежего заряда.

С целью получения хорошего наполнения двигателей на номинальных скоростных режимах принимается ;

Плотность заряда на впуске

,

где - удельная газовая постоянная для воздуха;

Потери давления на впуске

- суммарный коэффициент, учитывающий уменьшение скорости заряда и сопротивление впускной системы, отнесенный к сечению впускного клапана; для двигателей с впрыском топлива значение коэффициента принимают ближе к нижнему пределу; также, при учете качественной обработке внутренних поверхностей впускной системы можно принять: и ; - средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы.



;

;

;

Давление в конце впуска

;

Коэффициент остаточных газов

Коэффициент очистки принимаем , а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме определяем по графику [рис.5.1.]

Температура в конце впуска

;

Коэффициент наполнения

Рассчитанное значение входит в допустимые пределы для карбюраторных двигателей (0,70ч0,90)



1.4 Процесс сжатия

Средний показатель адиабаты сжатия (при, а также рассчитанном значении ) определяется по номограмме [рис.4.4.], а средний показатель политропы сжатия принимаем несколько меньше . При выборе учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а уменьшается по сравнению с более значительно.

,;

Давление в конце сжатия

;

Температура в конце сжатия

;

Средняя мольная теплоёмкость в конце сжатия

а) Свежей смеси (воздуха)

,

где ;

б) Остаточных газов - определяется методом интерполяции по таблице [табл.3.8.].

,

где 24,014 и 24,150 - значения теплоемкости продуктов сгорания при 500⁰С соответственно при б=0,95 и б=1,0, взятые по таблице [табл.3.8.].

,

где 24,440 и 24,586 - значения теплоемкости продуктов сгорания при 600⁰С соответственно при б=0,95 и б=1,0, взятые по таблице [табл.3.8.].

Теплоемкость продуктов сгорания при t_с=523,15⁰С и б=0,96

в) Рабочей смеси

;

1.5 Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси

;

Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

;

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания

;



Теплота сгорания рабочей смеси

;

Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания

определяется по эмпирическим формулам, приведенным в

[табл.3.6.]для интервала температур от 1501 до 2800⁰С

Коэффициент использования теплоты о_z выбирается по опытным данным в зависимости от конструктивных особенностей

двигателя по графику [рис.5.1.];

Температура в конце видимого процесса сгорания

;

;

или ;

Решив данное квадратное уравнение, получаем

;

;

Максимальное теоретическое давление сгорания

;

Максимальное действительное давление сгорания

;

Степень повышения давления

Данное значение удовлетворяет допустимым для бензиновых двигателей (3,2ч4,2)

1.6 Процесс расширения и выпуска

Средний показатель адиабаты определяется по номограмме [рис.4.8.] при, а также рассчитанном значении , а средний показатель расширения политропы расширения оценивается по величине среднего показателя адиабаты.

,;

Давление и температура в конце процесса расширения

;

;

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов

;

Погрешность расчета составляет

;

1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление

Среднее индикаторное давление

;

где коэффициент полноты диаграммы для карбюраторных двигателей.

Индикаторный КПД

;

Индикаторный удельный расход топлива

;



1.8 Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением

,

где, приняв ход поршня , получим значение средней скорости поршня

;

Примем =13,608

Среднее эффективное давление

;

Механический КПД

;

Эффективный КПД

;

Эффективный удельный расход топлива

1.9 Основные показатели цилиндра и двигателя

Литраж

;

Рабочий объем одного цилиндра

;

Диаметр цилиндра.

Так как =0,866, то

.

Пересчитываем ход поршня

Еще раз пересчитываем скорость и проверяем, погрешность расчета не должна превышать 5%.

;

;

Окончательно принимаем ,;

Основные параметры и показатели двигателей определяются по окончательно принятым значениям S и D

Площадь поршня

;

Литраж двигателя

;

Мощность двигателя

;

Литровая мощность двигателя

;

Крутящий момент

;

Часовой расход топлива

;

1.10 Тепловой баланс двигателя

Внешний тепловой баланс двигателя может быть представлен в виде следующих составляющих

,

где - общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом

;

Теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя за 1с.

;

Теплота, потерянная с отработавшими газами

Теплота, передаваемая окружающей среде

Где с=0,5 - коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей; i=4 - число цилиндров; D - диаметр цилиндра, см.; n - частота вращения коленчатого вала двигателя, мин^-1; m=0,65 - показатель степени для четырехтактных двигателей.

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива

;

Неучтенные потери теплоты

1.11 Построение индикаторной диаграммы

Индикаторную диаграмму строим в координатах P-V (давление объем), для номинального режима, т.е. при N_e=57кВт и n=5750 об/мин, аналитическим методом.

Масштаб диаграммы: Масштаб хода поршня М_s=1мм в 0,666мм; масштаб давления М_р=0,0333МПа в 1мм.

Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания

;

;

Максимальная высота диаграммы (точка z)

;

Ординаты характерных точек

;

;

;

;

;



Построение политропы сжатия и расширения аналитическим методом,

а) политропа сжатия . Отсюда

,

где ;

б) политропа расширения . Отсюда

Результаты расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1.

№	ОХ,мм	ОВ/ОХ,мм	(ОВ/ОХ)1,375,мм	Рх/Мр,мм	Рх,МПа	(ОВ/ОХ)1,249,мм	Рх/Мр,мм	Рх, МПа
1	11,12323	9,9	23,38829	59,64013	1,986016	17,60109	228,8142	7,619513
2	12,23556	9	20,51556	52,31469	1,742079	15,62275	203,0957	6,763087
3	13,765	8	17,44812	44,49272	1,481607	13,48235	175,2705	5,836509
4	15,73143	7	14,52144	37,02968	1,233088	11,40821	148,3068	4,938616
5	22,024	5	9,142895	23,31438	0,776369	7,488787	97,35423	3,241896
6	27,53	4	6,727171	17,15429	0,571238	5,664702	73,64112	2,452249
7	36,70667	3	4,529411	11,55	0,384615	3,952562	51,38331	1,711064
8	55,06	2	2,593679	6,613882	0,220242	2,380063	30,94082	1,030329
9	73,41333	1,5	1,746327	4,453133	0,148289	1,660696	21,58905	0,718915
10	110,12	1	1	2,55	0,084915	1	13	0,4329

Теоретически среднее индикаторное давление

где F₁=1720,95мм² - площадь диаграммы aczba.

Величина , полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, очень близка к величине , полученной в тепловом расчете.

Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный (n=5750об/мин), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в пределах, принятых в расчете. В связи с этим начало открытия впускного клапана устанавливается за 33? до прихода поршня в в.м.т., а закрытие - через 79? после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана принимается за 47? до прихода поршня в н.м.т., а закрытие - через 17? после прохода поршнем в.м.т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания принимается равным 35? , а продолжительность периода задержки воспламенения - 5?.

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяем положение точек по формуле для перемещения поршня. Расчеты ординат данных точек сводим в таблицу 2.

,

где л-отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, принимаемое исходя из прототипа двигателя, л=0,285.



Таблица 2.

Обозначение точек	Положение точек	ц?		Расстояние точек от в.м.т. (АХ),мм
	33? до в.м.т.	33	0,2036	10,065
	17?после в.м.т.	17	0,055	2,7225
	79?после н.м.т.	101	1,32	65,34
	30?до в.м.т.	30	0,16	7,92
	25?до в.м.т.	25	0,119	5,8905
	47?до н.м.т.	133	1,75	86,625

Положение точки определяется из выражения

Действительное давление сгорания

2. Скоростная характеристика

2.1 Исходные данные

Исходные данные принимаются из предыдущего расчета - теплового баланса.

- частота вращения коленчатого вала

- литраж двигателя

- средняя скорость поршня

- номинальная эффективная мощность

- тактность двигателя

- плотность заряда на впуске

2.2 Расчет скоростной характеристики

Все значения рассчитываем в интервале 1000-5750об/мин, через каждые 1000об/мин. Полученные значения сводим в таблицу 4. По данным таблицы строим скоростную характеристику двигателя

(см. Приложение).

Расчетные точки кривой эффективной мощности

Точки кривой эффективного крутящего момента

Величина среднего эффективного давления

Среднее давление механических потерь при S/D?1 определяется следующим образом

Среднее индикаторное давление

Точки кривой среднего индикаторного крутящего момента

Удельный эффективный расход топлива в искомой точке скоростной характеристики

Часовой расход топлива

Для определения коэффициента наполнения необходимо

определить коэффициент избытка воздуха

;

По скоростной характеристики определяем коэффициент приспособляемости

Полученный коэффициент не превышает допустимых значений: для бензиновых двигателей (1,20ч1,35).

Таблица 4.

Частота вращения колен.вала	Параметры внешней скоростной характеристики
	Ne,кВт	Мe,Нм	ge,г/кВт•ч	GТ,кг/ч		рe,МПа		рi,МПа	Мi,Нм
1000	10,74	102,61	335,6059	3,60440	1,0813	1,04780	0,88	1,22880	120,33
2000	23,04	110,06	325,5878	7,50154	1,2147	1,12390	0,95	1,30490	127,78
3000	35,204	112,11	315,5697	11,1093	1,2119	1,14484	0,96	1,32584	129,84
4000	45,518	108,72	305,5517	13,9081	1,1379	1,11019	0,96	1,29119	126,44
5000	52,28	99,898	295,5336	15,4504	1,0112	1,02009	0,96	1,20109	117,62
5750	54	89,725	288,02	15,5530	0,8852	0,91622	0,96	1,09722	107,45

3. Кинематический расчет

3.1 Исходные данные

Все данные приняты из предыдущих расчетов.

3.2 Расчет кинематических показателей

Расчет перемещения, скорости и ускорения производится аналитически через каждые 30? угла поворота коленчатого вала. Все полученные значения заносятся в таблицу 5. По результатам таблицы построены графики (см. Приложение). в масштабе в мм, в мм, в мм.

Перемещение поршня

где

Значения для при различных ц взяты из [1. табл. 7.1.], как среднее между значениями л=0,28 и л=0,29.

Таблица 5.

ц?	[(1-cosц)+л/4 (1-cos2ц)]	Sх,мм	[(sinц+л/2sin2ц]	Vn,м/c	[(cosц+лcos2ц]	j,м/c2
0	0,0000	0	0	0	1,2860	15371,02
30	0,1697	5,6001	0,6234	12,38097	1,0086	12055,37
60	0,6069	20,0277	0,9894	19,64987	0,3575	4273,047
90	1,1425	37,7025	1	19,86039	-0,2850	-3406,48
120	1,6069	53,0277	0,7426	14,74833	-0,6425	-7679,53
150	1,9017	62,7561	0,3766	7,479423	-0,7235	-8647,69
180	2,0000	66	0	0	-0,7150	-8546,09
210	1,9017	62,7561	-0,3766	-7,47942	-0,7235	-8647,69
240	1,6069	53,0277	-0,7426	-14,7483	-0,6425	-7679,53
270	1,1425	37,7025	-1	-19,8604	-0,2850	-3406,48
300	0,6069	20,0277	-0,9894	-19,6499	0,3575	4273,047
330	0,1697	5,6001	-0,6234	-12,381	1,0085	12054,18
360	0,0000	0	0	0	1,2850	15359,06

Угловая скорость вращения коленчатого вала

Скорость поршня

Значения для взяты из таблицы [1. табл. 7.2.].

Ускорение поршня

Значения для взяты из [1. табл. 7.3.].

По значениям таблицы 5 составим кривую хода, скорости и ускорения поршня (См. Приложение 1).

4. Динамический расчет

4.1 Исходные данные

Все данные приняты из предыдущих расчетов, а так же согласно прототипу двигателя .

- конструктивная масса поршневой группы

- конструктивная масса шатуна

- конструктивная масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов

4.2 Расчет усилий в кривошипно-шатунном механизме

4.2.1 Силы давления газов

Индикаторную диаграмму, полученную в тепловом расчете, развертываем по углу поворота кривошипа по методу Брикса

Поправка Брикса

где М_s - масштаб хода поршня на индикаторной диаграмме.

Масштаб развернутой диаграммы

Давлений и удельных сил М_р=0,05МПа; полных сил М_р= М_р•F_n=0,05•0,004837=242Н в мм.

По развернутой диаграмме через каждые 30? угла поворота кривошипа определяем значения ДР_Г и заносим в таблицу 6.



4.2.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

Масса поршневой группы

;

Масса шатуна

;

Масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов

;

Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца

;

Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа

;

Массы, совершающие возвратно-поступательное движение

Массы, совершающие вращательное движение



4.2.3 Удельные и полные силы инерции

Удельная сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс

Центробежная сила инерции вращающихся масс

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа

4.2.4 Удельные суммарные силы

Удельная сила, сосредоточенная на оси поршневого пальца

Удельная нормальная сила

Значение tgв определяем по таблице [1. табл. 8.2.] для л=0,285.

