Четырехтактный дизель для грузового автомобиля

T_r=T_b/ (p_b/p_r) ^1/3

T_r=1118,494/ (0,32983/0,105) ^1/3=763,7378 К; D=100* (763,7378-750) /750 = 1,83%;

где D - погрешность расчета.

На всех скоростных режимах температура остаточных газов принята в начале расчета достаточно удачно, так как ошибка не превышает 5%.

1.9 Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление

p_i'=p_c* (l* (1-1/e^n2-1) / (n₂-1) - (1-1/e^n1-1) / (n₁-1)) / (e-1)

При n=1000 об/мин

p_i'=4.283* (2* (1.2616-1/13.0786^1,26-1) / (1,26-1) - (1-1/13.0786^1,3705-1) / (1,3705-1)) / (16.5-1) =0.968 МПа;

Среднее индикаторное давление

p_i=j_и*p_i'=0,95*p_i',

где коэффициент полноты диаграммы принят j_и=0,95;

p_i=0.968*0.95=0.9196МПа.

Индикаторный к. п. д. и индикаторный удельный расход топлива

h_i=p_i*l₀*a/ (H_и*r₀*h_V) и g_i=3600/ (H_и*h_i).

h_i=0.9196*14,452*1.4/ (42,44*1.189*0,853) =0,4323;

g_i=3600/ (42,44*0,4323) =196.1853 г/ (кВт*ч);

Эффективные показатели двигателя.

Среднее давление механических потерь

р_м=0,089 +0,0118*v_{п. ср}=0.089+0.0118*10.2=0.2094

Где средняя скорость поршня равна 10.2 м/с.

Среднее эффективное давление и механический к. п. д.

Без наддува: р_е=р_i-р_м и h_м=р_е/р_i;

p_е=0.9196-0.2094=0.7102 МПа;

h_м=0.7102/0.9196=0.7723

Эффективный к. п. д. и эффективный удельный расход топлива

h_е=h_i*h_м и g_е=3600/Н_иh_е;

h_е=0.4323*.7723=0.33386

g_е=3600/42.44*0.33386=254.075 г/ (кВт*ч).

Основные параметры цилиндра и двигателя.

Литраж двигателя

V_л=30*t*N_е/ (p_е*n) =30*4*135/ (0,7102*2200) =10.37 л.

Рабочий объем одного цилиндра

V_h=V_л/i=10.37/6 = 1.728 л.

Диаметр цилиндра.

Ход поршня предварительно был принят S=140 мм и D=140, то S/D=1.

D=100* (4V_h/ (p*S/D)) ^1/3= 100* (4*1.728/ (3,14*1.08)) ^1/3=133.5мм.

Окончательно принимается D=130мм.

Основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям D и S:

V_л=p*D²*S*i/ (4*10⁶) =3,14*133.5²*130*6/ (4*10⁶) = 10.913л;

F_п=p*D²/4=3,14*133.5²/4=13266,5 мм²=139,904 см²;

V_{п. ср} = Sn/ (3*10⁴) =133.5*2200/30000=9.8м/с.

Для дизеля без наддува:

N_е=p_е*V_л*n/ (30*t) =0.7102*10.913*2200/ (30*4) =142.1кВт;

М_е=3*10⁴*N_е/ (p*n) =3*10⁴ *142.1/ (3.14*2200) =617.11 Н*м;

G_т=N_е*g_е=142.1*254.075=36.10 кг/ч;

N_л=N_е/V_л=142.1/10.913=13.02 кВт/дм.

1.10 Построение индикаторной диаграммы

Индикаторную диаграмму (см. рис.1) строят для номинального режима работы двигателя, т.е. при N_е=135 кВт и n=2200 об/мин.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня М_s=1мм в мм;

масштаб давлений M_p=0,03 МПа в мм.

Приведенные величины, соответствующие рабочему объему ци линдра и объему камеры сгорания:

АВ=S/M_s=133.5/1=133.5 мм;

ОА=АВ/ (e-1) =133.5/ (13.0786-1) =11.5 мм.

Максимальная высота диаграммы (точка z)

p_z/M_p=8.556/0.05=171.12 мм.

z^'z=ОА/ (с-1) =11.5· (1,26-1) =2.99=3 мм.

Ординаты характерных точек:

p_a/M_p=0,092/0,05=1,84 мм;

p_c/M_p=4.283/0,05=85.66 мм;

p_b/M_p=0,32893/0,05=6.58мм;

p_r/M_p=0,105/0,05 =2,1 мм;

p_o/M_p= (р_k=p₀) =0,1/0,05=2 мм.

Построение политроп сжатия и расширения графическим методом:

а) для луча ОС принимаем угол а =15°;

б) tgB= (1+tga) ⁿ¹-1=0.381; В=20° 49';

в) используя лучи ОД и ОС, строим политропу сжатия, начиная с точки с;

г) tgB= (1+tga) ⁿ²-1=0.350; В= 19° 14';

д) используя лучи ОЕ и ОС, строим политропу расширения, начиная с точки z; Теоретическое среднее индикаторное давление

p_i'=F₁*M_p/AB=2510*0,05/ (130) = 0.945МПа,

где F₁=2510мм² - площадь диаграммы acz (z') ba на рис. Величина p_i'=0.943МПа, полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, очень близка к величине p_i'=0,968 МПа, полученной в тепловом расчете.

Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитываемый дизель тихоходный (n=2100 об/мин), то устанавливаются следующие фазы газораспределения: начало открытия впускного клапана (точка r') устанавливается за 20° до прихода поршня в в. м. т., а закрытие (точка а") - через 46° после прохода поршнем н. м. т.; начало открытия выпускного клапана (точка b') принимается за 66° до прихода поршня в н. м. т., а закрытие (точка а') - через 20° после прохода поршнем в. м. т. Угол опережения впрыска q принимается равным 20° (точка с'), а продолжительность периода задержки воспламенения Dj₁=8° (точка f).

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения впрыска определяем положение точек r', а', а", с', f и b' по формуле для перемещения поршня:

АХ= (АВ/2) [ (1-cosj) + (l/4) (1-cos2j)],

где l - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Выбор величины l производится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимаем l=0,264.

Расчеты ординат точек r', а', а", с', f и b' сведены в табл.2.

Таблица 2

Положение точки с" определяется из выражения

р_c''= (1,15ё1,25) ·р_с=1, 20·4,283=5,1396 МПа;

р_c''/М_р=5,1396/0,05=102.79 мм.

Соединяя плавными кривыми точки r с а', c' с f и с" и далее с z_д и кривой расширения, b' с b" (точка b'' располагается между точками b и а) и далее с r и r', получим скругленную действительную индикаторную диаграмму ra'ac'fc"z_дb'b''r.

2. Тепловой баланс

3.1 Выбор l и длины L_Ш шатуна

Величина отношения радиуса кривошипа к длине шатуна предварительно была принята (по прототипу ЯМЗ-236) в тепловом расчете l = 0,264. При этих условиях

L_Ш = R/l = 60/0,264 = 227 мм.

3.2 Перемещение поршня

Расчет производится аналитически через каждые 30° угла поворота коленчатого вала.

Угловая скорость вращения коленчатого вала

w = p*n/30 = 3,14*2200/30 = 230,266 рад/с.

3.3 Скорость поршня

w*R/М = 230.266*0,06/0.4=34.54 мм

w*Rl/ (М*2) =230.266*0.06*0.264/ (0.4*2) =4.66мм

3.4 Ускорение поршня

w²R/М=230.266²*0.06/100=31.81мм

w²Rl/М=230.266²*0.06*0.264/100=8.589мм

j _м = w²R (1+l) =230.266²*0.06 (1+0.264) =4040.31 м/с²

j = - w²R (1+1/8l) =2331.55 м/с².

Расчетные данные сведены в таблицу.

Диаграмма перемещения поршня.

Диаграмма скорости поршня.

Диаграмма ускорения поршня.

4. Динамический расчет

Центробежные силы инерции рассчитываемого двигателя и их моменты полностью уравновешены: ?К_R =0; ?М_R =0.

Суммарный момент центробежных сил.

?М_R =

?М_R=3.16 (3.96+2*3.28) 0.06*0,230*0,230*160=16.88

Суммарный момент сил инерции.

?М_j = , ?М_j =3.16*5.2*0.06*0.053*160=8.34

Суммарные моменты действуют в одной плоскости, поэтому:

?М_j +?М_R=16.88+8.34=25.22

Масса общего противовеса.

м_пр=, м_пр=160*60*3.16* (5.2+3.96+2*3.28) / (125*720) =5.29

4.4 Подбор маховика

Равномерность крутящего момента

Избыточная работа крутящего момента

где F_abc=2239 мм² - площадь над прямой среднего крутящего момента;

Масштаб угла поворота вала на диаграмме М_кр

в мм

Равномерность хода двигателя принимаем d=0,01.

Момент инерции движущихся масс двигателя, приведенных к оси коленчатого вала

Момент инерции маховика

Средний диаметр маховика

d D_cp D_m

Маховый момент

,

откуда, масса маховика

По результатам расчета внешний диаметра маховика принимаем:

D_м=0,26 м.

Плотность чугуна кг/мі

Объем маховика ;

Масса маховика ;

Площадь маховика

Т.к. ранее мы высчитали массу маховика, можем составить квадратное уравнение из которого найдем диметр выреза в маховике:

где Н - толщина маховика.

откуда d=0,054м.

Таким образом мы подобрали маховик со следующими габаритами:

Диаметр маховика D=0,26м;

Диаметр выреза в маховике d=0,054м;

Ширина маховика Н=0,048;

Маховик выполнен из чугуна.

5. Конструктивный расчет

5.1 Основные размеры проходных сечений в горловинах и клапанах

Площади проходного сечения и диаметра клапана при их максимальном подъеме:

Площадь проходного сечения и диаметр горловины:

Максимальная высота подъема клапана при угле фаски

5.2 Основные размеры кулачков для впускных клапанов

Радиус начальной окружности кулачка

принимаем

Максимальный подъем толкателя, приводящего в движение один впускной клапан

где и - расстояния от опоры

Профилирование тангенциального кулачка

,

=8.64/35=0.246

, м/с

5.3 Расчет клапанной пружины

Максимальная сила упругости пружин

Минимальная сила упругости пружин

Жесткость пружин

Деформация пружин:

Предварительная

Полная

Распределение усилий между наружной и внутренней пружинами

внутренняя пружина

наружная пружина

,

Жесткость наружной и внутренней пружин

Размер пружин диаметр проволоки ; ; средний диаметр пружин ;

Число рабочих витков пружин

полное число витков пружин

Длина пружин при полностью открытом клапане

Длина пружин при закрытом клапане

Длина свободных пружин

Максимальные и минимальные напряжения в пружинах:

Внутренняя пружина

Наружная пружина

Среднее напряжение и амплитуды напряжений:

Внутренняя пружина

Наружная пружина

Запасы прочности пружин:

Внутренняя пружина

Расчет пружин на резонанс

5.4 Расчет распределительного вала