Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Курсовой проект содержит: 1 чертеж поперечного разреза двигателя на листе формата А1; 1 чертеж продольного разреза на листе формата А1, 1 чертеж распределительного вала формата А3, 2 листа динамического расчета формата А1; пояснительная записка содержит 54 листов; 7 рисунков; 6 таблиц; 5 источников.

Целью курсового проекта является разработка двигателя на базе дизеля 6ЧНР 36/45 (Г70) с лучшими удельными показателями.

Указанная цель достигается повышением давления надувочного воздуха, совершенствованием рабочего цикла и перерасчетом основных деталей дизеля на прочность. Выполнен расчет основных систем двигателя, определены основные параметры газораспределительного механизма, разработаны чертежи продольного и поперечного разреза двигателя.

1. Тепловой расчет двигателя

1.1 Выбор и обоснование исходных данных

Основной целью теплового расчёта является:

1. Определение значения параметров состояния рабочего тела в характерных точках

2. Определение индикаторных и эффективных показателей двигателя

3. Построение индикаторной диаграммы

4.Определение основных размеров двигателя (Диаметр цилиндра и ход поршня)

5. определение параметров рабочего тела в турбине и компрессоре

Основные технические параметры прототипа

Эффективная мощность Ne	884
Частота вращения n	375
Диаметр цилиндра D	360
Ход поршня S	450
Давление наддува pk	0,2
Максимальное давление сгорания pz	8
Среднее эффективное давление pe	1,05
Удельный эффективный расходтоплива ge	236

Значение параметров выбираем на основании опытных данных в соответствии с назначением двигателя, режимом его работы и особенностями рабочего цикла двигателя подобного типа.

Исходные данные: ,

Степень сжатия

Проектируемый двигатель - тихоходный, среднеоборотный дизель с наддувом, с неразделённой камерой сгорания. Поэтому, для обеспечения надёжного воспламенения в любых условиях эксплуатации достаточно невысокой степени сжатия е=12. Дальнейшее увеличение е приведёт к нежелательному повышению максимального давления сгорания и, следовательно, к увеличению нагрузки на детали двигателя. Принимаем е=12,5

Коэффициент избытка воздуха

б-отношение количества воздуха, действительно поступившего в цилиндр к количеству воздуха, теоретически необходимому для полного сгорания топлива. У двигателей с наддувом б=1.6ч2,2. Меньшие значения б повышают теплонапряжённость двигателя, увеличивается дымность выпускных газов, хуже протекают процессы смесеобразования и сгорания. Варьирование б является одним из способов достижение необходимого Р_е указанного в задании. Увеличение б приводит к уменьшению литровой мощности двигателя. Принимаем .

Коэффициент использования теплоты

Коэффициент использования теплоты в точках z и b оz, оb. Учитывают потери теплоты в начале и в конце расширения.

Наддув уменьшает эти параметры, частота вращения увеличивает их. Поэтому, для среднеоборотного дизеля с наддувом можно принять:

Максимальное давление сгорания .

Максимальное давление сгорания принимаем на основании уже существующих прототипов. Для среднеоборотного дизеля со средней степенью наддува, значение можно принять равным 9 МПа. Температура остаточных газов.

В зависимости от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения и коэффициента избытка воздуха для дизелей температура остаточных газов лежит в пределах К.

Температура Тг возрастает при уменьшении б, применении наддува и повышении наддува, с увеличением частоты вращения. Принимаем Тг = 820 К

Подогрев свежего заряда.

Естественный подогрев свежего заряда в дизеле с наддувом за счет уменьшения температурного перепада между деталями двигателя и температурой наддувочного воздуха величина подогрева сокращается. Принимаем ДТa=10 К

Коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

показывает насколько расчётная индикаторная диаграмма отличается от действительной. Принимаем

Параметры топлива.

В соответствии с ГОСТ 305-73 для рассчитываемого двигателя принимаем дизельное топливо. Цитановое число топлива не менее 45.

Средний элементарный состав топлива:

С=0,87 ; Н=0,126 ; О=0,004

Низшая теплотворная способность: Q_H=42500 кДж/кг

Параметры окружающей среды.

При расчетах принимается давление окружающей среды Р0=0,1 МПа, а температура Т0=288

Литраж проектируемого двигателя.

Среднее эффективное давление.

МПа.

Требуемое давление наддува (ориентировочное).



МПа.

1.2 Расчёт параметров процесса впуска

Целью расчета процесса наполнения является определение параметров состояния рабочего тела в цилиндре в конце процесса наполнения р_а и Т_а, а также определение параметров, характеризующих эффективность процесса газообмена.

Давление на выходе из компрессора:

Температура воздуха на выходе из компрессора:

К

n_k = 1.55 - показатель политропы в надувочном компрессоре.

Устанавливается односекционный холодильник с , .

Температура воздуха после холодильника:

Температура воздуха в цилиндре в конце наполнения:

Т_к^`` = T_k + ДT_a = 336,70 + 10 = 336,70 K

Давление заряда в конце наполнения:

Давление остаточных газов в цилиндре:

Коэффициент остаточных газов.

где - температура остаточных газов.

Температура заряда в цилиндре в конце наполнения:

Коэффициент наполнения:

1.3 Расчёт параметров процесса сжатия

двигатель индикаторный газ давление

Целью расчета процесса сжатия является определение параметров состояния рабочего тела в конце процесса сжатия - давления р_с и температуры Т_с.

Процесс сжатия в цикле предназначен для повышения давления и температуры заряда в цилиндре с целью обеспечения надежного самовоспламенения и эффективного сгорания впрыскиваемого топлива на всех режимах работы, а также для увеличения перепада температур в цикле с целью повышения его КПД.

Действительный процесс сжатия происходит по политропе с показателем n₁, переменным на всем ходе поршня. В расчетах для упрощения показатель политропы n₁ условно принимают как среднюю постоянную величину из условия равенства работы сжатия при истинном и условном его значениях.

При расчетном определении показателя n₁ и в последующем, при расчете параметров процессов сгорания и расширения, необходимо оперировать с теплоемкостью рабочего тела в характерных точках рабочего цикла.

С целью упрощения теплоемкости условно считают, что продукты сгорания представляют собой двухкомпонентную смесь, состоящую из «чистых» продуктов сгорания и избыточного воздуха, который не использовался при сгорании.

Средняя молярная изохорная теплоемкость для сухого воздуха определяется по выражению

, кДж/(кмоль•К),

Для «чистых» продуктов сгорания

, кДж/(кмоль•К).

Показатель политропы сжатия n₁ определяется по формуле

Уравнение решается методом последовательных приближений. Задаваясь любым значением n₁ из указанных пределов его значений n₁=1,35…1,38, добиваемся равенства левой и правой частей уравнения. Достаточная точность схождения ??0,001.

Задаемся n₁=1,37.

Точность сходимости достаточная. Принимаем n₁ = 1,371

Давление в конце сжатия:

.

Температура в конце сжатия:

K

1.4 Расчёт параметров процесса сгорания

Целью расчета процесса сгорания является определение его конечных параметров - максимальных значений давления сгорания p_z и температуры сгорания Т_z.

Процесс сгорания рассчитывают, исходя из сжигания 1 кг топлива.

Элементарный массовый состав топлива С+Н+О = 1 кг, где массовые доли элементов условно обозначены их химическими символами. Для дизельного топлива среднего состава имеем: С=0,87; Н=0,126; О=0,004.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

кмоль/кг

Действительное количество воздуха, участвующее в сгорании.

кмоль/кг

Коэффициент молекулярного изменения:

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

Доля топлива, сгоревшая к моменту точки z:

Коэффициент молекулярного изменения в точке z:

Степень повышения давления:

Средняя молярная изохорная теплоемкость продуктов сгорания в точке z:

Средняя молярная изохорная теплоемкость продуктов сгорания в точке b:

Температура сгорания:

Максимальная температура сгорания T_z определяется в результате решения уравнения сгорания.

Уравнение сгорания.

Приравнивая левую и правую части получим квадратное уравнение:

Решив уравнение, получим:

Степень предварительного расширения.

1.5 Расчёт параметров процесса расширения

Целью расчета процесса расширения является определение параметров состояния рабочего тела в цилиндре в конце расширения- температуры Т_b и давления p_b.

Степень последующего расширения:

Средний показатель политропы расширения n₂ и температуру в конце расширения Т_b определяем совместным решением их уравнений методом последовательных приближений

После подстановки известных величин и вычислений получим

Задаемся n₂=1,244.

?=0,0001 - сходимость достигнута.

Принимаем n₂ = 1,244, Т_b = 1129 К.

Давление в конце расширения:

Проверка правильности выбора температуры остаточных газов:

Ошибка выбора составляет 1,07 %, что не превышает допустимого значения ошибки, которое составляет 5%.

1.6 Индикаторные показатели двигателя

К индикаторным показателям двигателя относятся среднее индикаторное давление p_i, МПа, индикаторная мощность N_i, кВт, индикаторный удельный расход топлива g_i, г/кВт•ч и индикаторный КПД ?_i.

Индикаторные показатели являются внутренними показателями двигателя, характеризуют совершенство рабочего цикла в цилиндре и учитывают только тепловые потери в самом цилиндре.

Средним индикаторным давлением называется такое условное, постоянное по величине, избыточное давление в цилиндре, которое, действуя на поршень, совершает за один его ход от ВМТ к НМТ работу, равную индикаторной работе цикла.

Расчётное значение среднего индикаторного давления.

Действительное среднее индикаторное давление.

где - коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

Мощность, соответствующая суммарной индикаторной работе всех

цилиндров, называется индикаторной мощностью двигателя.

Индикаторная мощность:

В цикле реального двигателя преобразование теплоты топлива в механическую работу сопровождается потерями теплоты с выпускными газами, в систему охлаждения и вследствие неполноты сгорания. Все эти тепловые потери в относительном виде учитываются индикаторным КПД ?_i, который является критерием совершенства использования теплоты, подведенной к рабочему телу с топливом.

Индикаторным КПД двигателя называется отношение количества теплоты, преобразованной в индикаторную работу L_i, к количеству теплоты, подведенной для совершения этой работы Q_i.

Индикаторный КПД:

В абсолютном виде тепловое совершенство двигателя оценивается показателем внутренней экономичности двигателя - удельным индикаторным расходом топлива g_i, который показывает сколько килограммов топлива расходуется на единицу произведенной индикаторной работы.

Индикаторный удельный расход топлива:

1.7 Механические потери в двигателе

Некоторая часть индикаторной мощности, развиваемой в цилиндрах двигателя, расходуется в самом двигателе на собственные нужды и не может быть использована потребителем. Эту мощность называют мощностью механических потерь N_M, кВт. Данная мощность расходуется на преодоление трения, привод всех вспомогательных механизмов, обеспечивающих нормальную работу двигателя, и на осуществление процессов газообмена.

Среднее давление механических потерь.



Механический КПД задаем равным 0,92.

1.8 Эффективные показатели двигателя

К эффективным показателям двигателя относятся среднее эффективное давление p_e, эффективная мощность N_e, эффективный КПД ?_е и удельный эффективный расход топлива g_e. Как и индикаторные показатели, первые два связаны с работой цикла и мощностью двигателя, вторые касаются их экономичности. Эффективные показатели являются внешними показателями двигателя, учитывают как тепловые, так и механические потери. Они характеризуют тепловое, конструктивное и технологическое совершенство двигателя.

Среднее эффективное давление:

Эффективная мощность:

Эффективный КПД:

Эффективный удельный расход топлива:

Часовой расход топлива.

1.9 Проверка основных размеров двигателя

Литраж (рабочий объем) проектируемого двигателя:

Рабочий объем одного цилиндра:

Диаметр цилиндра:

Ход поршня:



Полученные значения S и D полностью соответствуют размерам прототипа.



2. Построение индикаторной диаграммы

Индикаторную диаграмму строят по данным теплового расчета рабочего цикла. В дальнейшем эта диаграмма является исходным материалом для динамического и прочностного расчетов двигателя.

Выбор масштабных коэффициентов:

Масштаб давлений ,

Масштаб хода

Масштаб объема

При построении политроп сжатия и расширения аналитическим способом вычисляется ряд точек для промежуточных объёмов между V_a и V_c и между (V_b и V_Z по уравнению политропы).

Для политропы сжатия

где Р_x и V_x - давление и объём в искомой точке диаграммы.

Для политропы расширения .

Расчет точек для построения индикаторной диаграммы.



Таблица 1.

Определяем поправку Брикса:мм , где мм -постоянная КШМ.

F_iд = 3393 мм²- площадь, скругленной индикаторной диаграммы.

Среднее индикаторное давление по диаграмме:

Расхождение с аналитическим значением

Можно считать расхождение удовлетворительным.



2.1 Параметры рабочего тела и агрегатов системы наддува

Большинство современных судовых дизелей оборудуются системой газотурбинного наддува. Наддув позволяет значительно увеличить удельную мощность, улучшить экономичность и массогабаритные показатели двигателя.

У двигателя с газотурбинным наддувом процесс расширения газов происходит в двух ступенях: первая - цилиндр поршневого двигателя и вторая - газовая турбина. Полезная работа от первой ступени через КШМ передается потребителю, а от второй ступени используется для привода центробежного надувочного компрессора, конструктивно объединенного с турбиной в одном агрегате - турбокомпрессоре.

Параметры центробежного компрессора.

Секундный расход воздуха через компрессор:

где _в=28,95 кг/кмоль - молярная масса воздуха.

Удельная адиабатическая работа сжатия воздуха в компрессоре:

кДж/кг;

Мощность, потребляемая компрессором:



Относительная мощность компрессора:

Параметры рабочего тела в выпускном ресивере.

Рабочее тело в выпускном ресивере рассматриваем как газовоздушную смесь отработавших газов из цилиндра и продувочного воздуха, поступившего в ресивер в период перекрытия клапанов в фазе продувки камеры сгорания.

Давление газов в ресивере перед турбиной:

;

Температура отработавших газов в выпускном ресивере после истечения из цилиндра (до смешения с продувочным воздухом):

;

где m - показатель политропы расширения. Принимаем m=1,25.

Средняя молярная изобарная теплоемкость отработавших газов в ресивере:

кДж/(кмоль•К);

Средняя молярная изобарная теплоемкость продувочного воздуха в ресивере:



кДж/(кмоль•К)

Средняя молярная изобарная и изохорная теплоемкость газовоздушной смеси в выпускном ресивере:

=

Температура рабочего тела перед турбиной:

Параметры газовой турбины.

Секундный расход газов через турбину:

Показатель адиабаты расширения в турбине:

Удельная работа адиабатического расширения в турбине:

Допуская, что молярная масса газов и воздуха примерно равны выразим удельную работу турбины:

Мощность турбины:

Относительная мощность турбины

=0.11

Степень повышения давления в компрессоре:

2.2 Внешний тепловой баланс двигателя

Целью расчета внешнего теплового баланса является получение исходных данных для расчета систем охлаждения, смазки, определения возможности утилизации тепловых потерь.

Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива:



Количество полезной теплоты:

Относительная доля полезной теплоты:

Количество теплоты, теряемой в систему охлаждения:

По опытным данным, относительная доля потерь теплоты в систему охлаждения в процессе сгорания расширения составляет , тогда:

Молярная теплоемкость при политропном процессе сжатия:

Где: К = 1.4 показатель адиабаты для воздуха.

Количество рабочего тела в рабочем объеме при p_k и T_k:



Количество рабочей смеси сжимаемой за час:

Потеря теплоты в процесс сжатия:

Теплоемкость воздуха:

Часовое количество свежего заряда, участвующего в процессе наполнения:

Теплота, сообщаемая свежему заряду от стенок цилиндра:

Потери теплоты в процессе выпуска в систему охлаждения, составляет тогда абсолютная доля теплоты составит:

Так как турбокомпрессор имеет охлаждаемый корпус, принимаем , тогда абсолютная доля теплоты составит:

Работа механических потерь:

Потеря теплоты в паре поршень-цилиндр:

Где: a = 0.6 доля работы трения в паре поршень-цилиндр.

Потеря теплоты в систему охлаждения, эквивалентная работе водяных насосов:

Потеря теплоты с отработавшими газами:

Молярный расход воздуха через компрессор:

Молярный расход газов из турбины:

Относительный перепад температур в турбине:

Температура газа за турбиной:

Теплоемкость газа за турбиной:

Теплоемкость воздуха при :

Потеря теплоты с выпускными газами:

Остаточный член теплового баланса:

Остаточный член теплового баланса входит в заданные пределы, расчетные статьи теплового баланса могут быть использованы для проектирования вспомогательных систем и агрегатов двигателя.



3. Динамический расчёт двигателя

Динамический расчёт КШМ заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и сил инерции. По этим силам рассчитываются основные детали на износ и прочность, а также неравномерность хода. Во время работы двигателя на детали КШМ действуют силы давления газов в цилиндре, силы инерции возвратно - поступательно движущихся масс, центробежные силы и силы тяжести (обычно не учитываются). Все действующие на двигатель силы воспринимаются сопротивлениями на валу, силами трения и опорами двигателя. В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в КШМ, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для определения характера изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала и их величины определяют для отдельных положений коленчатого вала.

3.1 Определение сил и моментов в КШМ

По характеру движения массы деталей КШМ делятся на движущиеся возвратно - поступательно (поршневая группа и верхняя головка шатуна) и движущихся вращательно (колено вала и нижняя головка шатуна). А также сложное плоско - параллельное движение (стержень шатуна). Для упрощения расчёта действительный КШМ заменяют динамически эквивалентной системой сосредоточенных масс.

Из данных прототипа:

Масса поршневого комплекта (сосредоточенная на оси поршневого пальца)

Масса шатуна

Масса шатуна, приведённая к оси поршневого пальца

Масса шатуна, приведённая к оси шатунной шейки

Приведённая масса поступательно движущихся частей КШМ

В центральном КШМ действую силы:

P_j - сила инерции поступательно движущихся масс;

P_г - сила давления газов;

P - суммарная сила;

N - нормальная сила;

S - сила, нагружающая шатун;

K_R - центробежная сила;

Т - тангенциальная сила;

-К - сила, действующая по кривошипу.

3.1.1 Сила давления газов

Используя круг Брикса получим развёрнутую индикаторную диаграмму по углу п.к.в. Для определения силы давления газов на поршень необходима площадь поршня:

Для удобства будем пользоваться удельными силами, действующими на единицу площади поршня:

где - значение абсолютного давления газов по индикаторной диаграмме

3.1.2 Силы инерции

Силы инерции, действующие в КШМ, в соответствии с характером движения делят на силы инерции поступательно движущихся масс и центробежные силы инерции вращающихся масс .

Силы инерции поступательно движущихся масс:

где j - текущее ускорение поршня,

- постоянная КШМ.

Сила инерции вращающихся масс шатуна:

МПа

3.1.3 Суммарные силы, действующие в КШМ

Суммарная сила от силы давления газов и силы инерции:



Нормальная сила, действующая перпендикулярно оси цилиндра и воспринимаемая стенками цилиндров:

где - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра.

Сила, действующая на шатун:

Сила, действующая по кривошипу:

Тангенциальная сила:

Сила, действующая на шатунные шейки коленчатого вала:

Результаты расчётов сводятся в таблицу (таблица 1), и по ней строится диаграмма зависимости сил от угла поворота коленчатого вала.



Cилы, действующие в КШМ.

Таблица 2.

б	Pг	j, м/с^2	Pj	PУ	N	S	K	T	Mk,Н•м
0	0,12	373,5125	-0,87335	-0,75335	0	-0,75335	-0,75335	0	0
10	0,12	364,6094	-0,85253	-0,73253	-0,03077	-0,73326	-0,71641	-0,15749	-3606,9625
20	0,12	338,5603	-0,79162	-0,67162	-0,05507	-0,67364	-0,61252	-0,28141	-6444,9056
30	0,12	297,2777	-0,6951	-0,5751	-0,06959	-0,57912	-0,46353	-0,34793	-7968,4279
40	0,12	243,734	-0,5699	-0,4499	-0,07018	-0,4553	-0,29963	-0,34282	-7851,4104
50	0,12	181,6632	-0,42477	-0,30477	-0,05669	-0,30995	-0,15238	-0,27002	-6184,1035
60	0,12	115,194	-0,26935	-0,14935	-0,03151	-0,15263	-0,04734	-0,14517	-3324,604
70	0,12	48,45323	-0,11329	0,006707	0,001543	0,006881	0,000845	0,006827	156,359221
80	0,12	-14,8134	0,034637	0,154637	0,037267	0,159121	-0,0099	0,158812	3637,14226
90	0,12	-71,5622	0,167327	0,287327	0,070395	0,295947	-0,0704	0,287327	6580,42156
100	0,12	-119,68	0,279835	0,399835	0,09636	0,41143	-0,16433	0,377044	8635,15222
110	0,12	-158,093	0,369653	0,489653	0,11262	0,502384	-0,27323	0,421591	9655,37461
120	0,12	-186,756	0,436674	0,556674	0,117458	0,568921	-0,38021	0,423072	9689,28663
130	0,12	-206,517	0,482877	0,602877	0,112135	0,613126	-0,47326	0,389459	8919,46752
140	0,12	-218,881	0,511787	0,631787	0,098559	0,639369	-0,54713	0,331057	7581,9262
150	0,12	-225,715	0,527768	0,647768	0,07838	0,652303	-0,59983	0,255869	5859,95509
160	0,12	-228,921	0,535263	0,655263	0,053732	0,657228	-0,63429	0,173645	3976,84514
170	0,12	-230,116	0,538059	0,658059	0,027638	0,658717	-0,65279	0,087522	2004,44328
180	0,14	-230,388	0,538694	0,678694	0	0,678694	-0,67869	0	0
190	0,13	-230,116	0,538059	0,668059	-0,02806	0,668727	-0,66271	-0,14363	-3289,5052
200	0,14	-228,921	0,535263	0,675263	-0,05537	0,677288	-0,65365	-0,28294	-6479,8379
210	0,15	-225,715	0,527768	0,677768	-0,08201	0,682513	-0,62761	-0,41005	-9391,0494
220	0,16	-218,881	0,511787	0,671787	-0,1048	0,679849	-0,58177	-0,5119	-11723,685
230	0,18	-206,517	0,482877	0,662877	-0,1233	0,674146	-0,52036	-0,58731	-13450,683
240	0,2	-186,756	0,436674	0,636674	-0,13434	0,650681	-0,43485	-0,61885	-14172,964
250	0,22	-158,093	0,369653	0,589653	-0,13562	0,604984	-0,32903	-0,60027	-13747,44
260	0,27	-119,68	0,279835	0,549835	-0,13251	0,56578	-0,22598	-0,56468	-12932,435
270	0,32	-71,5622	0,167327	0,487327	-0,1194	0,501947	-0,1194	-0,48733	-11160,864
280	0,41	-14,8134	0,034637	0,444637	-0,10716	0,457531	-0,02846	-0,41929	-9602,722
290	0,54	48,45324	-0,11329	0,426707	-0,09814	0,437801	0,053765	-0,36739	-8414,1422
300	0,72	115,194	-0,26935	0,450653	-0,09509	0,460567	0,142857	-0,3425	-7843,9233
310	1,04	181,6632	-0,42477	0,615235	-0,11443	0,625694	0,307617	-0,39744	-9102,2904
320	1,51	243,734	-0,5699	0,940101	-0,14666	0,951382	0,626107	-0,49261	-11281,921
330	2,25	297,2777	-0,6951	1,554905	-0,18814	1,565789	1,253253	-0,61419	-14066,247
340	3,6	338,5603	-0,79162	2,808378	-0,23029	2,816803	2,56124	-0,74422	-17044,285
350	5	364,6094	-0,85253	4,147469	-0,17419	4,151617	4,056225	-0,55161	-12633,167
360	5,92	373,5125	-0,87335	5,046652	0	5,046652	5,046652	0	0
370	8,94	364,6094	-0,85253	8,087469	0,339674	8,095557	7,909545	1,738806	39822,4992
380	8,85	338,5603	-0,79162	8,058378	0,660787	8,082553	7,34924	3,37646	77328,4029
390	6,82	297,2777	-0,6951	6,124905	0,741113	6,167779	4,936673	3,705567	84865,6822
400	4,2	243,734	-0,5699	3,630101	0,566296	3,673662	2,417647	2,766137	63350,6458
410	2,91	181,6632	-0,42477	2,485235	0,462254	2,527484	1,242617	2,201918	50428,7866
420	2,19	115,194	-0,26935	1,920653	0,405258	1,962907	0,608847	1,866875	42755,5595
430	1,72	48,45323	-0,11329	1,606707	0,369543	1,648481	0,202445	1,635627	37459,4796
440	1,38	-14,8134	0,034637	1,414637	0,340927	1,455661	-0,09054	1,452832	33273,0606
450	1,13	-71,5622	0,167327	1,297327	0,317845	1,336247	-0,31785	1,297327	29711,6541
460	0,94	-119,68	0,279835	1,219835	0,29398	1,25521	-0,50135	1,150304	26344,5155
470	0,83	-158,093	0,369653	1,199653	0,27592	1,230844	-0,66941	1,032901	23655,7249
480	0,74	-186,756	0,436674	1,176674	0,248278	1,202561	-0,80367	0,894272	20480,8082
490	0,68	-206,517	0,482877	1,162877	0,216295	1,182646	-0,91286	0,751219	17204,5712
500	0,63	-218,881	0,511787	1,141787	0,178119	1,155489	-0,98879	0,598297	13702,3129
510	0,6	-225,715	0,527768	1,127768	0,13646	1,135663	-1,04431	0,445469	10202,2142
520	0,58	-228,921	0,535263	1,115263	0,091452	1,118608	-1,07957	0,295545	6768,62459
530	0,59	-230,116	0,538059	1,128059	0,047378	1,129187	-1,11903	0,150032	3436,06045
540	0,57	-230,388	0,538694	1,108694	0	1,108694	-1,10869	0	0
550	0,4	-230,116	0,538059	0,938059	-0,0394	0,938997	-0,93055	-0,20168	-4618,9785
560	0,21	-228,921	0,535263	0,745263	-0,06111	0,747498	-0,72141	-0,31227	-7151,5598
570	0,14	-225,715	0,527768	0,667768	-0,0808	0,672443	-0,61835	-0,404	-9252,491
580	0,12	-218,881	0,511787	0,631787	-0,09856	0,639369	-0,54713	-0,48142	-11025,625
590	0,12	-206,517	0,482877	0,602877	-0,11214	0,613126	-0,47326	-0,53415	-12233,202
600	0,12	-186,756	0,436674	0,556674	-0,11746	0,568921	-0,38021	-0,54109	-12392,088
610	0,12	-158,093	0,369653	0,489653	-0,11262	0,502384	-0,27323	-0,49847	-11415,995
620	0,12	-119,68	0,279835	0,399835	-0,09636	0,41143	-0,16433	-0,41063	-9404,3492
630	0,12	-71,5622	0,167327	0,287327	-0,0704	0,295947	-0,0704	-0,28733	-6580,4215
640	0,12	-14,8134	0,034637	0,154637	-0,03727	0,159121	-0,0099	-0,14582	-3339,6544
650	0,12	48,45324	-0,11329	0,006707	-0,00154	0,006881	0,000845	-0,00577	-132,24485
660	0,12	115,194	-0,26935	-0,14935	0,031512	-0,15263	-0,04734	0,113504	2599,48467
670	0,12	181,6632	-0,42477	-0,30477	0,056686	-0,30995	-0,15238	0,196878	4508,95136
680	0,12	243,734	-0,5699	-0,4499	0,070184	-0,4553	-0,29963	0,235747	5399,13264
690	0,12	297,2777	-0,6951	-0,5751	0,069587	-0,57912	-0,46353	0,227163	5202,52729
700	0,12	338,5603	-0,79162	-0,67162	0,055073	-0,67364	-0,61252	0,17798	4076,13364
710	0,12	364,6094	-0,85253	-0,73253	0,030766	-0,73326	-0,71641	0,097427	2231,28375
720	0,12	373,5125	-0,87335	-0,75335	0	-0,75335	-0,75335	0	0

3.1.4 Определение набегающих моментов на коренные и шатунные шейки

Порядок работы цилиндров 1 - 5 - 3 - 6 - 2 - 4. Крутящий момент от каждого цилиндра изменяется периодически в соответствии с порядком работы цилиндров.

Угол между вспышками - угол расклинки кривошипа.

Рис. 2 Схема заклинки кривошипов.

Определим для каждого цилиндра угол опережения относительно 1_го цилиндра:

Первая коренная шейка не нагружена и никаких моментов не воспринимает.

Тогда - набегающие моменты на коренные шейки,

, , , , , - моменты от цилиндров.

, ,

, ,

, ,

.

Результаты расчёта сводятся в таблицу и по ней строятся графики зависимости набегающих моментов от угла поворота коленчатого вала.

Набегающие моменты на коренные шейки

Таблица 3.

б	ТкII=T1	TkIII	TkIV	TkV	TkVI	TkVII=TУ
0	0	-0,61885	0,275425	0,698497	0,15741	0,15741
10	-0,15749	-0,75776	-0,00654	0,382917	-0,11555	1,623256
20	-0,28141	-0,84609	-0,24779	0,083263	-0,32737	3,049092
30	-0,34793	-0,83526	-0,38979	-0,13392	-0,42125	3,284318
40	-0,34282	-0,76212	-0,46657	-0,29293	-0,43875	2,327388
50	-0,27002	-0,63742	-0,48738	-0,39986	-0,40564	1,796281
60	-0,14517	-0,48766	-0,48766	-0,48766	-0,37416	1,492717
70	0,006827	-0,39061	-0,5923	-0,73593	-0,53905	1,096576
80	0,158812	-0,3338	-0,64607	-0,929	-0,69325	0,759578
90	0,287327	-0,32686	-0,73086	-1,14091	-0,91375	0,383579
100	0,377044	-0,36718	-0,8486	-1,3605	-1,18252	-0,03221
110	0,421591	-0,13002	-0,66417	-1,25148	-1,15405	-0,12115
120	0,423072	0,423072	-0,11801	-0,73686	-0,73686	0,15741
130	0,389459	2,128265	1,629798	1,029531	0,872037	1,623256
140	0,331057	3,707517	3,296886	2,732205	2,450796	3,049092
150	0,255869	3,961436	3,674109	3,186782	2,838849	3,284318
160	0,173645	2,939781	2,793959	2,374667	2,031843	2,327388
170	0,087522	2,28944	2,283665	1,916271	1,646249	1,796281
180	0	1,866875	1,980378	1,637882	1,492717	1,492717
190	-0,14363	1,491995	1,688873	1,291431	1,298259	1,096576
200	-0,28294	1,169897	1,405644	0,913031	1,071843	0,759578
210	-0,41005	0,887277	1,11444	0,500252	0,787579	0,383579
220	-0,5119	0,638403	0,816383	0,072162	0,449207	-0,03221
230	-0,58731	0,445592	0,543019	-0,00859	0,412997	-0,12115
240	-0,61885	0,275425	0,275425	0,275425	0,698497	0,15741
250	-0,60027	0,150952	-0,00654	1,732264	2,121723	1,623256
260	-0,56468	0,033616	-0,24779	3,128666	3,459723	3,049092
270	-0,48733	-0,04186	-0,38979	3,315776	3,571645	3,284318
280	-0,41929	-0,12375	-0,46657	2,299566	2,47321	2,327388
290	-0,36739	-0,21736	-0,48738	1,714533	1,802055	1,796281
300	-0,3425	-0,3425	-0,48766	1,379213	1,379213	1,492717
310	-0,39744	-0,59912	-0,5923	1,04333	0,899698	1,096576
320	-0,49261	-0,80488	-0,64607	0,806766	0,523831	0,759578
330	-0,61419	-1,01819	-0,73086	0,566467	0,156417	0,383579
340	-0,74422	-1,22564	-0,8486	0,301707	-0,21019	-0,03221
350	-0,55161	-1,08576	-0,66417	0,36873	-0,21858	-0,12115
360	0	-0,54109	-0,11801	0,776257	0,15741	0,15741
370	1,738806	1,240339	1,629798	2,381017	1,78075	1,623256
380	3,37646	2,96583	3,296886	3,895183	3,330502	3,049092
390	3,705567	3,41824	3,674109	4,119577	3,632251	3,284318
400	2,766137	2,620314	2,793959	3,089504	2,670211	2,327388
410	2,201918	2,196144	2,283665	2,433697	2,066303	1,796281
420	1,866875	1,980378	1,980378	1,980378	1,637882	1,492717
430	1,635627	1,832506	1,688873	1,48719	1,089749	1,096576
440	1,452832	1,688579	1,405644	1,093379	0,600766	0,759578
450	1,297327	1,52449	1,11444	0,71044	0,096252	0,383579
460	1,150304	1,328284	0,816383	0,334961	-0,40926	-0,03221
470	1,032901	1,130328	0,543019	0,008869	-0,54274	-0,12115
480	0,894272	0,894272	0,275425	-0,26566	-0,26566	0,15741
490	0,751219	0,593725	-0,00654	-0,50501	1,233797	1,623256
500	0,598297	0,316887	-0,24779	-0,65842	2,718036	3,049092
510	0,445469	0,097536	-0,38979	-0,67712	3,028449	3,284318
520	0,295545	-0,04728	-0,46657	-0,61239	2,153743	2,327388
530	0,150032	-0,11999	-0,48738	-0,49316	1,708759	1,796281
540	0	-0,14517	-0,48766	-0,37416	1,492717	1,492717
550	-0,20168	-0,19486	-0,5923	-0,39542	1,240209	1,096576
560	-0,31227	-0,15345	-0,64607	-0,41032	1,042513	0,759578
570	-0,404	-0,11667	-0,73086	-0,5037	0,793629	0,383579
580	-0,48142	-0,10438	-0,8486	-0,67062	0,479687	-0,03221
590	-0,53415	-0,11256	-0,66417	-0,56674	0,466157	-0,12115
600	-0,54109	-0,11801	-0,11801	-0,11801	0,776257	0,15741
610	-0,49847	-0,10901	1,629798	1,472304	2,223523	1,623256
620	-0,41063	-0,07957	3,296886	3,015476	3,613773	3,049092
630	-0,28733	-0,03146	3,674109	3,326176	3,771645	3,284318
640	-0,14582	0,027822	2,793959	2,451136	2,74668	2,327388
650	-0,00577	0,081747	2,283665	2,013643	2,163675	1,796281
660	0,113504	0,113504	1,980378	1,835213	1,835213	1,492717
670	0,196878	0,053246	1,688873	1,6957	1,494018	1,096576
680	0,235747	-0,04719	1,405644	1,564456	1,252191	0,759578
690	0,227163	-0,18289	1,11444	1,401767	0,997767	0,383579
700	0,17798	-0,33392	0,816383	1,193427	0,712005	-0,03221
710	0,097427	-0,48988	0,543019	0,96461	0,430461	-0,12115
720	0	-0,61885	0,275425	0,698497	0,15741	0,15741

Шатунная шейка нагружается набегающим моментом на i-ю коренную шейку плюс половина момента от i-го цилиндра.

Набегающие моменты на шатунные шейки

Таблица 4.

б	Тш1	Tш2	Tш3	Tш4	Tш5	Tш6
0	0	-0,30942	-0,92827	0,413138	1,047746	0,236115
10	-0,07875	-0,45763	-1,13664	-0,00981	0,574375	-0,17333
20	-0,1407	-0,56375	-1,26914	-0,37169	0,124894	-0,49105
30	-0,17397	-0,5916	-1,25289	-0,58469	-0,20088	-0,63187
40	-0,17141	-0,55247	-1,14317	-0,69986	-0,43939	-0,65812
50	-0,13501	-0,45372	-0,95612	-0,73108	-0,59979	-0,60846
60	-0,07258	-0,31641	-0,73149	-0,73149	-0,73149	-0,56124
70	0,003414	-0,19189	-0,58592	-0,88845	-1,10389	-0,80858
80	0,079406	-0,08749	-0,5007	-0,9691	-1,3935	-1,03988
90	0,143663	-0,01977	-0,49029	-1,09629	-1,71137	-1,37062
100	0,188522	0,004934	-0,55076	-1,2729	-2,04075	-1,77378
110	0,210796	0,145785	-0,19503	-0,99626	-1,87722	-1,73108
120	0,211536	0,423072	0,634608	-0,17702	-1,10529	-1,10529
130	0,194729	1,258862	3,192397	2,444697	1,544296	1,308055
140	0,165528	2,019287	5,561275	4,945329	4,098308	3,676194
150	0,127934	2,108652	5,942154	5,511163	4,780173	4,258274
160	0,086822	1,556713	4,409672	4,190938	3,562	3,047765
170	0,043761	1,188481	3,43416	3,425498	2,874407	2,469373
180	0	0,933437	2,800312	2,970568	2,456823	2,239075
190	-0,07182	0,674181	2,237992	2,53331	1,937147	1,947388
200	-0,14147	0,443481	1,754845	2,108466	1,369547	1,607765
210	-0,20502	0,238614	1,330916	1,67166	0,750379	1,181369
220	-0,25595	0,06325	0,957604	1,224574	0,108244	0,67381
230	-0,29365	-0,07086	0,668388	0,814528	-0,01289	0,619495
240	-0,30942	-0,17171	0,413138	0,413138	0,413138	1,047746
250	-0,30013	-0,22466	0,226428	-0,00981	2,598396	3,182584
260	-0,28234	-0,26553	0,050424	-0,37169	4,693	5,189584
270	-0,24366	-0,26459	-0,06279	-0,58469	4,973664	5,357467
280	-0,20965	-0,27152	-0,18562	-0,69986	3,449349	3,709815
290	-0,1837	-0,29238	-0,32604	-0,73108	2,5718	2,703083
300	-0,17125	-0,3425	-0,51374	-0,73149	2,06882	2,06882
310	-0,19872	-0,49828	-0,89869	-0,88845	1,564995	1,349546
320	-0,24631	-0,64875	-1,20732	-0,9691	1,210149	0,785746
330	-0,30709	-0,81619	-1,52728	-1,09629	0,8497	0,234625
340	-0,37211	-0,98493	-1,83846	-1,2729	0,452561	-0,31529
350	-0,27581	-0,81869	-1,62864	-0,99626	0,553095	-0,32787
360	0	-0,27054	-0,81163	-0,17702	1,164386	0,236115
370	0,869403	1,489572	1,860508	2,444697	3,571525	2,671125
380	1,68823	3,171145	4,448744	4,945329	5,842774	4,995753
390	1,852784	3,561904	5,127361	5,511163	6,179366	5,448376
400	1,383068	2,693226	3,930472	4,190938	4,634255	4,005317
410	1,100959	2,199031	3,294215	3,425498	3,650546	3,099454
420	0,933437	1,923627	2,970568	2,970568	2,970568	2,456823
430	0,817814	1,734066	2,748759	2,53331	2,230786	1,634623
440	0,726416	1,570705	2,532869	2,108466	1,640068	0,901149
450	0,648663	1,410908	2,286734	1,67166	1,06566	0,144379
460	0,575152	1,239294	1,992427	1,224574	0,502441	-0,61389
470	0,516451	1,081615	1,695492	0,814528	0,013304	-0,81412
480	0,447136	0,894272	1,341408	0,413138	-0,39849	-0,39849
490	0,375609	0,672472	0,890587	-0,00981	-0,75751	1,850695
500	0,299148	0,457592	0,47533	-0,37169	-0,98764	4,077054
510	0,222734	0,271502	0,146304	-0,58469	-1,01568	4,542674
520	0,147772	0,124133	-0,07092	-0,69986	-0,91859	3,230615
530	0,075016	0,015021	-0,17999	-0,73108	-0,73974	2,563138
540	0	-0,07258	-0,21775	-0,73149	-0,56124	2,239075
550	-0,10084	-0,19827	-0,29228	-0,88845	-0,59313	1,860313
560	-0,15613	-0,23286	-0,23018	-0,9691	-0,61548	1,56377
570	-0,202	-0,26034	-0,17501	-1,09629	-0,75555	1,190444
580	-0,24071	-0,2929	-0,15657	-1,2729	-1,00593	0,71953
590	-0,26707	-0,32335	-0,16884	-0,99626	-0,85012	0,699235
600	-0,27054	-0,32955	-0,17702	-0,17702	-0,17702	1,164386
610	-0,24923	-0,30374	-0,16351	2,444697	2,208456	3,335284
620	-0,20532	-0,2451	-0,11936	4,945329	4,523215	5,420659
630	-0,14366	-0,15939	-0,04719	5,511163	4,989264	5,657467
640	-0,07291	-0,059	0,041733	4,190938	3,676704	4,12002
650	-0,00289	0,037987	0,122621	3,425498	3,020465	3,245513
660	0,056752	0,113504	0,170255	2,970568	2,75282	2,75282
670	0,098439	0,125062	0,079869	2,53331	2,54355	2,241026
680	0,117874	0,09428	-0,07078	2,108466	2,346684	1,878286
690	0,113581	0,022138	-0,27433	1,67166	2,10265	1,49665
700	0,08899	-0,07797	-0,50088	1,224574	1,790141	1,068008
710	0,048713	-0,19623	-0,73482	0,814528	1,446915	0,645691
720	0	-0,30942	-0,92827	0,413138	1,047746	0,236115

3.2 Анализ уравновешенности двигателя

Для уравновешивания сил инерции и их моментов в многоцилиндровом двигателе необходимо и достаточно, чтобы равнодействующие всех сил инерции, действующие в плоскостях, проходящих через ось вала, а также сумма моментов этих сил относительно выбранной оси равнялась нулю.

При проектировании двигателя стремятся путем выбора схем расположения кривошипов коленчатого вала и цилиндров создать такую конструкцию, при которой суммарные силы инерции Р_jl, Р_jll и моменты , были бы равны нулю. Если это не удается, то прибегают к уравновешиванию двигателя с помощью дополнительных устройств.

Для обеспечения полного уравновешивания двигателя требуется существенное усложнение конструкции, что с учетом высоких порядков гармонических составляющих сил инерции практически не осуществимо, поэтому двигатель остается частично неуравновешенным.

Уравновешенными считаются шести-, восьми-, десяти- и двенадцатицилиндровые двигатели с зеркальным относительно средней коренной шейке расположением кривошипов коленчатого вала.

Порядок работы цилиндров двигателя:

1-5-3-6-2-4

Схема заклинки коленчатого вала выполнена в соответствии с Рис. 2

Рис. 3 К анализу уравновешенности двигателя.

На данной схеме изображен коленчатый вал двигателя, в котором уравновешены силы инерции 1 и 2 порядков, центробежные силы инерции, а также моменты этих сил.

Действительно, рассмотрим 1 и 6 цилиндры:

,

примем .

; ;

2 и 5 цилиндры:

; ;



3 и 4 цилиндры:

; ;

Тогда:

;

;

Аналогично:

;

Как видно двигатель с данной схемой коленчатого вала полностью уравновешен от сил инерции 1_го и 2_го порядка, центробежных сил и их моментов.



4. Расчет ДВС на прочность

4.1 Расчет на прочность деталей поршневой группы

4.1.1 Расчет прочности поршня

Наиболее нагруженным элементом поршневой группы является поршень, воспринимающий высокие газовые, инерционные и тепловые нагрузки. Тяжёлые условия работы поршней предъявляют повышенные требования к материалам при изготовлении.

Чтобы устранить защемление поршня в цилиндре вследствие его теплового расширения, диаметр поршня должен быть меньше диаметра цилиндра. Наименьший диаметр должен быть у головки поршня.

Поршень из серого чугуна с днищем вогнутой формы, охлаждаемым маслом с внутренней стороны.

Днище поршня

Толщина днища: м

Высота юбки:м

Радиус заделким

Рис. 4 Расчетная схема днища поршня.

Рассматриваем днище поршня как пластину, защемленную по периферии, равномерно нагруженную.

Напряжения изгиба в тангенсальном направлении

Перефирия

где - коэффициент Пуассона (чугун)

Центр

Напряжения изгиба:

Температурные напряжения

- коэффициент линейного расширения (серый чугун);

- модуль упругости (серый чугун);

- коэффициент Пуассона;

- коэффициент теплопроводности;

-удельная тепловая нагрузка на поверхность днища поршня, где:

- доля тепла от сгорания топлива, проходящая через днище поршня;

- цилиндровая мощность двигателя;

- удельный расход топлива;

-низшая теплотворная способность топлива

Суммарные напряжения на периферии и центре днища поршня:

МПа

- для чугуна

Расчет удельных давлений

Юбка:

- диаметр цилиндра

Бобышки:



4.1.2 Расчет поршневого пальца

Наибольшее распространение получили плавающие пальцы, подвижные в бобышках поршня и в поршневой головке шатуна. Поршневой палец подвергается воздействию сил, переменных по величине и направлению. Эти силы подвергаю поршневой палец переменному изгибу и овализации. Материал пальца работает на усталость.

Недопустимая овализация поршневого пальца может приводить к трещинам в бобышках поршня и к продольным трещинам в стержне шатуна. Для повышения износостойкости и прочности пальцы изготавливают с вязкой сердцевиной и твёрдой поверхностью (цементированные и закалённые стали 15, 15Х, и 20ХН, с поверхностной закалкой ТВЧ стали 40, 45, 45Х и 40ХН, азотированные стали 18ХНВА). Для повышения усталостной прочности наружная поверхность пальца, а иногда и внутренняя, тщательно полируются. Принимаем Сталь45Х.

- длина, плавающего пальца

- внутренний диаметр пальца

- наружный диаметр пальца

- длина втулки шатуна

- расстояние между бобышками

бобышек.

Напряжение в поршневом пальце от изгиба имеет максимальное значение в середине длины пальца:



Допускаемое значение напряжений: ,

где -относительная величина отверстия в поршневом пальце.

Инерционная сила:

,

Расчетная сила, действующая на поршневой палец:

P_z = p_z*F_п = 10 * 0,1067 = 1,067 МН

Расчетная сила:

k - коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца. k= 0,68…0,81

Касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна:

Допускаемое значение напряжений:

Проверка на овализацию:

Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации:

м

Величина овализации не должна превышать:

4.1.3 Расчет прочности поршневого кольца

Кольца прижимаются к стенкам цилиндра силами собственной упругости и давления газов. Верхнее поршневое кольцо работает в условиях высокой температуры и недостаточной смазки. В период сгорания удельное давление между кольцом и втулкой цилиндра, вызываемое газовыми силами, в 40 - 70 раз превосходит удельное давление от сил собственной упругости. В зоне этого кольца имеет место наибольший износ цилиндра. Повышение износостойкости достигается увеличением радиальной толщины (ограничиваемой напряжениями в кольце), применением для верхних поршневых колец пористогохромирования, а также напылением карбидохромомолибденового покрытия.

Поршневые кольца изготавливают из стали и чугуна специальных марок.

В цилиндре двигателя поршневое кольцо находится в сжатом состоянии, а при надевании его на поршень оно разводится. В том и другом случае в поршневом кольце действуют напряжения изгиба.

Расчёт кольца проводится с равномерным распределением давления по цилиндру.

Зададимся следующими параметрами:

- зазор в замке в свободном состоянии



- зазор в замке после установки

- радиальная толщина кольца

- высота кольца

Напряжение в сечении противоположном замку

в рабочем состоянии:

где, - деформация замка в рабочем состоянии

Рис. 6 Расчет поршневого кольца.

- условный модуль упругости

Напряжение изгиба кольца при надевании

- деформация кольца

при надевании

Удельное давления кольца на стенку цилиндра

Допускаемое удельное давления

В среднем принимают значение . Экспериментальные исследования колец показывают, что величина удельного давления кольца на стенки цилиндра не является одинаковой по длине кольца. Она изменяется в зависимости от положения замка кольца и, особенно от степени изношенности кольца и рабочей втулки цилиндра.

4.1.4 Расчет коленчатого вала

Коленчатый вал с присоединёнными к нему вращающимися частями представляет собой систему, подверженную крутильным и изгибным колебаниям, вызванным периодически действующими силами и моментами. Крутильные и изгибные колебания увеличивают напряжения в коленчатом валу.

Требования, предъявляемые к коленчатым валам:

- надёжность работы на всех эксплуатационных режимах;

- прочность, жёсткость, износостойкость при минимальной массе;

- обеспечение необходимого ресурса до капитального ремонта;

- высокая точность изготовления, твёрдость и чистота обработки;

- статическая и динамическая уравновешенность.

Основные положения расчета:

- расчёту подвергается коленвал, как разрезная балка, т.е. рассматривается отдельное колено, оперяющиеся по плоскостям, проходящим через середины соседних коренных шеек;

- колено абсолютно жёсткое;

- колено симметричное;

- коленвал рассматривается по элементам, отдельно коренная шейка, шатунная шейка, щека.

Коленчатые валы отечественных судовых двигателей изготавливают из сталей 45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА и др. Поверхности шеек стальных валов в целях повышения их твердости и износостойкости подвергаются азотированию на глубину 0,5-0,8 мм. Для изготовления коленчатых валов судовых двигателей довольно широко используются литые валы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Преимуществом чугунных валов является их меньшая стоимость и возможность снижения припусков на механическую обработку. Поверхности шеек чугунных валов обрабатываются токами высокой частоты.

Принимаем материал: чугун ВЧ45-0.

Порядок работы цилиндров 1-5-3-6-2-4

1. ВМТ, нагружающей силой является сила P_z;

2. положение при Т=Т_max;

3. набегающий момент на колено максимален;

4. положение, при котором сила S по шатуну максимальна.

Рис. 7 Расчетная схема коленчатого вала

R=0,225 м. Fп=0,1017м

dк=0,255 м d_ш=0,225 м

l =0,2475 м а₁= 0,165 м

h=0,645 м b=0,09 м

4.1.5 Расчет шатунной шейки

Шатунные шейки рассчитывают на кручение и изгиб.

Расчет на кручение

Максимальный и минимальный набегающие моменты:

Максимальный и минимальный крутящие моменты:

Момент сопротивления шатунной шейки кручению:

Максимальное и минимальное касательные напряжения:

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

Коэффициент учитывающий масштабный фактор:

Коэффициент концентраций напряжений:

Коэффициент динамичности:

Предел выносливости:

Предел прочности:

Коэффициент чувствительности асимметрии цикла:

Запас прочности:

Запас прочности не превышает допустимые значения

Расчет на изгиб

Расчет ведется для сечений 1 и 3.

Определим реакции:

Изгибающий момент в плоскости колена:

Изгибающий момент в плоскости, перпендикулярной плоскости колена:

Изгибающий момент в направлении масляного канала:

Изгибающий момент в направлении галтельного перехода:



К расчету изгиба шатунной шейки

Таблица 5.

б	K	T	Mk3	Mt3	M1	Mk3*cos	Mt3*sin	M Сумм	Rt	Rk
0	-0,0766	0	-38321	0	6,70623	17171	0	-17170,8	0	-38321
10	-0,0729	-0,016	-36443	-991,41	6,52974	16329	-886,3	-17215,3	-8011	-36443
20	-0,0623	-0,029	-31158	-1771,5	6,00051	13961	-1584	-15544,6	-14315	-31158
30	-0,0472	-0,035	-23579	-2190,2	5,15937	10565	-1958	-12523	-17699	-23579
40	-0,0305	-0,035	-15242	-2158	4,05313	6829,4	-1929	-8758,72	-17439	-15242
50	-0,0155	-0,027	-7751,4	-1699,8	2,76005	3473,2	-1520	-4992,8	-13735	-7751,4
60	-0,0048	-0,015	-2408,3	-913,8	1,35923	1079,1	-816,9	-1896,02	-7384	-2408,2
70	9E-05	0,0007	42,943	42,977	0,06124	-19,24	38,421	57,6631	347,29	42,985
80	-0,001	0,0162	-503,47	999,707	1,41647	225,59	893,73	668,144	8078,4	-503,43
90	-0,0072	0,0292	-3580,9	1808,7	2,6334	1604,5	1617	12,4641	14616	-3580,9
100	-0,0167	0,0384	-8359,3	2373,46	3,66135	3745,6	2121,9	-1623,71	19179	-8359,3
110	-0,0278	0,0429	-13899	2653,88	4,47219	6227,6	2372,6	-3855	21446	-13898
120	-0,0387	0,043	-19340	2663,2	5,06352	8666	2380,9	-6285,06	21521	-19340
130	-0,0481	0,0396	-24074	2451,61	5,45602	10787	2191,7	-8595,09	19811	-24074
140	-0,0557	0,0337	-27831	2083,97	5,69267	12470	1863,1	-10607,4	16840	-27831
150	-0,061	0,026	-30512	1610,67	5,80517	13672	1439,9	-12231,9	13016	-30512
160	-0,0645	0,0177	-32265	1093,08	5,85419	14457	977,21	-13480	8833	-32265
170	-0,0664	0,0089	-33206	550,942	5,86311	14879	492,54	-14386,4	4452,1	-33206
180	-0,069	0	-34524	0	6,04166	15469	0	-15469,2	0	-34524
190	-0,0674	-0,015	-33711	-904,16	6,03639	15105	-808,3	-15913,3	-7306	-33711
200	-0,0665	-0,029	-33250	-1781,1	6,34048	14899	-1592	-16490,8	-14392	-33250
210	-0,0639	-0,042	-31925	-2581,2	6,67369	14305	-2308	-16612,6	-20858	-31925
220	-0,0592	-0,052	-29593	-3222,4	6,89824	13260	-2881	-16140,8	-26039	-29593
230	-0,0529	-0,06	-26470	-3697,1	6,98505	11860	-3305	-15165,5	-29875	-26470
240	-0,0442	-0,063	-22120	-3895,6	6,73295	9911,3	-3483	-13394	-31480	-22120
250	-0,0335	-0,061	-16737	-3778,6	6,0936	7499,4	-3378	-10877,5	-30534	-16737
260	-0,023	-0,057	-11495	-3554,6	5,41432	5150,7	-3178	-8328,56	-28724	-11495
270	-0,0121	-0,05	-6073,4	-3067,7	4,46644	2721,3	-2742	-5463,84	-24789	-6073,4
280	-0,0029	-0,043	-1447,6	-2639,4	3,74109	648,62	-2360	-3008,25	-21329	-1447,5
290	0,0055	-0,037	2734,9	-2312,7	3,30534	-1225	-2068	-842,134	-18689	2734,9
300	0,0145	-0,035	7266,8	-2156	3,30346	-3256	-1927	1328,62	-17422	7266,9
310	0,0313	-0,04	15648	-2501,9	4,47393	-7011	-2237	4774,73	-20217	15648
320	0,0637	-0,05	31849	-3101	7,09184	-14271	-2772	11498,4	-25058	31849
330	0,1275	-0,062	63750	-3866,3	12,424	-28565	-3456	25108,5	-31242	63750
340	0,2606	-0,076	130285	-4684,8	23,7429	-58377	-4188	54189,1	-37857	130285
350	0,4127	-0,056	206332	-3472,4	36,4405	-92452	-3104	89347,7	-28059	206332
360	0,5134	0	256713	0	44,9248	-1E+05	0	115026	0	256713
370	0,8047	0,1769	402343	10945,6	72,0913	-2E+05	9785,4	190065	88450	402343
380	0,7477	0,3435	373841	21254,5	71,9964	-2E+05	19001	186510	171754	373841
390	0,5022	0,377	251119	23326,2	54,9486	-1E+05	20854	133373	188495	251119
400	0,246	0,2814	122981	17412,6	32,7035	-55104	15567	70671,3	140708	122981
410	0,1264	0,224	63209	13860,9	22,5071	-28322	12392	40714,1	112007	63209
420	0,0619	0,1899	30971	11751,8	17,4802	-13877	10506	24383,3	94964	30971
430	0,0206	0,1664	10298	10296,1	14,6713	-4614	9204,7	13818,9	83201	10298
440	-0,0092	0,1478	-4605,5	9145,45	12,9581	2063,6	8176	6112,42	73903	-4605,4
450	-0,0323	0,132	-16168	8166,56	11,8902	7244,5	7300,9	56,3424	65992	-16168
460	-0,051	0,117	-25503	7241,07	11,1702	11427	6473,5	-4953,65	58514	-25503
470	-0,0681	0,1051	-34051	6502,03	10,9569	15258	5812,8	-9444,75	52542	-34051
480	-0,0818	0,091	-40881	5629,37	10,7031	18318	5032,6	-13285,1	45490	-40881
490	-0,0929	0,0764	-46435	4728,86	10,524	20806	4227,6	-16578,9	38213	-46435
500	-0,1006	0,0609	-50298	3766,23	10,288	22537	3367	-19170,1	30434	-50298
510	-0,1062	0,0453	-53122	2804,19	10,1068	23803	2506,9	-21295,7	22660	-53122
520	-0,1098	0,0301	-54916	1860,43	9,96388	24606	1663,2	-22943,1	15034	-54916
530	-0,1138	0,0153	-56923	944,438	10,0507	25506	844,32	-24661,4	7631,8	-56923
540	-0,1128	0	-56397	0	9,86948	25270	0	-25270	0	-56397
550	-0,0947	-0,021	-47335	-1269,6	8,47603	21210	-1135	-22344,8	-10259	-47335
560	-0,0734	-0,032	-36697	-1965,7	6,99775	16443	-1757	-18200,2	-15884	-36697
570	-0,0629	-0,041	-31454	-2543,1	6,57523	14094	-2274	-16367,5	-20551	-31454
580	-0,0557	-0,049	-27831	-3030,5	6,4875	12470	-2709	-15179,8	-24489	-27831
590	-0,0481	-0,054	-24074	-3362,4	6,3528	10787	-3006	-13792,8	-27171	-24074
600	-0,0387	-0,055	-19340	-3406,1	5,88693	8666	-3045	-11711	-27524	-19340
610	-0,0278	-0,051	-13899	-3137,8	5,06018	6227,6	-2805	-9032,75	-25356	-13898
620	-0,0167	-0,042	-8359,3	-2584,9	3,93724	3745,6	-2311	-6056,46	-20888	-8359,3
630	-0,0072	-0,029	-3580,9	-1808,7	2,6334	1604,5	-1617	-3221,48	-14616	-3580,9
640	-0,001	-0,015	-503,47	-917,94	1,30108	225,59	-820,6	-1046,23	-7418	-503,43
650	9E-05	-6E-04	42,943	-36,349	0,05195	-19,24	-32,5	-13,254	-293,7	42,985
660	-0,0048	0,0115	-2408,3	714,496	1,09477	1079,1	638,76	-440,331	5773,7	-2408,2
670	-0,0155	0,02	-7751,4	1239,33	2,21623	3473,2	1108	-2365,26	10015	-7751,4
680	-0,0305	0,024	-15242	1484,01	3,39391	6829,4	1326,7	-5502,74	11992	-15242
690	-0,0472	0,0231	-23579	1429,97	4,59514	10565	1278,4	-9286,62	11555	-23579
700	-0,0623	0,0181	-31158	1120,37	5,67811	13961	1001,6	-12959,3	9053,5	-31158
710	-0,0729	0,0099	-36443	613,292	6,43616	16329	548,28	-15780,7	4955,9	-36443
720	-0,0766	0	-38321	0	6,70623	17171	0	-17170,8	0	-38321

Выбираем максимальные и минимальные значения моментов

Сечение 1

Момент сопротивления шатунной шейки кручению:

Максимальное и минимальное напряжения изгиба:

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

Коэффициент концентраций напряжений:

Коэффициент учитывающий масштабный фактор:

Предел выносливости:

Предел прочности:

Коэффициент чувствительности асимметрии цикла:



Запас прочности:

Запас прочности не превышает допустимые значения

Сечение 3

Максимальное и минимальное напряжения изгиба:

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

Коэффициент концентраций напряжений:

Коэффициент учитывающий масштабный фактор:

Предел выносливости:

Предел прочности:

Коэффициент чувствительности асимметрии цикла:



Запас прочности:

Запас прочности не превышает допустимые значения

4.1.6 Расчет щеки

Щека испытывает напряжения растяжения - сжатия, изгиба и кручения.

Размеры щеки:

Площадь щеки:

Момент сопротивления щеки:

Сила, растягивающая щеку: S = P_z

Напряжения определяются по формуле:



Реакция:

(кН) ,

тогда , составляем таблицу для поиска максимального и минимального напряжения.

Напряжения, возникающие в щеке.

Таблица 6

Mkщ	Rk	у	k
-0,05709	-0,346	-9,01	-0,7533
-0,05405	-0,3276	-8,53	-0,7164
-0,04548	-0,2756	-7,177	-0,6125
-0,03318	-0,2011	-5,237	-0,4635
-0,01966	-0,1192	-3,103	-0,2996
-0,00751	-0,0455	-1,186	-0,1524
0,001152	0,007	0,1818	-0,0473
0,005127	0,0311	0,8092	0,0008
0,004241	0,0257	0,6693	-0,0099
-0,00075	-0,0045	-0,118	-0,0704
-0,0085	-0,0515	-1,341	-0,1643
-0,01748	-0,106	-2,759	-0,2732
-0,02631	-0,1595	-4,152	-0,3802
-0,03399	-0,206	-5,364	-0,4733
-0,04008	-0,2429	-6,325	-0,5471
-0,04443	-0,2693	-7,012	-0,5998
-0,04727	-0,2865	-7,46	-0,6343
-0,0488	-0,2957	-7,701	-0,6528
-0,05093	-0,3087	-8,038	-0,6787
-0,04962	-0,3007	-7,83	-0,6627
-0,04887	-0,2962	-7,712	-0,6537
-0,04672	-0,2832	-7,373	-0,6276
-0,04294	-0,2602	-6,776	-0,5818
-0,03787	-0,2295	-5,977	-0,5204
-0,03082	-0,1868	-4,864	-0,4348
-0,02209	-0,1339	-3,486	-0,329
-0,01359	-0,0823	-2,144	-0,226
-0,00479	-0,029	-0,756	-0,1194
0,00271	0,0164	0,4277	-0,0285
0,009493	0,0575	1,4982	0,0538
0,016843	0,1021	2,6582	0,1429
0,030436	0,1845	4,8034	0,3076
0,056711	0,3437	8,9501	0,6261
0,108451	0,6573	17,116	1,2533
0,21636	1,3113	34,146	2,5612
0,339696	2,0588	53,61	4,0562
0,421406	2,554	66,506	5,0467
0,657595	3,9854	103,78	7,9095
0,61137	3,7053	96,486	7,3492
0,412333	2,499	65,074	4,9367
0,204514	1,2395	32,276	2,4176
0,107574	0,652	16,977	1,2426
0,055288	0,3351	8,7254	0,6088
0,021759	0,1319	3,434	0,2024
-0,00241	-0,0146	-0,381	-0,0905
-0,02116	-0,1283	-3,34	-0,3178
-0,0363	-0,22	-5,729	-0,5014
-0,05017	-0,3041	-7,918	-0,6694
-0,06124	-0,3712	-9,666	-0,8037
-0,07025	-0,4258	-11,09	-0,9129
-0,07652	-0,4637	-12,08	-0,9888
-0,0811	-0,4915	-12,8	-1,0443
-0,08401	-0,5091	-13,26	-1,0796
-0,08726	-0,5289	-13,77	-1,119
-0,08641	-0,5237	-13,64	-1,1087
-0,07171	-0,4346	-11,32	-0,9306
-0,05446	-0,3301	-8,595	-0,7214
-0,04596

Подобные документы

• Тепловой расчет двигателя автомобиля

  Основные параметры автомобильного двигателя. Определение давления в конце процессов впуска, сжатия, расширения и выпуска. Построение индикаторной диаграммы карбюраторного двигателя. Расчет массы поршневой группы, силы давления газов и крутящих моментов.
  
  курсовая работа [147,8 K], добавлен 20.01.2016
  

• Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

  Определение параметров конца впуска, сжатия, сгорания и расширения: температуры и давления газов в цилиндре, эффективных показателей двигателя и размеров его цилиндров. Методика динамического расчёта автомобильного двигателя. Расчет поршневой группы.
  
  курсовая работа [180,8 K], добавлен 11.12.2013
  

• Рабочие процессы и энергетические установки

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

• Разработка четырехтактного автомобильного двигателя

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

• Тепловой и динамический расчет дизельного двигателя ЯМЗ-236

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

• Расчет основных параметров и характеристик двигателя внутреннего сгорания ЗМЗ 402

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

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

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

• Расчёт бензинового инжекторного двигателя 84 кВт

  Произведение теплового расчета топлива, параметров рабочего тела, окружающей среды, остаточных газов, процессов впуска, сжатия, сгорания, расширения, эффективных показателей цилиндра. Построение внешней скоростной характеристики бензинового двигателя.
  
  дипломная работа [532,0 K], добавлен 18.04.2010
  

• Проектирование и расчет двигателей внутреннего сгорания

  Расчет скоростной характеристики, номинальной мощности двигателя. Основные параметры, характеризующие работу дизеля. Процесс впуска, сжатия, сгорания и расширения. Построение индикаторной диаграммы. Тепловой, кинематический, динамический расчет двигателя.
  
  курсовая работа [1012,7 K], добавлен 21.01.2015
  

• Расчет двигателя внутреннего сгорания автомобиля КамАЗ

  Показатели эффективной работы и определение основных параметров впуска, сжатия и процессов сгорания в двигателе. Составление уравнения теплового баланса и построение индикаторной диаграммы. Динамическое исследование кривошипно-шатунного механизма.
  
  курсовая работа [253,7 K], добавлен 16.09.2010
  

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