Расчет автотракторного двигателя внутреннего сгорания (прототип ЗИЛ-130)

Тепловой расчёт двигателя. Определение основных размеров и удельных параметров двигателя. Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна. Расчет индикаторных параметров четырехтактного дизеля. Динамика и уравновешивание двигателя внутреннего сгорания.

Рубрика Транспорт
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 18.12.2015
Размер файла 396,0 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/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

"Гомельский государственный технический университет

имени П.О. Сухого"

Кафедра: "Сельскохозяйственные машины"

КУРСОВАЯ РАБОТА

"Тракторы и автомобили"

"Расчет автотракторного двигателя внутреннего сгорания (прототип ЗИЛ-130)"

Гомель 2014

Содержание

Введение

1. Тепловой расчёт двигателя. Определение основных размеров и удельных параметров двигателя

1.1 Определение основных параметров двигателя

1.2 Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна

1.3 Выбор размеров и числа цилиндров

1.4 Выбор коэффициента избытка воздуха и степени сжатия

1.5 Определение параметров рабочего цикла дизеля

1.6 Расчет индикаторных параметров четырехтактного дизеля

1.7 Определение основных размеров двигателя, показателей топливной экономичности и КПД

1.8 Анализ результатов теплового расчета

2. Построение и анализ индикаторной

3. Построение скоростных характеристик двигателя

4. Динамика и уравновешивание ДВС

4.1 Динамический расчет КШМ двигателя

4.1.1 Определение сил, действующих на поршень и поршневой палец

4.1.2 Определение сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала

4.1.2 Расчет момента инерции и параметров маховик

4.2 Неравномерность крутящего момента и хода двигателя, векторные и развернутые диаграммы давлений

Заключение

Литература

Приложение

Введение

Двигатель внутреннего сгорания - тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу. Основными частями ДВС являются кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный механизм, а также системы питания, охлаждения, зажигания и смазочная система. Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно- поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Механизм газораспределения обеспечивает своевременный впуск горючей смеси в цилиндр и удаление из него продуктов сгорания. Система питания предназначена для приготовления и подачи горючей смеси в цилиндр, а также для отвода продуктов сгорания. Смазочная система служит для подачи масла к взаимодействующим деталям с целью уменьшения силы трения и частичного их охлаждения, наряду с этим циркуляция масла приводит к смыванию нагара и удалению продуктов изнашивания. Система охлаждения поддерживает нормальный температурный режим работы двигателя, обеспечивая отвод теплоты от сильно нагревающихся при сгорании рабочей смеси деталей цилиндров поршневой группы и клапанного механизма. Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя.

В результате длительного периода развития ДВС в настоящее время обладают достаточно высокой степенью совершенства и приемлемыми мощностными и экономическими показателями, а также достаточно надежны в работе. Однако, необходимость повышения эффективности использования тракторов, автомобилей и других мобильных энергетических средств требует дальнейшего совершенствования, как самих машин, так и их силовых установок.

1. Тепловой расчет двигателя. Определение основных размеров и удельных параметров двигателя

1.1 Определение основных параметров двигателя

Главная тенденция в развитии современных двигателей автомобилей и тракторов заключается в повышении их мощностных и экономических показателей при одновременном снижении массы и габаритов. В соответствии с этой тенденцией наблюдается рост таких параметров, как степень сжатия, среднее эффективное давление, литровая и поршневая мощность, частота вращения коленчатого вала, надежность работы двигателя при соответствующем уменьшении его массы и удельного расхода топлива.

1.2 Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна

Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна для современных автотракторных двигателей составляет 0,21…0,30, причем для быстроходных двигателей обычно применяются длинные шатуны (значения л малы), для тракторных - относительно короткие. Принимаем .

1.3 Выбор размеров и числа цилиндров

Выбор размеров и числа цилиндров производится на основе следующих соображений. Диапазон возможного изменения диаметра цилиндра можно определить, используя зависимость для существующих моделей двигателей (рис. 1.1 [1]). В соответствии с рекомендациями принимаем диаметр цилиндра, а ход поршня . Ориентировочно средняя скорость поршня:

По заданным номинальной мощности , частоте вращения коленчатого вала , оцененным размерам цилиндра определяем их число . Число цилиндров в свою очередь определяется уравнением форсирования двигателя по мощности, т.е. литровой мощностью.

Для определения литровой мощности по известному диаметру цилиндра D целесообразно использовать графики (рис. 1.2 [1]). Принимаем .

По принятому диаметру цилиндра устанавливают пределы изменения литровой мощности двигателя и цилиндровую мощность:

кВт

Где; - рабочий объем цилиндра, л; D и S - в дм.

При заданной эффективной мощности двигателя требуемое число цилиндров:

.

Однако желательно исключать значения , значит принимаем .

После определения числа цилиндров уточняем значение литровой мощности по формуле:

1.4 Выбор коэффициента избытка воздуха и степени сжатия

Коэффициент избытка воздуха б определяет состав горючей смеси. Его значение зависит от типа смесеобразования, условий воспламенения и сгорания топлива, а также от режима работы двигателя. Для номинального режима работы дизелей без наддува с непосредственным впрыском

Принимаем по условию.

Степень сжатия е определяется способом смесеобразования (внутреннее или внешнее), свойствами топлива, наличием наддува и т.п.

Таблица 1 - Определение степени сжатия

Октановое число топлива

73...76

77...80

81..90

91..100

более 100

е

6,6...7

7,1...7,5

7,6...8,5

8,6...9,5

до 12

1.5 Определение параметров рабочего цикла двигателя

Цель теплового расчета - определение индикаторных параметров рабочего цикла, КПД и экономичности, уточнение основных размеров проектируемого двигателя.

1.6 Расчет индикаторных параметров четырехтактного двигателя

При выполнении теплового расчета двигателя в первую очередь определяются параметры рабочего тела, окружающей среды и остаточных газов.

Параметры рабочего тела:

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

кмоль/кг

кмоль/кг

Где; - масса одного киломоля воздуха.

Действительное количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива:

кмоль/кг

Где; б - коэффициент избытка воздуха ().

Количество свежего заряда (горючей смеси):

кмоль/кг

Где; - молекулярная масса бензина () кг/моль

Количество остаточных газов в цилиндре:

кмоль/кг

Коэффициент остаточных газов:

Где; е - степень сжатия ().

Общее количество газов, находящихся в цилиндре в конце сжатия:

кмоль/кг

Количество газов, находящихся в цилиндре в конце сгорания:

кмоль/кг

Химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:

Общее количество продуктов сгорания:

кмоль/кг

Химический коэффициент молекулярного изменения:

Параметры окружающей среды и остаточных газов:

Атмосферные условия, необходимые для последующих расчетов принимаются следующие: Давление остаточных газов МПа

Температура остаточных газов принимается К.

Плотность заряда на впуске:

Где; - удельная газовая постоянная для воздуха ().

Потери давления на впуске:

Где; в - коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра; - коэффициент сопротивления впускной системы; - средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (как правило в клапане), м/с. Принятые величины:

Давление в конце впуска определяем по формуле:

Принимаем температуру подогрева свежего заряда

Действительный коэффициент остаточных газов:

Коэффициент наполнения:

Температура в конце впуска:

Давление и температура в конце сжатия:

Где; - показатель политропы сжатия, который для автотракторных двигателей находится в пределах или вычисляется по формуле В.А. Петрова:

Где; - частота вращения коленчатого вала, ().

Давление температура в конце сгорания (расчет процесса сгорания).

Давление в конце сгорания:

Температура определяется из уравнения:

Где; - средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания жидкого топлива;

- средняя мольная теплоемкость свежего заряда при постоянном объеме;

- коэффициент использования теплоты (для карбюраторных двигателей );

- низшая теплота сгорания ();

- коэффициент использования теплоты (для карбюраторных двигателей )

Значения находятся из уравнения:

Преобразовывается выражение:

После преобразований получим квадратное уравнение вида:

Определяется температура в конце сгорания :

Давление и температура в конце расширения.

Степень последующего расширения:

Где; с - степень предварительного расширения (для бензиновых двигателей ).

Давление в конце расширения:

Где; - показатель политропы расширения (для бензиновых двигателей , принимаем ).

Температура в конце расширения:

Проверяется оценка правильности выбора температуры :

Относительная ошибка:

Где; - температура отработавших газов, принятая в начале расчетов;

- температура отработавших газов, полученная расчетным путем.

Таким образом, достоверность результатов расчета рабочего цикла подтверждена.

1.7 Определение основных размеров двигателя, показателей топливной экономичности и КПД

В этом разделе уточняются значения, принятые предварительно в разделе 1.1.

Среднее эффективное давление:

Где; - механический КПД двигателя (для бензиновых двигателей ), принимаем .

Рабочий объем цилиндров (литраж) проектируемого двигателя в литрах:

л

Где; - эффективная мощность двигателя на номинальном режиме ();

ф - коэффициент тактности ().

Рабочий объем одного цилиндра:

л

Диаметр цилиндра:

мм

Принимаем D = 110 мм.

По заданному соотношению S/D определяем ход поршня S и радиус кривошипа R:

мм

Определяем индикаторный КПД двигателя:

Эффективный КПД двигателя:

Индикаторный и эффективный удельные расходы топлива при работе двигателя на номинальном режиме определяются по формулам:

1.8 Анализ результатов теплового расчета

Для контроля правильности определения в тепловом расчете параметров газов, индикаторных и эффективных показателей цикла и экономичности их следует сравнить со значениями, приведенными в таблице 1.1. Рассчитанные параметры должны находиться в указанных пределах.

Результаты теплового расчета двигателя, его размеров и экономичности заносятся в таблицу 1.2.

Таблица 1.1 - Параметры газов

Показатели

Рассчитанные параметры

Пределы изменения

Давление , МПа

1,634

0,9…1,6

Температура , К

786,124

650…750

Давление , МПа

6,329

3,5…6,5

Температура , К

2864,977

2300…2800

Давление , МПа

0,38

0,4…0,60

Температура , К

1548,579

1300…1700

Индикаторный КПД

0,29

0,27…0,35

Эффективный КПД

0,232

0,23…0,30

Среднее эффективное давление , МПа

0,325

0,3…1

Удельный эффективный расход топлива , г/

342,544

280…350

Таблица 1.2 - Результаты теплового расчета двигателя

Давление газов, МПа

0,0792

1,634

6,329

0,38

Температура газов, К

342,794

786,124

2864,977

1548,579

Среднее давление, МПа

0,29

0,325

КПД

0,8

0,161

0,232

Удельный расход топлива, г/

274,035

342,544

Литраж, л

12,487

Для оценки проектируемого двигателя и сравнения его с прототипом определяются следующие показатели:

- удельная литровая мощность:

кВт/л;

- удельная поршневая мощность:

кВт/л,

Где; D - диаметр поршня, ;

- средняя скорость поршня: м/с.

Параметры, полученные путем теплового расчета, сравниваются с их значениями у современных двигателей (таблица 1.3).

Таблица 1.3 - Показатели современных двигателей

Показатели

Рассчитанный параметр

Пределы изменений

Удельная литровая мощность, , кВт/л

8,409

8,0…20,0

Удельная поршневая мощность, , кВт/л

13,811

13,0…18,0

Скорость поршня, , м/с

10,333

8,5…10,5

2. Построение и анализ индикаторной диаграммы

Теоретическая индикаторная диаграмма строится в координатах p - V. Порядок её построения следующий.

На оси абсцисс (лист 1 графической части) откладываем произвольный отрезок, изображающий в каком-либо масштабе объем камеры сгорания , этот отрезок принимают за единицу. Дальше откладываются на оси абсцисс в принятом масштабе объемы:

Выбрав на оси ординат масштаб давлений, откладывают точки:

Через точки проводятся прямые, параллельные оси абсцисс. Точки a и с соединяются политропой сжатия, а точки z и b - политропой расширения. Промежуточные значения (5…6) этих кривых определяются из условия, что каждому значению на оси абсцисс соответствуют следующие значения давлений:

Входящие в эти уравнения отношения объемов определяются по соотношению соответствующих отрезков на оси абсцисс.

Таблица 2.1 - Рассчитанные давления

, мм

, мм

, мм

15

421,82

108,92

30

173,7

41,94

45

103,37

23,99

60

71,53

16,14

75

53,76

11,87

90

42,57

9,23

105

34,95

7,46

120

29,46

6,21

135

25,33

5,28

Рисунок 2.1 - Действительная индикаторная диаграмма

По построенной индикаторной диаграмме определяется среднее теоретическое индикаторное давление:

Где; F - площадь индикаторной диаграммы, ;

l - длина индикаторной диаграммы, l = 135 мм;

м - принятый масштаб давлений (= 0,015 ), определяется по оси ординат.

Полученное значение проверяется аналитическим путем по формуле:

Степень повышения давления при сгорании:

Точность построения индикаторной диаграммы оценивается коэффициентом погрешности:

Коэффициент не должен превышать 3…4%.

Действительное среднее индикаторное давление:

Где; v - коэффициент полноты индикаторной диаграммы ( для бензиновых двигателей, принимаем v = 0,95).

3. Построение скоростных характеристик двигателя

С целью последующего динамического расчета автомобиля, по результатам теплового расчета двигателя строятся соответствующие типу двигателя теоретические характеристики: регуляторная характеристика дизеля или скоростная характеристика двигателя с искровым зажиганием. Исходными данными для их построения являются: тип двигателя (с воспламенением от сжатия или с искровым зажиганием), номинальная мощность в кВт, номинальная частота вращения в об/мин, удельный в г/ и часовой в кг/ч расходы топлива на номинальном режиме работы двигателя.

Характеристики строятся для двигателя с искровым зажиганием при работе с полностью открытой дроссельной заслонкой.

Скоростная характеристика двигателя в функции от частоты вращения () = f(n) строится в следующей последовательности.

1. Выбираются масштабы для построения графиков. Масштаб для оси абсцисс графика (масштаб частоты вращения) выбирают ориентируясь на значения .

Номинальная частота вращения двигателя об/мин по заданию, частота об/мин. Частота вращения определим по зависимости:

об/мин.

Промежуточные точки значений мощности карбюраторного двигателя находят из выражения, задаваясь значениями (см. таблицу 3.1):

, кВт;

кВт.

Значения крутящего момента подсчитываем по зависимости:

, ;

.

Удельный эффективный расход топлива карбюраторного двигателя подсчитываем по зависимости:

, г/();

Где; - удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности.

Часовой расход топлива определяется по формуле:

, кг/ч;

Результаты расчета сводятся в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Результаты расчета

n, об/мин

кВт

г/()

кг/ч

1

640

17,64

254,634

380,909

6,042

2

1240

49,56

332,784

338,433

16,976

3

1860

74,76

370,306

317,319

25,609

4

2480

93,24

367,201

319,251

31,939

5

3100

105

323,468

342,544

35,967

При построении регуляторной характеристики в функции от эффективной мощности двигателя на график наносятся кривые . Необходимые для их построения данные берутся из предыдущей характеристики (таблица 3.1). Порядок построения аналогичен предыдущему.

Рисунок 3.1 - Скоростная характеристика в функции от числа оборотов коленчатого вала

Рисунок 3.2 - Скоростная характеристика в функции от эффективной мощности

4. Динамика и уравновешивание ДВС

4.1 Динамический расчет КШМ двигателя

Цель динамического расчета двигателя - определение сил и моментов, нагружающих детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и определение требуемого момента инерции и массы маховика. Расчет выполняется применительно к центральному КШМ.

Правила знаков для сил и моментов, действующих в КШМ, показаны на рисунке 5.1.

Рисунок 4.1 - Схема сил и правила знаков

4.1.1 Определение сил, действующих на поршень и поршневой палец

Согласно рекомендаций, указанных в [2], условий исходных данных к курсовой работе, а также на основе вышеизложенных расчетов для динамического расчета КШМ двигателя принимаем следующие основные конструктивные параметры двигателя:

Номинальная частота вращения коленчатого вала об/мин.

Радиус кривошипа мм.

Постоянная КШМ двигателя.

Диаметр цилиндра двигателя мм.

Ход поршня мм.

На поршень и поршневой палец действуют силы давления газов и силы инерции движущихся возвратно-поступательно масс КШМ.

Сила давления газов определяется по формуле:

, Н,

Где; - текущее значение давления газов по индикаторной диаграмме, МПа;

- диаметр цилиндра, м.

Значение могут быть определены аналитическим путем в соответствии с принятым шагом расчета по углу поворота кривошипа . На тактах сжатия-расширения для различных значений последовательно определяются пути поршня в (м) и текущее значение объема цилиндра

,

м;

,

Для дальнейших расчетов нужно выразить силу PГ в функции от угла б поворота коленчатого вала. При центральном КШМ связь между различными точками индикаторной диаграммы и указанными углами может быть установлена графическим способом. Под осью абсцисс диаграммы строим полуокружность из центра О радиусом R, равным половине отрезка Vh. Вправо по горизонтали от центра полуокружности откладываем в том же масштабе отрезок, равный Rл/2, где л - постоянная двигателя: отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. Из конца этого отрезка О' проводим ряд лучей под углами б1, б2, б3… к горизонтали до пересечения с полуокружностью. Проекции концов этих лучей на отдельные ветви индикаторной диаграммы указывают, какие значения давления px соответствуют тем или иным углам поворота коленчатого вала.

На участках графика:

0...180° (такт впуска) px = pa= const;

540...720° (такт выпуска) px = pr = const.

Более точно значение px = f(б) могут быть определены аналитическим путем в соответствии с принятым шагом расчета по углу поворота кривошипа Дб. На тактах сжатия-расширения для различных значений б последовательно определяются пути поршня Sx в (м) и текущее значение объема цилиндра Vx в (м3):

и для соответствующих участков графика определяются значения px:

180...360 (такт сжатия): ;

360...540° (такт расширения) - при Vx<Vz, px = pz; - при Vx>Vz,

.

Здесь Va = Vh + Vc; Vz = сVc. Принимаем шаг угла поворота коленчатого вала 30° - в интервале 0…330° и 390…720°, а в интервале 330…390° (процесс сгорания) - шаг 10°.

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма:

где: PI = mRщ2cosб - сила инерции первого порядка, период изменения которой равен одному обороту коленчатого вала (360°); PjII = mRщ2 лcos2б - сила инерции второго порядка, период изменения которой равен 1/2 оборота коленчатого вала, т.е. (180°).

С учетом правила знаков:

Масса m движущихся возвратно-поступательно деталей КШМ, может быть при ориентировочных расчетах представлена суммой:

,

Где; mп - масса поршневого комплекта, кг (mп= 1,2 кг); mш - масса шатуна, кг (mш= 1,5 кг).

Тогда кг.

Угловая частота вращения коленчатого вала:

с-1,

с-1.

Для графического определения сил инерции PjI, PjII и Pj возвратно-поступательно движущихся масс необходимо выполнить следующие построения. Поскольку сила инерции равна произведению массы возвратно-поступательно движущихся деталей на ускорение, которое для кинематических схем ДВС равно: для сил инерции первого порядка mRщ2cosб, а для сил инерции второго порядка Rщ2cos2б, то амплитуда изменения сил инерции первого порядка будет равна mRщ2, с периодом 2р, а амплитуда сил второго порядка 2лmRщ2 с периодом изменения вдвое меньше. Таким образом, из общего центра О проводим две полуокружности - одну радиусом r1 = mRщ2=85, другую радиусом r2 = лmRщ2 = лr1=22,и ряд лучей под углами б, 2б, … к вертикали. Вертикальные проекции отрезков лучей, пересекающих первую окружность, дают в принятом масштабе значения сил PjI при соответствующих углах поворота коленчатого вала, а проекции тех же лучей, пересекающих вторую окружность, значения сил PjII. При углах поворота коленчатого вала, соответственно вдвое меньших.

Проводим далее через центр О горизонтальную линию и откладываем на ней, как на оси абсцисс, значения б углов поворота коленчатого вала за рабочий цикл (от 0 до 720°).

Рисунок 4.1 - Диаграмма сил PjI PjII Pj.

4.1.2 Определение сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала

На шатунную шейку действуют две силы: направленная по шатуну сила Pt, как составляющая силы Pрез, приложенная к поршневому пальцу; центробежная сила инерции Pc, создаваемая редуцированной к кривошипу частью массы шатуна. Геометрическая сумма Pt и Pc дает результирующую силу Rш, действующую на шатунную шейку от одного цилиндра.

Силы Pt и Pc подсчитываются по следующим формулам:

Н,

Где; в - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра при повороте коленчатого вала на угол б; в = arcsin(лsinб); с учетом правила знаков:

Н,

Н.

Сила Pt раскладывается на две составляющие: силу Z, направленную по радиусу кривошипа, и тангенциальную силу T, перпендикулярную радиусу кривошипа:

Н,

Рисунок 4.2 - Развернутая диаграмма сил, действующих на поршень

Таблица 4.1 - Результаты расчетов

б

в

Pг, Н

Pj, кН

Pрез

T,Н

Z,Н

Rш

0

0

106,27

-10654

-116,58

-10654

0

-10654

16380

30

7,383

106,27

-8509,6

-92,242

-8424,5

-5157,62

-6750,0

11360

60

12,86

106,27

-3227,6

-34,457

-3130,8

-3068,7

-946,43

5930

90

14,892

106,27

2301,35

23,837

2209,30

2209,30

-587,52

6693

120

12,86

106,27

5503,88

58,293

5365,82

4034,44

-3743,7

10300

150

7,383

106,27

6344,78

68,405

6292,18

2440,01

-5856,8

11840

180

0

106,27

6338,7

68,913

6338,7

0

-6338,7

12070

210

-7,383

106,27

6344,78

68,405

6292,18

-2440,01

-5856,8

11330

240

-12,86

106,27

5503,88

58,293

5365,82

-4034,44

-3743,7

8572

270

-14,89

218,6

2725,93

23,837

2634,36

-2634,36

-700,56

6950

300

-12,86

1235,6

-1624,34

-34,457

-1583,6

1552,20

-478,70

6400

330

-7,383

3562,3,6

-3818,96

-92,242

-3787,3

2318,63

-3034,5

9066

340

-5,043

6009,54

-3661,7

-105,41

-3647,5

1549,97

-3317,4

9179,6

350

-2,558

7285,65

-3137,05

-113,74

-3133,9

682,073

-3062,0

8818,76

360

0

37284,8

26604,45

-116,58

26604,4

0

26604,4

20874,1

370

2,558

33961,2

23565,1

-113,74

23541,6

5123,642

23001,3

18015,0

380

5,043

28196,3

18611,26

-105,41

18539,2

7878,04

16861,6

13637,0

390

7,383

22490,9

14158,08

-92,242

14040,7

8595,922

11249,9

10215,4

420

12,86

10108,1

7130,45

-34,457

6951,6

6813,765

2101,40

7719,88

450

14,892

5371,03

7817,25

23,837

7554,68

7554,679

-2009,0

10815,3

480

12,86

3536,1

9104,65

58,293

8876,27

6673,87

-6193,0

13664,1

510

7,383

2785,82

9128,03

68,405

9052,35

3510,37

-8426,0

14585,1

540

0

-106,27

6206,78

68,913

6206,78

0

-6206,7

11937,1

570

-7,383

-106,27

6211,77

68,405

6160,26

-2388,86

-5734,0

11710,6

600

-12,86

-106,27

5368,57

58,293

5233,91

-3935,26

-3651,7

10173,9

630

-14,89

-106,27

2149,59

23,837

2077,38

-2077,38

-552,44

6617,31

660

-12,86

-106,27

-3346,74

-34,457

-3262,7

3198,09

-986,31

7439,16

690

-7,383

-106,27

-8627,98

-92,242

-8556,4

5238,38

-6855,7

13632,7

720

0

-106,27

-10786,6

-116,58

-10786,

0

-10786

16516,9

Н.

Сила Rш подсчитываются по формуле:

Н.

Рисунок 4.3- График силы Rш, действующей на шатунную шейку

4.1.3 Расчет момента инерции и параметров маховика

Строится график тангенциальной силы T = f(б), действующей на шатунную шейку коленчатого вала от одного цилиндра за рабочий цикл. Значения силы T при различных углах поворота коленчатого вала берутся из предыдущих расчетов.

Определяется средняя ордината:

мм,

мм.

Где; УFпол - суммарная площадь всех участков диаграммы, расположенных над осью абсцисс мм2; УFотр - под осью абсцисс, мм2; lД - длина диаграммы, мм.

После построения графика суммарной тангенциальной силы многоцилиндрового двигателя определяется средняя ордината сi в (мм) определяющая среднее значение суммарной тангенциальной силы:

Н,

Где; м1 = T/lh,=79,2 Н/мм - принятый масштаб по оси ординат; lh =34,39 мм- высота диаграммы, мм.

Избыточная работа Lизб определяется по формуле:

Lизб = I0дщ2, Нм,

Где; I0 - момент инерции всех масс, приведенных к оси коленчатого вала.

Работа Lизб пропорциональна площади Fизб на графике суммарной тангенциальной силы.

Lизб = мFизб Н м,

Где; м = м1м2 - масштаб площади, Нм/мм2.

Для четырехтактных двигателей масштаб по оси абсцисс:

м/мм,

м/мм.

R- радиус кривошипа, м; lД - длина диаграммы Tсум = f(б), мм.

Lизб =0,0029•986,2=2,86 Нм.

Задаваясь величиной степени неравномерности вращения д (для тракторных двигателей д =0,015), определяем требуемый момент инерции маховика:

кг м2

кг м2

По величине I М находим массу маховика:

, кг

Где; D М - диаметр диска, м.

, кг

Рисунок 4.5- График тангенциальной силы T = f(б)

4.2 Неравномерность крутящего момента и хода двигателя

Векторные и развернутые диаграммы давлений

Степень равномерности изменения суммарного крутящего момента двигателя оценивают коэффициентом неравномерности крутящего момента:

.

Где; и - соответственно максимальное, минимальное и среднее значения крутящего момента.

Для определения и пользуются расчётами из таблицы 5.

Тогда, как видно из таблицы:

Н·м,

Н·м.

вычисляется по формуле:

, Н·м.

Тогда:

.

Коэффициент неравномерности хода двигателя может быть вычислен по формуле:

.

Где; - соответственно максимальная, минимальная и средняя угловые скорости вращения коленчатого вала:

двигатель дизель внутренний сгорание

с-1,

с-1,

с-1.

Тогда коэффициент неравномерности хода двигателя:

Заключение

В ходе выполнения теплового расчета двигателя были получены следующие результаты: давление в конце впуска МПа; температура в конце впуска K; давление в конце сжатия MПа; температура в конце сжатия K; давление в конце сгорания МПа; температура в конце сгорания К; давление в конце расширения MПа; температура в конце расширения K; механический КПД эффективный КПД литраж двигателя л; диаметр цилиндра мм; ход поршня мм; часовой расход топлива кг/ч.

В данном курсовом проекте был исследован дизельный двигатель по прототипу ЗИЛ-130. В ходе работы был произведен тепловой расчет двигателя, построены регуляторные и индикаторные характеристики, проанализирована и просчитана динамика двигателя и неравномерность крутящего момента и хода двигателя.

Литература

1. Артамонов М.Д., Марин М.М. Основы теории конструирования автотракторных двигателей. Ч. 1. Теория автомобильных и тракторных двигателей. Учебник для вузов. - М:Высшая школа, 1973. - 206 с.

2. Болтинский В.Н. Теория. Конструкция и расчет тракторных и автомобильных двигателей.- М.: Сельхозиздат, 1962. - 391 с.

3. Методическое указание к курсовой работе "Проектирование и производство сельскохозяйственной техники" - сост.: В.Ф. Хиженок, В.В. Миренков. - Гомель: ГГТУ им.П.О.Сухого.

4. Николаенко А.В. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей.- М.: Колос, 1992. - 414 с. Скотников, В.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля - М.: Агропромиздат, 1986. -383с.

5. Скотников, В.А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля - М.: Агропромиздат, 1986. -383с.

Приложение

РАСЧЕТ ПОРШНЯ

Во время работы двигателя поршень подвергается нагрузкам от переменного давления газов, температура которых изменяется в широких пределах, достигая 2800 К, от действия сил инерции движущегося с переменной скоростью поршня и сил трения. Поршень служит не только для восприятия нагрузки от газов, но и для уплотнения пространства над ним, а также и для отвода тепла. В настоящее время широкое распространение получили поршни, изготовляемые из алюминиевых сплавов методом литья АЛ10В (ГОСТ 2685--75) или ковки АК4 (ГОСТ 4784-49) из-за их сравнительно легкого веса и хорошего отвода тепла. Для тракторных дизелей часто поршни выполняют из серого чугуна СЧ 28--48, СЧ 32--52. Это объясняется тем, что при сравнительно небольших числах оборотов тракторных дизелей (1000--1800 об/мин) значение сил инерции невелико, а экономически применение чугунных поршней может быть оправдано. Стальные поршни в автомобильных двигателях применяют очень редко из-за трудностей их изготовления.

Толщина днища поршня:

мм.

Расстояние до канавки:

мм.

Толщина стенки:

мм.

Длина юбки поршня:

мм.

Расстояние до оси пальца:

мм.

Толщина юбки поршня,

s2= 2ч5

Выбираем равное 5 мм.

Ширина перемычки, s3 равна высоте кольца. Расстояние между бобышками :

мм.

Наружный диаметр пальца:

мм.

Высота компрессионного кольца:

а=2ч4

Выбираем а=3мм.

Внутренний диаметр поршня:

мм.

Допускаемые напряжения на изгиб для алюминиевых поршней с неоребренным днищем уиз = 19ч24 МПа (190ч240 кгс/см2), с оребренным днищем уиз = 50ч150 МПа (500ч1500 кгс/см2); для чугунных поршней с неоребренным днищем уиз=40ч50 МПа (400ч500 кгс/см2), с оребренным днищем уиз = = 80ч200 МПа (800ч2000 кгс/см2).Цилиндрическую часть поршня проверяют на сжатие и разрыв в наиболее слабом сечении, расположенном выше бобышек, т.е. в канавке для маслосъемного кольца, имеющей прорези или сверления для отвода масла от кольца во внутреннюю полость поршня

Рисунок 5.1 - Чертёж поршня

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Расчет параметров рабочего процесса карбюраторного двигателя, индикаторных и эффективных показателей. Тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания. Расчет и построение внешних скоростных характеристик. Перемещение, скорость и ускорение поршня.

    курсовая работа [115,6 K], добавлен 23.08.2012

  • Особенности конструкции и рабочий процесс автомобильного двигателя внутреннего сгорания. Тепловой, динамический и кинематический расчет двигателя. Построение индикаторных диаграмм, уравновешивание двигателя. Расчет и проектирование деталей и систем.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 08.02.2012

  • Особенности определения основных размеров двигателя, расчет параметров его рабочего цикла, сущность индикаторных и эффективных показателей. Построение расчетной индикаторной диаграммы. Расчет внешнего теплового баланса и динамический расчет двигателя.

    курсовая работа [184,3 K], добавлен 23.07.2013

  • Модернизация двигателя внутреннего сгорания автомобиля ВАЗ-2103. Особенности конструкции двигателя: тип, степень сжатия, вид и марка топлива. Тепловой расчет, коэффициент теплоиспользования. Расчет механических потерь и эффективных показателей двигателя.

    курсовая работа [452,2 K], добавлен 30.09.2015

  • Применение на автомобилях и тракторах в качестве источника механической энергии двигателей внутреннего сгорания. Тепловой расчёт двигателя как ступень в процессе проектирования и создания двигателя. Выполнение расчета для прототипа двигателя марки MAN.

    курсовая работа [169,7 K], добавлен 10.01.2011

  • Исходные данные для теплового расчета поршневого двигателя внутреннего сгорания. Тепловой, динамический расчет и определение размеров двигателя. Порядок выполнения вычислений параметров поршневого двигателя. Описание устройства воздушного фильтра.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 11.09.2009

  • Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Параметры рабочего тела и остаточных газов. Процессы впуска, сжатия, сгорания, расширения и выпуска. Внешние скоростные характеристики, построение индикаторной диаграммы. Расчет поршневой и шатунной группы.

    курсовая работа [4,2 M], добавлен 17.07.2013

  • Определение основных энергетических, экономических и конструктивных параметров двигателя внутреннего сгорания. Построение индикаторной диаграммы, выполнение динамического, кинематического и прочностного расчетов карбюратора. Система смазки и охлаждения.

    курсовая работа [331,7 K], добавлен 21.01.2011

  • Техническая характеристика судового двигателя внутреннего сгорания и его конструктивные особенности. Выбор начальных параметров для теплового расчёта. Построение индикаторной диаграммы. Определение моментов, действующих в кривошипно-шатунном механизме.

    курсовая работа [673,9 K], добавлен 16.12.2014

  • Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Расчет рабочего цикла двигателя, определение индикаторных и эффективных показателей рабочего цикла. Параметры цилиндра и тепловой баланс двигателя. Расчет и построение внешней скоростной характеристики.

    курсовая работа [220,0 K], добавлен 10.04.2012

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.