Тепловой расчет автомобильного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тепловой расчет автомобильного двигателя

Введение

тепловой расчет автомобильный двигатель

Основой любого транспортного средства, в том числе наземного, является силовая установка - двигатель, преобразующий различные виды энергии в механическую работу. Успешное проектирование, разработка новых конструкций и создание опытных образцов двигателей внутреннего сгорания были в значительной мере обеспечены серьезными научно-исследовательскими работами в области теории рабочего процесса двигателей.

Современные наземные виды транспорта обязаны своим развитием главным образом применению в качестве силовых установок поршневых двигателей внутреннего сгорания. Именно поршневые ДВС до настоящего времени являются основным видом силовых установок, преимущественно используемых на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-транспортных и строительных машинах. Эта тенденция сохраняется сегодня и будет еще сохраняться в ближайшей перспективе.

Целью данного курсового проектирования является расчет проектируемого автомобильного двигателя.

Объектом данного курсового проекта является двигатель внутреннего сгорания карбюраторный с жидкостной системой охлаждения. В ходе выполнения проекта выполнены:

- тепловой и динамический расчеты двигателя;

- расчеты основных деталей двигателя;

- расчет системы жидкостного охлаждения;

- конструкторский расчет двигателя.

1 Задание на тепловой расчет

Тип двигателя - газовый;

Давление за компрессором - р0=0,1 МПа

Номинальная мощность - Ne =235 кВт

Номинальная частота вращения - п=1800 мин-1

Число цилиндров - i=8

Степень сжатия- =10

Охлаждение - жидкостное

2 Тепловой расчет рабочего цикла

2.1 Рабочее тело и его свойства

2.1.1 Топливо

Топливом для рассчитываемого двигателя служит компримированный (сжатый) природный газ. Элементарный состав топлива представлен в таблице А.2.1

Таблица А.2.1 - Химический состав природного газа

Объемные доли компонентов природного газа ,м3
метан СН4	этан С2 Н6	пропан С 3Н8	бутан С 4Н10	тяжелые углеводороды С 5Н12	углекислый газ СО2	азот N2
0.91	0.024	0.01	0.003	0.004	0.01	0.039

Проверка условия ? Сn Нm Оr + N2 =1 м3

0,91+0,024+0,01+0,003+0,004+0,01+0,039=1 м3

2.1.2 Горючая смесь

Для приготовления горючей смеси используются топливо и воздух. Для полного сгорания топлива необходимо определенное количество воздуха, которое называется теоретически необходимым, и определяется по элементарному составу топлива l0 в кг (возд/кг топл) по формуле

,

или в Lo кмоль возд/кг топл

.

В зависимости от условий работы двигателя на каждую единицу топлива приходится количество воздуха, большее или меньшее теоретически необходимого. Отношение действительного количества воздуха, участвующего в сгорании одного килограмма топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха называется коэффициентом избытка воздуха б.

Значение коэффициента б зависит от типа смесеобразования, условий воспламенения и сгорания топлива, а также от режима работы двигателя.

Исходя из вышеуказанных условий принимаем б=1,2.

Действительное количество воздуха L в кмоль возд/кг топл определяется по формуле:

.

Количество горючей смеси М1 в кмоль гор.см/кг топл определяется по формуле:

,

2.1.3 Продукты сгорания

При неполном сгорании топлива продукты сгорания представляют собой смесь углекислого газа СО2, водяного пара Н2О, оксида углерода СО, избыточного кислорода О2 и азота N2.

Количество отдельных составляющих продуктов сгорания в кмоль пр.сг/кг топл определяются по следующим формулам:

;

;

;

,

Общее количество продуктов сгорания М2 неполного сгорания в кмоль пр.сг/кг топл определяется по формуле:

.

Подставив значения в уравнение для расчета М2 получим

Изменение количества молей рабочего тела при сгорании ДМ в кмоль раб. тело/кг топл определяется по формуле:

.

Относительное изменение количества молей при сгорании горючей смеси характеризуется химическим коэффициентом молекулярного изменения горючей смеси м0 , который определяется по формуле:

.

2.2 Процесс впуска

За период процесса впуска осуществляется наполнение цилиндра свежим зарядом.

2.2.1 Давление и температура окружающей среды

Принимаются значения атмосферного давления и температуры в нормальных (стандартных) условиях: р0=0,1МПа и Т0=293К.

При работе двигателя без наддува в цилиндр поступает воздух из атмосферы. В этом случае при расчете рабочего цикла двигателя давление и температура окружающей среды принимаются р0=0,1МПа и Т0=293К.

Так как расчет ведется для двигателя без наддува, то справедливо условие:

рк=р0 и Тк=Т0.

2.2.2 Давление и температура остаточных газов

В цилиндре двигателя перед началом процесса наполнения всегда содержится некоторое количество остаточных газов, находящихся в объеме камеры сгорания. Величина давления остаточных газов устанавливается в зависимости от числа и расположения клапанов, сопротивлений впускного и выпускного трактов, фаз газораспределения, характера наддува, быстроходности двигателя, нагрузки, системы охлаждения и других факторов.

Для двигателей без наддува давление остаточных газов рr в МПа определяется по формуле:

В зависимости от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения и коэффициента избытка воздуха выбираем значение температуры Тr остаточных газов из следующих пределах:

для карбюраторных .

принимаем из условия, что при увеличении степени сжатия и обогащении рабочей смеси температура остаточных газов снижается, а при увеличении частоты вращения - возрастает.

2.2.3 Степень подогрева заряда

В процессе наполнения температура свежего заряда несколько увеличивается на величину ДТ благодаря подогреву от нагретых деталей двигателя.

Значение ДТ принимаем из следующих пределов:

- для карбюраторных двигателей.

Принимаем .

2.2.4 Давление в конце впуска

Величина давления в конце впуска ра в МПа определяется по формуле:

,

где - потери давления во впускном трубопроводе, МПа.

Потери давления во впускном трубопроводе Др в МПа определяется по формуле:

,

где - коэффициент, учитывающий гидравлическое сопротивление впускного тракта;

- коэффициент затухания скорости заряда в цилиндре;

- средняя скорость движения заряда при максимальном открытии клапана, м/с;

с- плотность заряда на впуске, кг/.

При средней скорости заряда величину принимаем в пределах 2,5…4.

Плотность заряда на впуске ск в кг/мі определяем по формуле:

.

где Rв=287 - удельная газовая постоянная воздуха, Дж/(кг·град).

Подставим значения в формулу для расчета ра

.

2.2.5 Коэффициент и количество остаточных газов

Коэффициент остаточных газов гr для четырехтактных двигателей внутреннего сгорания определяем по формуле:

Количество остаточных газов Мr в кмоль ост.газов/кг топл определяется по формуле:

.

2.2.6 Температура в конце впуска

Температура в конце впуска Та в градусах Кельвина (К) определяется по формуле:

.

2.2.7 Коэффициент наполнения

Для четырехтактных двигателей без учета продувки и дозарядки коэффициента наполнения зн определяется по формуле:

Полученные результаты заносим в таблицу 1.

Таблица 1 - Значения параметров процесса впуска

Тип двигателя	Параметры
Карбюраторный	0,09126	0,0606	342,824	0,8599
Ориентировочные значения	0,080…0,095	0,04…0,10	340…370	0,70…0,90

2.3 Процесс сжатия

2.3.1 Показатель политропы сжатия

Учитывая, что теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра за процесс сжатия незначителен, то величину n1 (показатель политропы сжатия) можно оценить по среднему показателю адиабаты сжатия k1 по следующей формуле:

.

Значение k1 определяется в зависимости от температуры Та и степени сжатия е по аппроксимирующей формуле:

.

2.3.2 Давление и температура конца процесса сжатия

Давление рс в МПа и температура Тс в Кельвинах (К) в конце процесса сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателем n1

;

.

2.3.3 Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия

Рабочая смесь состоит из свежей смеси и остаточных газов.

Температура конца процесса сжатия tс в градусах Цельсия (°С)

.

Средняя мольная теплоемкость свежей смеси в конце сжатия принимается равной теплоемкости воздуха кДж;/(кмоль·град), и определяется по формуле:

.

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия в кДж;/(кмоль·град) определяется по следующей формуле:

.

Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в кДж;/(кмоль·град) определяется по формуле:

.

Рассчитанные параметры заносим в таблицу 2.

Таблица 2 - Значения параметров процесса сжатия

Тип двигателя	Параметры
Карбюраторный	1,359	1,259	685,832
ориентировочные значения	1,34…1,38	0,9…2,0	600…800

2.4 Процесс сгорания

Процесс сгорания - основной процесс рабочего цикла двигателя, в течение которого теплота, выделяющаяся вследствие сгорания топлива, идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и на совершение механической работы.

С целью упрощения термодинамических расчетов ДВС принимают, что процесс сгорания в двигателях с воспламенением от искры происходит по циклу с подводом теплоты при постоянном объеме (V=const).

Целью расчета процесса сгорания является определение температуры и давления в конце видимого сгорания.

2.4.1 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

Изменение объема при сгорании рабочей смеси учитывает коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси, который определяется по формуле:

.

2.4.2 Температура конца видимого сгорания

Температура газа Tz в конце видимого сгорания определяется с использованием решения уравнения сгорания, которое имеет вид:

,

где 5 - коэффициент использования низшей теплоты сгорания на участке видимого сгорания, который принимается из следующих интервалов значений для карбюраторного двигателя 0,8…0,95;

ДНu - потеря теплоты вследствие химической неполноты сгорания, кДж/кг, при б<1

;

tz - температура в конце видимого сгорания, °С;

- средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме. кДж/(кмоль·град). которая определяется по формуле:

,

где , , , , , - средние мольные теплоемкости продуктов сгорания при изменении температуры в диапазоне 1501…2800 °С, которые могут быть выражены в зависимости от температуры tz следующими формулами:

;

;

;

;

;

.

Подставим уравнения для средних мольных теплоемкостей продуктов сгорания в уравнение для расчета и получим следующее выражение:

.

После подстановки всех величин в уравнение сгорания получается квадратное уравнение вида

.

Решим это уравнение и выразим из него tz в градусах Цельсия (°С)

.

Температура Тz в градусах Кельвина (К) определяется по формуле:

.

2.4.3 Степень повышения давления цикла

Степень повышения давления цикла л для карбюраторных двигателей определяется по формуле:

.

2.4.4 Степень предварительного расширения

Степень предварительного расширения для карбюраторных двигателей .

2.4.5 Максимальное давление сгорания

Величина максимального давления рz в МПа в конце сгорания определяется по формуле:

.

Рассчитанные параметры заносим в таблицу 3.

Таблица 3 - Значения параметров процесса сгорания

Тип двигателя	Параметры
	л	с	pz, МПа	Tz, K
карбюраторный	4,16	1,0	5,237	2785,71
ориентировочные значения	3,2…4,2	1,0	3,5…7,5	2400…3100

2.5 Процесс расширения

В результате осуществления процесса расширения происходит преобразование тепловой энергии топлива в механическую работу.

2.5.1 Показатель политропы расширения

Так же как и при расчете процесса сжатия для упрощения расчетов кривую процесса расширения принимают за политропу с постоянным показателем n2.

Средний показатель политропы расширения n2 незначительно отличается от показателя адиабаты k2 и может быть определен по следующей формуле:

,

где

2.5.2 Давление и температура конца процесса расширения

Значения давления рb в МПа и температуры Тb в градусах Кельвина (К) в конце процесса расширения определяются по формулам:

,

.

Рассчитанные параметры заносим в таблицу 4.

Таблица 4 - Значения параметров процесса расширения

Тип двигателя	Параметры
	n2	pb, МПа	Тb, К
карбюраторный	1,254	0,464	1685,5
ориентировочные значения	1,23…1,30	0,35…0,60	1200…1700

2.6 Проверка точности выбора температуры остаточных газов

Расчетная температура остаточных газов в градусах Кельвина (К) определяется по формуле:

.

Ошибка между принятой величиной Tr и рассчитанной , в процентах определяется по формуле:

.

Так как ДTr < 10%, то расчет продолжаем с учетом прежнего значения Tr.

2.7 Индикаторные показатели рабочего цикла

2.7.1 Среднее индикаторное давление

Среднее теоретическое индикаторное давление - это условное среднее давление, действующее на поршень и равное теоретической работе газов за цикл, отнесенной к рабочему объему цилиндра.

Среднее теоретическое индикаторное давление в МПа определяется по формуле:

.

Среднее индикаторное давление действительного цикла pi в МПа определяется по формуле:

,

где - коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

2.7.2 Индикаторный КПД

Индикаторный КПД характеризует степень использования теплоты топлива для получения полезной работы в действительном цикле, то есть индикаторный КПД учитывает все тепловые потери действительного цикла.

Индикаторный КПД зi определяется по формуле:

.

2.7.3 Индикаторный удельный расход топлива

Индикаторный удельный расход топлива gi в г/(кВт·ч) определяется по формуле:

.

Рассчитанные параметры заносим в таблицу 5.

Таблица 5 - Значения индикаторных показателей двигателя

Тип двигателя	Показатели
	рi, МПа		gi, г/(кВт·ч)
карбюраторный	0,99	0,302	271,35
ориентировочные значения	0,6…1,4	0,3…0,4	210…275

2.8 Эффективные показатели двигателя

Эффективные показатели характеризуют работу двигателя и отличаются от индикаторных показателей на величину механических потерь.

2.8.1 Давление механических потерь

К механическим потерям относятся все потери на преодоление различных сопротивлений, таких как трение, привод вспомогательных механизмов, газообмен, привод компрессора. Давление механических потерь - это условное давление, равное отношению работы механических потерь к рабочему объему цилиндра двигателя. Величину давления механических потерь рм в МПа оценивают по средней скорости поршня по формуле:

,

где ам и bм - экспериментальные коэффициенты, величины которых зависят от числа цилиндров и от отношения хода поршня к диаметру цилиндра.

=10 - средняя скорость поршня в м/с, которая зависит от типа двигателя.

2.8.2 Среднее эффективное давление

Среднее эффективное давление ре в МПа определяется по формуле:

0,99-0,147=0,843.

2.8.3 Механический КПД

Механический КПД зм определяется по формуле:

.

2.8.4 Эффективный КПД

Отношение количества теплоты, эквивалентной полезной работе на валу двигателя, к общему количеству теплоты, внесенной в двигатель с топливом, называется эффективным КПД зе, который определяется по формуле:

.

2.8.5 Эффективный удельный расход топлива

Эффективный удельный расход топлива gе в г/(кВт·ч) определяется по формуле:

.

Рассчитанные параметры заносим в таблицу 6.

Таблица 6 - Значения эффективных показателей двигателя

Тип двигателя	Показатели
карбюраторный	0,843	0,257	0,85	318,8
ориентировочные значения	0,6…1,1	0,23…0,38	0,75…0,92	210…310

2.9 Основные параметры и показатели двигателя

Рабочий объем цилиндра Vh в дмі определяется по формуле:

,

где ф=4 - коэффициент тактности рабочего процесса двигателя.

Отношение хода поршня S к диаметру цилиндра D примем равным 1.

Диаметр цилиндра D в мм определяется по формуле:

D=100·.

Ход поршня двигателя S в мм определяется по формуле:

.

Полученные значения S и D округляем в большую сторону до целых четных чисел. В результате получаем следующие значения: S=68 мм; D=68 мм.

Расчетная средняя скорость поршня в м/с определяется по формуле:

.

Ошибка между принятой величиной и рассчитанной , в процентах определяется по формуле:

.

Так как < 5%, то принимаем в расчетах .

По принятым значениям D и S определяем окончательные основные параметры и показатели двигателя.

Рабочий объем одного цилиндра Vh в дмі определяем по формуле:

.

Литраж двигателя Vл в дмі определяется по формуле:

.

Объем камеры сгорания Vc в дм определяется по формуле:

.

Полный объем цилиндра Va в дм определяется по формуле:

.

Мощность двигателя Ne в кВт определяется по формуле:

.

Поршневая мощность двигателя Nn в кВт/дмопределяется по формуле:

.

Эффективный крутящий момент Ме в Н·м определяется по формуле:

.

Часовой расход топлива GT в кг/ч определяется по формуле:

Масса двигателя mдв. в кг определяется по формуле:

,

где Муд=4 - удельная масса двигателя, кг/кВт; для карбюраторного двигателя с V-образным расположением цилиндров.

2.10 Оценка надежности проектируемого двигателя

При проектировании двигателя ориентировочная оценка надежности двигателя может быть осуществлена определением следующих критериев:

- Б.Я. Гинцбурга

,

- А.К. Костина

.

У современных автомобильных двигателей значения указанных критериев находятся в следующих пределах NПґ=1,3…2,8 кВт/см, qП=3,5…9,0. Так как у спроектированного двигателя значение критерия Б.Я. Гинцбурга не превышает, а значения критерия А.К. Костина укладывается в пределы указанных значений, то ориентировочно можно считать двигатель надежным.

2.11 Тепловой баланс

Для анализа характера теплоиспользования и путей его улучшения при расчете двигателя определяются составляющие теплового баланса.

2.11.1 Уравнение теплового баланса

Уравнение теплового баланса имеет вид:

,

где Qo - общее количество теплоты, введенное в цилиндр, Дж/с;

Qe - теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя, Дж/с;

Qохл - теплота, отданная охлаждающей среде, Дж/с;

Qr - теплота, уносимая из двигателя с отработавшими газами, Дж/с;

Qн.с - теплота, потерянная при неполном сгорании топлива, Дж/с;

Qост - неучтенные потери теплоты, Дж/с.

2.11.2 Общее количество теплоты

Общее количество теплоты Qo в Дж/с определяется по формуле:

.

2.11.3 Теплота, эквивалентная эффективной работе

Теплота Qe, эквивалентная эффективной работе, в Дж/с определяется по формуле:

.

2.11.4 Теплота, отданная охлаждающей среде

Теплота Qохл, отданная охлаждающей среде, для карбюраторных двигателей с воздушным охлаждением, в Дж/с определяется по формуле:

2.11.5 Теплота, унесенная из двигателя с отработавшими газами

Теплота Qr, унесенная из двигателя с отработавшими газами, в Дж/с определяется по формуле:

,

где tr - температура остаточных газов, °С

;

- теплоемкость остаточных газов в кДж/(кмоль·град)

- теплоемкость свежего заряда в кДж/(кмоль·град)

,

здесь t0=20°C.

2.11.6 Теплота, потерянная при неполном сгорании топлива

Теплота Qн.с, потерянная при неполном сгорании топлива, в Дж/с определяется по формуле:

.

2.11.7 Неучтенные потери теплоты

Неучтенные потери теплоты Qост в Дж/с определяется по формуле:

.

2.11.8 Относительные значения составляющих теплового баланса

Тепловой баланс определяется также в процентах от всего количества введенной теплоты по следующим формулам:

;

;

;

;

.

Очевидно, что должно выполняться условие

.

Рассчитанные параметры заносим в таблицу 7.

Таблица 7 - Значения составляющих теплового баланса в процентах

Тип двигателя	Составляющие теплового баланса в процентах
карбюраторный	30	29,42	27,64	7,10	5,84
ориентировочные значения	23…38	24…32	30…55	0…21	3…10

2.12 Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма - графическая зависимость давления газа в цилиндре от надпоршневого объема, либо перемещения поршня или угла поворота коленчатого вала.

Масштаб ходя поршня мм/мм.

Отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра:

.

Отрезок, соответствующий объему камеры сгорания:

.

Отрезок, соответствующий полному объему цилиндра:

.

Масштаб давленияМПа/мм.

Отрезок, соответствующий максимальному давлению:

,

.

Величины давлений в мм:

;

;

;

;

;

.

Построение политропы сжатия и расширения проводится аналитическим методом.

Для политропы сжатия определяется давление рх в МПа по формуле:

,

где ОХ - абсцисса расчетной точки, мм.

Аналогично для политропы расширения определяется давление рх в МПа по формуле:

.

Абсцисса расчетной точки ОХ в мм определится по формуле:

ОХ=ОА+АХ,

где АХ - перемещение поршня в мм, определяется по формуле:

,

где л - отношение радиуса кривошипа R к длине шатуна Lш;

б - угол поворота коленчатого вала, град.

Выбираем отношения л радиуса кривошипа R к длине шатуна Lш: .

Результаты расчетов политроп сжатия и расширения заносим в таблицы 8 и 9.

Таблица 8 - Результаты расчетов политроп сжатия

Угол б, град	(1-соsб)+ (1-cos2·б)· ·л/4	AX, мм	OX, мм	OB/OX	Px, МПа	Px/мp, мм
180	2	68	94,28571	1	0,09	2,25
190	1,989105	67,62956	93,8499	1,004644	0,090573	2,264314
200	1,956362	66,51631	92,54019	1,018862	0,092332	2,308294
210	1,90165	64,65611	90,35173	1,043541	0,095407	2,385166
220	1,824922	62,04735	87,28259	1,080235	0,100028	2,500708
230	1,72641	58,69794	83,34212	1,131309	0,106558	2,663949
240	1,606875	54,63375	78,56071	1,200164	0,115534	2,888342
250	1,467851	49,90693	72,99975	1,29159	0,127747	3,193686
260	1,311851	44,60294	66,75977	1,412313	0,144368	3,609204
270	1,1425	38,845	59,98571	1,571803	0,167138	4,178461
280	0,964555	32,79487	52,86791	1,78342	0,198684	4,967112
290	0,783811	26,64956	45,63814	2,065941	0,242987	6,07467
300	0,606875	20,63375	38,56071	2,445124	0,306025	7,650625
310	0,440835	14,98838	31,91911	2,953896	0,396396	9,909903
320	0,292833	9,956326	25,99904	3,626508	0,524907	13,12267
330	0,1696	5,766386	21,0697	4,474944	0,69993	17,49824
340	0,076977	2,617208	17,36478	5,429709	0,912053	22,80133
350	0,019489	0,662631	15,06528	6,258477	1,107811	27,69528
360	0	0	14,28571	6,6	1,191384	29,78459

Таблица 9 - Результаты расчетов политроп расширения

Угол б, град	(1-соsб)+ (1-cos2·б)· ·л/	AX, мм	OX, мм	OB/OX	Px, МПа	Px/мp, мм
540	2	80	94,28571	1	0,457575	11,43939
530	1,989105	79,56419	93,8499	1,004644	0,460246	11,50614
520	1,956362	78,25448	92,54019	1,018862	0,468441	11,71102
510	1,90165	76,06602	90,35173	1,043541	0,482734	12,06835
500	1,824922	72,99688	87,28259	1,080235	0,504147	12,60367
490	1,72641	69,0564	83,34212	1,131309	0,534261	13,35653
480	1,606875	64,275	78,56071	1,200164	0,57541	14,38526
470	1,467851	58,71403	72,99975	1,29159	0,630986	15,77465
460	1,311851	52,47405	66,75977	1,412313	0,70592	17,648
450	1,1425	45,7	59,98571	1,571803	0,807442	20,18606
440	0,964555	38,5822	52,86791	1,78342	0,946243	23,65607
430	0,783811	31,35242	45,63814	2,065941	1,138171	28,45426
420	0,606875	24,275	38,56071	2,445124	1,406419	35,16049
410	0,440835	17,63339	31,91911	2,953896	1,783257	44,58143
400	0,292833	11,71332	25,99904	3,626508	2,307295	57,68236
390	0,1696	6,783984	21,0697	4,474944	3,004429	75,11073
380	0,076977	3,079069	17,36478	5,429709	3,830368	95,75919
370	0,019489	0,779566	15,06528	6,258477	4,578437	114,4609
360	0	0	14,28571	6,6	4,894368	122,3592

Для построения действительной индикаторной диаграммы находим характерные точки.

Давление в точке , характеризующей момент достижения поршня ВМТ при сгорании, определяется по формуле:

,

.

Точку- момент достижения поршня НМТ в конце расширения - располагаем между точками b и а. При этом давление в МПа ориентировочно рассчитываем по формуле:

,

.

Точка характеризует действительно максимальное давление цикла в МПа, определяем по формуле:

,

.

Положение точки должно соответствовать условию допустимой скорости нарастания давления в МПа/град, которая определяется по формуле:

,

где - нарастание давления в МПа, определяется по формуле:

,

- угол поворота коленчатого вала, соответствующий точке .

Положение точки на индикаторной диаграмме определяется по формуле:

.

Принимаем характерные углы:

- угол опережения зажигания ;

- продолжительность периода задержки воспламенения ;

- фазы газораспределения: , , , .

Определяем углы поворота коленчатого вала б в градусах, соответствующие характерным точкам:

- f - начало впрыска топлива или подача искры ;

- сґ -начало видимого сгорания ;

- bґ -начало открытия выпускного клапана ;

- rґ -начало открытия впускного клапана ;

- аґґ -полное закрытие впускного клапана ;

- аґ -полное закрытие выпускного клапана .

Определяем положение характерных точек АХ в мм, по соответствующей вышеуказанной формуле:

1. точка f

OX=23,3948?23,4мм;

;

2. точка

ОХ=16,78775?16,8мм;

;

3. точка

ОХ=72,9997?73мм;

;

4. точка

ОХ=17,36478?17,4мм;

;

5. точка

ОХ=83,342мм;

;

6. точка

ОХ=21,069698?21,1мм;

.

Площадь индикаторной диаграммы Fi=1862ммІ.

Среднее индикаторное давление в МПа, полученное по графику индикаторной диаграммы

.

Расхождение между полученной величиной и величиной , полученной в тепловом расчете

.

3 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

Минимальная частота , максимальная - .

Шаг расчета .

Номинальная расчетная мощность двигателя кВт и соответствующий ей удельный расход топлива г/кВт·ч.

Частота вращения коленчатого вала при : n=4600.

Коэффициенты для карбюраторного двигателя: с1=1; с2=1; с3=1,2; с4=1; с5=0,8.

Зависимость эффективной мощности в кВт:

.

Зависимость эффективного удельного расхода топлива в г/(кВт·ч):

.

Зависимость среднего эффективного давления в МПа:

.

Зависимость эффективного крутящего момента в Н·м:

.

Зависимость часового расхода топлива в кг/ч:

.

Зависимость среднего давления механических потерь в МПа:

.

Зависимость среднего индикаторного давления в МПа:

.

Зависимость мощности механических потерь в кВт:

.

Зависимость индикаторной мощности в кВт:

.

Зависимость индикаторного крутящего момента в Н·м:

.

Зависимость индикаторного удельного расхода топлива в г/(кВт·ч):

.

Коэффициент избытка воздуха при минимальной частоте:

.

Значение для карбюраторных двигателей остается постоянным на всем частотном диапазоне, кроме .

Расчетные точки коэффициента наполнения определяются по формуле:

.

Максимальное значение среднего эффективного давления МПа:

,

а соответствующая ему частота в : .

Максимальное значение эффективного крутящего момента в Н·м:

,

при частоте в : .

Минимальное значение эффективного удельного расхода топлива в г/(кВт·ч):

,

при частоте в :

.

Результаты расчетов сводим в таблицу 10. Графики внешней скоростной характеристики представлены ниже таблицы 10.

Таблица 10 - Результаты расчета внешней скоростной характеристики

nx	Nex, кВт	gex, г/ (кВт*ч)	pex, Мпа	Mex, Н*м	Gтx, кг/ч	pmx, Мпа	pix, Мпа	Nmx, кВт	Nix, кВт	gix, г/ (кВт*ч)	Mix, Н*м	бх	зvx
1000	8,08	325,30	0,983	77,24	2,63	0,059	1,043	0,490	8,57	306,7	81,92	0,81	0,904
1500	12,64	305,72	1,025	80,52	3,86	0,07	1,097	0,893	13,54	285,5	86,20	0,9	0,984
2000	17,22	292,16	1,047	82,2	5,03	0,085	1,132	1,401	18,62	270,1	88,93	0,9	0,960
2300	19,87	286,92	1,050	82,51	5,70	0,092	1,143	1,757	21,63	263,6	89,81	0,9	0,946
2875	24,53	282,93	1,037	81,48	6,94	0,107	1,145	2,545	27,07	256,3	89,94	0,9	0,922
3500	28,59	287,64	0,993	78,02	8,22	0,123	1,117	3,559	32,15	255,8	87,73	0,9	0,897
4000	30,78	298,18	0,935	73,50	9,18	0,136	1,072	4,489	35,27	260,2	84,21	0,9	0,876
4600	31,8	318,8	0,840	66,01	10,1	0,151	0,992	5,744	37,54	270,0	77,93	0,9	0,841
5060	31,13	340,47	0,748	58,75	10,5	0,163	0,911	6,808	37,94	279,3	71,60	0,9	0,799

4 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя

4.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме

Площадь поршня .

Масштаб сил .

Удельная масса поршня из алюминиевого сплава кг/мІ.

Масса поршня .

Удельная масса шатуна .

Масса шатуна .

Часть массы шатуна, отнесенная к поступательно движущимся массам, .

Масса частей кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение .

Радиус кривошипа .

Угловая скорость коленчатого вала, .

Часть массы шатуна, отнесенная к вращающимся массам, .

Центробежная сила инерции вращающей части шатуна .

Результаты вычисления сил , , , , N, K, T, сведены в таблицу 11.

Таблица 11 - Результаты вычисления сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

б, град	?Pг, Н	Pj, Н	P, Н	Sш, Н	N, Н	K, Н	T, Н	R ш.ш., Н
0	18,15	-4939,18	-4921,03	-4921,03	0	-4921,03	0	7513,9842
10	-3,63	-4814,73	-4818,36	-4824,27	-238,752	-4703,69	-1071,82	7374,9459
20	-18,15	-4451,09	-4469,24	-4490,62	-437,727	-4050	-1939,9	6920,4046
30	-31,7262	-3876,49	-3908,22	-3948,51	-562,663	-3103,28	-2441,39	6197,3767
40	-31,7262	-3134,69	-3166,41	-3220,92	-590,055	-2046,33	-2487,34	5264,011
50	-31,7262	-2280,47	-2312,2	-2369,36	-517,284	-1089,99	-2103,75	4241,4405
60	-31,7262	-1374,13	-1405,86	-1450,74	-358,068	-392,833	-1396,54	3296,2447
70	-31,7262	-475,459	-507,185	-526,414	-140,98	-40,9894	-524,816	2685,7156
80	-31,7262	361,9412	330,215	344,0441	96,56293	-37,7547	341,9663	2652,8377
90	-31,7262	1095,461	1063,735	1109,759	316,2814	-316,281	1063,735	3097,6054
100	-31,7262	1696,852	1665,126	1734,86	486,9235	-768,672	1555,276	3703,9689
110	-31,7262	2153,803	2122,076	2202,533	589,8655	-1280,09	1792,354	4267,6613
120	-31,7262	2469,592	2437,866	2515,696	620,9172	-1756,66	1800,795	4707,653
130	-31,7262	2660,922	2629,196	2694,189	588,2026	-2140,6	1635,992	5008,2934
140	-31,7262	2754,238	2722,512	2769,379	507,3349	-2411,67	1361,356	5186,4772
150	-31,7262	2781,031	2749,305	2777,652	395,8154	-2578,88	1031,866	5273,7586
160	-31,7262	2772,746	2741,02	2754,136	268,4614	-2667,54	685,2129	5304,9247
170	-31,7262	2755,932	2724,205	2727,548	134,9856	-2706,26	340,1184	5310,1123
180	-31,7262	2748,262	2716,536	2716,536	9,49E-14	-2716,54	3,33E-13	5309,4858
190	-29,6174	2755,932	2726,314	2729,659	-135,09	-2708,35	-340,382	5312,2198
200	-23,1375	2772,746	2749,609	2762,765	-269,303	-2675,89	-687,36	5313,4905
210	-11,8095	2781,031	2769,222	2797,774	-398,683	-2597,56	-1039,34	5293,5434
220	5,221738	2754,238	2759,46	2806,963	-514,22	-2444,4	-1379,83	5222,9167
230	29,29387	2660,922	2690,216	2756,718	-601,854	-2190,28	-1673,96	5067,6896
240	62,4034	2469,592	2531,996	2612,831	-644,892	-1824,49	-1870,33	4797,0721
250	107,4949	2153,803	2261,297	2347,032	-628,564	-1364,07	-1909,94	4393,8436
260	168,9277	1696,852	1865,78	1943,917	-545,6	-861,3	-1742,69	3868,9558
270	253,2279	1095,461	1348,689	1407,043	-401,007	-401,007	-1348,69	3283,7085
280	370,2866	361,9412	732,2278	762,8929	-214,121	-83,7183	-758,285	2782,0047
290	535,2162	-475,459	59,75738	62,02302	-16,6105	4,829434	-61,8347	2588,8591
140	-31,7262	2754,238	2722,512	2769,379	507,3349	-2411,67	1361,356	5186,4772
150	-31,7262	2781,031	2749,305	2777,652	395,8154	-2578,88	1031,866	5273,7586
160	-31,7262	2772,746	2741,02	2754,136	268,4614	-2667,54	685,2129	5304,9247
170	-31,7262	2755,932	2724,205	2727,548	134,9856	-2706,26	340,1184	5310,1123
180	-31,7262	2748,262	2716,536	2716,536	9,49E-14	-2716,54	3,33E-13	5309,4858
190	-29,6174	2755,932	2726,314	2729,659	-135,09	-2708,35	-340,382	5312,2198
200	-23,1375	2772,746	2749,609	2762,765	-269,303	-2675,89	-687,36	5313,4905
210	-11,8095	2781,031	2769,222	2797,774	-398,683	-2597,56	-1039,34	5293,5434
220	5,221738	2754,238	2759,46	2806,963	-514,22	-2444,4	-1379,83	5222,9167
230	29,29387	2660,922	2690,216	2756,718	-601,854	-2190,28	-1673,96	5067,6896
240	62,4034	2469,592	2531,996	2612,831	-644,892	-1824,49	-1870,33	4797,0721
250	107,4949	2153,803	2261,297	2347,032	-628,564	-1364,07	-1909,94	4393,8436
260	168,9277	1696,852	1865,78	1943,917	-545,6	-861,3	-1742,69	3868,9558
270	253,2279	1095,461	1348,689	1407,043	-401,007	-401,007	-1348,69	3283,7085
280	370,2866	361,9412	732,2278	762,8929	-214,121	-83,7183	-758,285	2782,0047
290	535,2162	-475,459	59,75738	62,02302	-16,6105	4,829434	-61,8347	2588,8591
140	-31,7262	2754,238	2722,512	2769,379	507,3349	-2411,67	1361,356	5186,4772
150	-31,7262	2781,031	2749,305	2777,652	395,8154	-2578,88	1031,866	5273,7586
160	-31,7262	2772,746	2741,02	2754,136	268,4614	-2667,54	685,2129	5304,9247
170	-31,7262	2755,932	2724,205	2727,548	134,9856	-2706,26	340,1184	5310,1123
180	-31,7262	2748,262	2716,536	2716,536	9,49E-14	-2716,54	3,33E-13	5309,4858
190	-29,6174	2755,932	2726,314	2729,659	-135,09	-2708,35	-340,382	5312,2198
200	-23,1375	2772,746	2749,609	2762,765	-269,303	-2675,89	-687,36	5313,4905
210	-11,8095	2781,031	2769,222	2797,774	-398,683	-2597,56	-1039,34	5293,5434
220	5,221738	2754,238	2759,46	2806,963	-514,22	-2444,4	-1379,83	5222,9167
230	29,29387	2660,922	2690,216	2756,718	-601,854	-2190,28	-1673,96	5067,6896
240	62,4034	2469,592	2531,996	2612,831	-644,892	-1824,49	-1870,33	4797,0721
250	107,4949	2153,803	2261,297	2347,032	-628,564	-1364,07	-1909,94	4393,8436
260	168,9277	1696,852	1865,78	1943,917	-545,6	-861,3	-1742,69	3868,9558
270	253,2279	1095,461	1348,689	1407,043	-401,007	-401,007	-1348,69	3283,7085
280	370,2866	361,9412	732,2278	762,8929	-214,121	-83,7183	-758,285	2782,0047
290	535,2162	-475,459	59,75738	62,02302	-16,6105	4,829434	-61,8347	2588,8591
220	5,221738	2754,238	2759,46	2806,963	-514,22	-2444,4	-1379,83	5222,9167
230	29,29387	2660,922	2690,216	2756,718	-601,854	-2190,28	-1673,96	5067,6896
240	62,4034	2469,592	2531,996	2612,831	-644,892	-1824,49	-1870,33	4797,0721
250	107,4949	2153,803	2261,297	2347,032	-628,564	-1364,07	-1909,94	4393,8436
260	168,9277	1696,852	1865,78	1943,917	-545,6	-861,3	-1742,69	3868,9558
270	253,2279	1095,461	1348,689	1407,043	-401,007	-401,007	-1348,69	3283,7085
280	370,2866	361,9412	732,2278	762,8929	-214,121	-83,7183	-758,285	2782,0047
290	535,2162	-475,459	59,75738	62,02302	-16,6105	4,829434	-61,8347	2588,8591
300	770,9834	-1374,13	-603,148	-622,404	153,6199	-168,535	599,1511	2825,7356
310	1111,201	-2280,47	-1169,27	-1198,18	261,589	-551,205	1063,86	3319,2632
320	1599,46	-3134,69	-1535,23	-1561,66	286,0867	-992,159	1205,98	3782,5121
330	2272,691	-3876,49	-1603,8	-1620,34	230,8981	-1273,48	1001,864	3994,1262
340	3101,099	-4451,09	-1349,99	-1356,45	132,2211	-1223,35	585,9714	3861,0288
350	3877,454	-4814,73	-937,271	-938,421	46,44221	-914,967	208,4921	3514,1077
360	5118,3	-4939,18	179,1158	179,1158	-1,3E-14	179,1158	-4,4E-14	2413,8342
370	15794,13	-4814,73	10979,4	10992,88	544,0344	10718,13	2442,323	8484,311
380	14328,49	-4451,09	9877,404	9924,666	967,4141	8950,848	4287,343	7668,3882
390	11053,71	-3876,49	7177,216	7251,216	1033,298	5699,002	4483,47	5454,2703
400	8333,493	-3134,69	5198,805	5288,301	968,7875	3359,791	4083,862	4155,2345
410	6315,814	-2280,47	4035,342	4135,094	902,7848	1902,294	3671,55	3735,9448
420	4879,682	-1374,13	3505,551	3617,468	892,8535	979,5417	3482,323	3837,9238
430	3865,134	-475,459	3389,675	3518,19	942,215	273,9445	3507,509	4204,8073
440	3143,299	361,9412	3505,24	3652,037	1025,018	-400,767	3629,98	4705,2203
450	2623,43	1095,461	3718,892	3879,796	1105,742	-1105,74	3718,892	5245,0431
460	2244,353	1696,852	3941,205	4106,26	1152,505	-1819,38	3681,199	5746,2921
470	1965,199	2153,803	4119,001	4275,169	1144,943	-2484,68	3479,002	6155,1392
480	1758,518	2469,592	4228,11	4363,095	1076,887	-3046,67	3123,207	6446,681
490	1669,8	2660,922	4330,722	4437,777	968,8672	-3525,93	2694,75	6685,9831
500	1560,9	2754,238	4315,138	4389,421	804,1177	-3822,46	2157,727	6768,5544
510	1524,6	2781,031	4305,631	4350,024	619,8784	-4038,73	1615,985	6825,7253
520	1270,5	2772,746	4043,246	4062,593	396,0042	-3934,85	1010,749	6605,5878
530	907,5	2755,932	3663,432	3667,926	181,5247	-3639,3	457,3813	6249,0082
540	642,51	2748,262	3390,772	3390,772	3,55E-13	-3390,77	1,25E-12	5983,722
550	562,65	2755,932	3318,582	3322,653	-164,437	-3296,72	-414,327	5904,2247
560	210,54	2772,746	2983,286	2997,561	-292,189	-2903,31	-745,776	5546,6225
570	137,94	2781,031	2918,971	2949,067	-420,242	-2738,02	-1095,55	5442,3806
580	108,9	2754,238	2863,138	2912,426	-533,54	-2536,24	-1431,67	5325,2532
590	90,75	2660,922	2751,672	2819,693	-615,603	-2240,32	-1712,2	5127,5856
600	18,15	2469,592	2487,742	2567,165	-633,621	-1792,6	-1837,64	4754,9956
610	18,15	2153,803	2171,953	2254,3	-603,729	-1310,17	-1834,48	4312,7342
620	18,15	1696,852	1715,002	1786,825	-501,509	-791,697	-1601,86	3744,5683
630	18,15	1095,461	1113,611	1161,794	-331,111	-331,111	-1113,61	3128,9397
640	18,15	361,9412	380,0912	396,0091	-111,148	-43,4572	-393,617	2665,6289
650	18,15	-475,459	-457,309	-474,647	127,1164	-36,9585	473,2061	2672,142
660	18,15	-1374,13	-1355,98	-1399,27	345,3644	-378,896	1346,996	3262,862
670	18,15	-2280,47	-2262,32	-2318,25	506,1258	-1066,48	2058,371	4198,6077
680	18,15	-3134,69	-3116,54	-3170,19	580,7608	-2014,1	2448,16	5217,1259
690	18,15	-3876,49	-3858,34	-3898,12	555,4826	-3063,68	2410,233	6148,7154
700	18,15	-4451,09	-4432,94	-4454,15	434,1717	-4017,11	1924,143	6884,4144
710	18,15	-4814,73	-4796,58	-4802,46	237,6724	-4682,43	1066,978	7353,206
720	18,15	-4939,18	-4921,03	-4921,03	6,87E-13	-4921,03	2,41E-12	7513,9842

4.2 Построение графиков сил и моментов

На одной координатной сетке сгруппируем следующие графики - , , ; , N; K, T.

Максимальное и минимальное значения силы соответственно равны , .

Среднее значение

.

Среднее значение суммарного индикаторного крутящего момента двигателя .

Максимальное и минимальное значения суммарного индикаторного крутящего момента соответственно равны , .

Коэффициент неравномерности крутящего момента

.

Эффективный крутящий момент двигателя в Н·м

.

Расхождения между полученным по графику и рассчитанным в тепловом расчете значениями

.

5 Расчет деталей на прочность

5.1 Поршень

Основные размеры поршневой группы

- высота поршня;

- расстояние от верхней кромки поршня до оси пальца;

- толщина днища поршня;

- высота юбки поршня;

- диаметр бобышки;

- расстояние между торцами бобышек;

- толщина стенки юбки поршня;

- толщина стенки головки поршня;

- расстояние до первой поршневой канавки;

- толщина первой кольцевой перемычки;

Радиальная толщина кольца t:

- компрессионного;

- маслосъемного;

- высота кольца;

- разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состояниях;

Радиальный зазор кольца в канавке поршня Дt:

- компрессионного;

- маслосъемного;

- внутренний диаметр поршня;

- число масляных отверстий в поршне;

- диаметр масляного канала;

- наружный диаметр пальца;

- внутренний диаметр пальца;

- длина пальца;

- длина втулки шатуна.

Принимаем материал поршня - алюминиевый сплав.

5.1.1 Днище поршня

Максимальное напряжение изгиба в диаметральном сечении днища поршня в МПа:

Днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости, поскольку расчетное напряжение превышает допускаемое 20...25 МПа.

5.1.2 Головка поршня

Головка поршня в сечении Х-Х, ослабленная отверстиями для отвода масла, проверяется на сжатие и разрыв.

Для определения напряжения сжатия определяем:

- диаметр поршня по дну канавок в м,



- площадь продольного диаметрального сечения масляного канала в мІ

- площадь сечения Х-Х головки поршня в мІ

- максимальную сжимающую силу в МН

;

Напряжение сжатия в МПа

.

Рассчитанное напряжение сжатия не превышает допустимые значения.

Для определения напряжения разрыва в сечении Х-Х определяем:

- максимальную угловую скорость вращения коленчатого вала на холостом ходу

,

где ;

- массу головки поршня с кольцами

.

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс в МН определяется для режима максимальной частоты вращения при холостом ходе двигателя

Напряжение разрыва

.

Рассчитанное напряжение разрыва не превышает допустимые значения.

5.1.3 Юбка поршня

Юбка поршня проверяется на износостойкость по удельному давлению в МПа на стенку цилиндра от максимальной боковой силы

.

Рассчитанное значение удельного давления не превышает допустимые значения напряжений для современных двигателей.

5.2 Поршневое кольцо

Проводим расчет маслосъемного кольца. Материал кольца - чугун.

Среднее давление в МПа кольца на стенку цилиндра определяется по формуле:

.

Рассчитанное среднее радиальное давление не превышает допустимые значения.

Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности должно изменяться по эпюре с повышенным давлением у замка, и определяться по формуле:

.

Результаты расчетов давления р записываем в таблицу 12.

Таблица 12 - Построение эпюры давления кольца карбюраторного двигателя на стенку цилиндра

	0	30	60	90	120	150	180
	1,05	1,04	1,02	1	1,02	1,27	1,5
	0,2247	0,222	0,218	0,214	0,218	0,271	0,321

Напряжения изгиба кольца в рабочем состоянии

.

Напряжения изгиба кольца при надевании его на поршень

.

Рассчитанные напряжения при изгибе кольца не превышают допустимых значений.

5.3 Шатун

Применяемый материал шатуна - сталь 40Х. Материал втулки - бронза.

Размеры элементов шатуна:

- наружный диаметр пальца;

- внутренний диаметр поршневой головки c втулкой;

- наружный диаметр головки;

- минимальная радиальная толщина стенки головки;

- радиальная толщина стенки втулки;

- длина втулки шатуна;

- диаметр шатунной шейки;

- толщина стенки вкладыша;

- расстояние между шатунными болтами;

- длина кривошипной головки;

Размеры среднего сечения В-В шатуна:

;

;

;

.

5.3.1 Поршневая головка

Максимальная частота вращения коленчатого вала холостого хода

.

Максимальная угловая скорость вращения коленчатого вала при холостом ходе:

.

Масса верхней части головки шатуна:

.

Разрывающая сила инерции при :

Площадь в ммІ опасного сечения верхней головки шатуна:

.

Напряжение разрыва

.

Из условия обеспечения достаточной жесткости поршневой головки напряжение разрыва не превышает максимальных значений.

5.3.2 Кривошипная головка

Максимальная величина силы инерции

Масса отъемной крышки кривошипной головки

.

Для определения напряжения изгиба крышки в МПа находим:

- внутренний радиус кривошипной головки:

;

- момент инерции расчетного сечения крышки:

;

- момент инерции расчетного сечения вкладыша:

;

- суммарную площадь крышки и вкладыша в расчетном сечении:

;

- момент сопротивления расчетного сечения крышки без учета ребер жесткости:

.

Напряжение изгиба:

Напряжения изгиба не превышают допустимые напряжения изгиба для крышки кривошипной головки шатуна.

5.3.3 Стержень шатуна

Сила, сжимающая шатун в МН по результатам динамического расчета при :

.

Сила, растягивающая шатун в МН по результатам динамического расчета при :

Площадь среднего сечения шатуна

Минимальное напряжение в МПа, возникающее в сечении В-В от растягивающей силы:

.

От сжимающей силы в МПа в сечении В-В возникают максимальные напряжения сжатия и продольного изгиба:

- в плоскости качения шатуна

,

где - коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости качения шатуна;

- в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна

,

где - коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна.

Напряжения и не превышают предельных значений.

6 Расчет жидкостной системы охлаждения

6.1 Емкость системы жидкостного охлаждения

При номинальной мощности емкость системы жидкостного охлаждения найдем по формуле:

.

6.2 Жидкостный насос

Принимаем:

- количество отводимой охлаждающей жидкостью от двигателя теплоты

;

- средняя теплоемкость жидкости ;

- средняя плотность жидкости ;

- температурный перепад жидкости в радиаторе .

Циркуляционный расход жидкости в системе охлаждения двигателя:

.

Принимаем коэффициент подачи насоса .

Расчетная производительность насоса

.

Принимаем:

- скорость жидкости на входе в насос ;

- радиус ступицы крыльчатки .

Радиус входного отверстия крыльчатки:

.

Принимаем:

- углы между направлениями скоростей , , : и ;

- гидравлический КПД .

Окружная скорость потока жидкости на входе колеса:

.

Передаточное отношение ременного привода от коленчатого вала принимаем .

Частота вращения насоса

.

Радиус крыльчатки колеса на выходе

.

Окружная скорость входа потока

.

Угол между скоростями и принимается .

Угол .

Принимаются:

- число лопаток на крыльчатке z=5;

- толщина лопаток у входа ;

- толщина лопаток у выхода .

Ширина лопатки на входе

.

Радиальная скорость потока на выходе из колеса

.

Ширина лопатки на выходе

.

Принимаем механический КПД насоса .

Мощность, потребляемая жидкостным насосом

.

6.3 Жидкостный радиатор

Принимаем:

- количество теплоты, отводимой от двигателя через охлаждающую жидкость к охлаждающему воздуху ;

- средняя теплоемкость воздуха ;

- объемный расход жидкости, проходящей через радиатор ;

- средняя плотность жидкости ;

- температурный перепад ;

- температура перед радиатором .

Количество воздуха, проходящего через радиатор

.

Массовый расход жидкости, проходящей через радиатор

.

Средняя температура охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор

.

Принимаем: -

- температурный перепад ;

- оптимальные значения температуры .

Средняя температура жидкости в радиаторе

.

Коэффициент теплопередачи радиатора принимаем .

Поверхность охлаждения радиатора

.

6.4 Вентилятор

Принимаем:

- массовый расход воздуха, подаваемый вентилятором ;

- средняя температура воздуха ;

- напор, создаваемый вентилятором .

Плотность воздуха при средней его температуре в радиаторе

.

Производительность вентилятора

.

Задаем скорость воздуха перед фронтом радиатора .

Фронтовая поверхность радиатора

.

Диаметр вентилятора

.

Окружная скорость вентилятора

,

где - коэффициент, зависящий от формы лопастей: для плоских лопастей .

Частота вращения вентилятора

.

Вентилятор установлен на одном валу с жидкостным насосом.

Мощность в кВт, затрачиваемая на привод вентилятора:

,

где - КПД вентилятора: для литого вентилятора .

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта приобретены навыки расчета деталей КШМ на прочность, системы жидкостного охлаждения двигателя, рабочих процессов двигателя, теплового баланса, внешней скоростной характеристики, динамических характеристик кривошипно-шатунного механизма.

В данном курсовом проекте четко выражена взаимосвязь теплового расчета с динамическим, а так же влияние динамических показателей на детали кривошипно-шатунного механизма.

Данный курсовой проект включает в себя графическую часть в виде:

1) лист, содержащий индикаторную диаграмму, диаграммы по результатам динамического расчета, схему действия сил в КШМ;

2) лист - поперечный разрез двигателя с детальной проработкой основных механизмов и систем двигателя;

3) лист - продольный разрез двигателя с детальной проработкой основных механизмов и систем двигателя.

Приложение А

Таблица А - сравнение показателей рассчитанного двигателя с прототипом

Показатели	Тип двигателя
	Прототип	Рассчитанный
Коэффициент избытка воздуха б	0,85…0,98	0,9
Давление остаточных газов , МПа	0,105…0,125	0,115
Температура остаточных газов , К	900…1100	1000
Степень подогрева заряда , К	0…20	10
Коэффициент остаточных газов	0,04...10	0,073
Температура в конце впуска Та, К	340…370	350,27
Коэффициент наполнения	0,70…0,90	0,827
Показатель политропы сжатия n1	1,34…1,38	1,37
Температура в конце сжатия , К	600…800	702,53
Давление в конце сжатия , МПа	0,9…2,0	1,192
Степень повышения давления цикла л	3,2…4,2	4,108
Степень предварительного расширения с	1,0	1,0
Температура конца видимого сгорания , К	2400…3100	2683,9
Максимальное давление сгорания, МПа	3,5…7,5	4,89
Показатель политропы расширения n2	1,23…1,30	1,256
Температура в конце расширения , К	1200…1700	1656,04
Давление в конце расширения, МПа	0,35…0,60	0,4576
Средняя скорость поршня , м/с	12…20	12
Среднее эффективное давление, МПа	0,6…1,1	0,8188
Индикаторный КПД зi	0,3…0,4	0,308
Эффективный КПД зe	0,23…0,38	0,2551
Механический КПД зм	0,75…0,92	0,828
Эффективный удельный расход топлива , г/кВт·ч	230…310	321,3
Отношение S/D	0,86…1,07	0,86
Относительная теплота %	23…38	25,51
Относительная теплота %	24…32	28,94
Относительная теплота %	30…55	27,34
Относительная теплота %	0…21	14,11
Относительная теплота %	3…10	4,1
Фазы газораспределения: -открытие впускного клапана до ВМТ	10…35	20
-закрытие впускного клапана после НМТ	40…85	50
-открытие выпускного клапана до НМТ	40…70	70
-закрытие выпускного клапана после ВМТ	10…50	30
Скорость нарастания давления при сгорании Др/Дб, МПа/град	0,1…0,4	0,273
Критерий Гинцбурга , кВт/см	1,3…2,8	1,874
Критерий Костина	3,5…9,0	9,105
Масса двигателя , кг	134…395	190

Приложение В

Техническая характеристика двигателя

1. Тип двигателя - карбюраторный.

2. Число тактов - 4.

3. Число и расположение цилиндров - 4 рядное.

4. Порядок работы цилиндров - 1-4-3-2.

5.Расположение и число клапанов в цилиндре - верхнее , по два в цилиндре.

6. Рабочий объем двигателя, дм- 2,221.

7. Диаметр цилиндра, мм - 94.

8. Ход поршня, мм - 80.

9. Степень сжатия - 6,6.

10. Номинальная мощность, кВт - 68.

11. Максимальная рабочая частота вращения, мин - 5115.

12. Габаритные размеры двигателя, мм - 874*720*686.

13. Направление вращения коленчатого вала - правое.

14. Максимальное среднее эффективное давление, МПа - 1,023.

15. Максимальный эффективный крутящий момент, Н·м - 180,86.

16. Минимальная частота вращения холостого хода, мин - 1000.

17. Частота вращения при максимальном крутящем моменте, мин - 2325.

18. Сорт топлива - бензин, по ГОСТ 2084-77 марки А-72.

19. Минимальный удельный расход топлива, г/(кВт·ч) - 285,14.

20. Фазы газораспределения: впуск (начало, конец), выпуск (начало, конец) - (20,50), (70,30).

21. Наличие наддува - нет.

22. Тип нагнетателя - нет.

23. Тип системы охлаждения - жидкостное.

Список использованных источников

1 Расчет автомобильных двигателей: методические указания к курсовому проектированию, часть 1 - тепловой и динамический расчеты двигателя/ Калимуллин Р.Ф. и др.- Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004.-92 с.

2 Расчет автомобильных двигателей: методические указания к курсовому проектированию, часть 2 - расчеты основных деталей и систем двигателя. Конструирование двигателя/ Калимуллин Р.Ф. и др.- Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004.-91 с.

3 Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: учебное пособие для вузов/ А.И. Колчин, В.П. Демидов - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 2003.- 496 с.: ил.

4 Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов: учебник / В.Н. Луканин, К.А. Морозов, А.С. Хачиян и др; Под ред. В.Н. Луканина.- М.: Высш, шк.,1995.- 368 с.: ил.

5 Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 2. Динамика и конструирование: учебник / В.Н Луканин, И.В. Алексеев, М.Г. Шатров и др; Под ред. В.Н. Луканина.- М.: Высш, шк., 1995.- 319 с.: ил.

6 Анохин В.И. Отечественные автомобили.- М.: Машиностроение, 1977.- 592 с.: ил.

7 Михайловский Е.В. Устройство автомобиля: учебник для учащихся автотранспортных техникумов/ Е.В. Михайловский, К.Б. Серебряков, Е.Я. Тур.- 5-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1985.- 352 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru