Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






ДВИГАТЕЛЬ, КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ, ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ, КЛАПАН, ПОРШЕНЬ, ШАТУН, КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

РЕФЕРАТ

 

Пояснительная записка:114 страниц,23 рисунка, 10 таблиц, 13 источников, 1 приложение.

Графическая часть: 10 л. формата А1.

ДВИГАТЕЛЬ, КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ, ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ, КЛАПАН, ПОРШЕНЬ, ШАТУН, КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

 

Спроектирован автомобильный четырехтактный, четырехцилиндровый двигатель с распределенным впрыском топлива на базе двигателя ВАЗ 2112 объемом 2,2 литра. Произведены тепловой, кинематический, динамический расчеты и расчет на прочность.

Произведен расчет технико-экономических показателей по обоснованию технических решений дипломного проекта.

Приведены методы и средства снижения токсичности компонентов выхлопа.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………..…………..7

1 ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЯ……………………………......8

2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС…………..………………..12

2.1 Тепловой расчет………………………………………………..……..….12

2.1.1 Выбор расчётных режимов………………………………………...12

2.1.1 Определение теплоты сгорания топлива…………………….……12

2.1.2 Параметры рабочего тела…………………………………………..12

2.1.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы………...……15

2.1.5 Процесс впуска…………………………………………………...…15

2.1.5 Процесс сжатия…………………………………………………..…18

2.1.6 Процесс сгорания………………………………………………...…20

2.1.7 Процессы расширения и выпуска…………………………………23

2.1.8 Индикаторные параметры рабочего цикла………………….……24

2.1.9 Эффективные показатели двигателя………………………………26

2.1.10 Основные параметры цилиндра и двигателя………………...….27

2.1.11 Построение индикаторной диаграммы……………………….….30

2.2 Тепловой баланс двигателя………………………………………….…..35

2.3 Построение внешней скоростной характеристики……………….……38

3 КИНЕМАТИКА ДВС………………………………………………..…..........41

3.1 Основные размеры поршня и шатуна ………………………………….41

3.2 Определение перемещения…………………………………..…….……41

3.3 Скорость поршня………………………………………………………..41

3.4 Ускорение поршня………………………………………………………41

4 ДИНАМИКА КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА…………..45

4.1Сила от давления газа, действующая в характерных точках КШМ…...45

4.2 Метод разноса масс шатуна……………………………………………...47

4.3 Определение сил инерции, действующих в характерных

точках КШМ……….……………………...……………………………….…47

4.4 Суммарные силы, действующие в КШМ…………………….…………51

4.5 Суммарный крутящий момент, действующий в ДВС………...…….…52

4.6 Порядок зажигания по цилиндрам……………………...……....……….53

5 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ ДВС…………………..………….…56

5.1 Выбор расчётного режима…………………………………………..….56

5.2 Расчёт на прочность деталей цилиндровой группы………………...…56

5.3 Расчёт на прочность деталей поршневой группы……………………..56

5.3.1 Расчёт поршня…………………………………............................…56

5.3.2 Расчёт пальца……………………………………………………..…59

5.4 Расчёт на прочность деталей шатунной группы………………………62

5.4.1 Расчет на прочность поршневой головки шатуна ……………….62

5.4.2 Расчет кривошипной головки шатуна ……………………………67

5.4.3 Расчет на прочность стержня шатуна………………………...…..68

5.4.4 Расчёт на прочность шатунных болтов…………………….….…70

5.5 Расчёт на прочность коленчатых валов…………….……………..……71

5.5.1 Расчёт на прочность коренных шеек коленчатого вала……..…..73

5.5.2 Расчёт на прочность шатунных шеек коленчатого вала.……..…75

5.5.3 Расчёт на прочность щёк ………………………………………….81

6 РАСЧЁТ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ……………………...…85

6.1 Основные размеры проходных сечений в горловине и в клапане……85

6.2 Основные размеры впускного кулачка………………………………..86

6.3 Профилирование выпуклого кулачка с плоским толкателем………...86

6.4 Расчет пружины клапана………………………………………………. 89

6.5 Расчет распределительного клапана…………………………………...90

7 ТЕХНИКО–ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ РАЗРАБОТКИ ДВС ОБЪЁМОМ 2,2 ЛИТРА НА БАЗЕ ДВИГАТЕЛЯ ВАЗ-2112……………………………………………….....92

7.1 Сравнительная характеристика проектируемого

и базового ДВС………………………..……………………………………..92

7.2 Расчёт конкурентоспособности проектируемого двигателя…………..93

7.3 Расчёт капитальных затрат на разработку проекта…………………….94

7.4 Расчёт цены проектируемого двигателя…………………………….....95

7.5 Определение экономии от применения, спроектированного ДВС..…97

7.6 Оценка экономической эффективности

дополнительных капиталовложений ……………………………………….99

8 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ …………………………….102

8.1 Расчет общего шума двигателя………………………………...………102

8.2 Вибрация двигателя ………………………………………………...…104

8.3 Токсичность отработавших газов ………………………………..…....106

8.4 Мероприятия по снижению токсичности выбросов и

применение их на проектируемом двигателе ………………………….....107

8.5 Проведем ориентировочный расчет продуктов сгорания ДВС……...110

8.6 Вывод произведенного расчета экологической эффективности…….110

Заключение …………………………………………………………………111

Список использованных источников……………………………………...112

Приложение А……………………………………………………………...114

,,


ВВЕДЕНИЕ

Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются: автономность, универсальность (сочетание с различными потребителями), невысокая стоимость, компактность, малая масса, возможность быстрого запуска, многотопливность.

Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков, к которым относятся: высокий уровень шума, большая частота вращения коленчатого вала, токсичность отработавших газов, невысокий ресурс, низкий коэффициент полезного действия.

Целью данного дипломного проекта разработка ДВС объёмом 2,2 литра на базе двигателя ВАЗ-2112. За счёт увеличения объема повысятся мощность, крутящий момент нового двигателя.


ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЯ

Двигатель создавался не с нуля, базой послужил мотор 21083. Двигатель сохранил основные геометрические размеры 83-го мотора, но при этом кардинально от него отличался, как по мощностным, так и по эксплуатационным показателям. При разработке двигателя были задействованы такие фирмы как «Porshe» и «General motors». В частности, совместно с General motors, была разработана система распределенного впрыска топлива. Двигатель получился весьма экономичным. Основные минусы двигателя - это недостаток крутящего момента на низких оборотах (ощутимый подхват на 3500 об/мин), ненадежные ременной привод и ролики, гнущиеся клапаны при обрыве ремня ГРМ.

Четырехтактный двигатель с распределенным впрыском топлива, с рядным расположением цилиндров и поршнями, вращающими один общий коленчатый вал, с верхним расположением двух распределительных валов. Двигатель имеет жидкостную систему охлаждения закрытого типа с принудительной циркуляцией. Система смазки комбинированная: под давлением и разбрызгиванием.

Двигатель с коробкой передач и сцеплением образуют силовой агрегат, закрепленный в моторном отсеке на четырех эластичных резинометаллических опорах. Правая и левая опоры такие же, как и на двигателях 2110 и 2111. Передняя и задняя опоры - одинаковые, представляющие собой штанги. Одним концом штанга крепится к кронштейну на двигателе, другим - к кронштейну на кузове.

Блок цилиндров изготовлен из высокопрочного чугуна, и на первый взгляд, аналогичен блоку 21083. Главные отличия – это уменьшенный до 10 мм диаметр болтов крепления головки и отверстий для них в блоке, приливы под датчики системы впрыска топлива и совсем иная технология хонингования цилиндров при производстве.

Коленчатый вал изготовлен из высокопрочного чугуна. Он имеет пять коренных и четыре шатунных шейки и снабжен восемью противовесами, отлитыми заодно с валом. Для подачи масла от коренных шеек к шатунным в коленчатом вале просверлены каналы, выходные отверстия которых закрыты запрессованными заглушками. На переднем конце коленчатого вала на сегментной шпонке установлен зубчатый шкив привода распределительного вала, к нему крепится шкив привода генератора, который также является демпфером крутильных колебаний коленчатого вала. К заднему концу коленчатого вала шестью самоконтрящимися болтами через общую шайбу крепится маховик, отлитый из чугуна, с напрессованным стальным зубчатым венцом, служащим для пуска двигателя стартером.

Шатуны ВАЗ 2112 – стальные, кованные, двутаврового сечения, обрабатываются вместе с крышками. Такие же шатуны ставятся на двигатели ВАЗ 2110.

На поршнях лунки имеют глубину: 3,19 мм для впускных, и для выпускных - 3,06 мм. Поршневой палец - стальной, полый, плавающего типа. Наружный диаметр поршневого пальца 2112– 22 мм, длина пальца – 60,5 мм. Отверстие под поршневой палец смещено от диаметральной плоскости поршня на 1 мм. Поршень - из алюминиевого сплава. Юбка поршня в продольном сечении - коническая, в поперечном - овальная. В верхней части поршня проточены три канавки под поршневые кольца. Канавка маслосъемного кольца имеет выходящие в бобышки сверления, по которым масло, собранное кольцом со стенок цилиндра, поступает к поршневому пальцу.

Верхние два поршневых кольца - компрессионные, препятствующие прорыву газов в картер двигателя. Также они способствуют отводу тепла от поршня к цилиндру. Нижнее кольцо - маслосъемное.

Головка цилиндров - общая для всех четырех цилиндров - из алюминиевого сплава. Центрируется на блоке двумя втулками и крепится десятью винтами.

Существенное изменение двигателя 2112, это новая шестнадцати клапанная ГБЦ с двумя распределительными валами. ГБЦ 2112 была создана в сотрудничестве с фирмой «Porshe». Два распределительных вала приводятся зубчатым, защищенным от грязи и пыли специальным кожухом. В приводе клапанов наконец были установлены гидротолкатели и теперь двигатель 2112 не нуждался в регулировке клапанов.

Гидротолкатели весьма чувствительны к качеству масла и его чистоте. При наличии в масле механических примесей возможен быстрый выход из строя плунжерной пары гидротолкателя, что сопровождается повышенным шумом в газораспределительном механизме и интенсивным износом кулачков распределительного вала. Неисправный гидротолкатель ремонту не подлежит, его следует заменить.

Клапаны расположены V-образно в два ряда. По конструкции подобны клапанам двигателя ваз 2110, но с меньшим диаметром тарелок и стержней. Диаметр тарелки впускного клапана равен 29 мм, у выпускного - 25,5 мм. Диаметр стержня впускного и выпускного клапана равен 7 мм. На каждый клапан установлено по одной пружине.

Седла (изготовленные из металлокерамики) и направляющие втулки клапанов (латунные) запрессованы в головку цилиндров. Отверстия во втулках обрабатываются после запрессовки. На внутренней поверхности втулок для смазки выполнены канавки, похожие на резьбу: у втулок впускных клапанов - на всю длину, у выпускных - до половины длины отверстия. Сверху на втулки надеты масло отражательные колпачки, изготовленные из маслостойкой резины.

Масляный насос – с шестернями внутреннего зацепления и редукционным клапаном – установлен на передней стенке блока цилиндров. Ведущая шестерня установлена на двух лысках на переднем конце коленчатого вала. Предельный диаметр гнезда под ведомую (большую) шестерню при износе не должен превышать 75,10 мм, минимальная ширина сегмента на корпусе, разделяющего ведущую и ведомую шестерни, – 3,40 мм. Осевой зазор для ведущей шестерни не должен превышать 0,12 мм, для ведомой – 0,15 мм.

К крышке второго коренного подшипника и корпусу насоса болтами крепится маслоприемник.

Масляный фильтр – полнопоточный, неразборный, снабжен перепускным и противодренажным клапанами.

Система вентиляции картера – закрытая, принудительная, отсосом газов через маслоотделитель, расположенный в крышке головки цилиндров.

Система охлаждения – жидкостная, закрытого типа, с принудительной циркуляцией.

Тепловой режим работы двигателя поддерживается термостатом и электровентилятором радиатора.

Насос охлаждающей жидкости – лопастной, центробежного типа, приводится от шкива коленчатого вала зубчатым ремнем привода газораспределительного механизма

Перераспределением потоков жидкости управляет термостат.

Радиатор состоит из двух вертикальных пластмассовых бачков (левый – с перегородкой) и двух горизонтальных рядов круглых алюминиевых трубок с напрессованными охлаждающими пластинами. Для повышения эффективности охлаждения пластины штампуются с насечкой. Трубки соединены с бачками через резиновую прокладку. Жидкость подается через верхний патрубок, а отводится через нижний. Рядом с впускным патрубком расположен тонкий патрубок пароотводной трубки.

 


Тепловой расчет

Выбор расчётных режимов

При проведении теплового расчета выбирают несколько скоростных режимов. Для автомобильных ДВС такими режимами обычно являются:

1) режим минимальной частоты оборотов при работе двигателя под нагрузкой nmin = 800 мин-1;

2) режим максимального крутящего момента nM = 0,5 nN = 3800 мин-1;

3) режим максимальной (номинальной) мощности при nN =5600 мин-1;

4) режим максимальной частоты оборотов nmax = 1,2 nN =6720 мин-1.

В дальнейшем расчёт ведётся для каждого выбранного режима.

Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива (стехиометрический коэффициент):

- мольный , кмоль возд./кг топл L0=4,8077×(0,07125+0,03625)= 0,51683 кмоль возд./кг топл.

- массовый , кг возд./кг топл

l0=4,348×(2,28+1,16)=14,957 кг возд./кг топл.

Количество горючей смеси

,

где a1 – 0,96; a2,3 – 1; a4 – 0,98

mТ - молекулярная масса топлива, находится по известному элементарному составу. Для бензина mт=115 кг/кмоль

для режима №1М1=0,96×0,51686+1/115=0,4703426+0,0083333=0,504

для режимов №2,3 М1=1,02×0,51686+1/115=0,5323658+0,0083333= 0,5247

для режимов №4 М1=0,98×0,51686+1/115=0,5323658+0,0083333= 0,5144

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания, кмоль/кг топл.:

- при режиме 1 (a < 1):

МСО2= 0,0655

МСО= 0,0057

МН2О= 0,0696

МН2= 0,0029

МN2= 0,3923

 

- при режимах 2,3 (a ≥ 1):

MH2 = 0;

- при режиме 4 (a < 1):

МСО2= 0,06834

МСО= 0,0029

МН2О= 0,07393

МН2= 0,0014

МN2= 0,4005

К – постоянная величина, для бензина К= 0,50.

Общее количество продуктов сгорания, кмоль пр.сг./кг топл

- при режиме 1 (a< 1):

М2=0,536

- при режимах 2,3 (a≥ 1):

М2=0,552

- при режиме 4 (a< 1):

М2=0,547

Левая и правая части уравнения равны - расчёт - правильны й.

Процесс впуска

Температура подогрева свежего заряда:

К;

где , ∆ТN=6 К,

Для режимов:

1 - ΔТ= 15 К

2 - ΔТ= 9,38 К

3 - ΔТ= 6 К

4 - ΔТ= 3,9 К

Плотность заряда на впуске

кг/м3 ,

где Rв=287 Дж/кг∙к- газовая постоянная воздуха.

ρk= 1,189 кг/м3

Потери давления на впуске

, МПа

где - гидравлическое сопротивление впускной системы двигателя, возьмем

,

 

ωвп=50-130 м/с- средняя скорость движения топливной смеси (воздуха) в наименьшем сечении впускной системы на номинальном режиме. Увеличивается с ростом nN.

Примем ωвп=95 м/с,

 

Для режимов:

1 - Δpa= 0,0002 МПа

2 - Δpa= 0,0039 МПа

3 - Δpa = 0,0084МПа

4 - Δpa = 0,012 МПа

Давление в конце впуска

Для режимов:

1 - pa= 0,0998 МПа

2 - pa= 0,0961 МПа

3 - pa = 0,0916 МПа

4 - pa = 0,088 МПа

Коэффициент остаточных газов

,

Для режимов:

1 - ɣr= 0,04

2 - ɣr= 0,0344

3 - ɣr= 0,03388

4 - ɣr= 0,03392

Где φоч=1- коэффициент очистки для двигателя без наддува,

φдоз=0,33∙10-4∙n+0,917- коэффициент дозарядки, имеет примерно линейную зависимость от n.

Температура в конце впуска

Для режимов:

1 - Ta= 330,769 К

2 - Ta= 325,247 К

3 - Ta = 322,627 К

4 - Ta = 321,61 К

Коэффициент наполнения

Для режимов:

1 - ην = 0,886

2 - ην = 0,964

3 - ην = 0,98

4 - ην = 0,976

 

Процесс сжатия

Средний показатель политропы сжатия определяется по нанограмме [1].

n1=k1 – 0,03;

Где k1- средний показатель адиабаты сжатия

Для режимов:

1 - k1 = 1,3759

2 - k1 = 1,3768

3 - k1 = 1,377

4 - k1 = 1,3771

Где n1:

1 - n1 = 1,3459

2 - n1 = 1,3468

3 - n1 = 1,347

4 - n1 = 1,3471

Давление в конце сжатия

.

Для режимов:

1 - pc = 2,36 МПа

2 - pc = 2,281 МПа

3 - pc = 2,175 МПа

4 - pc = 2,09 МПа

5.3 Температура в конце сжатия:

,

Средний показатель адиабаты сжатия k1 при , а также рассчитанных значениях Та определяется по номограмме [1].Для режимов:

1 - Tc = 746,03 К

2 - Tc = 735,13 К

3 - Tc = 729,5 К

4 - Tc = 727,4 К

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия.

Свежей смеси:

,

где .

Для режимов:

1 - = 21,848 Дж/моль·К

2 - = 21,819 Дж/моль·К

3 - = 21,804 Дж/моль·К

4 - = 21,799 Дж/моль·К

Остаточных газов

;

Для режимов:

1 - = 23,9251 Дж/моль·К

2 - = 23,9817 Дж/моль·К

3 - = 23,9556 Дж/моль·К

4 - = 23,896 Дж/моль·К

Рабочей смеси (свежая смесь и остаточные газы)

,

Для режимов:

1 - = 21,928 Дж/моль·К

2 - = 21,891 Дж/моль·К

3 - = 21,875 Дж/моль·К

4 - = 21,868 Дж/моль·К

 

Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения

m021;

- горючей смеси:

1 - μ0 = 1,063

2,3 - μ0=1,053

4 - μ0 = 1,063

m=(m0+gr)/(1+gr).

- рабочей смеси:

Для режимов:

1 - μ = 1,061

2 - μ = 1,051

3 - μ= 1,051

4 - μ= 1,061

Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания топлива (только для расчётных режимов с a < 1,т.е. для режима 1,4)

кДж/кг.

1 - ΔНи = 2479,75 кДж/кг

2,3 - ΔНи = 0 кДж/кг

4 - ΔНи = 1239,875 кДж/кг

Теплота сгорания рабочей смеси

кДж/кмоль раб. см.

Для режимов:

1 – Нраб.см = 85538,3 кДж/кмоль раб. см.

2 – Нраб.см = 86604,14 кДж/кмоль раб. см.

3 – Нраб.см = 86560,6 кДж/кмоль раб. см.

4 – Нраб.см = 85805,2 кДж/кмоль раб. см.

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/кмоль∙К

+ + +

+ + ],

Средние мольные теплоёмкости отдельных компонентов продуктов сгорания определяются по формулам для интервала температур

1500…2800 0С.

После подстановки формул уравнение сводится к виду:

1-

2,3 -

4 -

Величина коэффициента использования теплоты ξZ согласно [1], ориентировочно принимаем в пределах, которые имеют место для двигателя с впрыском топлива и электронным управлением.

Для режимов:

1 – = 0,875

2 - = 0,988

3 - = 0,992

4 - = 0,985

Температура в конце видимого процесса сгорания tz, 0С

Температура tzнаходится решением квадратичного уравнения, получаемого из уравнения сгорания:

После подстановки в уравнение сгорания числовых значений всех известных параметров и последующих преобразований, оно принимает вид уравнения второго порядка:

Аt2z+Btz-C=0,

где А, В, С- числовые значения известных величин.

Откуда:

0С,

Тz=tz+273, К.

Для режимов:

1 - Tz = 2960 К

2 – Tz = 3214 К

3 – Tz = 3218 К

4 – Tz = 3164 К

Максимальное давление сгорания:

Теоретическое:

;

Для режимов:

1 - pz = 9,935 МПа

2 – pz = 10,481 МПа

3 – pz = 10,084 МПа

4 – pz = 9,646 МПа

Действительное:

;

Для режимов:

1 - pzд = 8,445 МПа

2 – pzд = 8,909 МПа

3 – pzд = 8,571 МПа

4 – pzд = 8,199 МПа

Степень повышения давления:

.

Для режимов:

1 - λ = 4,21

2 – λ = 4,595

3 – λ = 4,636

4 – λ = 4,615

 

Процессы расширения и выпуска

Средний показатель политропы расширения:

n2=k2,

где k2- средний показатель адиабаты расширения, определяется по специальной номограмме [1] в зависимости от величин e , Тz , a.

Для режимов:

1 - k2 = 1,2512

2 – k2 = 1,2478

3 – k2 = 1,2478

4 – k2 = 1,2484

Давление и температура в конце процесса расширения:

, МПа

Для режимов:

1 - pb = 0,524 МПа

2 – pb = 0,558 МПа

3 – pb = 0,537 МПа

4 – pb = 0,497 МПа

 

, К.

Для режимов:

1 – Tb = 1629 К

2 – Tb = 1795 К

3 – Tb = 1798 К

4 – Tb = 1766 К

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

, К;

Для режимов:

1 – Tr = 949 К

2 – Tr = 1033 К

3 – Tr = 1059 К

4 – Tr = 1077 К

 

Расхождение с принятой температурой остаточных газов ∆Тr менее 10%

Расчет теплового баланса

Общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом (здесь и далее Дж/c)

 

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с.

Теплота, передаваемая охлаждающей среде

где с – коэффициент пропорциональности с=0,5;

I – число цилиндров;

D – диаметр цилиндра, см;

n – частота оборотов коленчатого вала, мин-1;

m – показатель степени;

Теплота, унесенная с отработавшими газами.

где - теплоёмкость остаточных газов, - теплоёмкость свежей смеси (воздуха)

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива

 

Неучтённые потери теплоты

 

Результаты расчета теплового баланса двигателя на всех режимах работы сведены в таблицу

 

 

Таблица 2.3 – Данные теплового баланса

Составляющие теплового баланса
, ,% , ,% , ,% , ,%
34,5 41,7 38,4 34,3
18,7 25,1 28,3 22,4
25,9 30,1 31,2 31,5
5,6 2,8
15,2 3,1 2,2 8,9

 

На основании полученных данных можно построить зависимость составляющих теплового баланса от частоты вращения коленчатого вала (рисунок 2.2).

Из графика видно, что основная часть теплоты топлива расходуется на эффективную работу, нагрев охлаждающей среды и потери с отработавшими газами.


 

Рисунок 2.2 - Зависимость составляющих теплового баланса от частоты вращения коленчатого вала

 

КИНЕМАТИКА ДВС

Перемещение поршня

43 [(1-cosj)+0,290/4(1- cos2j))

Расчёт Sx производится аналитически через каждые 10° угла поворота коленчатого вала. Значения Sx занесены в графу 3 таблицы 3.1.

Скорость поршня

= 586 ∙ 43 (sinφ + 0,290/2∙sin2φ),

где угловая скорость вращения коленчатого вала:

ω = πn/30 = (3,14 ∙ 5600)/30 = 586 рад/с

Рассчитанные значения vп занесены в графу 5 таблицы 3.1.

Ускорение поршня

j = ω2R (cosj + λ∙cos2j) = 5862 ∙ 43(cosj + 0,285 ∙ cos2j), мм

Рассчитанные значения j занесены в графу 7 таблицы 3.1.

По данным таблицы 3.1 построены графики Sx; vп; j. (см. рисунок 3.3-

-3.3).

Таблица 3.1 – Перемещение, скорость и ускорение поршня

(1-cosφ)+ +λ/4× (1-cos2φ) Sx, мм sinφ+λ/2×sin2φ vп; м/с cosφ+λcos2φ j, м/с2
0,0000 0,0 0,0000 0,0 1,2850 18974,3
Продолжение таблицы 3.1
0,0195 0,82 0,2224 5,6 1,2526 18495,9
0,0770 3,3 0,4336 10,9 1,1580 17099,1
0,1696 7,3 0,6234 15,7 1,0085 14891,5
0,2928 12,6 0,7831 19,7 0,8155 12041,7
0,4408 18,95 0,9064 22,8 0,5933 8760,7
0,6069 26,1 0,9894 24,3 0,3575 5278,9
0,7838 33,7 1,0313 26,0 0,1237 1226,6
0,9646 41,5 1,0335 26,0 -0,0942 -1391,0
1,1425 49,1 1,0000 25,2 -0,2850 -4208,3
1,3119 56,4 0,9361 23,6 -0,4415 -6519,2
1,4679 63,1 0,8481 21,4 -0,5603 -8273,4
1,6069 69,1 0,7426 18,7 -0,6425 -9487,2
1,7264 74,2 0,6257 15,8 -0,6923 -10222,5
1,8249 78,5 0,5025 12,7 -0,7166 -10581,3
1,9017 81,8 0,3766 9,5 -0,7235 -10683,2
1,9564 84,1 0,2504 6,3 -0,7214 -10652,2
1,9891 85,5 0,1249 3,2 -0,7170 -10587,2
2,0000 0,0000 -0,7150 -10557,7
1,9891 85,5 -0,1249 -3,2 -0,7170 -10587,2
1,9564 84,1 -0,2504 -6,3 -0,7214 -10652,2
1,9017 81,8 -0,3766 -9,5 -0,7235 -10683,2
1,8249 78,5 -0,5025 -12,7 -0,7166 -10581,3
1,7264 74,2 -0,6257 -15,8 -0,6923 -10222,5
1,6069 69,1 -0,7426 -18,7 -0,6425 -9487,2
1,4679 63,1 -0,8481 -21,4 -0,5603 -8273,4
1,3119 56,4 -0,9361 -23,6 -0,4415 -6519,2
1,1425 49,1 -1,0000 -25,2 -0,2850 -4208,3
Продолжение таблицы 3.1
0,9646 41,5 -1,0335 -26 -0,0942 -1391,0
0,7838 33,7 -1,0313 -26 0,1237 1226,6
0,6069 26,1 -0,9894 -24,3 0,3575 5278,9
0,4408 18,95 -0,9064 -22,8 0,5933 8760,7
0,2928 12,6 -0,7831 -19,7 0,8155 12041,7
0,1696 7,3 -0,6234 -15,7 1,0085 14891,5
0,0770 3,3 -0,4336 -10,9 1,1580 17099,1
0,0195 0,82 -0,2224 -5,6 1,2526 18495,9
0,0000 0,0000 1,2850 18974,3

 

 

Рисунок 3.1 - Перемещение поршня

 

Рисунок 3.2 - Скорость поршня

 

Рисунок 3.3 - Ускорение поршня


ДИНАМИКА

 

Динамический расчёт КШМ заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и сил инерции. По этим силам рассчитывают основные детали на прочность и износ, а также определяют неравномерность крутящего момента и степень неравномерности хода двигателя. Во время работы двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют силы давления газов в цилиндре, силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, центробежные силы, давление на поршень со стороны картера и силы тяжести.

Все действующие в двигателе силы воспринимаются полезным сопротивлением на коленчатом валу, силами трения и опорами двигателя.

В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для определения характера изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяются для ряда отдельных положений вала в нашем случае через каждые 10 градусов.

 

Метод разноса масс шатуна

По методике изложенной в [1] с учётом диаметра цилиндра, отношения S/D и достаточно высокого значения pz, устанавливаются:

– масса поршневой группы (для поршня из Al-сплава):

mп = m'п ∙ Fп = 100 ∙ 0,006358 = 0,635 кг

– масса шатуна m'ш = 150

mш = m'ш ∙ Fп = 150 ∙ 0,006358 = 0,953 кг

– масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (вал чугунный, литой m'к = 140 кг/м2)

mк = m'к ∙ Fп = 140 ∙ 0,006358 = 0,890 кг

– масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

mш∙п = 0,275 ∙ mш = 0,262 кг

– масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:

mш∙к = 0,725 ∙ mш = 0,691 кг

– массы совершающие возвратно-поступательное движение:

mi = mп + mш∙п = 0,635 + 0,262 = 0,897 кг

– массы совершающие вращательное движение:

mR = mк + mш∙к = 0,890 + 0,691 = 1,581 кг

 

Порядок зажигания по цилиндрам

Коленчатый вал рассчитываемого двигателя полноопорный с кривошипами, расположенными под углом γк = 180º. Порядок работы двигателя 1 – 3 – 4 – 2. Следовательно, когда первый кривошип будет находиться в положении φ3 = (720) – 180 = 540º, четвёртый φ4 = (720) – 540 = =180º.

Рисунок 4.4 – Графики крутящи

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-11

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...