Удельная сила, действующая вдоль шатуна



Значение (1/сosв) определяем по таблице [1. табл. 8.3]

Удельная сила, действующая по радиусу кривошипа

Значение (сos(ц+в)/cos в) определяем по таблице [1. табл. 8.4]

Удельная тангенциальная сила

Значение (sin(ц+в)/cos в) определяем по таблице [1. табл. 8.5]

Полная тангенциальная сила

По данным таблицы 6 строим график изменения удельных сил в зависимости от угла поворота коленчатого вала ц

4.2.5 Крутящие моменты

Крутящий момент одного цилиндра

Период изменения крутящего момента



Суммирование значений крутящих моментов всех четырех цилиндров двигателя осуществляется через каждые 30? угла поворота коленчатого вала. Все значения сводятся в таблицу 7. По полученным значениям строится кривая М_кр, в масштабе М_М=5 Нм в мм.

Таблица 7.

Цилиндры	Мкр
1-й	2-й	3-й	4-й
	Мкр.ц		Мкр.ц		Мкр.ц		Мкр.ц
0	0	180	0	360	0	540	0	0
30	-163,2517	210	-68,90527	390	186,1978	570	-73,7687	-119,73
60	-93,51785	240	-122,8572	420	120,57323	600	-124,7683	-220,57
90	70,847238	270	-83,54495	450	180,3903	630	-75,96254	91,73
120	120,3148	300	56,755718	480	171,65401	660	88,445448	437,17
150	68,905270	330	83,830926	510	85,423790	690	160,12657	398,287
180	0	360	0	540	0	720	0	0

Средний крутящий момент двигателя

- по данным теплового расчета

- по площади, заключенной под кривой М_кр.

- ошибка

Максимальный и минимальный крутящие моменты



4.2.6 Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала

Суммарная сила, действующая на шатунную шейку по радиусу кривошипа

где

Используя значения таблицы 8, построим полярную диаграмму.

Масштаб сил на полярной диаграмме для суммарных сил М_р= 0,112кН в мм

Все рассчитанные силы сводятся в таблицу 8. Также туда переносятся значения Т из таблицы 6.

Таблица 8.

ц?	Полные силы, кН
	Т, кН	К, кН	Рк, , кН	Rш.ш кН	КРк, кН	RК,
0	0	-9,9358622	-15,9238622	15,9238622	-23,6328622	23,6328622
30	-4,947021214	-6,289727533	-12,27772753	13,23690342	-19,98672753	20,58985907
60	-2,833874531	-0,802336265	-6,790336265	7,357955657	-14,49933627	14,7736792
90	2,146886	-0,632257927	-6,620257927	6,959664828	-14,32925793	14,48919433
120	3,645903606	-3,544833932	-9,532833932	10,20624984	-17,24183393	17,62309424
150	2,088038494	-5,215925719	-11,20392572	11,39683536	-18,91292572	19,02783918
180	0	-5,4947368	-11,4827368	11,4827368	-19,1917368	19,1917368
210	-2,088038494	-5,215925719	-11,20392572	11,39683536	-18,91292572	19,02783918
240	-3,722948473	-3,619743005	-9,607743005	10,30383768	-17,316743	17,71242314
270	-2,53166516	-0,744309557	-6,732309557	7,192587883	-14,44130956	14,66153983
300	1,719870259	-0,48693556	-6,47493556	6,699458501	-14,18393556	14,28782635
330	2,540331108	-3,229820496	-9,217820496	9,561458928	-16,9268205	17,11638204
360	0	0,98378572	-5,00421428	5,00421428	-12,71321428	12,71321428
370	4,338884772	19,07545738	13,08745738	13,78794624	5,378457376	6,910406993
390	5,64235765	7,173790191	1,185790191	5,76561343	-6,523209809	8,624874844
420	3,653734436	1,03445781	-4,95354219	6,155270551	-12,66254219	13,17914072
450	5,466373	-1,609846849	-7,597846849	9,3599418	-15,30684685	16,25363941
480	5,201636936	-5,057440104	-11,0454401	12,20896285	-18,7544401	19,46242663
510	2,5885997	-6,466328945	-12,45432895	12,72050148	-20,16332895	20,3288141
540	0	-6,29925408	-12,28725408	12,28725408	-19,99625408	19,99625408
570	-2,235415185	-5,584073085	-11,57207308	11,78600681	-19,28107308	19,41022566
600	-3,780860019	-3,67604916	-9,66404916	10,37731895	-17,37304916	17,77970021
630	-2,30189532	-0,677908172	-6,665908172	7,052166605	-14,37490817	14,55804613
660	2,680165103	-0,758817525	-6,746817525	7,259671597	-14,45581753	14,70217485
690	4,852320436	-6,16932334	-12,15732334	13,08990162	-19,86632334	20,45032559
720	0	-9,92972824	-15,91772824	15,91772824	-23,62672824	23,62672824

По полярной диаграмме строим диаграмму износа шатунной шейки. Сумму сил R_ш.ш., действующих по каждому лучу диаграммы износа, определяем с помощью талицы 9. По данным этой же таблицы в масштабе М_р= 15,267кН в мм по каждому лучу откладываем величины суммарных сил R_ш.ш., от окружности к центру. По лучам 4, 5 силы не действуют, а по лучам 6, 7 и 8 действуют только в интервале 360?<ц<390?. По диаграмме определяют расположение оси масляного отверстия (ц _м=45?).

4.2.7 Силы, действующие на колено вала

Суммарная сила, действующая на колено вала по радиусу кривошипа

Результирующая сила, действующая на колено вала

Таблица 9 - Значение силы R_ш.ш действующей на колено вала в зависимости от угла поворота коленчатого вала

Rш.ш.i	Значение Rш.ш.i, кН, для лучей
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Rш.ш.0	15,92386	15,92386	15,92386	-	-	-	-	-	-	-	15,92386	15,92386
Rш.ш.30	13,2369	13,2369	13,2369	-	-	-	-	-	-	-	-	13,2369
Rш.ш.60	7,357956	7,357956	7,357956	-	-	-	-	-	-	-	-	7,357956
Rш.ш.90	6,959665	6,959665	-	-	-	-	-	-	-	-	6,959665	6,959665
Rш.ш.120	10,20625	10,20625	-	-	-	-	-	-	-	-	10,20625	10,20625
Rш.ш.150	11,39684	11,39684	-	-	-	-	-	-	-	-	11,39684	11,39684
Rш.ш.180	11,48274	11,48274	11,48274	-	-	-	-	-	-	-	11,48274	11,48274
Rш.ш.210	11,39684	11,39684	11,39684	-	-	-	-	-	-	-	-	11,39684
Rш.ш.240	10,30384	10,30384	10,30384	-	-	-	-	-	-	-	-	10,30384
Rш.ш.270	7,192588	7,192588	7,192588	-	-	-	-	-	-	-	-	7,192588
Rш.ш.300	6,699459	6,699459	-	-	-	-	-	-	-	-	6,699459	6,699459
Rш.ш.330	9,561459	9,561459	-	-	-	-	-	-	-	-	9,561459	9,561459
Rш.ш.360	5,004214	5,004214	5,004214	-	-	-	-	-	-	-	5,004214	5,004214
Rш.ш.390	-	-	-	-	-	-	-	5,765613	5,765613	5,765613	5,765613	-
Rш.ш.420	6,155271	-	-	-	-	-	-	-	-	6,155271	6,155271	6,155271
Rш.ш.450	9,359942	-	-	-	-	-	-	-	-	9,359942	9,359942	9,359942
Rш.ш.480	12,20896	12,20896	-	-	-	-	-	-	-	-	12,20896	12,20896
Rш.ш.510	12,7205	12,7205	-	-	-	-	-	-	-	-	12,7205	12,7205
Rш.ш.540	12,28725	12,28725	12,28725	-	-	-	-	-	-	-	12,28725	12,28725
Rш.ш.570	11,78601	11,78601	11,78601	-	-	-	-	-	-	-	-	11,78601
Rш.ш.600	10,37732	10,37732	10,37732	-	-	-	-	-	-	-	-	10,37732
Rш.ш.630	7,052167	7,052167	7,052167	-	-	-	-	-	-	-	-	7,052167
Rш.ш.660	7,259672	7,259672	-	-	-	-	-	-	-	-	7,259672	7,259672
Rш.ш.690	13,0899	13,0899	-	-	-	-	-	-	-	-	13,0899	13,0899
?Rш.ш.i	229,0196	213,5044	123,4017	-	-	-	-	5,765613	5,765613	21,28083	156,0816	229,0196

4.3 Уравновешивание двигателя

Центробежные силы инерции рассчитываемого двигателя и их моменты полностью уравновешены: ?К_R =0; ?М_R =0.

Силы инерции первого порядка и их моменты тоже уравновешены ?Р_j1=0; ?М_R=0.

Рисунок 1 - Силы действующие на коленчатый вал

Силы инерции второго порядка для всех цилиндров направлены в одну сторону

Рисунок 2 - Силы действующие на колено вала.



Уравновешивание сил инерции второго порядка в рассчитываемом двигателе не целесообразно, ибо применение двухвальной системы с противовесами для уравновешивания ?Р_j11 значительно усложнит конструкцию двигателя.

Так как все силы в сумме уравновешены, то есть равны нулю, мы рассмотрим часть коленчатого вала и подберем массу противовесов. Расчет проведем при ц=0, следовательно cosц=1. Все данные берем из предыдущего расчета.

Сила инерции первого порядка:

,

.

Центробежная сила инерции вращающихся масс:

,

Сила инерции противовеса:

,

Принимаем радиус кривизны противовеса с=31мм, тогда

Масса противовеса:



,

4.4 Подбор маховика

Равномерность крутящего момента

Избыточная работа крутящего момента

где F_abc=2168,1 мм² -- площадь над прямой среднего крутящего момента;

Масштаб угла поворота вала на диаграмме М_кр

в мм

Равномерность хода двигателя принимаем =0,01.

Момент инерции движущихся масс двигателя, приведенных к оси коленчатого вала

Момент инерции маховика



Средний диаметр маховика

Маховый момент

,

откуда, масса маховика

По результатам расчета внешний диаметра маховика принимаем:

D_м=0,252 м.

d=0.032м.

Плотность чугуна кг/мі

Определим величину H:

Таким образом мы подобрали маховик со следующими габаритами:

Диаметр маховика D=0,252м;

Диаметр выреза в маховике d=0,032м;

Ширина маховика Н=0,022;

Маховик выполнен из чугуна.



5. Расчет коленчатого вала

На основании данных динамического расчета имеем: коленчатый вал полноопорный с симметричными коленами, но с асимметричнымм расположением противовесов; сила инерции противовеса, расположенного на продолжении щеки, Р_пр= 10,741 кН; центробежная сила инерции вращающихся масс К_R=-13.697 кН; радиус кривошипа R= 33 мм. Принимаем следующие основные размеры колена вала: 1) коренная шейка - наружный диаметр d_к.ш=50,8 мм, длина l_к.ш= 28 мм; 2) шатунная шейка- наружный диаметр d_ш.ш=47,84 мм, длина l_ш.ш=27,2 мм; 3) расчетное сечение А -- А щеки -- ширина b=76 мм, толщина h=18 мм. Материал вала- чугун ВЧ 40-10.

По таблице 11.5 и соотношениям, приведенным в параграфе 11.3, определяем:

пределы прочности и текучести и ;

пределы усталости при изгибе , растяжении- сжатии и кручении ;

коэффициенты привидения цикла при изгибе и кручении

При изгибе

и

При кручении

и



Удельное давление на поверхности шатунных шеек

где и - соответственно средняя и максимальная нагрузки на шатунную шейку; - рабочая ширина шатунного вкладыша; - радиус галтели принят равным (0,063d_ш.ш=0,063*47,84=3)

Удельное давление на поверхности шатунных шеек

где R_{к.ш ср}=R^пр_{к.ш ср}=4170 - средняя нагрузка на 3-ю коренную шейку, которая является наибольшей; -максимальная нагрузка на 2-ю коренную шейку, которая является наибольшей; -рабочая ширина коренного вкладыша, где .

5.1 Расчет коренной шейки

Набегающие моменты, скручивающие коренные шейки, определены графическим способом. Значения взяты из таблицы 6, а - с учетом порядка работы двигателя 1-3-4-2

Момент сопротивления кручению коренной шейки

Максимальное и минимальное касательное напряжение знакопеременного цикла для наиболее нагруженной 4-й коренной шейки:

Среднее напряжение и амплитуды напряжений

где - коэффициент концентрации напряжений; g=0.4 - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений; - теоретический коэффициент концентрации напряжений, определенный по таблице 11,6 с учетом наличия в шейке масляного отверстия; - масштабный коэффициент, определенный по таблице 11,7 при d_к.ш=50 мм; - коэффициент поверхностной чувствительности, определенный по таблице 11,8 с учетом закалки шеек токами высокой частоты на глубину 2-3 мм.

Так как , то запас прочности коренной шейки определяют по пределу усталости:



5.2 Расчет шатунной шейки

Набегающие моменты, скручивающие шатунные шейки, определены графическим способом.

Момент сопротивления кручению шатунной шейки

Максимальное и минимальное касательное напряжение знакопеременного цикла для наиболее нагруженной 4-й шатунной шейки:

Среднее напряжение и амплитуды напряжений

где и - определенны при расчете коренной шейки, - масштабный коэффициент, определенный по таблице 11,7 при d_к.ш=47,84 мм;

Так как , то запас прочности шатунной шейки от касательных напряжений определяют по пределу усталости:



Расчет моментов, изгибающих шатунную шейку, приведен в таблице 10, где значения и взяты из таблицы 8.

;

Таблица 10.

...

ц?
0	0	0	0	11816,43	11805,69	531,2561	778,2991	-201,439	-201,439
30	2473,511	111,308	107,5152	9993,364	9982,623	449,218	696,261	-180,206	-72,6904
60	1416,937	63,76218	61,58953	7249,668	7238,927	325,7517	572,7947	-148,25	-86,6606

Подобные документы

• Расчет двигателя ВАЗ 21011

  Частота вращения коленчатого вала. Выбор топлива. Средний элементарный состав бензинового топлива. Процессы впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Индикаторные и эффективные параметры рабочего цикла. Основные параметры цилиндра и двигателя.
  
  курсовая работа [905,1 K], добавлен 28.01.2015
  

• Тепловой и динамический расчет дизельного двигателя ЯМЗ-236

  Общие сведения об автомобиле ЯМЗ-236. Тепловой расчет и внешняя скоростная характеристика двигателя. Сущность процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Индикаторные параметры рабочего цикла двигателя. Конструкторский расчет его деталей.
  
  курсовая работа [539,1 K], добавлен 07.12.2011
  

• Расчет авиационного звездообразного поршневого двигателя с воздушным охлаждением (прототип АИ-14)

  Краткое описание звездообразного поршневого двигателя. Расчет процессов наполнения, сжатия, сгорания, расширения двигателя. Индикаторные и геометрические параметры двигателя. Расчет на прочность основных элементов. Расчет шатуна и коленчатого вала.
  
  курсовая работа [619,4 K], добавлен 21.01.2012
  

• Проектирование и расчет двигателя внутреннего сгорания

  Рабочее тело и его свойства. Характеристика процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения, выпуска. Расчет факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме. Оценка надежности проектируемого двигателя и подбор автотранспортного средства к нему.
  
  курсовая работа [749,6 K], добавлен 29.10.2013
  

• Проектирование и расчет главного дизельного двигателя

  Выбор главных двигателей и параметров, определение суммарной мощности. Теплота сгорания топлива. Процесс наполнения, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Динамический расчёт двигателя, коленчатого вала и шатунной шейки. Расчет системы охлаждения.
  
  курсовая работа [609,3 K], добавлен 18.06.2014
  

• Рабочие процессы и энергетические установки

  Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания, параметры окружающей среды и остаточных газов. Описание процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Индикаторные параметры рабочего цикла. Характеристика эффективных показателей двигателя.
  
  курсовая работа [786,4 K], добавлен 22.03.2013
  

• Расчет двигателя Pajero MMC

  Тепловой расчет рабочего цикла. Процессы впуска, сжатия, сгорания и расширения. Эффективный расход топлива. Составление теплового баланса двигателя. Построение индикаторной диаграммы. Анализ внешней скоростной характеристики. Расчёт системы охлаждения.
  
  курсовая работа [178,6 K], добавлен 19.11.2014
  

• Расчет двигателя внутреннего сгорания

  Тепловой расчет ДВС автомобиля КамАЗ-740, анализ основных параметров. Определение индикаторных показателей рабочего цикла; расчет процесса впуска, сжатия, сгорания, расширения. Оценка влияния продолжительности сгорания на эффективность рабочего цикла.
  
  курсовая работа [799,1 K], добавлен 20.05.2011
  

• Тепловой расчет ДВС

  Выбор расчетных режимов автомобильного двигателя. Топливо. Параметры рабочего тела, окружающей среды и остаточные газы. Процесс пуска, сжатия, сгорания, расширения, выпуска. Индикаторные параметры рабочего цикла. Эффективность параметров двигателя.
  
  курсовая работа [131,1 K], добавлен 05.11.2008
  

• Расчет тягово-динамических параметров автомобиля. Расчет карданной передачи ГАЗ-3110

  Параметры рабочего тела и количество горючей смеси. Процесс впуска, сжатия и сгорания. Индикаторные параметры рабочего тела. Основные параметры и литраж двигателя автомобиля. Расчет поршневого кольца карбюраторного двигателя. Расчет поршневого пальца.
  
  курсовая работа [2,9 M], добавлен 15.03.2012
  

• Расчет основных параметров и характеристик двигателя внутреннего сгорания ЗМЗ 402

  Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Параметры рабочего тела и остаточных газов. Процессы впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Внешние скоростные характеристики, построение индикаторной диаграммы. Расчет поршневой и шатунной группы.
  
  курсовая работа [4,2 M], добавлен 17.07.2013
  

• Тепловой и динамический расчёт двигателя внутреннего сгорания VW passat 1.9 AFN TDI

  Определение свойств рабочего тела. Расчет параметров остаточных газов, рабочего тела в конце процесса впуска, сжатия, сгорания, расширения, выпуска. Расчет и построение внешней скоростной характеристики. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 14.01.2018
  

• Эксплуатация транспортных энергетических установок (на водном транспорте)

  Методик и основные этапы проведения теплового расчета: процесс наполнения, сжатия, сгорания, расширения, основные показатели цикла. Динамический расчет. Определение параметров коленчатого вала. Конструктивные расчеты двигателя и поршня, бобышек.
  
  курсовая работа [1,6 M], добавлен 18.07.2011
  

• Разработка двигателя на базе дизеля 6ЧНР 36/45 (Г70) с лучшими удельными показателями

  Расчет параметров процессов впуска, сжатия, сгорания и расширения. Индикаторные показатели двигателя. Механические потери в двигателе. Сила давления газов. Определение набегающих моментов на коренные и шатунные шейки. Анализ уравновешенности двигателя.
  
  курсовая работа [792,8 K], добавлен 02.07.2014
  

• Разработка четырехтактного автомобильного двигателя

  Выбор параметров к тепловому расчету, расчет процессов наполнения, сжатия, сгорания и расширения. Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя, приведение масс кривошипно-шатунного механизма, силы инерции. Расчет деталей двигателя на прочность.
  
  курсовая работа [1,4 M], добавлен 09.04.2010
  

• Тепловой и динамический расчет автотракторных двигателей

  Расчет процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения. Построение индикаторной диаграммы. Определение индикаторных и эффективных показателей цикла. Определение основных размеров двигателя. Кинематические соотношения кривошипно-шатунного механизма.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.02.2012
  

• Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

  Тепловой расчет двигателя. Выбор топлива, определение его теплоты сгорания. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя. Расчет сил давления газов и расчет сил инерции.
  
  курсовая работа [1,0 M], добавлен 01.03.2010
  

• Расчет показателей двигателя ЯМЗ-240Б

  Тепловой расчет двигателя. Параметры рабочего тела. Процесс сжатия и сгорания. Величина отрезка, соответствующего рабочему объему цилиндра. Определение величины отрезка, соответствующего степени предварительного расширения. Удельный расход топлива.
  
  практическая работа [187,4 K], добавлен 10.12.2009
  

• Тепловой расчет судового двигателя внутреннего сгорания

  Техническая характеристика судового двигателя внутреннего сгорания и его конструктивные особенности. Выбор начальных параметров для теплового расчёта. Построение индикаторной диаграммы. Определение моментов, действующих в кривошипно-шатунном механизме.
  
  курсовая работа [673,9 K], добавлен 16.12.2014
  

• Разработка четырехтактного автомобильного двигателя

  Проведение расчета процессов наполнения, сжатия, сгорания, расширения автомобильного двигателя, поршневого пальца на прочность, кривошипной головки шатуна, коленчатого вала, коренной и шатунной шейки, щеки. Построение диаграммы удельных сил инерции.
  
  курсовая работа [7,3 M], добавлен 09.04.2010
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам