close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Двигатель ВАЗ-2101

код для вставкиСкачать
Aвтор: Вагин Роман Сергеевич 2009г., Рубцовский индустриальный институт (филиал) ГОУ ВПО Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова, кафедра "НТС", преп. Маршалов Э.С., "отл"
 Содержание
Введение
Теловой расчет двигателя
Тепловой баланс двигателя
Расчет внешней скоростной характеристики двигателя
Кинематический расчет двигателя
Динамический расчет двигателя
Расчет корпуса двигателя
Заключение
Список литературы
Введение
В данном курсовом проекте приведен расчет четырехтактного рядного карбюраторного двигателя. Прогресс в автомобильной промышленности, дальнейшее увеличение грузооборота автомобильного транспорта предусматривает не только количественный рост автопарка, но и качественный рост существующих автомобилей, в том числе и двигателей.
Современные тенденции в двигателестроении требуют от специалистов всех уровней, занятых в данной отрасли, глубоких знаний в проектировании и расчете двигателей внутреннего сгорания.
1. Тепловой расчет двигателя
Эффективная мощность карбюраторного двигателя Ne=47,1кВт при частоте n=5600об/мин. Двигатели четырехцилиндровые, i=4 с рядным расположением. Степень сжатия ε=8,5.
Для проведения теплового расчета выбираю следующие режимы:
Режим минимальной частоты вращения nmin=1000об/мин;
Режим максимального крутящего момента при nM=3200об/мин;
Режим максимальной (номинальной) мощности при nN=5600об/мин;
Режим максимальной скорости движения автомобиля при nmax=6000об/мин.
Топливо. В соответствии с заданными степенями сжатия можно использовать бензин марки Премиум-95. Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина С=0,855;
Н=0,145;
mт=115 кг/кмоль.
Низшая теплота сгорания топлива
H_и=33,91C+125,60H-10,89(O-S)-2,51(9H+W)==33,91∙0,855+125,6∙0,145-2,51∙9∙0,145=
=43,93 МДж/кг=43930 кДж/кг
Параметры рабочего тела. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:
L_0=1/0,208 (C/12+H/4-O/32)=1/0,208 (0,855/12+0,145/4)=0,516 (кмоль возд.)/(кг топл.)
l_0=1/0,23 (8/3 C+8H-O)=1/0,23 (8/3 0,855+8∙0,145)=14,957 (кг возд.)/(кг топл.)
Определяю значение коэффициента избытка воздуха. На основных режимах принимаю α=0,96; а на режиме минимальной частоты вращения α=0,86. Далее привожу численные расчеты только для режима максимальной мощности. Для остальных режимов окончательные значения привожу в табличной форме. Количество горючей смеси:
M_1=αL_0+1/m=0,96∙0,516+1/115=0,5041 (кмоль гор.см.)/(кг топл.)
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К=0,5 и принятых скоростных режимах:
M_(〖CO〗_2 )=C/12-2 (1-α)/(1-K) 0,208L_0=0,855/12-2 (1-0,96)/(1+0,5) 0,208∙0,516=
=0,0655 (кмоль 〖СО〗_2)/(кг топл.);
M_CO=2 (1-α)/(1-K) 0,208L_0=2 (1-0,96)/(1+0,5) 0,208∙0,516=0,0057 (кмоль СО)/(кг топл.);
M_(H_2 O)=H/2-2 (1-α)/(1-K) 0,208L_0=0,145/2-2 (1-0,96)/(1+0,5) 0,208∙0,516=
=0,0696 (кмоль Н_2 О)/(кг топл.);
M_(H_2 )=2K (1-α)/(1-K) 0,208L_0=2∙0,5 (1-0,96)/(1+0,5) 0,208∙0,516=0,0029 (кмоль H_2)/(кг топл.);
M_(N_2 )=0,792αL_0=0.792∙0,96∙0,516=0,3923 (кмоль N_2)/(кг топл.);
Общее количество продуктов сгорания:
M_2=M_(〖CO〗_2 )+M_CO+M_(H_2 O)+M_(H_2 )+M_(N_2 )=
=0,0655+0,0057+0,0696+0,0029+0,3923=0,5360 (кмоль пр.см.)/(кг топл.);
Таблица 1.
Рабочее телоПараметрыКарбюраторный двигательN1000320056006000Α0,860,960,960,96M_10,45250,50410,50410,5041M_(〖CO〗_2 )0,05120,06550,06550,0655M_CO0,02000,00570,00570,0057M_(H_2 O)0,06250,06960,06960,0696M_(H_2 )0,01000,00290,00290,0029M_(N_2 )0,35120,39230,39230,3923M_20,49520,53600,53600,5360 Параметры окружающей среды и остаточные газы. Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без надува p_k=p_0=0,1МПа;
T_k=T_0=239К;
По справочным данным определяю, что температура остаточных данных на номинальном режиме равна:
T_r=1060К
Давление остаточных газов на номинальном режиме равна:
p_rN=1,18p_0=1,18∙0,1=0,118МПа;
Тогда величины давления на остальных режимах работы двигателя равны:
p_r=p_0 (1,035+A_p∙〖10〗^(-8) n^2 ),
где A_p=((p_rN-〖1,035p〗_0)∙〖10〗^8)/(n_N^2∙p_0 )=((0,118-0,1∙1,035)∙〖10〗^8)/(〖5600〗^2∙0,1)=0,4624,
Процесс впуска. Температура подогрева свежего заряда. С целью получения заряда хорошего наполнения двигателя на номинальном скоростной режиме, принимается ΔТN=80С. Определяем значение ΔТ для остальных режимов:
∆T=A_T (110-0,0125n),
где A_T=∆T/(110-0,0125n_N )=8/(110-0,0125∙5600)=0,2
Плотность заряда на выпуске
p_0=(p_0∙〖10〗^6)/(R_В T_0 )=(0,1∙〖10〗^6)/(287∙293)=1,189кг/м^3
Потери давления на впуске. В соответствии со скоростными режимами и при учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем можно принять β^2+ξ_вп=2,8
ω_вп=95м/с
Тогда ∆P_a на всех скоростных режимах двигателей рассчитывается по формуле:
∆P_a=((β^2+ξ_вп)A_n^2 n^2 p_к 〖10〗^(-6))/2=(2,8∙〖0,01696〗^2∙〖5600〗^2∙1,189∙〖10〗^(-6))/2=0,0150МПа, где A_n=ω_вп/n_N =95/5600=0,01696
Давление в конце впуска:
P_a=P_0-〖∆P〗_a=0,1-0,0150=0,0850МПа
Коэффициент остаточных газов. При определении γ_r для карбюраторного двигателя без надува принимается коэффициент очистки φ_оч=1, а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме - φ_доз=1,10, что вполне возможно получить при подборе угла опаздывания закрытия впускного клапана в пределах 30-60°. При этом на номинальном скоростном режиме возможен обратный выброс в пределах 5%, т.е. φ_доз=0,95. На остальных скоростных режимах значение φ_доз можно получить, приняв линейную зависимость φ_доз от скоростного режима.
Тогда при nN=5600 мин -1
γ_r=(T_0+∆T)/T_r ∙ (φ_оч P_r)/(ε∙φ_доз∙p_a-φ_оч p_r )=(293+8)/1060∙0,118/(8,5∙1,1∙0,085-0,0118)=0,0495 Температура в конце впуска:
T_a=((T_0+∆T+γ_r T_r))/(1+γ_r )=(293+8+0,0495∙1060)/(1+0,0495)=337К
Коэффициент наполнения:
η_v=T_0/(T_0+∆T)∙1/(ε-1)∙1/ρ_0 (φ_доз εp_a-φ_оч ρ_r )=
= 293/(293+8)∙1/(8,5-1)∙1/0,1 (1,1∙8,5∙0,085-1∙0,0118)=0,8784
Таблица 2. Процесс впуска и газообменаПараметрыКарбюраторный двигательn1000320056006000∝0,860,960,960,96Tr900100010601070pr0,10400,10820,11800,1201∆T19,514,08,07,0〖∆p〗_a0,00050,00490,01500,0172p_a0,09950,09510,08500,0828φ_доз0,9501,0251,1001,100γ_r0,05160,04610,04950,0509Ta341338337337η_v0,87440,91670,87840,8609 Процесс сжатия. Средний показатель адиабаты сжатия при nN=5600 мин -1, Та=337К и ε=8,5 по номограмме равен k1=1,3772. Средний показатель политропы принимаю n1=1,377
Давление в конце сжатия:
P_c=P_a ε^(n_1 )=0,085∙〖8,5〗^1,377=1,6184МПа
Температура в конце сжатия:
T_c=T_a ε^(n_1-1)=337∙〖8,5〗^(1,377-1)=755К
Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:
а) свежей смеси
〖(〖mc〗_v)〗_(t_0)^(t_c )=20,6+2,638∙〖10〗^(-3) t_c=20,6+2,638∙〖10〗^(-3)∙482==21,872 кДж/(кмоль∙град)
б) остаточных газов (определяется методом интерполяции). При n_N=5600〖мин〗^(-1), α=0,96 и t_c=482℃, и в соответствии с табличными данными получаем:
〖(〖mc''〗_v)〗_(t_0)^400=23,586+(23,271-23,586)∙0,01/0,05=23,611 кДж/(кмоль∙град)
〖(〖mc''〗_v)〗_(t_0)^500=24,014+(24,150-24,014)∙0,01/0,05=24,041 кДж/(кмоль∙град)
Исходя из этого теплоемкость продуктов сгорания при t_c=482℃ и α=0,96 равна:
〖(〖mc''〗_v)〗_(t_0)^(t_c )=23,611+(24,041-26,611)∙82/100=24,041 кДж/(кмоль∙град)
в) рабочей смеси:
(〖〖mc^'〗_v)〗_(t_0)^(t_c )=1/(1+γ_r ) [(〖〖mc〗_v)〗_(t_0)^(t_c )+γ_r (〖〖mc^''〗_v)〗_(t_0)^(t_c ) ]=
=1/(1+0,0495) [21,872+0,0495∙23,964]=21,971 кДж/(кмоль∙град)
Таблица 3.
Процесс сжатияПараметрыКарбюраторный двигательn1000320056006000k11,37681,37741,37751,3775n11,3701,3761,3771,377pc1,86661,80721,61841,5765Tc753756755755tc480483482482〖(〖mc〗_v)〗_(t_0)^(t_c )21,86621,87421,87221,872(〖〖mc^'〗_v)〗_(t_0)^(t_c )23,65823,96823,96423,964〖(〖mc''〗_v)〗_(t_0)^(t_c )21,95421,96621,97121,973 Процесс сгорания. Коэффициент молекулярного изменения горючей и рабочей смеси:
μ_0=M_2/M_1 =0,5360/0,5041=1,0633
μ=(μ_0+γ_r)/(1+γ_r )=(1,0633+0,0495)/(1+0,0495)=1,0603
Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания, и теплота сгорания рабочей смеси:
〖∆H〗_u=119950(1-α) L_0=119950(1-0,96)∙0,516=2476 кДж/кг
H_(раб.см.)=(H_u-〖∆H〗_u)/(M_1 (1+γ_r))=(43930-2476)/(0,5041(1+0,0495))=78355 кДж/(кмоль раб.см.)
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания определяем по эмпирическим формулам для интервала температур от 1501 до 2000 0С
(〖〖mc^''〗_v)〗_(t_0)^(t_z )=1/M_2 ∙〖[M〗_(〖CO〗_2 ) (〖mc^''〗_(V 〖CO〗_2 ) )_(t_0)^(t_z )+M_CO (〖mc^''〗_(V CO) )_(t_0)^(t_z )+M_(H_2 O) (〖mc^''〗_(V H_2 O) )_(t_0)^(t_z )+M_(H_2 ) (〖mc^''〗_(V H_2 ) )_(t_0)^(t_z )+M_(N_2 ) (〖mc^''〗_(V N_2 ) )_(t_0)^(t_z ) ]=
=1/0,536[0,0655(39,123+0,003349t_z )+0,0057(22,49+0,00143t_z )+
+0,0696(26,67+0,004438t_z )+0,0029(19,678+0,001758t_z )+
+0,3923(21,951+0,001457t_z)]=24,656+0,002077 кДж/(кмоль∙град)
Коэффициент использования теплоты ξ_z зависит от совершенствования организации процессов смесеобразования и сгорания топлива. Выбираем его по табличным данным и принимаем ξ_z=0,91.
Температура в конце видимого процесса сгорания:
ξ_z H_(раб.см)+(〖〖mc^'〗_v)〗_(t_0)^(t_c ) t_c=μ(〖mc^''〗_v )_(t_0)^(t_z ) t_z=
=0,91∙78355+21,971∙482=1,0603(24,656+0,002077t_z)t_z
0,002202t_z^2+26,143t_z-81893=0
t_z=(-26,143+√(〖26,143〗^2+4∙0,002202∙81893))/(2∙0,002202)=2575℃
T_z=t_z+273=2575+273=2848K
Максимальное давление сгорания теоретическое:
p_z=(p_c μT_z)/T_c =(1,6184∙1,0603∙2848)/755=6,4730МПа
Максимальное давление сгорания действительное:
p_(z д)=〖0,85p〗_z=0,85∙6,473=5,5021МПа
Степень повышения давления
λ=p_z/p_c =6,4730/1,6184=4,000
Таблица 4
Процесс сгоранияПараметрыКарбюраторный двигательn1000320056006000μ_01,09441,06331,06331,0633μ1,08981,06051,06031,0602〖∆H〗_u8665247624762476Hраб.см74110786107835578251〖〖(mc^''〗_v)〗_(t_0)^(t_z )24,289+0,002033t_z24,656+0,02077t_z24,656+0,02077t_z24,656+0,02077t_zξ_z0,820,920,910,89t_z℃2264260225752530t_z K2573287528482803p_z6,85377,28846,47306,2052p_(z д)5,82566,19515,50215,5744λ3,6724,0334,0003,936 Процессы расширения и выпуска. Средний показатель выбираем по номограмме и принимаем его k_2=1,2518, что позволяет принять n_2=1,251. Давление и температура в конце процесса расширения:
p_b=p_z/ε^(n_2 ) =6,4730/〖8,5〗^1,251 =0,4452МПа
T_b=T_z/ε^(n_2-1) =2848/〖8,5〗^(1,251-1) =1655К
Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:
T_r=T_b/∛(p_b/p_r )=1665/∛(0,4452/0,118)=1070K
Погрешность расчета:
〖∆T〗_r=(100(1070-1060))/1060=+0,9%
На всех скоростных режимах температура остаточных газов в начале расчета принята достаточно удачно, так как ошибка не превышает 1%. Только на режиме минимальной частоты вращения ошибка достигает -1,66%.
Таблица 5
Процесс расширения и выпускаПараметрыКарбюраторный двигательn1000320056006000k_21,26051,25151,25181,2522n_21,2601,2511,2511,252p_b0,46220,50130,44520,4259T_b1455168016651634T_r885100810701072〖∆T〗_r-1,66+0,80+0,94+0,18 Индикаторные параметры рабочего цикла. Теоретическое среднее индикаторное давление:
〖p^'〗_i=p_c/(ε-1) [λ/(n_2-1) (1-1/ε^(n_2-1) )-1/(n_1-1) (1-1/ε^(n_1-1) )]=
=1,6184/(8,5-1) [4,000/(1,251-1) (1-1/〖8,5〗^(1,251-1) )-1/(1,377-1) (1-1/〖8,5〗^(1,377-1) )]=1,1120МПа Среднее индикаторное давление:
p_i=φ_u 〖p'〗_i=0,96∙1,1120=1,0675МПа
Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива:
η_i=(p_i l_0 α)/(H_u p_0 η_V )=(1,0675∙14,957∙0,96)/(43,93∙1,189∙0,8194)=0,3341
g_i=3600/(H_u η_i )=3600/(43,93∙0,3341)=245 г/(кВт∙ч)
Эффективные показатели двигателя.
Для карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S=78 мм, получим значение средней скорости при nN=5600 мин -1:
v_(п.ср.)=(Sn_N)/(〖10〗^4∙3)=(78∙5600)/(〖10〗^4∙3)=14,56 м/с
Тогда среднее давление механических потерь:
p_M=0,034+0,0113v_(п.ср.)=0,034+0,0113∙14,56=0,1985МПа
Среднее эффективное давление и механический КПД:
p_e=p_i-p_M=1,0675-0,1985=0,8690МПа
η_м=p_e/p_i =0,869/1,0675=0,8141
Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:
η_e=η_i η_м=0,3341∙0,8141=0,2720
g_e=3600/(H_u η_e )=3600/(43,93∙0,272)=301 г/(кВт∙ч)
Таблица 5
Индикаторные и эффективные параметры двигателяПараметрыКарбюраторный двигательn1000320056006000〖p^'〗_i1,13171,25461,112301,0600p_i1,08641,20441,06751,0176η_i0,30600,36120,33410,3249g_i268227245252v_(п.ср.)2,608,3214,5615,60p_M0,06340,12800,19850,2103p_e1,02301,07640,86900,8073η_м0,94160,89370,81410,7933η_e0,28810,32280,27200,2577g_e284254301318 Основные параметры цилиндра и двигателя.
Литраж двигателя:
V_л=(30τN_e)/(p_e n)=(30∙4∙47.1)/(1,0764∙3200)=1,6409 л
Рабочий объем одного цилиндра:
V_h=V_л/i=1,6409/4=0,4102л
Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S=78 м, то
D=2∙〖10〗^3 √(V_h/πS)=2∙〖10〗^3 √(0,4102/(3,14∙78)=81,85)
Окончательно принимаю D=82мм и S=78 мм. Остальные параметры и показатели двигателя определяю по окончательно принятым значениям:
Площадь поршня:
F_п=(πD^2)/(4∙100)=(3,14∙〖82〗^2)/(4∙100)=52,78 〖см〗^2
Литраж двигателя:
V_л=(πD^2 Si)/(4∙〖10〗^6 )=(3,14∙〖82〗^2∙78∙4)/(4∙〖10〗^6 )=1,98 л
Мощность двигателя:
N_e=(p_e V_л n)/30τ=(1,0764∙1,98*3200)/(30∙4)=44,27кВт
Литровая мощность двигателя:
N_л=N_e/V_л =44,27/1,98=28,704 кВт/л
Крутящий момент: M_e=(3∙〖10〗^4)/π∙N_e/n=(3∙〖10〗^4)/3,14∙44,27/3200=141,1 Нм
Часовой расход топлива:
G_T=N_e g_e 〖10〗^(-3)=44,27∙254∙〖10〗^(-3)=12,006 кг/ч
Таблица 6
Основные параметры и показатели двигателяПараметрыКарбюраторный двигательn1000320056006000F_п52,78V_л1,64N_л28,704N_e14,0347,2766,7866,47M_e134,1141,1113,9105,9G_T3,98712,00620,10221,138 2. Тепловой баланс двигателя
Тепловой баланс строю по данным теплового расчета с использованием следующих значений (рассчитываю только для номинального режима, остальные значения вношу в таблицу):
Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом;
Q_o=(H_u G_t)/3,6=(43930∙20,102)/3,6=245303,5 Дж/с
Теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя за 1с:
Q_e=1000N_e=1000∙66,78=66780 Дж/с
Теплота, потерянная с отработавшими газами:
Q_r=(G_T/3,6){M_2 [(m〖c^''〗_V )_(t_o)^(t_r )+8,315] t_r-M_1 [(mc_V )_t0^20+8,35] t_0 }=
=(20,102/3,6){0,536[24,868+8,315]1060-0,5041[20,755+8,315]20}=
=76524,67 Дж/с
Теплота, передаваемая охлаждающей жидкости:
Q_в=ciD^(1+2m) n^m (H_u-〖∆H〗_u)/(αH_u )=0,5∙4〖∙8,2〗^(1+2∙0,65) 〖5600〗^0,65 (43930-2476)/(0,96∙43930)=
=67866,91 Дж/с
Теплота, потерянная из-за нехимической неполноты сгорания топлива:
Q_(н.с.)=(〖∆H〗_u G_T)/3,6=(2476∙20,102)/3,6=13825,89 Дж/с
Неучтенные потери теплоты:
Q_ост=Q_o-Q_e-Q_r-Q_в-Q_(н.с.)=
=245303,5-66780-76524,67-67866,91-13825,89=20306,01
Таблица 7
Составляющие теплового балансаЧастота вращения двигателя, мин -11000320056006000Q
Дж/сq, %Q
Дж/сq, %Q
Дж/сq, %Q
Дж/сq, %Теплота, эквивалентная эффективной работе1404028,854727032,266678027,226647025,76Теплота, предаваемая охлаждающей среде12067,3724,7947171,932,1967866,9127,667097925,51Теплота, унесенная с отработавшими газами10972,322,554214728,767652431,1981515,5931,60Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива9596,8919,728258,025,6313825,895,6314538,925,63Неучтенные потери теплоты1980,974,071668,711,1320306,018,2724450,079,47Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом48654,54100146516,6100245303,5100257954,31003. Внешняя скоростная характеристика двигателя
На основании тепловых расчетов, принимаю следующие параметры скоростной характеристики:
Таблица 8
ne , мин -1Ne, кВтge, г/(кВтч)Me, НмGT, кг/чηVα100014,04284134,13,9870,87440,86320047,27254141,112,0070,91670,96560066,78301113,920,1020,87840,96600066,47318105,921,1390,86090,96 Коэффициент приспособляемости по скоростным характеристикам :
K=M_(e max)/M_eN =141,1/113,9=1,24
Для сравнения различных методов построения скоростных характеристик и проверки правильности выполнения теплового расчета произвожу расчет мощности и удельного расхода топлива на основе процентных соотношений между параметрами относительной скоростной характеристики двигателя.
Результаты внесены в таблицу 9.
Таблица 9
nxNege%Мин -1%кВт%г/(кВтч)2011202015,491153614022405033,121003016033607349,68972918044809261,9795285100560010066,7810030112067209261,97115361 На основе сравнения полученных данных с кривых мощности и удельного расхода топлива, можно сделать следующие вывод:
Точки относительной характеристики мощности и удельного расхода топлива практически совпадают с внешней скоростной характеристики рассчитываемого двигателя. Кинематический расчет двигателя
В целях уменьшения высоты двигателя без значительного увеличения инерционных и нормальных сил отношение радиуса кривошипа к длине шатуна предварительно было принято в тепловом расчете =0,285. При этих условиях:
L_ш=R/λ=39/0,285=136,8 мм
Перемещение поршня:
S_x=R[(1-cos⁡φ )+λ/4 (1-cos⁡2φ )]
Расчет S_x произвожу аналитическим способом через каждые 30 угла поворота коленчатого вала. Значения заношу во второй столбец таблицы 10.
Угловая скорость вращения коленчатого вала:
ω=πn/30=(3,14∙5600)/30=586 рад/с
Скорость поршня:
v_п=ωR(sin⁡φ+λ/2 sin⁡2φ )
Значения v_п заношу в третий столбец таблицы 10.
Ускорение поршня:
j=ω^2 R(cos⁡φ+λ cos⁡2φ )
Значения j заношу в четвертый столбец таблицы 10.
Таблица 10.
S_x, ммv_п, м/сj, м/с^200017222306,610,62135066023,660,9847879044,551-381612062,660,74-860415074,160,379689180780-957521074,16-0,37-968924062,66-0,74-860427044,55-1-381630023,66-0,984783306,61-0,62135063600017209 Динамический расчет двигателя
Индикаторную диаграмму, полученную в тепловом расчете, разворачиваю по углу поворота кривошипа по методу Брикса.
Поправка Брикса:
Rλ/(2M_s )=(39∙0,285)/(2∙1)=5,56мм
По развернутой диаграмме через каждые 30 угла поворота кривошипа определяю значения 〖∆p〗_г и заношу в таблицу 11
Устанавливаю следующие значения :
Масса поршневой группы:
m_п=〖m^'〗_п F_п=0,52кг
Масса шатуна:
m_ш=〖m^'〗_ш F_п=0,78кг
Масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов:
m_к=〖m^'〗_к F_п=0,72кг
Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:
m_шп=0,275m_ш=0,21кг
Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:
m_шк=0,725m_ш=0,57кг
Масса, совершающая возвратно-поступательное движение:
m_j=m_п+m_шп=0,73кг
Массы, совершающие вращательные движения:
m_R=m_к+m_шк=1,29кг
Таблица 11.
D pгjpjptg BpN1/cos Bps00,01817223-2,204-2,18600,0001-2,18630-0,01513506-1,728-1,7430,144-0,2511,01-1,76060-0,0154788-0,613-0,6280,253-0,1591,031-0,64790-0,015-38170,4880,4730,2950,1401,0430,494120-0,015-86051,1011,0860,2530,2751,0311,120150-0,015-96891,2401,2250,1440,1761,011,237180-0,015-95761,2251,21000,00011,210210-0,015-96891,2401,225-0,144-0,1761,011,2372400,05-86051,1011,151-0,253-0,2911,0311,1872700,2-38170,4880,688-0,295-0,2031,0430,7183000,5479-0,0610,439-0,253-0,1111,0310,4523300,9513506-1,728-0,778-0,1440,1121,01-0,7863601,917209-2,202-0,30200,0001-0,3023705,3516712-2,1383,2120,050,1611,0013,2153903,7513506-1,7282,0220,1440,2911,012,0424202,254788-0,6131,6370,2530,4141,0311,6884501-38170,4881,4880,2950,4391,0431,5524800,45-86051,1011,5510,2530,3921,0311,5995100,3-96891,2401,5400,1440,2221,011,5555400,1-95761,2251,32500,00011,3255700,018-96891,2401,258-0,144-0,1811,011,2706000,018-86051,1011,119-0,253-0,2831,0311,1546300,018-38170,4880,506-0,295-0,1491,0430,5286600,018479-0,061-0,043-0,2530,0111,031-0,0456900,01813506-1,728-1,710-0,1440,2461,01-1,7277200,01817209-2,202-2,18400,0001-2,184 cos (f+B)/
cos BpKsin (f+B)/
cos BpTTMкрц01-2,18600,0000,0000300,794-1,3840,625-1,089-5,747-224600,281-0,1760,993-0,623-3,287-12890-0,295-0,14010,4732,49797120-0,719-0,7810,740,8044,239165150-0,938-1,1490,3760,4602,42995180-1-1,21000,0000,0000210-0,938-1,149-0,376-0,460-2,429-95240-0,719-0,828-0,74-0,852-4,493-175270-0,295-0,203-1-0,688-3,631-1423000,2810,123-0,993-0,436-2,298-903300,794-0,618-0,6250,4862,5651003601-0,30200,0000,00003700,9763,1350,2220,7133,7611473900,7941,6050,6251,2646,6662604200,2810,4600,9931,6268,577335450-0,295-0,43911,4887,851306480-0,719-1,1150,741,1486,054236510-0,938-1,4440,3760,5793,054119540-1-1,32500,0000,0000570-0,938-1,180-0,376-0,473-2,495-97600-0,719-0,804-0,74-0,828-4,368-170630-0,295-0,149-1-0,506-2,671-1046600,281-0,012-0,9930,0430,22796900,794-1,358-0,6251,0695,6382207201-2,18400,0000,0000 Результаты следующих вычислений заношу в таблицу 11.
Удельная нормальная сила:
p=〖∆p〗_г+p_j
Удельная нормальная сила:
p_N=p tan⁡β
Удельная сила, действующая вдоль шатуна:
p_s=p 1/cos⁡β Удельная сила, действующая по радиусу кривошипа:
p_k=p cos⁡〖(φ+β)〗/cos⁡β Удельная и полная тангенциальная силы:
p_T=p sin⁡〖(φ+β)〗/cos⁡β T=p_T F_п
По данным таблицы 11. Строим графики изменения удельных сил p_j, p, p_s, p_N, p_k, p_T.
Крутящий момент одного цилиндра:
M_(кр ц)=TR
Период изменения крутящего момента четырехтактного двигателя с равными интервалами между вспышками:
θ=720/i=180°
Суммирование значений крутящего момента всех четырех цилиндров осуществляется табличным методом (таблица 12)
Таблица 12.
ЦилиндрыМкрц, Нм1-й2-й3-й4-йМкрц, НмМкрц, НмМкрц, НмМкрц, Нм00018003600540003030-224210-95390147570-97-2256060-128240-175420260600-170-125909097270-142450335630-10490120120165300-90480306660916015015095330100510236690220981801800360054011972000
Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала. Для проведения расчета результирующей силы, действующей на шатунную шейку рядного двигателя, составим таблицу 13.
Таблица 13.
 TKPkRшшKPkRk00,00-11,53-18,4818-30,5330,430-5,75-7,30-14,2514,8-26,32760-3,29-0,93-7,887,6-19,9319,6902,50-0,74-7,687,2-19,7319,41204,24-4,12-11,0811,6-23,1323,81502,43-6,06-13,0113,4-25,0625,41800,00-6,38-13,3313,4-25,3826210-2,43-6,06-13,0113,4-25,0625,8240-4,49-4,37-11,3112,2-23,3624270-3,63-1,07-8,028,2-20,0720,43002,300,65-6,297,4-18,3419,63302,57-3,26-10,2110,4-22,2622,63600,00-1,59-8,548,4-20,5920,83703,7616,549,5910-2,464,43904,038,47-1,524,4-13,5714,44203,382,43-4,525,4-16,57174506,02-2,32-8,0110-20,06214805,51-5,88-13,0214,4-25,0725,85103,05-7,62-14,5715,4-26,6227,45400,00-6,99-13,9414,8-25,9927,2570-2,50-6,22-13,1714-25,2226,2600-4,37-4,24-11,1912,6-23,2424,6630-2,67-0,79-7,738-19,7819,86601,23-0,06-7,017,4-19,0619,66905,63-7,16-14,1115,6-26,1627,67200,00-11,52-18,4718-30,5230,4 Суммарная сила, действующая на шатунную шейку по радиусу кривошипа:
P_к=K+K_Rш
По полярной диаграмме стоим диаграмму износа шатунной шейки. Сумму сил R_шшi, действующих по каждому лучу диаграммы износа определяем с помощью таблицы 14.
Таблица 14.
R_шшi1234567891011120181818 - - - - - -18183014,814,814,8 - - - - -- -- 14,8607,67,67,6 - - - - - - - -7,6907,27,2 - - - - - - - -7,27,212011,611,6 - - - - - - - -11,611,615013,413,4 - - - - - - - -13,413,418013,413,413,4 - - - - - - -13,413,421013,413,413,4 - - - - - - - -13,424012,212,212,2 - - - - - - - -12,22708,28,28,2 - - - - - - - -8,23007,47,4 - - - - - - - -7,47,433010,410,4 - - - - - - - -10,410,43608,48,4 - - - - - - - -8,48,4390 - - - - - - - -4,44,44,44,44205,4- - - - - - - -5,45,45,445010 - - - - - - - -10101048014,414,4- - - - - - - -14,414,451015,415,4 - - - - - - - -15,415,454014,814,814,8 - - - - - - -14,814,8570141414 - - - - - - - -1460012,612,612,6 - - - - - - - -12,6630888 - - - - - - - -86607,47,4 - - - - - - - -7,47,469015,615,6 - - - - - - -- 15,615,6 263,6248,2137000004,419,8177,2268 Силы, действующие на колено вала. Суммарная сила, действующая на колено вала по радиусу кривошипа:
K_pк=P_к+K_Rк=P_к-11,96кН
Результирующая сила, действующая на колено вала, определяется по диаграмме износа. Данные вносим в таблицу 13. Силы, действующие на коренные шейки.
Коленчатый вал рассматриваемого двигателя полноопорный с кривошипами, расположенными под углом γ_к=180°. Порядок работы двигателя 1-3-4-2. Следовательно, когда первый кривошип повернут на φ_1=0°, третий кривошип будет находиться в положении φ_3=540°, четвертый - φ_4=180° и второйφ_2=180°.
Сила, действующая на вторую коренную шейку:
R_кш2=√(T_k2^2+K_k2^2 )
Сила, действующая на третью коренную шейку R_кш3=√(T_k3^2+K_k3^2 )
Данные расчета вносим в таблицы в 15-17.
Таблица 15.
RkRk0-7,60370-1,1030-6,75390-3,6060-4,90420-4,2590-4,85450-5,25120-5,95480-6,45150-6,35510-6,85180-6,50540-6,80210-6,45570-6,55240-6,00600-6,15270-5,10630-4,95300-4,90660-4,90330-5,65690-6,90360-5,20720-7,60 Таблица 16
jT1jТ2Тк2jKpk1jKpk2Kk2Rкш200,001800,000,000-30,53180-25,382,582,5830-5,75210-2,431,6630-26,30210-25,060,621,7760-3,29240-4,49-0,6060-19,93240-23,36-1,721,82902,50270-3,63-3,0690-19,73270-20,07-0,173,071204,24300-2,30-3,27120-21,13300-18,341,403,551502,433302,570,07150-25,06330-22,261,401,401800,003600,000,00180-25,38360-20,592,402,40210-2,433906,674,55210-25,06390-13,575,757,33240-4,494208,586,54240-23,36420-16,573,407,37270-3,634507,855,74270-20,07450-20,060,015,74300-2,304806,054,17300-18,34480-25,07-3,375,363302,575103,050,24330-22,26510-26,62-2,182,193600,005400,000,00360-20,59540-25,99-2,702,703703,76550-0,94-2,35370-2,46550-25,79-11,6711,903906,67570-2,49-4,58390-13,57570-25,22-5,837,414208,58600-4,37-6,47420-16,57600-23,24-3,347,284507,85630-2,67-5,26450-20,06630-19,780,145,264806,056600,23-2,91480-25,07660-19,063,014,185103,056905,761,35510-26,62690-26,160,231,375400,007200,000,00540-25,99720-30,52-2,272,27570-2,4930-5,75-1,63570-25,2230-26,30-0,541,71600-4,3760-3,290,54600-23,2460-19,931,661,74630-2,67902,502,59630-19,7890-19,730,032,596600,231204,242,01660-19,06120-21,13-1,042,266905,641502,43-1,60690-26,16150-25,060,551,707200,001800,000,0072030,52180-25,38-27,9527,95 Таблица 17. jТ2jT3Tk3jKpk2jKpk3Kk3Rкш31800,003600,000,00180-25,38360-20,292,552,55210-2,433906,674,55210-25,06390-13,575,757,33240-4,494208,586,54240-23,36420-16,573,407,36270-3,634507,855,74270-20,07450-20,060,015,74300-2,304806,054,18300-18,34480-25,07-3,375,363302,575103,050,24330-22,26510-26,62-2,182,193600,005400,000,00360-20,59540-25,99-2,702,703906,67570-2,49-4,58390-13,57570-25,22-5,837,414208,58600-4,37-6,48420-16,57600-23,24-3,347,284507,85630-2,67-5,26450-20,06630-19,780,145,264806,056600,23-2,91480-25,07660-19,063,014,185103,056905,761,36510-26,62690-26,160,231,375400,007200,000,00540-25,99720-30,52-2,272,27550-0,9410-2,42-0,74550-25,7910-28,52-1,371,55570-2,4930-5,75-1,63570-25,2230-26,30-0,541,72600-4,3760-3,290,54600-23,2460-19,931,661,74630-2,67902,502,59630-19,7890-19,730,032,596600,231204,242,01660-19,06120-21,13-1,042,266905,761502,43-1,67690-26,16150-25,060,551,757200,001800,000,00720-30,52180-25,382,572,5730-5,75210-2,431,6630-26,30210-25,060,621,7760-3,29240-4,49-0,6060-19,93240-23,36-1,721,82902,50270-3,63-3,0790-19,73270-20,07-0,173,071204,24300-2,30-3,27120-21,13300-18,341,403,561502,433302,570,07150-25,06330-22,261,401,401800,003600,000,00180-25,38360-20,592,402,40 Строим полярную диаграмму, силы, действующую на вторую коренную шейку коленчатого вала.
Диаграмму разворачиваем в прямоугольные координаты.
По полярной диаграмме и данным таблицы 18 строим диаграмму износа коренной шейки.
Таблица 18.
R_шшi12345678910111202,52,52,52,52,5301,71,71,71,7601,81,81,81,89033331203,53,53,53,51501,41,41,41,41800,350,350,350,350,352107,37,37,37,32407,37,37,37,32705,75,75,75,75,73005,35,35,35,33302,12,12,12,13602,72,72,72,72,73907,47,47,47,44207,27,27,27,24505,25,25,25,24804,24,24,24,25101,41,41,41,45402,22,22,22,22,25701,71,71,71,76001,81,81,81,86302,62,62,62,62,66602,22,22,22,26901,71,71,71,721,528,138,533,929,3520,6517,5532,0534,2533,531,124,6 Расчет корпуса двигателя.
Расчет гильзы цилиндра карбюраторного двигателя. На основании проведенного теплового расчета имеем: диаметр цилиндра D=82мм, максимальное давление сгорания p_(z max)=6,195МПа при n=3200 мин -1. Материал гильзы - чугун: α_ц=11∙〖10〗^(-6) 1/К, E=1,0∙〖10〗^5 МПа и μ=0,25.
Толщину стенки гильзы цилиндра выбираю конструктивно: δ_г=6мм.
Расчетная толщина стенки гильзы
δ_(г.р.)=0,5D[√((〖(σ〗_z+0,4p_z))/(〖(σ〗_z-1,3p_z)))-1]=0,5∙82∙[√(((60+0,4∙6,195))/((60-1,3∙6,195)))-1]=3,93мм
Напряжение растяжения в гильзе от действия максимального давления газов:
σ_p=(p_(z max) D)/(2δ_г )=(6,195∙82)/(2∙6)=42,3МПа
Температурные напряжения в гильзе:
σ_t=(Eα_ц ∆T)/(2(1-μ))=(1,0∙〖10〗^5∙11∙〖10〗^(-6)∙120)/(2∙(1-0,25))=88МПа
Сумма напряжения в гильзе от давления газов и перепада температур:
на наружной поверхности:
〖σ'〗_Σ=σ_p+σ_t=42,3+88=130,3МПа
на внутренней поверхности:
〖σ''〗_Σ=σ_p+σ_t=42,3-88=-45,7МПа
Расчет шпильки головки блока. На основании проведенного теплового баланса имеем: диаметр цилиндра D=82мм, площадь поршня F_п=0,005275м2, максимальное давление сгорания p_(z max)=6,195МПа при n=3200 мин -1. Число шпилек на один цилиндр i_шп=4, номинальный диаметр шпильки d=12мм, шаг резьбы t=1мм, внутренний диаметр резьбы шпильки
d_в=d-1,4t=12-1,4∙1=10,6мм
Материал шпильки - сталь 30Х: предел точности σ_в=850МПа, текучести σ_Т=700МПа и усталости при растяжении - сжатии σ_(-1p)=260МПа, коэффициент растяжении - сжатии α_σ=0,14.
Определяем:
β_σ=σ_(-1p)/σ_Т =260/700=0,372
(β_σ-α_σ)/(1-β_σ )=(0,372-0,14)/(1-0,372)=0,369
Проекция поверхности камеры сгорания, перпендикулярную оси цилиндра при верхнем расположении клапанов:
F_к=1,2F_п=1,2∙0,005275=0,00573м^2
Сила давления газов, приходящаяся на одну шпильку:
〖P'〗_(z max)=(p_(z max) F_к)/i_шп =(6,195∙0,00573)/4=0,00816 МН
Сила предварительной затяжки:
P_пр=m(1-χ) 〖P^'〗_(z max)=3(1-0,2)∙0,00816=0,0195 МН
Минимальная сила, растягивающая шпильку без учета силы P_t
P_(p max)=P_пр+χ〖P^'〗_(z max)=0,0195+0,2∙0,00816=0,021132 МН
Минимальная сила, растягивающая шпильку:
P_(p min)=P_пр=0,0195 МН
Максимальные и минимальные напряжения, возникающие в шпильке:
σ_max=P_(p max)/(πd_в^2/4)=0,021132/(3,14∙〖0,0106〗^2/4)=239 МПа
σ_max=P_(p min)/(πd_в^2/4)=0,0195/(3,14∙〖0,0106〗^2/4)=221 МПа
Среднее напряжение и амплитуда цикла:
σ_m=(σ_max+σ_max)/2=(239+221)/2=230 МПа
σ_α=(σ_max-σ_max)/2=(239-221)/2=11 МПа
Запас прочности определяю по пределу текучести:
n_Tσ=σ_Т/(σ_αк+σ_м )=700/(40+230)=2,59.
Заключение
В рамках курсового проекта были изучены тепловой расчет, расчет теплового баланса, расчет внешней скоростной характеристики, динамический и кинематический расчет двигателя, а также расчет корпуса. В рамках теплового расчета произведены вычисления процессов в двигателе и установление связи объема и давления рабочих газов.
Расчет теплового баланса установил соотношения в расходовании теплоты, выделяемой при работе двигателя.
Внешняя скоростная характеристика показала зависимость важнейших показателей двигателя.
Кинематический расчет установил, какую скорость, ускорение и путь может проделать автомобиль при таком двигатели.
Динамический расчет установил силы, действующие в двигатели.
Данная курсовая работа дает представления о работе карбюраторного двигателя.
Список литературы
Автомобильные двигатели/Под ред. М.С. Ховаха.- М.: Машиностроение, 1977. - 591 с.
Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. - М.: Высшая школа, 2003. - 496 с.
Конструкция и расчет автотракторных двигателей/Под ред. Ю.А.Степанова. - М.: Машиностроение, 1964. - 552 с.
ЛистИзм.Кол-во№ документаПодписьДата
Изм.Лист№ документаПодп.ДатаРазработал.ЛитераЛистЛистовПроверил.УН.контр.Утв..
Документ
Категория
Транспорт
Просмотров
891
Размер файла
113 Кб
Теги
курсовая
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа