Тепловой расчет автомобильного двигателя

Техническая характеристика двигателя. Тепловой расчет рабочего цикла двигателя. Определение внешней скоростной характеристики двигателя. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма и системы жидкостного охлаждения. Расчет деталей на прочность.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 12.10.2011
Размер файла 365,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

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


Подобные документы

  • Тепловой расчет двигателя на номинальном режиме работы. Расчет процессов газообмена, процесса сжатия. Термохимический расчет процесса сгорания. Показатели рабочего цикла двигателя. Построение индикаторной диаграммы. Расчет кривошипно-шатунного механизма.

    курсовая работа [144,2 K], добавлен 24.12.2016

  • Выбор топлива и основных показателей работы для двигателя внутреннего сгорания. Тепловой расчет проектируемого двигателя для режима максимальной мощности и по его результатам построение индикаторной диаграммы и внешней скоростной характеристики.

    контрольная работа [187,4 K], добавлен 12.01.2012

  • Тепловой расчет двигателя. Расчет рабочего цикла для определения индикаторных, эффективных показателей работы двигателя и температурных условий работы. Зависимость теплового расчета от совершенства оценки ряда коэффициентов. Проектирование двигателя.

    курсовая работа [168,5 K], добавлен 01.12.2008

  • Описание двигателя MAN 9L 32/40: общая характеристика и функциональные особенности, структурные элементы и их взаимодействие. Выбор и обоснование исходных данных для теплового расчета двигателя, определение эффективных показателей. Расчет на прочность.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.10.2011

  • Расчет рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания: динамический анализ сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм, параметры процессов, расход топлива; проект гидрозапорной системы двигателя; выбор геометрических и экономических показателей.

    дипломная работа [3,7 M], добавлен 12.10.2011

  • Расчет параметров состояния рабочего тела, соответствующих характерным точкам цикла. Расчет индикаторных и эффективных показателей двигателя, диаметра цилиндра, хода поршня, построение индикаторной диаграммы. Тепловой расчёт для карбюраторного двигателя.

    курсовая работа [97,0 K], добавлен 07.02.2011

  • Расчет процессов наполнения, сжатия, сгорания и расширения, определение индикаторных, эффективных и геометрических параметров авиационного поршневого двигателя. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма и расчет на прочность коленчатого вала.

    курсовая работа [892,4 K], добавлен 17.01.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.