Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНЕЦЬКА АКАДЕМІЯ АВТОМОБІЛЬНОГО ТРАНСПОРТУ

Кафедра АіД

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни «Автомобільні двигуни»

Виконав: ст. гр. 2-АТР-09

Мєзєнцев С. Г № 09038

Перевірив:

Кондратьєв В. В.

Оцінка:

Підпис:

Донецк - 2012

РЕФЕРАТ

Курсова робота включає в себе наступні задачі: закріплення знань по курсу «автомобільні двигуни» разом зі знаннями, отриманими раніше по ряду загально технічних та спеціальних курсів, практичне пристосування цих знань при проектуванні та розрахунку двигунів; отримання навичок в роботі по виконанню інженерних розрахунків та використання довідкової літератури; отримання практичних навичок по обґрунтуванню прийнятих рішень та критичній оцінки існуючих конструкцій в процесі компоновки та конструктивній розробці двигуна; розвинення творчих навичок при розрахунках інженерно-конструкторських задач в області двигунобудування.

У процесі розрахунків встановлено параметри двигуна, параметри теплового розрахунку, параметри динамічного та міцностного розрахунків, на підставі яких визначається ефективність двигуна, його технічна досконалість, а також визначається які з отриманих параметрів, як впливають на показники двигуна.

ЗМІСТ

• ВСТУП
• 1 ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК
• 1.1 Паливо
• 1.2 Параметри робочого тіла
• 1.3 Параметри навколишнього середовища та залишкових газів
• 1.4 Процес впуску
• 1.5 Процес стискання
• 1.6 Процес згоряння
• 1.7 Процеси розширення та випуску
• 1.8 Індикаторні параметри робочого циклу
• 1.9 Ефективні показники двигуна
• 1.10 Основні параметри циліндра та двигуна
• 1.11 Побудова індикаторної діаграми
• 2 ДИНАМІКА ДВИГУНА
• 2.1 Приведення мас частин КШМ
• 2.2 Питомі та повні сили інерції
• 2.3 Питомі сумарні сили
• 2.4 Крутні моменти
• 2.5 Сили, які діють на шатуну шийкуколінчастого валу
• 2.6 Урівноваженість двигуна
• 3 РОЗРАХУНОК ДЕТАЛЕЙ НА МІЦНІСТЬ
• 3.1 Поршень
• 3.2 Поршньові кільця
• 3.3 Поршньовий палець
• 3.4 Спрощений розрахунок колінчастого валу
• ВИСНОВКИ
• ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
• ВСТУП
• Виконання задач по виробництву й експлуатації транспортних двигунів жадає від фахівців глибоких знань робочого процесу двигунів, знання їхніх конструкцій і розрахунку двигунів внутрішнього згоряння.
• Розгляд окремих процесів у двигунах і їхньому розрахунку дозволяють визначити передбачувані показники циклу, потужність і економічність, і, що дуже важливо - більш екологічно безпечним. За даними розрахунку можна установити основні розміри двигуна (діаметр циліндра і хід поршня) і перевірити на міцність його основні деталі.
• Таким чином, маючи існуючий двигун і узявши його за основу можна не прибігаючи до високотехнологічних приладів і обладнання модернізувати його, так би мовити, дати йому друге життя.

1 ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК

1.1 Паливо

Згідно із заданим ступенем стискання можна взяти бензин марки АИ-80.

Середній елементарний состав та молекулярна маса палива:

C=0,855 кг; H=0,145 кг; О = відсутній, та кг/кмоль.

Для елементарного складу рідкого палива приблизне значення нижчої теплоти згоряння знаходиться формулою [1, стор. 14]:

де S - масова доля сірки в 1 кг палива;

W - кількість вологи в продуктах згоряння масової одиниці палива.

Вважаємо умови ідеальними, тому кількість О,S і W приймається рівною нулю.

1.2 Параметри робочого тіла

Для повного згоряння масової чи об'ємної одиниці палива треба мати теоретично необхідну кількість повітря в кмоль для згоряння 1 кг палива:

,

де(кмоль повітря/кг палива);

Теоретично необхідна кількість повітря в масовому відношенні для згоряння 1 кг палива:

(кг повітря/кг палива);

де у режимі максимальної потужності.

Кількість горючої суміші:

(кмоль горючої суміші/кг палива);

Кількість окремих компонентів продуктів згоряння:

(кмоль СО2/кг пал);

(кмоль СО/кг пал);

(кмоль Н2О/кг пал);



(кмоль Н2/кг пал);

(кмоль N2/кг пал);

Загальна кількість продуктів згоряння:

;

(кмоль пр. гор/кг пал.).

Для перевірки вірності розрахунків можна визначити загальну кількість продуктів згоряння іншим способом:

;

(кмоль продуктів згоряння/кг палива).

- розрахунок виконано вірно.

1.3 Параметри навколишнього середовища та залишкових газів

При роботі нашого двигуна повітря в циліндр поступає з атмосфери. В цьому випадку при розрахунку робочого циклу двигуна, тиск та температура навколишнього середовища приймається рівним:

та .

Температура залишкових газів. При постійному значенні ступеню стискання температура залишкових газів практично лінійно зростає із збільшенням швидкісного режиму при , але зменшується при збагаченні суміші. Враховуючи це, приймаємо [1. стор. 77] температуру надлишкових газів Tr = 1004 К.

Тиск залишкових газів приймається:

рr = 0,1144 МПа.

1.4 Процес впуску

Для отримання досконалого наповнення двигуна температура підігріву свіжого заряду приймається [1. стор.44] у залежності від обертів (чим нижче оберти, тим вища температура) .

Щільність заряду на впуску:

де RB=287 Дж/кг град - газова постійна для повітря.

Згідно із швидкісним режимом двигуна (n=3350 об/хв.) та конструктивним особливостям впускної системи можна прийняти

та м/с. Тоді:

де - сумарний коефіцієнт опору впускного тракту,

щВп - середня швидкість руху заряду в найменшому перетині системи впускання.

Звідки отримуємо:

Тиск у кінці впуску:

При визначенні коефіцієнта залишкових газів для проектованого двигуна приймається коефіцієнт очистки, та коефіцієнт дозарядки на номінальному швидкісному режимі . Величина коєфіціенту залишкових газів характеризує якість очищення циліндру від продуктів згоряння. Зі збільшенням зменшується кількість свіжого заряду:

Температура в кінці впускання визначається:

;

Найбільш важливою величиною, яка характеризує процес впуску, є коефіцієнт наповнення, який являє собою відношення дійсної кількості свіжого заряду, який потрапив у циліндр, до кількості, яка змогла б розміститися в робочому об'ємі циліндру при умові, що температура і тиск у ньому, дорівнюють температурі і тиску середовища, з якого поступає свіжий заряд. Він знаходиться:

1.5 Процес стискання

Приймаємо що процес стискання в дійсному циклі відбувається по політропі із показником n1. Величина n1 встановлюється за дослідними даними в залежності від багатьох факторів: частота обертання колінчастого валу двигуна, ступінь стискання, розміри циліндру, матеріал поршня та циліндра, теплообмін та інші. Враховуючи, це величину n1 приймаємо приблизно рівною середньому показнику адіабати k1.

Середній показник адіабати стискання при =7,0 і розрахованому значенню визначається за графіком [1, стор.48], а середній показник політропи стиснення приймається меншим ніж . Тобто обираємо та .

Тиск у кінці стискання:



Температура у кінці стискання:

Середня молярна теплоємкість у кінці стискання:

а) свіжої суміші:

де

кДж/(кмоль град);

б) залишкових газів:

- визначається методом екстраполяції, [1. табл.7].

=23,586 +(23,712-23,586)0,01/0,05=23,6112кДж/(кмоль град),

де 23,586 і 23,712 значення тепломісткості продуктів горіння при 400 С, =0,95 і =1.

=24,014 +(24,150-24,014)0,01/0,05=24,0412кДж/(кмоль град),

де 24,014 і 24,150 значення тепломісткості продуктів горіння при 500С, =0,95 і =1.

=23,6112 +(24,0412-23,6112)72,3/100=23,92209кДж/(кмоль град),

де 23,6112 і 24,0412 значення тепломісткості продуктів горіння при 400С і, 500С =0,96.

в) робочої суміші:

кДж/(кмоль град).

1.6 Процес згоряння

карбюраторний двигун поршень колінчатий вал

Процес згоряння - основний процес робочого циклу двигуна, під час якого теплота, що отримується внаслідок згоряння палива, йде на підвищення механічної роботи.

Метою розрахунку процесу згоряння є визначення температури та тиску в кінці видимого процесу згоряння.

Відносна зміна об'єму при згоранні характеризується величиною хімічного коефіцієнту молекулярної зміни пальної суміші м0, який являє собою відношення кількості молей продуктів згоряння до кількості молей пальної суміші.

Коефіцієнт молекулярного зміну горючої та робочої суміші:

.

;

.

Кількість тепла, втраченого внаслідок хімічної неповноти згоряння палива:

;

кДж/кг.

Теплота горіння робочої суміші:

;

кДж/кмоль роб.сум.;

При неповному згоранні палива продукти згоряння складаються з суміші вуглекислого газу, окису вуглецю, водяного пару, вільного водню та азоту. При цьому середня молярна тепломісткість продуктів горіння:

;

кДж/(кмоль град).

Величина коефіцієнта використання теплоти приймається у залежності від багатьох параметрів [1, стор. 52], .

Температура у кінці видимого процесу згоряння визначаємо з рівняння для двигунів, які працюють за циклом з підведенням теплоти при постійному об'ємі:

або

,

звідки:

;

К.

Максимальний теоретичний тиск згоряння:

Дійсне значення максимального тиску згоряння:

.

Ступінь підвищення тиску:

.

1.7 Процеси розширення та випуску

Середній показник адіабати розширення визначається за номограмою [1.рис.29] при заданому , n=3350 об/хв. , , та n2=1,251.

Тиск та температура у кінці процесу розширення:

;

Виконуємо перевірку раніше прийнятої температури залишкових газів:

Похибка:, <8% - вірно, тому можна вести подальші розрахунки.

1.8 Індикаторні параметри робочого циклу

Теоретичний середній індикаторний тиск:



Середній індикаторний тиск знаходиться з урахуванням коефіцієнта повноти індикаторної діаграми. Приймаю [1. стор.62.]

Індикаторний ККД () характеризує використання в дійсному циклі теплоти палива для отримання корисної роботи, яка еквівалентна роботі циклу, по відношенню до всієї кількості теплоти, яка потрапила в циліндр із паливом.

При цьому індикаторна витрата рідкого палива дорівнює:

1.9 Ефективні показники двигуна

Параметри, які характеризують роботу двигуна, відрізняються від індикаторних врахуванням необхідних втрат корисної роботи на подолання різноманітних механічних втрат та на насосні витрати. Враховуючи, що проектований двигун буде більш швидкохідним у порівнянні з прототипом, орієнтовано визначмо середню швидкість поршня по його ходу S, який взятий за прототипом і має наступне значення: S=95 мм [1. с. 395 дод. IV]

Середній тиск механічних витрат для карбюраторного восьмициліндрового двигуна та відношенням [1, с 65, формула 106]

Тепер можна визначити середній ефективний тиск та механічний к.к.д.:

Ефективний ККД. та ефективна питома витрата палива:

1.10 Основні параметри циліндра та двигуна

Визначаємо літраж двигуна:

де ф - тактність двигуна (ф=4).

Робочий об'єм одного циліндра:

де i - кількість циліндрів проектуємого двигуна, i=4.

Хід поршня попередньо був прийнятий S=95мм, тоді діаметр циліндра:

Отримане значення діаметра циліндра округляємо до найближчого більшого цілого числа. Маємо D=99мм, S=95мм. Враховуючи прийняті значення діаметру та ходу поршня, знайдемо остаточні параметри двигуна.

Літраж двигуна:

Площа поршня:



Потужність двигуна:

Знайдемо похибку при розрахунку потужності двигуна, від заданої:

Крутний момент двигуна:

Годинна витрата палива:

Літрова потужність двигуна:

1.11 Побудова індикаторної діаграми

Індикаторну діаграму будуємо для заданого режиму (див. завдання до курсового проекта) роботи двигуна, тобто при та n=3350 об/хв. Для побудови діаграми приймаємо наступні масштабні коефіцієнти: хід поршня мS=0,75 мм ходу/мм; масштаб тиску мp=0,025 МПа/мм. Знайдемо приведенні величини в масштабному коефіцієнті.

Об'єм камери згоряння:

.

Максимальна висота діаграми (z):

Ординати характерних точок:

Будуємо політропи стискання та розширення аналітичним методом:

а) політропа стискання:

А з урахуванням масштабного коефіцієнта:

б) політропа розширення:

А з урахуванням масштабного коефіцієнта:

Усі розрахункові дані зводимо до таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 - Розрахунок політроп індикаторної діаграми

Відповідно з прийнятими фазами газорозподілу та кутом випередження запалювання визначаємо точки по формулі для переміщення поршня:

Де - відношення радіусу кривошипу к довжині шатуна, попередньо приймається [4. табл.2].

Таблиця 1.2 - Розрахунки ординат точок округлення діаграми.

Положення точки визначається з рівняння:



Дійсний тиск згоряння на індикаторній діаграмі:

2 ДИНАМІКА ДВИГУНА

2.1 Приведення мас частин КШМ

Для спрощення динамічного розрахунку дійсний кривошипно-шатунний механізм замінюється динамічною еквівалентною системою зосередження мас [1, стор. 126].

Масу поршневої групи вважають зосередженою на вісі поршневого пальця. Масу шатунної групи замінюють двома масами, одна з котрих () зосереджена на вісі поршневого пальця, а друга () - на вісі кривошипа . Величини цих мас (кг):

де - довжина шатуна, м;

- відстань від центру кривошипної головки до центра ваги шатуна, м;

- відстань від центру поршневої головки до центра ваги шатуна, м.

Для більшості існуючих конструкцій автомобільних двигунів а При розрахунках можна прийняти середнє значення:

Маса поршньової групи (для поршня з алюмінієвого сплаву прийнято ):

маса шатуна (для стального кованого шатуна прийнято ):

маса неврівноважених частин одного коліна вала без противаги (для литого чавунного валу прийнято ):

маса шатуна, яка зосереджена на осі поршневого пальця:

маса шатуна, зосереджена осі кривошипа:

маси, що здійснюють зворотно-поступальні рухи:

маси, що здійснюють обертаючи рухи, з урахуванням V- образного розташування циліндрів:

2.2 Питомі та повні сили інерції

Сили інерції, які діють у КШМ, у відповідності з характером руху приведених мас, розподіляють на сили інерції від мас що рухаються зворотно-поступально (Н) і від центру сили інерції обертальних мас (Н).

Сили інерції зворотно-поступальних мас розраховуються за формулою:

де - прискорення зворотно-поступальних мас, яке визначається за формулою:

Величина в дужках визначається по таблиці 20 [1. стор. 122], динамічний розрахунок виконується табличним методом за допомогою ПК у Microsoft Excel,



Відцентрова сила інерції мас, які виконують обертальний рух:

Відцентрова сила інерції мас шатуна, які виконують обертальний рух:

Відцентрова сила інерції мас кривошипа:

Таблиця 2.1 - Динамічний розрахунок

2.3 Питомі сумарні сили

Сумарні сили, які діють в КШМ, визначаємо як алгебраїчну суму сил тиску газів та сил інерції мас, які виконують зворотно-поступовий рух.

Сила N діє перпендикулярно осі циліндра та сприймається стінками циліндра. Питома нормальна сила розраховується за формулою:

де - кут між шатуном та віссю циліндра,

- визначаємо за допомогою табл. 22 [1. стор. 130].

Сила S, яка діє вздовж шатуна і далі передається кривошипу, впливає на навантаження шатунної шийки. Питома сила визначається за формулою:

Значення - визначаємо за допомогою табл. 23 [1. стор. 130].

Від дії сили S на шатунній шийці виникають дві складові сили К і Т. Питомі сили і розраховуються за формулою:



Значення тригонометричних функцій визначаємо за допомогою табл. 24 і табл. 25 [1. стор. 131].

Значення питомих сил для усіх кутів повороту колінчастого валу отримаємо за допомогою ПК у Microsoft Excel. По даним цього розрахунку будуємо графіки питомих сил в залежності від кута повороту колінчастого валу двигуна.

З метою перевірки динамічного розрахунку та побудови графіків величина сили визначається двома способами.

Середнє значення тангенціальної сили за цикл за даними теплового розрахунку:

Також знаходимо повну тангенціальну силу для усіх кутів повороту колінчастого валу та заносимо отримані дані до табл. 2.1.

по площі, яка заключна між кривою та віссю абсцис:

де та відповідно позитивні та негативні площі під кривою , - масштаб повних сил; ОВ - довжина діаграми.

Таблиця 2.2 - Динамічний розрахунок (продовження)



Значення розраховані двома способами не повинні відрізнятися більше ніж на 10%:

2.4 Крутні моменти

Для побудови графіка сумарного крутного моменту багатоциліндрового двигуна треба виконати аналітичне складання кривих крутних моментів кожного циліндра, змістивши одну криву відносно іншої на кут повороту кривошипа між спалахами. Характер зміни крутних моментів за кутом повороту колінчастого валу для всіх циліндрів двигуна однаковий і змінюються лише кутові інтервали між іскровими розрядами в окремих циліндрах, тому для підрахунку сумарного крутного моменту достатньо мати криву крутного моменту одного циліндра.

Для заданого двигуна, з числом циліндрів і=8, сумарний крутний момент буде періодично змінюватися через інтервал:

Знаходження суми значень крутячих моментів всіх циліндрів двигуна виконуємо табличним способом через кожні 300 повороту колінчастого валу. По отриманим даним будуємо криву в масштабі .

Користуємось даними, які отримали на ПК, а також графіком питомої сили :

Для перевірки правильності побудови графіка сумарного крутного моменту порівнюються значення середнього крутного моменту який визначається двома способами: по даним теплового розрахунку і по площі, яка знаходиться під кривою графіка . Допускається похибка 8%. За даними теплового розрахунку:

По площі під графіком середній крутний момент розраховується за формулою:

де F1 - площа під кривою графіка,

ОА - довжина графіка.

Похибка складає:

Таблиця 2.3 - Розрахунок крутних моментів одного циліндра

Таблиця 2.3 - Розрахунок крутних моментів одного циліндра (продовження)

2.5 Сили, які діють на шатуну шийкуколінчастого валу

На шатуну шийку колінчастого валу з боку шатуна діють сили і . Сила S діє вздовж шатуна. Вона розкладається на складові Т і К (мал. 2.3), які визначаються перемноженням відповідних питомих сил і (МПа) на площу поршня .



Малюнок 2.1 - Сили, які діють на шатунну шийку вала

Сили інерції від обертових мас шатуна була розрахована раніше і дорівнює =-6,357 кН. Результуюча сила є геометричною сумою сил і і визначається у всьому діапазоні кутів повороту кривошипа та представляється у вигляді полярної діаграми.

Сумарна сила визначається за формулою:

Для побудови полярної діаграми необхідно спочатку отримати діаграму сили , а потім геометрично скласти її з силою .

Для проведення розрахунку результуючої сили, яка діє на шатунну шийку проектуємого двигуна, складаємо таблицю 2.3, в котру з таблиці 2.1 переносимо значення сили Т та К.

Сумарна сила, яка діє на шатунну шийку по радіусу кривошипа:

де ,

Для побудови діаграми сили для кожного кута повороту кривошипа на відповідних осях визначаємо значення сил К і Т у відповідному масштабі, та за правилом паралелограму отримаємо значення вектора S. Для складання сили S з силою КRШ, яка постійна за величиною та напрямом дії, достатньо полюс діаграми перенести з центру координат у низ по осі К в точку ОШ на величину КRШ у відповідному масштабі. Таким чином полярна діаграма сили S стає полярною діаграмою сили RШШ.

Після визначення результуючих значень сили RШШ приймаємо масштаб для діаграми. Значення сили для відповідної точки відкладається на діаграмі у напрямку центра кола. Отримані точки з'єднуються плавною кривою. Масляний отвір розміщуємо посередині ненавантаженої ділянки шатунної шийки.

Малюнок 2.2 - Діаграма зносу шатунної шийки

Таблиця 2.4 - Розрахунок і побудова графіків навантаження шатунної шийки

Таблиця 2.5 - Значення Rшш, кН, для променів

2.6 Урівноваженість двигуна

Сили інерції, що діють в кривошипно-шатунному механізмі, безупинно змінюються, а якщо вони неврівноважені, викликає струс та вібрація двигуна, що передаються рамі автомобіля.

До неврівноважених сил та моментів відносять:

а) Сили інерції мас що рухаються зворотно-поступально та відцентрові сили інерції що обертаються;

б) Подовжні моменти, що з'являються у багатоциліндрових двигунах від неврівноважених сил та окремих циліндрів.

в) Крутячий момент та рівний йому, але протилежно спрямований перекидаючий момент , сприйманий опорами двигуна.

Врівноваження сил інерції першого та другого порядків досягається підбором певного числа циліндрів, їх розташуванням та вибором відповідної кривошипної схеми колінчастого валу.

Восьмициліндровий V-образний двигун з кривошипами, розташованими під кутом 900. порядок роботи двигуна 1л-1п-4л-2л-2п-3л-3п-4п . Проміжки між спалахами дорівнюють 900. По цій схемі (рис. 2.5) виконано двигун ЗІЛ-130.

Сили інерції першого порядку кривошипів взаємно врівноважуються: , але:

Сили інерції другого порядку:

Маса кожного противага, встановленого на кінці вала:

де - відстань від центра ваги спільного противага до вісі колінчастого вала,

b - відстань між центрами мас противагів.



Малюнок 2.3 - Схема сил інерції, що діють у восьмициліндровому V-образному двигуні

3. РОЗРАХУНОК ДЕТАЛЕЙ НА МІЦНІСТЬ

3.1 Поршень

Найбільш навантаженим елементом поршневої групи є поршень, який сприймає значні газові, інерційні та теплові навантаження. Тому при його виготовленні до матеріалу висовуються підвищені вимоги. Поршні приймаю за прототипом, з алюмінієвого сплаву.

Основні конструкції співвідношення розмірів елементів поршня наведені у таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 - Розрахунок основних геометричних параметрів КШМ і поршня

Таблиця 3.1 - Продовження



Рисунок 3.1 - Схема поршня

Днище поршня розраховуємо на згинання від дії максимальних газових зусиль . За результатами теплового та динамічного розрахунків отримані наступні параметри:

- діаметр циліндра D=99мм;

- хід поршня S=95 мм;

- максимальний теоретичний тиск згоряння =4,840 МПа;

- площа поршня =0,007698 м2;

- максимальна нормальна сила (при ):

МПа;

- маса поршневої групи =0,7698 кг;

- максимальна частота обертання холостого ходу:

хв-1, приймаємо 4020 хв-1;

- конструктивний параметр .

Матеріал поршня - алюмінієвий сплав, , матеріал гільзи циліндра - чавун, .

Напруження ізгину у днищі поршня:

Напруга стискання у перетині х-х (по площині масляних каналів):

де

Напруга розриву у перетинанні х-х:, максимальна кутова швидкість холостого ходу:

маса головки поршня з кільцями, розташованими вище перетину х-х:

максимальна розривна сила:

напруга розтину:

Напруга у верхній кільцевій перемичці:

Зрізу:

Вигину:

Складне

Питомий тиск поршня на стінку циліндра:

Діаметр головки та юбки поршня:



де

Діаметральні зазори у гарячому стані:

де прийняті з урахуванням водяного охолодження.

3.2 Поршньові кільця

Поршневі кільця працюють в умовах високих температур та значних навантаженнях. Виготовляють з сірого або легованого чавуна. Матеріал кільця - сірий чавун Е=1,0МПа.

Середній тиск кільця на стінку циліндра:

де E - модуль пружності матеріалу кільця.

Для чавуну Е=1*105 МПа

Тиск кільця на стінку циліндра у різних точках окружності:

Значення для різних кутівобираємо з [1. стор.213] та вносимо до таблиці 3.2. Усі отримані значення вносимо до таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 - Дані для побудови епюри тиску компресійного кільця

По отриманим даним будуємо епюру тиску кільця на стінку циліндра (мал.3.2).

Малюнок 3.2 - Епюра тиску компресійного кільця проектуємого двигуна

Напруження ізгину кільця у робочому стані:

Напруження ізгину при вдяганні кільця на поршень:

де m - коефіцієнт, який залежить від способу встановлення кільця, приймаємо m=1,57, див. [1. стр.213].

Монтажний зазор у замку поршневого кільця:

де = 0,08мм - мінімально допустимий зазор в замку кільця під час роботи двигуна, Тц=385, Тк=523 - при водяному охолоджуванні Tк=473…573 К; Т0=298 К.

3.3 Поршньовий палець

Під час роботи поршневий палець сприймає змінні навантаження, що приводить до виникнення напружень згинання, зминання і овалізації. Відповідно до значень умов роботи матеріали з яких виготовляються поршневі пальці повинні мати високу міцність і в'язкість. Цим вимогам задовольняє легована сталь 15Х, Е=2МПа. Основні конструктивні розміри поршневого пальця наведені в табл. 3.1.

Максимальні напруження в пальцях карбюраторного двигуна виникають при роботі на режимі максимального крутячого моменту.

Палець плаваючого типу. Розрахункова сила, що діє на поршневий палець:

газова:



інерційна:

де

розрахункова:

де k - коефіцієнт, який враховує масу поршневого пальця [1, с. 216]

Питомий тиск кільця на втулку поршневої головки шатуна:

Питомий тиск пальця на бобишці:

Напруження ізгину у середньому перетинанні пальця:

де

Дотичні напруження зрізу у перетинах між бобиками та головкою шатуна:

Найбільше збільшення горизонтального діаметра пальця при овалізації:

Напруження овалізації на зовнішній поверхні пальця:

у горизонтальній площині (точка 1, ):

у вертикальній площині (точка 3, ):



Напруження овалізації на внутрішній поверхні пальця:

у горизонтальній площині (точка 2, ):

у вертикальній площині (точка 4, ):



Рисунок 3.3 - Розрахункова схема поршневого пальця:

а - розподіл навантаження; б - епюра навантаження.

3.4 Спрощений розрахунок колінчастого валу

Складна форма колінчастого валу, різноманітність діючих на нього сил та моментів, характер зміни залежить від жорсткості валу та його опор, а також ряд інших причин не дозволять виконати точний розрахунок колінчастого валу на міцність.

У зв'язку з цим використовуємо спрощений метод розрахунку, який дозволяє отримати умовні напруження та запас міцності в окремих елементах колінчастого валу.

Максимальне () та середнє () значення результуючих сил визначаємо з розгорнутої діаграми навантаження на шатунну шийку.

= 18,43 кН

= 8,8016 кН

Середній питомий тиск на шатунну шийку:

де - діаметр шатунної шийки, мм

Визначаємо по співвідношенням, які приведені в [1, табл. 56, с.247]

звідки

Приймаємо

довжина шатунної шийки, мм

Звідки

Приймаємо

Величина середнього питомого тиску повинна знаходитись в межах 4…12 МПа [1, с248].

Максимальний питомий тиск на шатуну шийку:

де - робоча ширина шатунного вкладишу, мм

де - радіус галтелі прийнято рівним 2мм

Малюнок 3.4 - Схема колінчастого вала

ВИСНОВКИ

У даному курсовому проекті був спроектований чотиритактний V-образний восьмициліндровий карбюраторний двигун, в основі конструкції якого лежить двигун ЗІЛ-130. Був виконаний тепловий розрахунок проектуємого двигуна, який задав основні робочі параметри, зроблений розрахунок кінематики і динаміки двигуна, а також розрахунки на міцність найбільш навантажених деталей - поршня, поршневого кільця і спрощений розрахунок колінчатого валу.

У процесі виконання курсового проекту були більш детально вивчені робочі процеси, що відбуваються у карбюраторному чотирьохтактному двигуні.

Була, у відповідності з завданням, підвищена ефективна потужність двигуна, за рахунок збільшення ступеня стиску і вибору оптимальних параметрів двигуна, також перевірочний розрахунок показав, що параметри циліндро-поршньової групи не тільки добре підібрані, але й обрані із запасом міцності.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Колчин А.И., Демидов В.П. «Расчёт автомобильных и тракторных двигателей», Учеб. Пособие для вузов. - М. Высш. шк., 1980.-400с.

2. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Автомобильные двигатели» (для студентов специальности 1505) / Сост.: А.В. Остапенко, - Донецк: ДАК, 2001.-41с.

3. Автомобильные и тракторные двигатели. Теория, системы питания, конструкции и расчет. / И.М. Ленин, К.Г. Попык, О.М. Малашкин и др. Под ред. И.М. Ленина. - М.Высш. шк., 1969 - 656 с.

4. Конструкция и расчёт автомобильных двигателей / М.М. Вихерт, Р.П. Доброгаев, М.И Ляхов и др. Под ред. Ю.А. Степанова. - М.: Машиностроение, 1964. - 552с.

Размещено на Allbest.ru