Xreferat.com » Рефераты по транспорту » Проект вихрокамерного 4-циліндрового дизельного двигуна для легкового автомобіля

Проект вихрокамерного 4-циліндрового дизельного двигуна для легкового автомобіля

Курсова робота

з дисципліни «Автомобільні двигуни»

на тему «Проект вихрокамерного 4-циліндрового дизельного двигуна для легкового автомобіля»


Зміст


1. Вступ

1.1 Перелік умовних позначень

2. ПЕРШИЙ ЕТАП. ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК

2.1 Параметри робочого тіла

2.1.1 Кількість горючої суміші М1, кмоль. гор. суміші/кг палива

2.1.2 Кількість окремих компонентів продуктів згоряння при обраному α

2.1.3 Загальна кількість продуктів згоряння, кмоль пр. зг. /кг палива

2.2 Параметри навколишнього середовища і залишкові гази

2.3 Процес наповнення (впуску)

2.4 Процес стиску

2.5 Процес згоряння

2.6 Процес розширення і випуску

2.7 Індикаторні параметри робочого циклу

2.8 Ефективні показники двигуна

2.9 Визначення основних розмірів двигуна

2.10 Побудова індикаторної діаграми двигуна

3. Тепловий баланс

3.1 Загальна кількість теплоти, введеної в двигун із паливом, Дж/с

3.2 Теплота, еквівалентна ефективній роботі за 1с, Дж/с

3.3 Теплота, передана охолодженому середовищу, Дж/с

3.4 Теплота, віднесена до відпрацьованих газів, Дж/с

3.5 Невраховані втрати теплоти, Дж/с

4. Розрахунок та побудова зовнішньої швидкістної характеристики двигуна

5. Порівняння основних показників проектованого двигуна і прототипу

6. ДРУГИЙ ЕТАП. ДИНАМІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ДВИГУНА

6.1 Сили тиску газів

6.2 Приведення мас частин кривошипно-шатуного механізму

6.3 Сили інерції

6.4 Сумарні сили

6.5 Крутний момент одного циліндра

7. ТРЕТІЙ ЕТАП. РОЗРОБКА ТА КОНСТРУЮВАННЯ ДЕТАЛЕЙ ДВИГУНА

8. ЧЕТВЕРТИЙ ЕТАП. РОЗРАХУНОК СИСТЕМ ДВИГУНА


1. Вступ


Однією з приоритетних галузей інтенсивного розвитку країни є автомобільна промисловість. Інтенсивний розвиток автомобільної промисловості стимулює активізацію багатьох інших галузей.

Найголовнішою частиною сучасного авто є силовий агрегат. У більшості випадків це двигун внутрішнього згорання (ДВЗ). Двигун – це енергосилова мамашина, яка перетворює будь-який вид енергії в механічну роботу. Для руху авто необхідний двигун – джерело механічної енергії. Більшість сучасних автомобілів мають поршневі (теплові) двигуни (дизельні або бензинові).

Початок розвитку ДВЗ відноситься до 60-х років минулого століття. К кінцю 19 століття, коли була організована промислова переробка нафти, ДВЗ, працюючи на рідинному паливі, знайшли широке розповсюдження. В Росії перший бензиновий двигун було зроблено в 1889р. В 1899р. в Петербурзі розробили перший в світі двигун з запалюванням від стиску (дизель).

В області розвитку та оновлення автомобільних двигунів головними задачами є розширення використання дизелів, зниження паливної економічності та удільної маси двигунів, вартість їхнього випуску та експлуатації. На принципово новий рівень ставиться боротьба с токсичними вибросами двигунів в атмосферу, а також задачі по зниженню шума та вібрації в процесі іх експлуатації.

1.1 Перелік умовних позначень


D – діаметр циліндра

S – хід поршня

R – радіус кривошипа

L – довжина шатуна

і – число циліндрів

ε – ступінь стиску

α – коефіцієнт надлишку повітря

λ – ступінь підвищення тиску

Ра – тиск наприкінці впуску

Рс – тиск наприкінці стиску

Рz – тиск газів наприкінці згорання

Рb – тиск наприкінці розширення

Рr – тиск залишкових газів

Ре – середній ефективний тиск

Vл – літраж

Vh – робочий обсяг одного циліндра

Vc – обсяг камери сгорання

Va – повний обсяг циліндра

Nemax – максимальна потужність

n – частота обертання колінчатого вала

Memax – максимальний крутний момент

Nл – літрова потужність

gе – ефективна питома витрата палива

ηv – коефіцієнт наповнення

ηі – індикаторний ККД

ηм – механічний ККД

ηе – ефективний ККД


2. Перший етап. Тепловий розрахунок


Таблиця 1

Паливо

Вміст масових часток

вуглецю, водню та

кисню в 1кг палива

Молекулярна маса палива,

mn кг/кмоль


Нижча теплота згорання

Нn , МДж/кг



С О Н

дизель 0,87 0,126 0,004 180...200 42,5

2.1 Параметри робочого тіла


Теоретично необхідна кількість повітря для згорання 1 кг палива

у кмоль повітря на 1кг палива

L0 = 1/0,21 * [gc/12 + gн/4 – gо/32] = 1/0,21*[0,87/12 + 0,126/4 – 0,004/32] = 4,761904 * [0,075 + 0,0315 – 0,000125] = 4,761904 * 0,10275 = 0,495 кмоль повітря / кг палива;


У кілограмах повітря на 1кг палива

l0 = 1/0,23 * [(8 * gc)/3 + 8 * gн – gо] = 1/0,23 * [(8*0,87)/3 + 8 * 0,126 –

– 0,004]= 14, 452 кг повітря / кг палива;


2.1.1 Кількість горючої суміші М1, кмоль. гор. суміші/кг палива

М1 = α*L0 = 1,3 * 0,50655= 0,643


2.1.2 Кількість окремих компонентів продуктів сгорання при обраному α

МСО2 = gc/12 = 0,87/12 = 0,072 кмоль/кг пал;

МН2О = gн/2 = 0,126/2 = 0,063 кмоль/кг пал;

МО2 = 0,21 * (α – 1) * L0 = 0,21 * (1,3 – 1) * 0,495 = 0,031 кмоль/кг пал;

МN2 = 0,79 * α * L0 = 0,79 * 1,3 * 0,495 = 0,508 кмоль/кг пал.

2.1.3 Загальна кількість продуктів згоряння, кмоль пр. зг. /кг палива


М2 = МСО2 + МН2О + МО2 + МN2 = 0,072 + 0,063 + 0,031 + 0,508 = 0,675


2.2 Параметри навколишнього середовища і залишкові гази


Атмосферні умови Р0 = 0,1 МПа; Т0 = 288є К;

Величина підігріву свіжого повітря ΔТа = 20 К;

Температура залишкових газів Тr = 800 К;

Тиск залишкових газів Р r = (1,05...1,25) * Р0 = 1,15 * 0,1 = 0,115 МПа


2.3 Процес наповнення (впуску)


Щільність заряду на впуску, кг/м3

ρ0=р0*106/(В*Т0),де

В=287 Дж/(кг*К)- питома газова постійна повітря.

ρ0=0,1*106/(287*288)=1,21 кг/м3

Витрати тиску на впуску: ΔРа = (0,03....0,18) Р0 = 0,08 * 0,1 = 0,008 МПа

Тиск в кінці пуска у точці “а”: Ра = Р0 – ΔРа = 0,1 – 0,008 = 0,092 МПа

Коефіцієнт залишкових газів в кінці впуску в точці “r”:

γr = [(Т0 + ΔТа)/Тr] * [Рr/((ε * Ра) – Р r)] = [(288 + 20)/800] * [0,115/((23 * 0,092) – 0,115)] = 0,022

Температура у кінці процесу пуска в точці “а”

Та = (Т0 + ΔТа + γr * Тr)/(1 + γr)=(288 + 20 + 0,022 * 800)/(1 + 0,022) =318,63 К

Коєфіцієнт наповнення

ηv = [Т0 * (φдоз * ε * Ра]/[(Т0 + ΔТа) * (ε – 1) * Р0] = 288 * [ (1,05 * 23 * 0,092 – 0,115)]/[(288 + 20) * (23 – 1) * 0,1] = 0,852

К1 = 1,375 – приймаємо по номограмі

n 1 = К1 – 0,022 = 1,372 – 0,022 = 1,35


2.4 Процес стиску


Тиск наприкінці стискання у точці “с”

Рс = Ра * εn1 = 0,092 * 231,35 = 0,092 * 68,918 = 6,352 МПа

Тс = Та * εn1-1 = 318,63 * 231,35-1 = 954,76 К

Середня мольна теплоємкість горючої суміші наприкінці процеса стискання точці “с”

μС ́vm = μСvm = 20,6 + 0,002638 * t˚с = 20,6 * 0,00263 * 681,76 = 36,937 кДж/(кмоль*град).

Тс = tc + 273 → tc = Тс – 273 = 954,76 – 273 = 681,76 К

Коефіцієнт використання теплоти ξz на ділянці сгорання с – z: ξz = 0,85


2.5 Процес згоряння


Коефіцієнт молекулярної зміни горючої суміші:

µ0 = М2/М1 = 0,675/0,643 = 1,05

Коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші:

µ = (µ0 + γr)/(1 + γr) = (1,05 + 0,022)/(1 + 0,022) = 1,072/1,022 =1,048

Кількість теплоти, втраченої внаслідок неповного згоряння палива,кДж/кг:

Проект вихрокамерного 4-циліндрового дизельного двигуна для легкового автомобіля;

Середня молна телоємкість продуктів сгоряння,(кДж/моль·град):

Коефіціент використання теплоти Проект вихрокамерного 4-циліндрового дизельного двигуна для легкового автомобіля;

Ступінь підвищення тиску Проект вихрокамерного 4-циліндрового дизельного двигуна для легкового автомобіля;

Температура наприкинці видимого процесу згоряння визначаємо:

Tz=2086,741,К

Максимальний тиск газів у циліндрі наприкінці згоряння, Мпа

Рz = λ * Рс = 1,5 * 6,35 = 9,527 Мпа


2.6 Процес розширення і випуску


Вибираємо показник політропи розширення n 2 по номограмі

Ступінь попереднього розширення на ділянці z-c:


ρzc =(μ * Тz)/ (λ * Тс) = (1,048 * 2086,741)/(1,5 * 954,76) = 1,527


Ступінь послідовного розширення


δ = ε/ ρzc = 23/1,527 = 15,06


Температура у точці “в”


Тв = Тz * [1/ δ(n2-1)] = 2086,741 * [1/15,06(1,18-1)] = 1280,733 К


Тиск у точці “в”

Рв = Рz * (1/ δn2) = 9,527 * (1/15,061,18) = 0,388 МПа


Процес випуска відпрацювавших газів

Перевірим коректність вибору Тr при розрахунку процеса впуску


Тr = Тв/ ( Рв/Р r) = 1280,733/(0,388/0,115) = 376 К


2.7 Індикаторні параметри робочого циклу


Середній теоретичний (розрахунковий) індикаторний тиск, МПа.


Р́і = [Рс/(ε – 1)] * [λ * (ρzc – 1) + {(λ * ρzc)/(n 2 – 1)} * ((1 – 1/δ(n2-1)) – (1/(n 1 – 1)) * (1 – 1/ε(n1-1) = [6,352/(23 – 1)] * [1,5 * (1,527 – 1) + {(1,5 * 1,527)/(1,18 – 1)} * ((1 – 1/15,06(1,18-1)) – (1/(1,35 – 1)) * ((1 – 1/23^( 1,35 – 1)) = 1,098 МПа


Середній індикаторний тиск дійсного циклу, МПа


Рі = Р́і * φ. Приймаємо φ = 1,105 → Рі = 1,098 * 0,92 = 1,01 Мпа.


Індикаторний ККД


ηі = (Рі * l0 * α)/ (Ни * ρ0 * ηv) = (1,01 * 14,452 * 1,3)/(42,5 * 1,21 * 0,852) = 0,433


Індикаторна дійсна витрата палива, г/(кВт * ч)

gі = 3600/(Ни * ηі) = 3600/(42,5 * 0,433) = 195,554 г/(кВт * ч)


2.8 Ефективні показники двигуна


Середній тиск механічних втрат, МПа

Рм = 0,089 * 0,0135 * Vп.ср. = 0,089 + 0,0135 * 13,057 = 0,224 МПа

Середня швидкість поршня


Vп.ср. = (S * n)/30 = (0,0784 * 5000)/30 = 13,057 м/с


Середній ефективний тиск, МПа

Ре = Рі – Рм = 1,01 – 0,224 = 0,786 МПа


Механічний ККД


ηм = Ре/ Рі = 0,786/1,01 = 0,778


Ефективний ККД


ηе = ηм * ηі = 0,778 * 0,433 = 0,337


Ефективна витрата палива, г/(кВт * ч)


gе = 3600/(Ни * ηе) = 3600/(42,5 * 0,337) = 251,28


Годинна витрата палива, кг/год

Gп = gе *Nе = 251,28 * 40,5/1000 = 10,177 кг/год


2.9 Визначення основних розмірів двигуна


Літраж двигуна, л


Vл = ΣVh = (30*τ*Nе)/(Ре*n) = (30 * 4 * 40,5)/(0,77 * 5000) = 1,237 л.


Робочий обсяг одного циліндра, л


Vh = Vл/і = 1,237/4 = 0,309 л


Обираємо відношення S/D = 1,105

Діаметр циліндра двигуна, мм

Проект вихрокамерного 4-циліндрового дизельного двигуна для легкового автомобіля = Проект вихрокамерного 4-циліндрового дизельного двигуна для легкового автомобіля= 70,9 мм.


Хід поршня, мм


S = S/D * D = 1,105 * 70,9= 78,343 мм.


Отриманні значення округляємо до найближчих цілих значеннь:

D = 71 мм; S = 78 мм.

На основі отриманих S і D вироховуємо основні параметри та показники двигуна:

Літраж, л


Vл = (π * DІ * S * і)/4 * 10⁶= (3,14 * 71І * 78 * 4)/ 4 * 10⁶= 1,235 л.


Ефективна максимальна потужність, кВт


Nе = (Ре * Vh * n * і)/30τ = (0,77 * 0,309 * 5000 * 4)/30 * 4 = 39,655 кВт.


Витрати палива, кг/год


Gп = gе*Nе = 251,28* 39,655/1000 = 9,965 кг/год.


Середня швидкість поршня, м/с


Vп.ср. = (S * n)/30 * 103 = (78 * 5000)/30000 = 13 м/с.


2.10 Побудова індикаторної діаграми двигуна


Vh = 0, 309 л;

Vс = Vh/(ε – 1) = 0, 309/(23 – 1) = 0,014 л

Vа = (Vh + Vс)/ Vс = (0, 309 + 0,014)/0,014 = 23,071 л


Для побудови діаграми вибираємо кут α = 15˚

Знаходимо кути β1 та β2


tg β1 = (1 + tgα)n1 – 1 = (1 + tg15˚)1,35 – 1 = 20˚

tg β2 = (1 + tgα) n2 –1 = (1 + tg15˚)1,18 – 1 = 18˚


Положення точки “с”:

Р́с́́́́́́́́́́́ = 1,25 * Рс = 1,2 * 6,352 = 7,62


3. Тепловий баланс


3.1 Загальна кількість теплоти, введеної в двигун із паливом, Дж/с


Q0 = (Ни * Gп)/3,6 = (42500 * 9,965)/3,6 = 117642,36


3.2 Теплота, еквівалентна ефективній роботі за 1с, Дж/с


Qе = 1000 * Nе = 1000 * 40,5 = 40500


3.3 Теплота, передана охолодженому середовищу, Дж/с


Qb = С * і * D(1+2m) * nm* (Ни-ΔНи)/α*Ни = 0,53 * 4 * 7,1(1+2*0,7) * 50000,7 * 1/1,3 = 60941,841


3.4 Теплота, віднесена до відпрацьованих газів, Дж/с


Qr = Gп/3,6 [М2 * (mС́ ́р)to * (Тz – 273) – М1 * (mС́́р)to * (Т0 – 273)] =

9,965/3,6 * [0,675 * (23,285 + 8,315) * (2086,741 – 273) – 0,643 * (20,775 + 8,315) * (288 – 273)] = 10007,6


3.5 Невраховані втрати теплоти, Дж/с


Qост = Q0 – (Qе + Qb + Qr) = 117642,36 – (40500 + 60941,841 + 10007,6) = 6192,92


Складова теплового балансу в джоулях на секунду і у відсотках подана у таблиці 2.


Таблиця 2

Складова теплового балансу Q, Дж/с q, %

Теплота:

еквівалентна ефективній роботі

передана охолодженому середовищу

віднесена з газами, що відпрацювали

невраховані витрати

Загальна кількість теплоти, введеної в двигун із паливом


40500

60941,841

10007,6

6192,92


117642,36


100


4. Розрахунок та побудова зовнішньої швидкістної характеристики двигуна


Швидкістна характеристика показує зміну міцності, крутного моменту, витрат палива та інших параметрів від частоти обертання колінчастого вала. В залежності від положення органа, який керує подачею палива, розрізняють зовнішню та часткові швидкісні характеристики.

Швидкісна характеристика, отримана при повному дроселі (бензиновий двигун) або при положенні рейки паливного насоса (дизель), відповідаючому номінальній міцності, називається зовнішньою. Зовнішня швидкісна характеристика дозволяє провести аналіз і дати оцінку міцністних, економічних, динамічних та експлуатаційних показників при роботі двигуна з повним навантаженням.

Будь-яка швидкістна характеристика двигуна, отримана при неповному відкритті дросельної заслонки (бензиновий двигун) або при положенні рейки паливного насоса (дизель), відповідаючий частковій міцності, називається частковою швидкістною характеристикою. Такі характеристики використовуються для виявлення цілого ряда факторів (кута опєрєжєнія запалювання, складу суміші, мінімально устойчивих частот обертання та ін.) на роботу двигуна при часткових навантаженнях та дають можливість поліпшити його міцністні таекономічні показники.

У курсовому проекті ЗШХ проектованого двигуна будуємо по максимальніій потужності Nemax, емпірічних формулах, що забезпечують достатній рівень точності.Криві швидкісної характеристики будуємо в інтервалі від 500 до 5000 хв‾ №.

Розрахункові точки кривої ефективної потужності визначаються по такій емпірічній залежності, кВт:

Nex1 = Nemax * (nx/nN) * [0,7 + 1,3 * (nx/nN) – (nx/nN)І] = 40,5 * (500/5000) * [0,7 + 1,3 * (500/5000) – (500/5000)І] = 3,32 кВт

Для спрощення розрахунків значення Nex2, Nex3, Nex4, Nex5, Nex6, Nex7, Nex8, Nex9, Nex10 зведені у таблиці 3.

Розрахункові точки на кривій ефективного крутного моменту розраховуються по такій залежності, Н*м:

Mex1 = (3 * 10 * Nex1)/π * nx = (3 * 10⁴ * 3,32)/3,14 * 5000 =63,44.

Для спрощення розрахунків значення Mex2, Mex3, Mex4, Mex5, Mex6 , Mex7, Mex8, Mex9, Mex10 зведені у таблиці 3.

Розрахункові точки на кривій питомої витрати палива визначаємо по такій емпірічній залежності, г/(кВт*ч):

gех1 = gеn * [1,35 + 1,35 * (nx/nN) + (nx/nN)І] = 251,28 * [1,35 – 1,35 * (500/5000) + (500/5000)І] = 307,818.

Для спрощення розрахунків значення gех2, gех3, gех4, gех5, gех6, gех7, gех8, gех9, gех10 зведені у таблиці 3.

Витрати палива для шуканих точок, кг/год:

GТх1 = gех1 * Nex1 = 307,818 * 3,32 = 1,022

Для спрощення розрахунків значення GТх2, GТх3, GТх4, GТх5, GТх6, GТх7, GТх8, GТх9, GТх10 зведені у таблиці 3.

Розрахункові точки, необхідні для побудови ЗШХ


Таблиця 3

n, хв‾ № 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Ne,

кВт


3,32


7,45


12,15


17,17


22,28


27,22


31,75


35,64


38,64


40,5

Me,

Н*м


63,44


71,18


77,39


82


85,15


86,69


86,67


85,13


82,04


77,39

gе,

г/(кВт*

год)


307,82


281,43


265,08


243,74


232,44


226,15


224,89


228,67


237,46


251,28

GТ,

кг/год


1,022


2,097


3,221


4,185


5,179


6,156


7,14


8,15


9,175


10,177


5. Порівняння основних показників проектованого двигуна і прототипу


За результатами теплового розрахунку і розрахунку зовнішньої швидкісної характеристики необхідно скласти порівняльну таблицю основних показників розраховуємого двигуна і прототипу.


Таблиця 4

Показник Позначення показника одиниця

Розраховуємий

двигун

Прототип
1.Діаметр циліндра D мм 71 76
2. Хід поршня S мм 78 84
3. Робочий об’єм л 1,235 1,52
4. Число циліндрів і 4 4
5. Ступінь стиску ε 23
6.Максимальна потужність Nemax кВт 40,5 55
7.Частота обертання колінчатого вала при максимальній потужності

nN



об/хв


5000


4800

8.Максимальний крутний момент Memax Н*м
9,4
9.Частота обертання колінчатого вала при максимальному крутному моменті


об/хв




3000

10.Середній ефективний тиск Ре МПа 0,786
11.Літрова потужність кВт/л 2,68
12.Мінімальна питома витрата палива

gеmin


г/(кВтч)


251,28


190


6. Другий етап. Динамічний розрахунок двигуна


Сутність динамічного розрахунку зводиться до визначення сумарних сил і моментів, що виникають від тисків газів і від сил інерції у кривошипно-шатуному механізмі. По цих силах і моментах розраховують основні деталі на міцність та спрацювання, а також возначають нерівномірність крутного моменту і ступінь нерівномірності ходу поршня. Під час роботи двигуна на деталі кривошипно-шатуного механізму діють сили тиску газів в циліндрі, сили інерції возвратно-поступово рухачих газів мас, ценробіжні сили, тиск на поршень (приблизно рівне атмосферному тиску) та сили ваги (сили ваги в динамічному розрахунку не враховують. Всі діючі в двигуні сили сприймаються корисним опором на колінчатому валу, силами тертя та опорами двигуна.

Аналітичне та графічне визначення сумарних сил, які діють на КШМ


6.1 Сили тиску газів


Сили тиску газів, які діють на площу поршня, для спрощення динамічного розрахунку змінюють однією силою, яка направленя по осі циліндра та прикладеної по осі поршневого пальця. Її визначають для кожного моменту дії (кута φ) по індикаторній діпграмі, побудованій на основі теплового розрахунку.

Перебудова індикаторної діаграми у розгорнуту по куту обертання здійснюють по методу Брікса. Для цього під індикаторною діаграмою будують допоміжне напівколо радіуса R = S/2 = 58/2 = 29 мм. Від центра кола у бік НМТ відкладають поправку Брікса. На півколо поділяють променями із центру на частини (через 30˚), а з точки О̀ проводять лінії, паралельні цим променям. Отримані точки на півколі, перенесені по вертикалях на індикаторну діаграму, відповідають дійсним положенням поршня для визначених кутів повороту кривошипа φ. Масштаби розгорнутої індикаторної діаграми сил Мр = МРF = 0,083 * 0,008 = 0,00066 МН/мм = 0,66кН/мм; кут повороту кривошипа Мφ = 3,3 град/мм або Мφ = 0,058 рад/мм.


6.2 Приведення мас частин кривошипно-шатуного механізму


Значення маси поршневої групи mn і маси шатунної групи mш приймаю використовуючи табличні дані. Згідно цим таблицям у відповідності з D = 80 мм приймаю: m΄n = 150кг/мі; m΄ш = 220 кг/мІ

По прийнятих даних встановлюємо:

Масу поршневої групи mn = m΄n * Fn = 150 * 0,008 = 1,2 кг;

Масу шатуна mш = m΄ш * Fn = 220 * 0,008 = 1,76 кг;

Неврівноважених частин одного колеса вала mк = m΄к * Fn = 200 * 0,008 = 1,6кг.

Маса шатуна, зосереджена на осі, кг:

поршеневого пальця mшп = 0,275 mш = 0,275 * 1,76 = 0,484;

кривошипа mшк = 0,725 * mш = 0,725 * 1,76 = 1,276;

Маси, що чинять рух, кг:

зворотньо-поступальний mj = mn + mшп = 1,2 + 0,484 = 0,5808;

обертальний mR = mk + mшк = 1,6 + 1,276 = 2,876.


6.3 Сили інерції


Графічним шляхом за методом дотичних напружень визначаємо сили інерції від зворотно-поступальних мас у залежності від переміщення поршня. Для цього з точки А у масштабі сил відкладаємо униз, Н:

Рjmax = – mj * R * ωІ(1 + λ) = – 0,5808 * 0,04 * 455,3І * (1 + 0,25) = 6094,9;

а з точки В уверх, Н:

Рjmin = mj * R * ωІ(1 – λ) = 0,5808 * 0,04 * 455,3І * (1 – 0,25) = 3611,9

Отримані точки з’єднуємо, з точки Е перетинання цієї прямої з відрізком АВ відкладаємо уверх розмір 3 mj RωІλ = 3 * 0,5808 * 0,04 * 455,3І * 0,25 = 3611,9 Н.

Таким чином після необхідних креслень ми отримаємо діаграму Рj = f(Sn).

Діаграму сил інерції розвертають по куту повороту кривошипа за методом Брікса, одержуючи Рj = f(φ).


6.4 Сумарні сили


Початковою силою, що обумовлює динамічне навантаження на кривошипний механізм, є сумарна сила Р, чинна по осі циліндра і рівна алгебраїчній сумі сил, Н: Р = РГ + Рі.

Побудова кривої зміни сумарної сили Р від кута повороту кривошипа проводиться графічним підсумовавунням ординат кривих Рr = f(φ) і Рj = f(φ). Аналітичне визначення сил, що діють у кривошипно-шатунному механізмі, проводяться по формулах, Н:

Сила, що діє уздовж шатуна S = Р/(1/cosβ)

Нормальна сила N = Рtg β

Сила, що діє по радіусу кривошипа К = Р[cos (φ + β)/cosβ]

Тангенціальна сила Т = Р[sin(φ + β)/cosβ]

Значення цих сил у ньютонах в залежності від кута повороту кривошипа зведені у Таблиці 5, кН:


Кут повороту N S T K
0 0,00 -26,30 -26,30 0,00
30 -2,62 -20,96 -16,71 -12,67
60 -1,68 -7,84 -2,37 -7,47
90 1,31 5,26 -1,31 5,10
120 2,87 13,34 -9,00 9,85
150 1,92 15,39 -14,18 5,97
180 0,00 15,59 -15,59 0,00
210 -1,92 15,39 -14,18 -5,97
240 -2,92 13,57 -9,16 -10,02
270 -1,48 5,98 -1,48 -5,80
300 1,19 -5,52 -1,66 5,26
330 1,28 -10,26 -8,18 6,20
360 0,00 20,66 20,66 0,00
370 1,96 45,68 9,86 44,58
390 1,16 9,30 7,42 5,26
420 0,28 1,29 0,39 1,23
450 2,38 9,61 -2,38 9,32
480 3,45 16,07 -10,85 11,87
510 2,10 16,82 -15,50 6,53
540 0,00 16,56 -16,56 0,00
570 -2,01 16,09 -14,83 -6,24
600 -2,94 13,68 -9,23 -10,10
630 -1,39 5,61 -1,39 -5,43
660 1,61 -7,50 -2,26 7,15
690 2,58 -20,62 -16,45 12,47
720 0,00 -26,15 -26,15 0,00

Графічно виконую визначення значення і знака тангенціальних сил.


6.5 Крутний момент одного циліндра


Нм: Мкрц = ТR масштаб крутного моменту, Нм/мм: Мм=Мр FnR=66 * 0,008 * 0,04 = 0,2112Нм/мм

Мφ = 4π/(і * ОА) = 0,035 рад/мм – масштаб кута повороту вала на діаграмі Мкр.

Рівномірність ходу двигуна приймаємо δ = 0,01

Момент інерції мас двигуна, що рухаються, приведених до осі колінчатого вала, кг*мІ:


J0 = LНАДЛ/ δωІ =1581,6/(1* 455,3І) = 0,76 кг*мІ

7. Третій етап. Розробка та конструювання деталей двинуна


Розрахунок поршня

Найбільш напруженим елементом поршневої групи є поршень. Він сприймає високі газові, інерційні та теплові навантаження, тому при його виготовленні до матеріалу пред’являються підвищені вимоги.

На основі даних розрахунку:

Діаметр поршня D =71 мм;

Хід поршня S = 78 мм;

Максимальний тиск сгорання рz = 9,527 МПа;

Площа поршня Fп = 0,008 мІ;

Найбільша нормальна сила Nmax = 0,00345 МН при φ = 480˚;

Маса поршневої групи mn = 1,2 кг;

Частота обертання nx.x. max = 5000

λ = 0,25

Відповідно існуючим співвідношенням приймаємо:

Висоту поршня Н = 115,6 мм (Н/D);

Висоту юбки поршня hю = 57 мм (hю/D);

Радіальну товщину кільця t = 4 мм (t/D);

Радіальний зазор кільця у канавці поршня Δt = 0,8мм;

Товщину стінки поршня s = 7 мм (s/D);

Товщину верхньої кільцевої перемички hп = 4мм (hп/D);

Число масляних каналів у поршні n’м = 6;

Діаметр масляних каналів у поршні dм = 1,5 мм (dм/а);

а = 3 мм (висота кільця).

Матеріал поршня та гільзи циліндра – алюмінієвий сплав, α = 22 * 10⁶ 1/К;

Проект вихрокамерного 4-циліндрового дизельного двигуна для легкового автомобіля

Рисунок 1. Схема поршня


Напруження стиску у перерізі х – х

Площа перерізу х – х:

Fх – х = (π/4) * (dІк – dІі) – n’м * Fґ = [(3,14/4) * (65,4І – 51,4І) – 6 * 21] * 10= = [0,785 * 1635,2 – 126] * 10⁶= 0,001157 мІ

де

dк = D – 2 * (t + Δt) = 75 – 2 * (4 + 0,8) = 75 – 9,6 = 65,4 мм;

dі = D – 2 * (s + t + Δt) = 80 – 2 * (7 + 4 + 0,8) = 75 – 23,6 = 51,4 мм;

Fґ = dм * (dк – dі)/2 = 1,5 * (65,4 – 51,4)/2 = 1,5 * 14 = 21 мм.

Максимальна стискуюча сила, МН:

Рzmax = Рz * Fп = 10,332 * 0,008 = 0,08266

Напруження стиску, МПа


σст = Рzmax/ Fх – х = 0,08266/0,0012 = 68,8


Напруження розриву у перерізі х – х:

Максимальна кутова швидкість холостого ходу, рад/с:


ωх – хmax = π nх – хmax/30 = (3,14 * 4350)/30 = 455,3

Маса головки поршня з кільцями, розташованими вище перерізу х – х, кг:


mх – х = 0,6 * mп = 0,6 * 1,2 = 0,72


Максимальна сила, що розриває, МН:

Рj = mх –

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: