Расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968М
Министерство образования
Российской Федерации
Вологодский государственный
технический университетФакультет: ФПМ
Кафедра: А и АХ
Дисциплина: АД
РАСЧЕТНО(ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
Тема: расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя
на шасси автомобиля ЗАЗ(968М
(Ne=60 л.с. (44,1 кВт), n=4500 мин-1, (=7,5, воздушное охлаждение)Выполнил:
Дроздов Д. В.
Группа: МАХ-41
Принял: к.т.н.
Яковицкий А. А.Вологда, 2001 г.
Содержание
Введение
Задание на курсовой проект
1. Тепловой расчет
2. Построение внешней скоростной характеристики двигателя
3. Сравнение параметров проектируемого двигателя и прототипа
4. Расчет кинематики и динамики двигателя
1. Кинематический расчет
2. Динамический расчет
5. Анализ компьютерного расчета на ЭВМ
6. Уравновешивание двигателя
7. Расчет основных деталей двигателя
8. Спец. разработка ( система охлаждения)
Заключение
Список литературыВВЕДЕНИЕ
На наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели
внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются компактностью, высокой
экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного
хозяйства.
В настоящее время особое внимание уделяется уменьшению токсичности
выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и снижению уровня шума работы
двигателей.
Специфика технологии производства двигателей и повышение требований к
качеству двигателей при возрастающем объеме их производства, обусловили
необходимость создания предполагаемые показатели цикла, мощность и
экономичность, а также давление газов, действующих в надпоршневом
пространстве цилиндра, в зависимости от угла поворота коленчатого вала. По
данным расчета можно установить основные размеры двигателя (диаметр
цилиндра и ход поршня) Успешное применение двигателей внутреннего сгорания,
разработка опытных конструкций и повышение мощностных и экономических
показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и
разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания.
Выполнение задач по производству и эксплуатации транспортных двигателей
требует от специалистов глубоких знаний рабочего процесса двигателей,
знания их конструкций и расчета двигателей внутреннего сгорания.
Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют
определить и проверить на прочность его основные детали.
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТПо заданным параметрам двигателя произвести тепловой расчет, по
результатам расчета построить индикаторную диаграмму, определить основные
параметры поршня и кривошипа. Разобрать динамику кривошипно-шатунного
механизма. Построить график средних крутящих моментов.
Параметры двигателя:|Номинальная |Число |Расположение |Тип двигателя |Частота |Степень |
|мощность, |цилиндров,|цилиндров | |вращения |сжатия |
|л.с. (кВт) |i | | |коленвала, | |
| | | | |об/мин-1 | |
|60 (44,1) |4 |V-образное |карбюраторный |4500 |7,5 |
1.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ [1, с.72(94]
1.1. Выбор исходных данных
1.1.1. ТопливоСтепень сжатия проектируемого двигателя ( =7,5. В качестве топлива
выбираем бензин марки А(76.
Элементарный состав топлива: С+Н+О=1
где C=0,855; H=0,145; О=0.
Молекулярная масса топлива: МT=115 кг/кмоль.
Низшая теплота сгорания топлива:
Нu=33,91C+125,60H(10,89(O(S)(2,51(9H+W);
Нu=33,91(0,855+125,60(0,145(2,51(9(0,145)=43930 кДж/кг.1.1.2. Параметры рабочего тела
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива:
[pic]
[pic] кг возд./кг топл.
[pic]
[pic] кмоль возд./кг топл.
Коэффициент избытка воздуха ? принимаем равным 0,96 для получения
оптимального соотношения экономичности и мощности проектируемого
двигателя.
Количество горючей смеси: М1 = (Lo+1/ mт = 0,96(0,516+1/115= 0,5050
кмоль.
При неполном сгорании топлива ( ((1 ) продукты сгорания представляют
собой смесь окиси углерода (СО), углекислого газа (СО2) , водяного пара
(Н2О), свободного водорода (Н2) , и азота (N2) . Количество отдельных
составляющих продуктов сгорания и их сумма при К=0,5 (К(постоянная
зависящая от отношения количества водорода к окиси углерода, содержащихся в
продуктах сгорания):
МСО =2([(1(()/(1+K)](0,208(Lo;
МСО =2([(1(0,96)/(1+0,5)](0,208(0,517=0,0057 кмоль/кг топл.
МСО[pic]=С/12-2([(1(()/(1+K)](0,208(Lo;
МСО[pic]=0,855/12(2([(1-0,96)/(1+0,5)](0,208(0,517=0,0655 кмоль/кг
топл.
МН[pic]=2(К([(1(()/(1+K)](0,208(Lo;
МН[pic]=2(0,47([(1(0,96)/(1+0,5)](0,208(0,517=0,0029 кмоль/кг топл.
МН[pic]О=Н/2(2(К([(1-()/(1+K)] (0,208(Lo;
МН[pic]О=0,145/2-2(0,47([(1(0,96)/(1+0,5)](0,208(0,517=0,0696
кмоль/кг топл.
МN[pic]=0,792((Lo;
МN[pic]=0,792(0,96(0,517=0,393 кмоль/кг топл.
Суммарное количество продуктов сгорания:
М2 =МСО+МСО[pic]+МН[pic] + МН[pic]О + МN[pic];
М2 =0,0073+0,063+0,0034+0,069+0,388=0,5367 кмоль/кг топл.
Проверка:
М2 =С/12+Н/2+0,792(((Lo;
М2=0,855/12+0,145/2+0,792(0,96(0,517=0,5367 кмоль/кг топл.1.1.3. Параметры окружающей среды и остаточных газов
Атмосферное давление и температура окружающей среды: po=0,101 МПа;
To=293 К. Температуру остаточных газов принимаем на основании опытных
данных [1,с.43]:
Тr =1040 К; pr =1,16(po =1,16(0,101=0,11716 МПа.
Давление остаточных газов Рr можно получить на номинальном режиме:
РrN=1,18(Р0=0,118 Мпа
Ар=(РrN — Р0(1,035) (108/(nN2(Р0)=0,716
Находим давление остаточных газов Рr:
Рr= Р0( (1.035+ Ар(10-8(n2)
Рr=0,101( (1,035+0,716(10-8(45002)=0,118 МПа1.2. Процесс впуска
Температуру подогрева свежего заряда принимаем на основании опытных
данных [1,с.44]: (Т=8 0 C.
Плотность заряда на впуске: ?о= р0 (106 /(RВ(TО) =0,101(106/(287(293)
=1,189 кг/м3,
где р0 =0,101 МПа; Т0 =293 К; RВ ( удельная газовая постоянная равная 287
Дж/(кг( град(.
Давление заряда в конце наполнения Ра принимаем на основании
рекомендаций [1,с.44] в зависимости от средней скорости поршня
Сп=S(n/30, где S ( ход поршня, n-заданная частота вращения коленвала
двигателя: Сп =0,092 (4500/30=9,51 м/с.
Принимаем ра=0,0909 МПа.
Коэффициент остаточных газов:
?r=[pic],
где (оч ( коэффициент очистки; (доз (коэффициент дозарядки (без учета
продувки и
дозарядки (оч=1; (доз=0,95).
?r=[pic]=0,07.
Температура заряда в конце впуска:
Та =(To +(Т + ?r(Тr)/(1+ ?r);
Та =(293+8+0,07(1040)/(1+0,07)= 349,3 К.
Коэффициент наполнения:
[pic];
[pic]=0,73.1.3. Процесс сжатия
Средние показатели адиабаты сжатия при работе двигателя на
номинальном режиме определяем по номограмме [1,с.48] при ( =7,5 и Та
=349,3 К: k1=1,3775; средний показатель политропы сжатия принимаем
несколько меньше k1 : n1= k1-0,02=1,3575.
Давление в конце сжатия:
рс = ра( ( n 1;
рс =0,085(7,51,3575 = 1,31 МПа.
Температура в конце сжатия:
Тс = Та((( n 1-1) ;
Тс =349,3(7,5(1,3575-1) =717,85 К.
tc=Тс –273;
tc=717,85(273=444,85 0C.
Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:
свежей смеси:
(mC[pic])[pic]=20,6+2,638(10-3(tc=20,6+2,638(10-3(444,85=21,77
кДж/(моль( град( (
остаточных газов:
(mC[pic])[pic]=23,805 кДж/(моль( град( -определяем методом
экстрополяции (1, табл.7)
рабочей смеси:
(mC[pic])[pic]=(mC[pic])[pic]=1/(1+?r)(((mC[pic])[pic]+
?r((mC[pic])[pic])=21,903 кДж/(моль( град(
Число молей остаточных газов:
Мr =(((r(L0;
Мr =0,96(0,07(0,517=0,0347 кмоль/кг топл.
Число молей газов в конце сжатия до сгорания:
Мс=М1+Мr ;
Мс=0,505+0,0347=0,5397 кмоль/кг топл.1.4. Процесс сгорания
Химический коэффициент молекулярного изменения:
(о=М2/М1,
где М1 ( количество горючей смеси, отнесенное к 1кг топлива; М2 (
количество продуктов сгорания, отнесенное к 1кг топлива.
(о=0,5367 / 0,505=1,0628.
Действительный коэффициент молекулярного изменения:
(= ((о+?r)/(1+?r);
(=(1,0628+0,07)/(1+0,07)=1,0587 .
Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания
топлива:
(Ни=119950((1(()(L0;
(Ни=119950((1(0,96)(0,517=2480,57 кДж/кг топл.
Теплота сгорания рабочей смеси:
Н раб. см.=(Ни((Ни)/(М1((1+?r )(;
Н раб. см.=(43930(2480,57)/(0,505((1+0,07)(=76708,5 кДж/кг топл.
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:(mC[pic])[pic]=(1/М2)((МCО(mC[pic])[pic]+МСО[pic](mC[pic])[pic]+МН[pic](
mC[pic])[pic]+МН[pic]О(mC[pic])[pic]+
+МN[pic]( mC[pic])[pic](;(mC[pic])[pic]=(1/0,5367)((0,0057((22,49+0,0143(tz)+0,0655((39,123+0,
003349(tz)+0,0029(((19,678+0,001758(tz)+0,0699((26,67+0,004438(tz)+0,393((21,951+0,0014
57(tz)(=
=(24,652+0,002076(tz ) кДж/(моль( град(;
Коэффициент использования теплоты ( z определяем по рис.37 [1,с.77]
исходя из скоростного режима двигателя: ( z =0,93 .
Температура в конце видимого периода сгорания:
( z( Н раб. см. + (mC[pic])[pic]( tc=(( (mC[pic])[pic](tz;
0,93(76708,5+21,903(445=1,0587((24,652+0,002076(tz)(tz;;
0,002198 ( tz2+ 26,099( tz –81085,74=0;
tz =((26,099+[pic])/(2(0,002198)= 2556,45 0С;
Tz= tz+273=2556,45+273 =2829,45 K.
Максимальное теоретическое давление в конце процесса сгорания:
рz = pc(((Tz /Tc;
рz =1,31(1,0587(2829,45 /717,85=5,4665 МПа.
Действительное максимальное давление в конце процесса сгорания:
рzд =0,85(рz;
рzд =0,85(5,4665=4,6465 МПа.
Степень повышения давления:
( =рz / рс ;
( =5,4665/1,31=4,173.1.5. Процессы расширения и выпуска
Средний показатель адиабаты расширения k2 определяем по номограмме (см.
рис.29 [1,с.57]) при заданном ( =7,5 для соответствующих значений Tz и ?
, а средний показатель политропы расширения n2 оцениваем по величине
среднего показателя адиабаты k2=1,2511: n2=1,251.
Давление и температура в конце процесса расширения:
pb=pz /? n2 ;
pb=5,7665/7,51,251=0,43957 МПа.
Tb=TZ / ? n2-1;
Tb=2829/7,51,251(1=1706 К.
Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:
[pic];
[pic]=1100 К.
Погрешность составит: ?=100((1100-1040)/1040=5,65 %.1.6. Индикаторные параметры рабочего цикла
Теоретическое среднее индикаторное давление определяем по формуле:
[pic][pic]
[pic] МПа.
Для определения среднего индикаторного давления примем коэффициент
полноты индикаторной диаграммы равным (и=0,96 , тогда: рi =(и(рi’
=0,96(1,0406=1,0 МПа.
Индикаторный к.п.д.:
(i = pi( l0( ( / (Ни( (0 ((v );
(i = (1,0 (14,957(0,96)/(43,93(1,189(0,73) =0,3766.
Индикаторный удельный расход топлива:
gi = 3600/( Ни((i);
gi = 3600/( 43,93(0,3766)= 218 г/(кВт( ч).1.7. Эффективные показатели двигателя
Среднее давление механических потерь для карбюраторного двигателя с
числом цилиндров
до 6 и отношением S/D(1:
pм=0,034+0,0113(Vп;
Предварительно приняв ход поршня S равным 70 мм, получим:
Vп=S(n/3(104
Vп =70(4500/3(104=10,35 м/с.
pм=0,034+0,0113(10,35=0,151 МПа.
Среднее эффективное давление и механический к.п.д.:
pе=pi ( pм ;
pе =1,0(0,151=0,849 МПа.
(м = ре / рi ;
(м =0,849/1,0=0,849.
Эффективный к.п.д. и эффективный удельный расход топлива:
(е=(i((м ;
(е=0,3766(0,849=0,3198.
ge=3600/(Ни((е);
ge=3600/(43,93(0,3198)=256 г/(кВт( ч).1.8. Основные параметры цилиндра и двигателя
а. Литраж двигателя: Vл=30(((Nе/(ре( n)=30(4(44,1/(0,849(4500)=1,3852 л.
б. Рабочий объем цилиндра: Vh=Vл / i =1,3852/4=0,3463 л.
в. Диаметр цилиндра: D=2(103?(Vh/(?(S))=2(103(((0,3463/(3,14(70))=96,8 мм.
Окончательно принимаем: S=70 мм и D=80 мм. Основные параметры и
показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям S и D:
а. Литраж двигателя: Vл=((D2(S(i / (4(106) =3,14(802 (70(4/(4(106)=1,41 л.
б. Площадь поршня: Fп=(D2 / 4=3,14(802/4=5024 мм2 =50,24 см2.
в. Эффективная мощность: Nе=ре(Vл(n/(30(()=0,849(1,41(4500/(30(4)=44,89
кВт.
Расхождение с заданной мощностью: (=100((Nе з(Nе)/ Nе з=100((44,1-
44,89)/44,89=0,017 (.
г. Эффективный крутящий момент:
Ме=(3*104/()((Ne/n)=(3(104/3,14)((44,89/4500)=95,3 Н( м.
д. Часовой расход топлива: Gт=Ne (ge (10(3 =44,89(256(10(3=11,492 кг/ч.
е. Литровая мощность двигателя: Nл=Ne/Vл=44,89/1,41=31,84 кВт/л.1.9. Построение индикаторной диаграммы
Режим двигателя: Ne=44,89 кВт, n=4500 об/мин.
Масштабы диаграммы: хода поршня Ms=0,7 мм в мм, давлений Mp=0,035 МПа в
мм.
Величины, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры
сгорания:
АВ=S/Ms=70/0,7=100 мм;
ОА=АВ / (((1)=100/(7,5(1)=15,38 мм.
Масштабная высота диаграммы (т. Z):
Pz/Мр=5,4665/0,035=156,2 мм.
Ординаты характерных точек:
ра / Мр=0,085/0,035=2,4 мм;
рс / Мр=1,31/0,035=37,4 мм;
рb / Мр=0,4395/0,035=12,6 мм;
рr / Мр=0,118/0,035 =3,4 мм;
ро / Мр=0,1/0,035=2,9 мм.
Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:
а. Политропа сжатия: рх=ра((Vа / Vх )n1. Отсюда рх / Мр=(ра/Мр)((ОВ/ОХ)n1
мм,
где ОВ= ОА+АВ=15,38+100=115,38 мм; n1 1,3575 .
б. Политропа расширения: рх = рb((Vb / Vх)n2. Отсюда рх /
Мр=(pb/Мр)((ОВ/ОХ)n2 мм,
где ОВ=115,38; n2=1,251.
Данные расчета точек политроп приведены в табл.1.1.
Теоретическое среднее индикаторное давление:
рi’=F1(Mp/AB=2950(0,035/100=1,0325 МПа,
где F1=2950 мм2 ( площадь диаграммы aczba на рис.1.1.
Величина рi’ =1,0325 МПа полученная планиметрированием индикаторной
диаграммы очень близка к величине рi’=1,0406 МПа полученной в тепловом
расчете.
Таблица 1.1.| | |ОВ/ОХ |Политропа сжатия |Политропа расширения |
|№ |ОХ, | | | |
|точек|мм | | | |
| | | | | |
|r’ |10° до в.м.т.|10 |0,0195 |0,975 |
|a' |10° после |10 |0,0195 |0,975 |
| |в.м.т. | | | |
|a'' |46° после |134 |1,7684 |88,42 |
| |н.м.т. | | | |
|c' |35° до в.м.т.|35 |0,2245 |11,225 |
|f |30° до в.м.т.|30 |0,1655 |8,275 |
|b' |46° до н.м.т.|134 |1,7684 |88,42 |Положение точки с’’ определяется из выражения:
pc’’ =(1,15…1,25)(pc;
pc’’ =1,25(1,31=1,638 МПа; pc’’/Мp=1,638/0,035=46,8 мм.
Действительное давление сгорания:
pzд=0,85(рz;
pzд=0,85(5,4665=4,6465 МПа.
pzд/МP=4,6465/0,035=132,8 мм.1.10.Тепловой баланс
Общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом:
Qo=Hи(Gт/3,6;
Qo=43930(11,492/3,6=140234 Дж/с.
Теплота, эквивалентная эффективной работе:
Qе=1000(Nе;
Qе=1000(44,89=44890 Дж/с.
Теплота , передаваемая охлаждающей среде:
Qв=c( i (D1+2m (nm((Hи-(Hи)/(((Hи),
где c=0,5 ( коэффициент пропорциональности для четырехтактного двигателя;
m=0,62(показатель степени для четырехтактного двигателя; i = 4 ( число
цилиндров; n=4500 об/мин ( частота вращения коленвала.
Qв=0,5(4(81+2*0,62 (45000,62((43930-2480,54)/(0,96(43930)=38144 Дж/с.
Теплота, унесенная с отработавшими газами:
Qг=(Gт/3,6)((M2((mC[pic])[pic]+8,315(tr-M1(((mC[pic])[pic]+8,315(to(,
где (mC[pic])[pic]=25,176 кДж/(кмоль(град) ( теплоемкость остаточных газов,(mC[pic])[pic]=20,775 кДж/(кмоль( град) ( теплоемкость свежего
заряда (для воздуха) определяем по табл.5,7(1,с.16,18(.
Qг=(11,492/3,6)
((0,5307((25,176+8,315((767(0,505((20,775+8,315((20(=43071,8 Дж/с.
Теплота, потерянная из(за химической неполноты сгорания топлива:
Qн.с.= (Hи(Gт/3,6;
Qн.с.=2480,54(11,492/3,6=7918 Дж/с.
Неучтенные потери теплоты:
Qост.= Q0-( Qе+ Qв+ Qг+ Qн.с).=6210,2
Составляющие теплового баланса представлены в табл.1.3.Таблица 1.3.
|Составляющие теплового |Q, Дж/с |q,% |
|баланса | | |
|Теплота, эквивалентная эффективной |44890 |32 |
|работе | | |
|Теплота, передаваемая охлаждающей |38144 |27,2 |
|среде | | |
|Теплота, унесенная с отработавшими |43071 |30,7 |
|газами | | |
|Теплота, потерянная из-за химической|7918 |5,6 |
|неполноты сгорания топлива | | |
|Неучтенные потери теплоты |6210,2 |4,5 |
|Общее количество теплоты, введенное |140234 |100 |
|в двигатель с топливом | | |2.ВНЕШНЯЯ СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ДВИГАТЕЛЯ [1, с.106(112]Эффективная мощность двигателя определяется по формуле:
Nex=Ne[pic],
где Ne=44,89 кВт ; nN=4500 об/мин.
Эффективный крутящий момент:
Mex=3(104( Nex/(((nx);
Удельный эффективный расход топлива :
gex= geN([pic],
где geN=256 г/(кВт( ч).
Часовой расход топлива:
Gтx= gex( Nex(10-3;
Значение ( принимаем постоянным ((=0,96) на всех скоростных режимах
кроме минимального ((=0,86).
Коэффициент наполнения:
(vx=pex (lo((x(gex/(3600(( k);
Коэффициент приспосабливаемости:
k=Me max/Me N=118,2/95,3=1,24.
K – коэффициент приспособливаемости, служит для оценки
приспособляемости двигателя к изменению внешней нагрузки.
Расчеты произведены для всех скоростных режимов двигателя и представлены
в табл.2.1.Таблица 2.1.
|nx , |Ne , кВт|Me , |ge , |Gt , |(v |( |
|об/мин | |Н* м |г/(кВт*ч|кг/ч | | |
| | | |) | | | |
|1000 |11,70 |111,8 |252 |2,948 |0,8742 |0,86 |
|2700 |33,40 |118,2 |215 |7,181 |0,9174 |0,96 |
|4500 |44,89 |95,3 |256 |11,492 |0,8752 |0,96 |
|5000 |43,82 |83,5 |282 |12,329 |0,8633 |0,96 |По данным табл. 2.1. строим графики зависимости Ne, Me, pe, ge, Gt, (v и
( от частоты вращения коленчатого вала двигателя n (рис.2.1.).3.СРАВНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЕКТИРУЕМОГО
ДВИГАТЕЛЯ И ПРОТОТИПА
Основные параметры проектируемого двигателя и прототипа представлены в
табл.3.1.Таблица 3.1.
|№ |Наименование и размерность |Обознач-ие|Проектируемый|Прототип |
| |показателей |показателя|двигатель |(ЗАЗ-968М) |
|1 |Диаметр цилиндра, мм |D |80 |76 |
|2 |Литраж, л |i*Vh |1,385 |1,197 |
|3 |Число цилиндров |i |4 |4 |
|4 |Степень сжатия |( |7,5 |7,2 |
|5 |Частота вращения коленвала |n |4500 |4400 |
| |(номинальный режим), об/мин | | | |
|6 |Ход поршня, мм |S |70 |66 |
|7 |Максимальная мощность |Ne |44,89 |30,8 |
| |(номинальный режим), кВт | | | |
|8 |Удельный эффективный расход |ge |256 |- |
| |топлива (номинальный режим), | | | |
| |г/(кВт* ч) | | | |
|9 |Максимальный крутящий момент |Me max |118,2 |92,3 |
| |(номинальный режим), Н* м | | | |
|10 |Частота вращения коленвала, |nM |2700 |3000 |
| |соответствующая максимальному| | | |
| |моменту, об/мин | | | |
|11 |Среднее эффективное давление |Pe |0,849 |0,7 |
| |(номинальный режим), МН/м2 | | | |
|12 |Литровая мощность, кВт/л |Ne л |31,84 |25,73 |
|13 |Минимальный удельный |ge min |215 |333 |
| |эффективный расход топлива, | | | |
| |г/(кВт* ч) | | | |При сравнении показателей двигателей видно, что разрабатываемый
двигатель имеет большую мощность и крутящий момент, более высокую частоту
вращения коленчатого вала и более экономичен.4.КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА [1, с.115(173]
4.1.Кинематический расчет двигателяПеремещение поршня рассчитывается по формуле:
Sx =R([pic],
где R(радиус кривошипа (R=35 мм), ( ( отношение радиуса кривошипа к длине
шатуна ((=0,285),
( ( угол поворота коленчатого вала.
Расчет производится через каждые 10° угла поворота коленчатого вала.
Угловая скорость вращения коленчатого вала:
(=((n/30=3,14(4500/30=471 рад/с.
Скорость поршня:
Vп=((R((sin(+[pic]( sin2()=471(0,035( (sin(+[pic]( sin2() м/с.
Ускорение поршня:
j=(2(R((cos(+(( cos2()=4712(0,0,35((cos(+0,285( cos2() м/с2.
Результаты расчетов занесены в табл.4.1.Таблица 4.1.
| |1-й |2-й |3-й |4-й | |
| |T |K |Pк |Rш.ш |KРк |Rк |
|0 |0 |-6,823 |-11,06|11,06|-18,08|18,08|
| | | |2 | |1 | |
|30 | | | | | | |
| | | | | | | |
|60 | | | | | | |
| | | | | | | |
|90 | | | | | | |
| | | | | | | |
|120 | | | | | | |
| | | | | | | |
|150 | | | | | | |
| | | | | | | |
|180 | | | | | | |
| | | | | | | |
|210 | | | | | | |
| | | | | | | |
|240 | | | | | | |
| | | | | | | |
|270 | | | | | | |
| | | | | | | |
|300 | | | | | | |
| | | | | | | |
|330 | | | | | | |
| | | | | | | |
|360 | | | | | | |
| | | | | | | |
|370 | | | | | | |
| | | | | | | |
|390 | | | | | | |
| | | | | | | |
|420 | | | | | | |
| | | | | | | |
|450 | | | | | | |
| | | | | | | |
|480 | | | | | | |
| | | | | | | |
|510 | | | | | | |
| | | | | | | |
|540 | | | | | | |
| | | | | | | |
|570 | | | | | | |
| | | | | | | |
|600 | | | | | | |
| | | | | | | |
|630 | | | | | | |
| | | | | | | |
|660 | | | | | | |
| | | | | | | |
|690 | | | | | | |
| | | | | | | |
|720 | | | | | | |
| | | | | | | |
|0 | | | | | | |
|30 |-3,715 |-4,727 |-8,966|9,83 |-15,98|16,45|
| | | | | |5 | |
|60 |-2,453 |-0,694 |-4,933|5,45 |-11,95|12,05|
| | | | | |2 | |
|90 |1,318 |-0,376 |-4,615|4,75 |-11,63|11,63|
| | | | | |4 | |
|120 |2,506 |-2,435 |-6,674|7,17 |-13,69|13,94|
| | | | | |3 | |
|150 |1,456 |-3,642 |-7,881|7,79 |-14,90|14,85|
| | | | | |0 | |
|180 |0 |-3,936 |-8,175|8,11 |-15,19|15,05|
| | | | | |4 | |
|210 |-1,592 |-3,972 |-8,211|8,30 |-15,23|15,21|
| | | | | |0 | |
|240 |0,000 |-2,832 |-7,071|7,52 |-14,09|14,32|
| | | | | |0 | |
|270 |-2,071 |-0,590 |-4,829|5,18 |-11,84|11,91|
| | | | | |8 | |
|300 |0,956 |-0,271 |-4,510|4,58 |-11,52|11,51|
| | | | | |9 | |
|330 |1,834 |-2,334 |-6,573|6,7 |-13,59|13,85|
| | | | | |2 | |
|360 |0,000 |-0,794 |-5,033|5,03 |-12,05|12,03|
| | | | | |2 | |
|370 |3,655 |16,071 |11,832|0,75 |4,813 |6,03 |
|380 |5,216 |10,901 |6,662 |6,30 |-0,357|5,24 |
|390 |5,314 |6,761 |2,522 |5,85 |-4,497|6,85 |
|420 |4,232 |1,198 |-3,041|4,72 |-10,06|9,89 |
| | | | | |0 | |
|450 |4,985 |-1,421 |-5,660|7,50 |-12,67|13,51|
| | | | | |9 | |
|480 |4,290 |-4,169 |-8,408|9,41 |-15,42|15,97|
| | | | | |7 | |
|510 |2,059 |-5,150 |-9,389|9,50 |-16,40|16,45|
| | | | | |8 | |
|540 |0 |-4,740 |-8,979|8,98 |-15,99|16,03|
| | | | | |8 | |
|570 |-1,644 |-4,113 |-8,352|8,41 |-15,37|15,31|
| | | | | |1 | |
|600 |-2,803 |-2,724 |-6,963|7,45 |-13,98|14,04|
| | | | | |2 | |
|630 |-1,730 |-0,493 |-4,732|5,06 |-11,75|11,81|
| | | | | |1 | |
|660 |1,854 |-0,525 |-4,764|5,17 |-11,78|11,91|
| | | | | |3 | |
|690 |3,427 |-4,360 |-8,599|9,21 |-15,61|15,91|
| | | | | |8 | |
|720 |0 |-7,049 |-11,06|11,06|-18,30|18,08|
| | | |2 | |7 | |По развернутой диаграмме Rш.ш определяем:
Rш.ш ср=F(Мр/ОВ=17500(0,1/240=8,125 кН,
где ОВ(длина диаграммы, F(площадь под кривой Rш.ш , мм.
Rш.ш max=11,0,6 кН Rш.ш min=0,45 кН.;
По полярной диаграмме строим диаграмму износа шатунной шейки (рис.
4,12). Сумму сил Rш.ш ,действующих по каждому лучу диаграммы износа,
определяем с помощью табл.4.5.. По данным табл.4.5. в масштабе Мр=25 кН в
мм по каждому лучу откладываем величины суммарных сил ( Rш.ш от
окружности к центру.
По диаграмме износа определяем положение оси масляного отверстия
((м=67°).Таблица 4.5.
|Rшшi |Значения Rшшi, кН, для лучей |
|1 |Теоретическое среднее |Рi’ |0,9958 |1,041 |
| |индикаторное давление, МПа | | | |
|2 |Среднее индикаторное |Рi |0,956 |1 |
| |давление, МПа | | | |
|3 |Индикторный КПД |(i |0,3317 |0,351 |
|4 |Удельный индикаторный |gi |242,6 |218 |
| |расход топлива, г/(кВт*ч) | | | |
|5 |Среднее эффективное |Pe |0,809 |0,849 |
| |давление | | | |
|6 |Эффективный КПД |(е |0,286 |0,32 |
|7 |Механический КПД |(м |0,847 |0,849 |
|8 |Удельный эффеrтивный расход|gе |286,595 |256 |
| |топлива, г/(кВт*ч) | | | |
|9 |Литраж, л |i*Vh |1,81 |1,385 |
|10 |Мощность двигателя, кВт |Ne |56,142 |44,89 |
|11 |Крутящий момент при |Me |116,548 |95,3 |
| |максимальной мощности, Н*м | | | |
|12 |Давление механических |Рм |0,147 |0,151 |
| |потерь | | | |
|13 |Диаметр цилиндра, мм |D |80 |80 |
|14 |Ход поршня, мм |S |90 |70 |6. Уравновешивание двигателя
Силы и моменты, действующие в КШМ непрерывно изменяются и если их не
уравновешивать, то возникают сотрясения и вибрация двигателя.
Уравновешивание сил инерции 1-го и 2-го порядка достигается подбором
определенного числа цилиндров, их расположением и выбором соответствующей
схемы коленчатого вала. В двигателе силы инерции (Pj () первого порядка и
центробежные силы (РС) взаимно уравновешаны:
( Pj (=0, (РС=0.
Силы инерции второго порядка приводятся к равнодействующей в
вертикальной плоскости:
( Pj ((=2(2mi(R((2
(((cos2(=2(2(0,709(0,035(4712(0,285(cos2(=4437,58(cos2(
Значения ( Pj (( приведены в таблице 6.1.
Порядок работы цилиндров: 1-3-4-2.Таблица 6.1.
(0 |0 |30 |60 |90 |120 |150 |180 |210 |240 |270 |300 |330 |360 | |Pj ((
|4437 |2219 |-2219 |-4437 |-2219 |2219 |4437 |2219 |-2219 |-4437 |-2219
|2219 |4437 | |
V-образный 4-х цилиндровый двигатель имеет неуравновешанный момент от
сил инер-ции 1-го порядка, для уравновешивания которого предусмотрен
балансирный механизм и уравновешивающие массы. Равнодействующий момент от
сил 1-го порядка действует в горизонтальной плоскости В-В (рис.6.1.),
проходящей через ось коленчатого вала.
Мi 1=(2(mi(R((2 (cos((a=0,0031(cos(
Задаваясь из конструктивных соображений величинами ( и l определяем
mур:
mур= Мi 1/((l)=0,33 кг.
Момент от сил инерции 2-го порядка действуют в горизонтальной
плоскости и в следствии его незначительности не учитывается.
Мi 2=(2(mi(R((2 (cos((b
Момент от центробежных сил действует во вращающейся плоскости,
отстоящей от плоскости 1-го кривошипа на 450.
Мс=(2(mR(R((2 ( a.
Момент Мс легко уравновесить при помощи противовесов с массой каждого
противовеса mz , расположенных на продолжении щек коленчатого вала.
mz= (2(mR(R((2 ( a/((с)=1,59 кг.
а- расстояние между центрами шатунных шеек,
b- расстояние между центрами тяжести противовесов,
(- расстояние центра тяжести противовеса до оси коленчатого вала.7. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ [1, с.197(222, 245(261]
7.1. Расчет поршня
На основании данных теплового расчета, скоростной характеристики и
динамического расчета получили:
диаметр цилиндра D=80 мм;
ход поршня: S=70 мм;
действительное максимальное давление сгорания: pZд=4,647 МПа;
площадь поршня: Fп=50,24 см2;
наибольшая нормальная сила: Nmax=0,0015 МН при (=4500
масса поршневой группы: mп=0,5024 кг;
частота вращения: nmax =4500 об/мин;
отношение радиуса кривошипа к длине шатуна: (=0,285.
В соответствии с существующими аналогичными двигателями и с учетом
соотношений, приведенных в табл.50 (1,с.206(, принимаем:
толщина днища поршня: (=6 мм;
высота поршня: H=84 мм;
высота юбки поршня: hю=52 мм;
высота верхней части поршня h1=32 мм;
внутренний диаметр поршня: di=60,4 мм;
диаметр бобышки: dб=32 мм;
расстояние между торцами бобышек: b=32 мм;
расстояние до первой поршневой канавки: e=8 мм;
радиальная толщина кольца: tК= tМ=3 мм;
радиальный зазор кольца в канавке поршня: (t=0,8 мм;
толщина стенки головки поршня: s=6 мм;
толщина стенки юбки поршня: (ю=3 мм;
величина верхней кольцевой перемычки: hп=4 мм;
число и диаметр масляных каналов в поршне: nm’=10 и dm=1 мм.
Схема поршня представлена на рис.7.1.
Материал поршня ( алюминиевый сплав, (п=22(10-6 1/К; материал гильзы
цилиндра ( чугун, (ц=11(10(6 1/К.
Напряжение изгиба в днище поршня: (из=pZд((r1/()2,
где r1=D/2((s+t+(t)=80/2((6+3+0,8)=30,2 мм.
(из=4,647((30,2/6)2=117,73 МПа.
Днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости, т.к. (из(25 Мпа.
Напряжение сжатия в сечении x(x :
(сж=PZд/Fx(x,
где Pzд=pZд(Fп=4,647(0,005024=0,0233 МН;
(сж=0,0233/0,00119=19,56 МПа .
Fx(x=((/4)((dk2(di2)(nm’(( dk(di )(dm/2;
Fx(x=((3,14/4)((72,42(60,42)(10(6))(10-6=0,00119 м2.
dk=D(2((t+(t);
dk=80(2((3+0,8)=72,4 мм.
Напряжение разрыва в сечении x(x:
максимальная угловая скорость холостого хода: (х.х max=((n х.х max/30;
(х.х max=3,14(5300/30=555 рад/с.
масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения x(x:
mx(x=0,5(mп;
mx(x=0,5(0,5024=0,2512 кг.
максимальная разрывающая сила: Pj=mx(x(R((2х.х max ((1+()(10(6;
Pj=0,2512(0,035(5552((1+0,285)10-6 =0,00348 МН.
напряжение разрыва: (р=Pj/Fx(x;
(р=0,00348/0,00119=2,924 МПа.
Напряжение в верхней кольцевой перемычке:
среза: (=0,0314(pZд(D/hп; (=0,0314(4,647(80/3=3,89 МПа.
изгиба: (из=0,0045(pZд((D/hп)2; (из=0,0045(4,647((80/3)2=14,87 МПа.
сложное: ((=(((из2+4((2); ((=((14,872+4(3,892)=16,78 МПа.
Удельное давление поршня на стенку цилиндра:
q1=Nmax/(hю(D); q1=0,293(0,005024/(0,056(0,080)=0,32 МПа.
q2=Nmax/(H(D); q2=0,293(0,005024/(0,084(0,080)=0,22 МПа.
Диаметры головки и юбки поршня:
Dг=D((г; Dг=80(0,56=79,44 мм.
Dю=D((ю; Dю=80(0,16=79,84 мм.
где (г=0,007(D=0,007(80=0,56 мм; (ю=0,002(D; (ю=0,002(80=0,16 мм.
Диаметральные зазоры в горячем состоянии:
(г’=D(1+(ц((Тц(Т0)((Dг(1+(п((Тг(Т0)(;
(г’=80((1+11(10(6((450(293)((79,44((1+22(10(6((650(293)(=0,074 мм;
(ю’=D(1+(ц((Тц(Т0)((Dю(1+(п((Тю(Т0)(;
(ю’=80((1+11(10(6((450(293)((79,84((1+22(10-6((550(293)(=0,02 мм,
где Тц=450 К, Тг=650 К, Тю=550 К приняты с учетом воздушного охлаждения
двигателя [1,с.203];
(ц =11(10(6 1/К и (п=22(10(61/К (коэффициенты линейного расширения
материалов цилиндра и поршня.7.2. Расчет поршневого кольца
Параметры кольца (1,с.206(:
радиальная толщина кольца: t=3 мм;
радиальный зазор кольца в канавке поршня: (t=0,8 мм;
высота кольца: а=3 мм;
разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и в рабочем
состоянии:
А0=10 мм.
материал кольца: серый чугун, Е=1,0(105 МПа.
Среднее давление кольца на стенку цилиндра:
[pic];
[pic] МПа.
Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности: p=pср((к.
Значения (к для различных углов ( приведены на с.213 [1].
Результаты расчетов р представлены в табл.7.1. По данным табл.7.1.
строим эпюру давлений компрессионного кольца на стенку цилиндра (рис.7.2.).
Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии:
(из1=2,61(рср((D/t(1)2;
(из1=2,61(0,112((80/3(1)2=192,6 МПа.
Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень:(из2=[pic],
где m=1,57 ( коэффициент, зависящий от способа монтажа кольца.Таблица 7.1.
(° |0 |30 |60 |90 |120 |150 |180 | |(к |1,05 |1,05 |1,14 |0,90 |0,45 |0,67
|2,85 | |р , МПа |0,118 |0,118 |0,128 |0,101 |0,05 |0,075 |0,319 | |(из2=[pic] МПа.
Монтажный зазор в замке поршневого кольца: (к=(к’+(D[(к (Тк(Т0)( (ц
(Тц(Т0)],
где (к’=0,08 мм (минимально допустимый зазор в замке кольца во время работы
двигателя;
(к =11(10(6 1/К и (ц=11(10-6 1/К ( коэффициенты линейного расширения
материала кольца и гильзы цилиндра; Тц=450 К, Тк=550 К и Т0=293 К.
(к=0,07+3,14(80([11(10-6((550(293)(11(10-6((450(293)]=0,356 мм.7.3. Расчет поршневого пальца
Параметры поршневого пальца принимаем по табл.50 [1,c.206]:
наружный диаметр пальца: dп=20 мм;
внутренний диаметр пальца: dв=14 мм;
длина пальца: lп=66 мм;
длина втулки шатуна: lш=30 мм;
расстояние между торцами бобышек: b=32 мм;
материал поршневого пальца: сталь 15Х, Е=2(105 МПа.
Палец плавающего типа.
Действительное максимальное давление: pz max=pZд=4,647 МПа .
Расчетная сила, действующая на поршневой палец:
газовая: Pz max=pz max(Fп; Pz max=4,647(0,005024=0,0233 МН.
инерционная: Pj=(mп((2(R((1+()(10-6, где ( =((n м/30=3,14(2700/30=282,6
рад/с;
Pj=(0,5024(282,62(0,035((1+0,285)=(0,001805 МН.
расчетная: P=Pz max+k(Pj, где k=0,8 ( коэффициент, учитывающий массу
поршневого пальца.
P=0,0233(0,8(0,001805=0,0219 МН.
Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна:
qш=P/(dп(lш);
qш=0,0219/(0,02(0,03)=36,5 МПа.
Удельное давление пальца на бобышки: qб=P/[dп(lп-b)];
qб=0,0219/[0,02((0,066(0,032)]=32,21 МПа.
Напряжение изгиба в среднем сечении пальца: (из=[pic],
где (=dв/dп=14/20=0,7 – отношение внутреннего диаметра кольца к
наружному.
(из=[pic] МПа.
Касательное напряжение среза в сечениях между бобышками и головкой
шатуна:
(=[pic];
(=[pic] МПа.
Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации:
(dп max=[pic];
(dп max=[pic]0,0297 мм.
Напряжение овализации на внешней поверхности пальца:
в горизонтальной плоскости (рис.7.3. точки 1, (=0°):
(а 0°=[pic];
(а 0°[pic][pic]115,45 МПа;
в вертикальной плоскости (рис.7.3. точки 3, (=90°):
(а 90°[pic];
(а 90°[pic][pic](199,78 МПа.
Напряжение овализации на внутренней поверхности пальца:
в горизонтальной плоскости (рис.7.3. точки 2, (=0°):
(i 0°[pic];
(i 0° [pic][pic](291,14 МПа.
в вертикальной плоскости (рис.7.3. точки 4, (=90°):
(i 90°=[pic];
(i 90°[pic][pic]166,18 МПа.
Расчетная схема поршневого пальца приведена на рис. 7.3.7.4. Расчет коленчатого вала
На основании данных динамического расчета имеем:
центробежная сила инерции вращающихся масс: KR=(11,258 кН;
вал с симметричными коленами и с противовесами, расположенными на концах
вала;
радиус кривошипа: R=35 мм.
С учетом соотношений, приведенных в табл.56 [1,с.247], и анализа
существующих двигателей, принимаем следующие основные размеры колена вала:
шатунная шейка:
наружный диаметр: dш.ш=48 мм;
длина: lш.ш=37 мм;
коренная шейка:
наружный диаметр: dк.ш=50 мм;
длина: lк.ш=37 мм;
расчетное сечение А(А щеки:
ширина: b=80 мм;
толщина: h=20 мм.
Материал вала: сталь 40Г.
Расчетная схема коленчатого вала представлена на рис. 7.4.
По табл.45 [1,с.200] и соотношениям, приведенным в §43 [1,с.197(204],
определяем:
пределы прочности: (в=700 МПа и текучести (условные) (т=360 МПа и (Т=210
МПа;
пределы усталости (выносливости) при изгибе ((1=250 МПа, растяжении(сжатии
((1р=180 МПа и кручении (-1=150 МПа;
коэффициенты приведения цикла при изгибе ((=0,16 и кручении ((=0,04.
По формулам (213)((215) [1,с.198] определяем:
при изгибе: ((=(-1/(Т=250/360=0,69 и (((-
(()/(1((()=(0,69(0,16)/(1(0,69)=1,71;
при кручении: ((=(-1/(Т=150/210=0,71 и (((-
(()/(1((()=(0,71(0,04)/(1(0,71)=2,31;
при растяжении-сжатии: ((=(-1р/(Т=180/360=0,5 и (((-
(()/(1((()=(0,5(0,16)/(1(0,5)=0,68.
Удельное давление на поверхности:
шатунных шеек:
kш.ш.ср=Rш.ш.ср/(dш.ш(l’ш.ш);
kш.ш.ср=8125(10(6/(0,031(0,048)=5,46 МПа.
kш.ш.max=Rш.ш.max/(dш.ш(l’ш.ш);
kш.ш.max=11060(10(6/(0,031(0,048)=7,43 МПа.
где Rш.ш.ср=8125 Н и Rш.ш.max=11060 Н ( средняя и максимальная
нагрузка на шатунную шейку;
l’ш.ш.(l ш.ш.(2rгал=37(2(3=31 мм(рабочая ширина шатунного вкладыша; rгал =3
мм(радиус галтели.
Момент сопротивления кручению шатунной шейки: W( ш.ш=((/16)(dш.ш;
W( ш.ш=(3,14/16)(483(10(9=21,7(10-6 м3.
Моменты, изгибающие шатунную шейку (табл.7.2.):
MT=T’1(l/2=((0,5(T1)((2lш.ш+lк.ш+3(h)/2
Изгибающий момент, действующий на шатунную шейку в плоскости кривошипа:
МZ=Z’((l/2+Рпр (а Н( м;
Z’(=K’pк +Р’пр=(-0,5(Kpк)(Рпр
Для упрощения расчета Рпр не учитываем.
МZ=K’p(l/2 Н( м;
Изгибающий момент, действующий в плоскости оси масляного отверстия:
М(м=MT(sin(м(М((cos(м , где (м=67 °.Таблица 7.2.
(° |T1', Н |MT, Н* м |MT(sin(m |Kpк', Н |Z(', Н |MZ, Н* м |MZ(cos(m
|M(m, Н* м | |0 |0 |0 |0 |9040,4 |9040,4 |863,4 |337,3 |-337,3 | |30 |-
1858 |-177,4 |-163,3 |7992,7 |7992,7 |763,3 |298,2 |-461,5 | |60 |-1227 |-
117,1 |-107,8 |5976,1 |5976,1 |570,7 |223,0 |-330,8 | |90 |658,8 |62,9
|57,9 |5816,8 |5816,8 |555,5 |217,1 |-159,1 | |120 |1252,9 |119,7 |110,1
|6846,4 |6846,4 |653,8 |255,5 |-145,3 | |150 |727,97 |69,5 |64,0 |7449,9
|7449,9 |711,5 |278,0 |-214,0 | |180 |0 |0 |0 |7597,0 |7597,0 |725,5 |283,5
|-283,5 | |210 |-796 |-76,0 |-70,0 |7614,8 |7614,8 |727,2 |284,1 |-354,1 |
|240 |-1457 |-139,2 |-128,1 |7045,0 |7045,0 |672,8 |262,9 |-391,0 | |270 |-
1036 |-98,9 |-91,0 |5924,2 |5924,2 |565,8 |221,1 |-312,1 | |300 |478,24
|45,7 |42,0 |5764,3 |5764,3 |550,5 |215,1 |-173,1 | |330 |917,1 |87,6 |80,6
|6796,0 |6796,0 |649,0 |253,6 |-173,0 | |360 |0 |0 |0 |6026,0 |6026,0
|575,5 |224,9 |-224,9 | |390 |2656,7 |253,7 |233,5 |2248,4 |2248,4 |214,7
|83,9 |149,6 | |420 |2115,9 |202,1 |186,0 |5030,2 |5030,2 |480,4 |187,7 |-
1,7 | |450 |2492,6 |238,0 |219,1 |6339,4 |6339,4 |605,4 |236,6 |-17,4 |
|480 |2145,1 |204,9 |188,6 |7713,3 |7713,3 |736,6 |287,8 |-99,2 | |510
|1029,4 |98,3 |90,5 |8203,9 |8203,9 |783,5 |306,1 |-215,6 | |540 |0 |0 |0
|7999,0 |7999,0 |763,9 |298,5 |-298,5 | |570 |-822,1 |-78,5 |-72,3 |7685,5
|7685,5 |734,0 |286,8 |-359,1 | |600 |-1402 |-133,9 |-123,2 |6990,8 |6990,8
|667,6 |260,9 |-384,1 | |630 |-864,8 |-82,6 |-76,0 |5875,5 |5875,5 |561,1
|219,2 |-295,3 | |660 |927,2 |88,5 |81,5 |5891,4 |5891,4 |562,6 |219,8 |-
138,3 | |690 |1713,3 |163,6 |150,6 |7809,2 |7809,2 |745,8 |291,4 |-140,8 |
|720 |0 |0 |0 |9153,4 |9153,4 |874,1 |341,6 |-341,6 | |
Максимальное и минимальное нормальные напряжения асимметричного цикла
шатунной шейки:
(max= М( max/W( ш.ш=149,6(10-6/0,00001085=13,73 МПа;
(min= М( min/W( ш.ш=(461,5(10-6/0,00001085=(42,53 МПа,
где W( ш.ш=0,5(W( ш.ш=0,5(21,7(10-6=10,85(10-6 м3.
Среднее напряжение и амплитуда напряжений:
(m=((max+(min)/2=(13,73-42,53)/2=(28,8 МПа;
((=((max ((min)/2= (13,73+42,53)/2=28,13 МПа;
((к=(а(k(/((м(((п()=28,13(1,8/(0,76(1,2)=55,52 МПа,
где k(=1+q((к((1)=1+0,4((3-1)=1,8 (коэффициент концентрации напряжений;
q=0,4(коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений
принимаем по данным §43[1,с.197(204]; (к(=3 ( теоретический коэффициент
концентрации напряжений принимаем по табл.47 [1,с.201]; (м(=0,76 (
масштабный коэффициент определяем по табл.48 [1,с.203] при dш.ш=65 мм;
(п(=1,2 ( коэффициент поверхностной чувствительности определяем по табл.49
[1,с.203] с учетом закалки шатунных шеек токами высокой частоты на
глубину2(3 мм.
Запас прочности шатунной от нормальных напряжений шейки определяем по
пределу усталости (при (m<0): n(=(-1/(((к+((((m);
n(=250/(55,52+0,16(((28,8))=4,91.
Общий запас прочности шатунной шейки: nш.ш= n((n(/(( n(2+n(2),
где n( ( запас прочности шатунной шейки от касательных напряжений
(вследствие отсутствия расчета n( принимаем n(=3,87)
nш.ш=4,91(3,87/((4,912+3,872)=3,04.8. Расчет элементов системы охлаждения
Охлаждение двигателя применяется в целях принудительного отвода тепла
от нагретых деталей для обеспечения оптимального теплового состояния
двигателя и его нормальной работы.
При воздушном охлаждении тепло от стенок цилиндров и головок двигателя
отводится обдувающим их воздухом. Интенсивность воздушного охлаждения
зависит от количества и температуры охлаждающего воздуха, его скорости,
размеров поверхности охлаждения и расположения ребер относительно потока
воздуха .
Количество тепла (Дж/с), отводимого от двигателя системой воздушного
охлаждения, определяется из уравнения: Qвозд=Твозд(Свозд(( Твозд вых- Твозд
вх)
В расчетах принимают, что от стенок цилиндров отводится 25-40( общего
количества тепла Qвозд , остальная часть – от головок двигателя.
Количество охлаждающего воздуха, подаваемого вентилятором, определяется
исходя из общей величины отводимого от двигателя тепла Qвозд:
Твозд= Qвозд/( Свозд(( ( Твозд вых- Твозд вх))
Твозд=48617,47/(1000((363-293))=69,45 кг/с
Поверхность охлаждения ребер цилиндра:
Fцил=Qцил/((Кв((Тцил о-Тцил вх))
Qцил – количество тепла, отводимого воздухом от цилиндра двигателя
(Дж/с)
КВ – коэффициент теплоотдачи поверхности цилиндра ,
Тцил о – средняя температура у основания ребер цилиндра
КВ=1,37(1+0,0075Тср)((в/0,278)0,73
Тср – среднее арифметическое температур ребра и обдувающего воздуха,
(в – скорость воздуха в межреберном пространстве, при D=75-125 мм,
(в=20-50 м/с.
Поверхность охлаждения ребер головки цилиндров:
Fгол=Qгол/(КВ(Тцил гол — Тцил вх)
Qгол – количество тепла, отводимого воздухом от головки цилиндров,
Тцил гол – средняя температура у основания ребер головки.Заключение
В результате проделанной работы были рассчитаны индикаторные параметры
рабочего цикла двигателя, по результатам расчетов была построена
индикаторная диаграмма тепловых характеристик.
Расчеты динамических показателей дали размеры поршня, в частности его
диаметр и ход, радиус кривошипа, были построены графики составляющих сил, а
также график суммарных набегающих тангенциальных сил и суммарных набегающих
крутящих моментов.Список литературы
1. КОЛЧИН А. И. ДЕМИДОВ В. П. РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЬНЫХ И ТРАКТОРНЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ. М.: Высшая школа, 1980г.;
2. АРХАНГЕЛЬСКИЙ В. М. и другие. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ. М.:
Машиностроение, 1967г.;
3. Автомобили ЗАЗ-968М. Руководство по эксплуатации.