Методическое пособие для выполнения курсового проекта по МДК 01.02 Двигатели автотракторной техники
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
«Заволжский автомоторный техникум»
Методическое пособие для выполнения курсового проекта
МДК 01.02 Двигатели автотракторной техники
Специальность: Автомобиле- и тракторостроение
Курс: IV
Составитель:
преподаватель
Р.А. Кувырков
г. Заволжье, 2015 год
Пояснительная записка
Методическое пособие является руководством для выполнения студентами курсового проекта по МДК 01.02 «Двигатели автотракторной техники».
Курсовой проект – самостоятельная творческая работа студента, в которой он должен показать умение применять полученные им знания для решения конструкторских и исследовательских задач.
Уровень выполнения курсового проекта позволяет оценить знания студента, его умение самостоятельно работать и принимать инженерные решения.
Тематика курсового проекта тесно увязывается с тенденциями технического прогресса с актуальными разработками конструкторских бюро.
Темами курсового проекта являются расчет и исследование автотракторных двигателей и их модификаций.
Курсовой проект включает следующие части:
- пояснительная записка;
- графическая часть
Пояснительная записка включает в себя следующие разделы:
Введение
1 Общая часть
2 Тепловой расчет
3 Внешняя скоростная характеристика
4 Кинематика
5 Динамика
6 Исследовательская часть
Литература
Содержание
Введение 4
1 Общая часть 7
2 Тепловой расчет 9
3 Внешняя скоростная характеристика 30
4 Кинематика 36
5 Динамика 40
6 Исследовательская часть 43
Литература 44
Введение
Двигателестроение – ведущая отрасль автомобилестроения. Двигатель внутреннего сгорания – энергосиловая установка, преобразующая энергию тепла сгоревшего топлива в механическую работу. Прогресс в автомобильной промышленности, дальнейшее увеличение грузооборота автомобильного транспорта предусматривает не только количественный рост автопарка, но и значительное улучшение использования имеющихся автомобилей, повышение культуры эксплуатации, увеличение межремонтных сроков службы.
В области развития и совершенствования автомобильных двигателей основными задачами являются: расширение использования дизелей, снижение топливной экономичности и удельной массы двигателей, стоимости их производства и эксплуатации. На принципиально новый уровень ставится борьба с токсичными выбросами двигателей в атмосферу, а также задачи по снижению шума и вибрации в процессе их эксплуатации. Значительно больше внимания уделяется использованию электронно-вычислительных машин при расчетах и испытаниях двигателей.
Основными критериями при конструировании и производстве двигателей вплоть до 70-х годов ХХ в. оставалось стремление к повышению литровой мощности, а, следовательно, и к получению наиболее компактного двигателя. После нефтяного кризиса 70 – 80 гг. основным требованием стало получение максимальной экономичности. Последние 10 – 15 лет ХХ в. главными критериями для любого двигателя стали постоянно растущие требования и нормы по экологической чистоте двигателей и прежде всего по коренному снижению токсичности отработавших газов при обеспечении хорошей экономичности и высокой мощности.
Карбюраторные двигатели, долгие годы, не имевшие конкурентов по компактности и литровой мощности, не отвечают сегодня экологическим требованиям. Даже карбюраторы с электронным управлением не могут обеспечить выполнение современных требований по токсичности отработавших газов на большинстве рабочих режимов двигателя. Эти требования и жесткие условия конкуренции на мировом рынке достаточно быстро изменили типаж силовых установок для транспортных средств и прежде всего для легкового транспорта. Сегодня различные системы впрыска топлива с различными системами управления, включая электронные, практически полностью вытеснили использование карбюраторов на двигателях легковых автомобилей.
За последние 8 – 10 лет разработаны и изготовлены принципиально новые опытные образцы двигателей с регулируемым рабочим объемом, а также с регулируемой степенью сжатия. В 2007 г. разработана и внедрена на Заволжском моторном заводе и на Нижегородском автозаводе микропроцессорная система управлением топливоподачей и зажиганием, обеспечивающая выполнение экологических норм ЕВРО-3. 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. Основные конкуренты поршневых двигателей – газотурбинные и электрические, солнечные и реактивные силовые установки – пока еще не вышли из этапа создания экспериментальных образцов и небольших опытных партий, хотя работы по их доводке и совершенствованию в качестве автотракторных двигателей продолжаются во многих компаниях и фирмах всего мира.
Предметом расчета данного курсового проекта является расчет рядного четырехцилиндрового бензинового двигателя.
1 Общая часть
1.1 Краткая техническая характеристика
Таблица 1 - Краткая техническая характеристика двигателя
№
п/п
Наименование
показателя
Условные
обозначения
Единица
измерения
Значения
1
Тип двигателя
–
–
2
Число и расположение цилиндров
i
–
3
Номинальная мощность
Nе
кВт
4
Номинальная частота
вращения коленчатого вала
13 EMBED Equation.3 1415
мин
·№
5
Максимальный
крутящий момент
Мmax
НЧм
6
Частота вращения коленчатого вала, соответствующая
максимальному крутящему моменту
13 EMBED Equation.3 1415
мин
·№
7
Ход поршня
S
мм
8
Диаметр цилиндра
D
мм
9
Литраж
Vл
дмі
10
Степень сжатия
·13 EMBED Equation.3 1415
–
1.2 Общее устройство двигателя
Кривошипно-шатунный механизм
Блок цилиндров –
Головка блока –
Поршень –
Поршневой палец –
Шатун –
Поршневые кольца –
Коленчатый вал –
Маховик –
Газораспределительный механизм
Распределительный вал –
Привод распределительных валов –
Гидронатяжитель –
Промежуточный вал –
Впускной клапан –
Выпускной клапан –
Гидротолкатель –
Системы
Система смазки –
Система охлаждения –
Система питания –
Система вентиляции –
Система рециркуляции отработавших газов (СРОГ) –
2 Тепловой расчёт двигателя
2.1 Общие сведения
Тепловой расчет позволяет с достаточной степенью точности аналитическим путем определить основные параметры вновь проектируемого двигателя, а также проверить степень совершенства действительного цикла реально работающего двигателя.
Отношение действительного количества воздуха, участвующего в сгорании 1 кг топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха называется коэффициентом избытка воздуха (13 EMBED Equation.3 1415).
Относительное изменение объема при сгорании характеризуется величиной химического коэффициента молекулярного изменения горючей смеси (13 EMBED Equation.3 1415), который представляет собой отношение количества молей продуктов сгорания к количеству молей горючей смеси.
Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси (13 EMBED Equation.3 1415) представляет собой отношение общего количества молей газов в цилиндре после сгорания к числу молей до сгорания.
Коэффициент дозорядки (13 EMBED Equation.3 1415) характеризует дополнительное наполнение цилиндра после прохода поршня н.м.т.
Коэффициент остаточных газов (13 EMBED Equation.3 1415) характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания.
Коэффициент наполнения (13 EMBED Equation.3 1415) представляет собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при условии, что температура и давление в нем равны температуре и давлению среды, из которой поступает свежий заряд.
Индикаторная мощность двигателя (13 EMBED Equation.3 1415) – работа, совершаемая газами внутри цилиндра в единицу времени.
Индикаторный КПД (13 EMBED Equation.3 1415) – характеризует степень использования в действительном цикле теплоты топлива для получения полезной работы и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла, ко всему количеству теплоты, внесенной в цилиндр с топливом.
Среднее эффективное давление (13 EMBED Equation.3 1415) представляет собой отношение эффективной работы на валу двигателя к единице рабочего объема цилиндра.
Отношение среднего эффективного давления к индикаторному называется механическим КПД двигателя (13 EMBED Equation.3 1415).
Полезная работа, получаемая на валу двигателя в единицу времени, называется эффективной мощностью (13 EMBED Equation.3 1415).
Отношение количества теплоты, эквивалентной полезной работе на валу двигателя, к общему количеству теплоты, внесенной в двигатель с топливом, называется эффективным КПД (13 EMBED Equation.3 1415).
2.2 Выбор топлива
В соответствие с заданной степенью сжатия
·= можно использовать бензин марки АИ...
2.2.1 Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина
С=0,855; Н=0,145 и mT=(110 - 120) кг/кмоль.
2.2.2 Низшая теплота сгорания топлива
13 EMBED Equation.3 1415, (1)
где W – количество водяных паров в продуктах сгорания массовой или объемной единицы топлива.
13 EMBED Equation.3 1415
2.3 Параметры рабочего тела
2.3.1Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива
13 EMBED Equation.3 1415, (2)
где L0 – теоретически необходимое количество воздуха в кмоль для сгорания 1 кг топлива, кг возд./кг топл.
13 EMBED Equation.3 1415 (3)
где l0 - теоретически необходимое количество воздуха в кг для сгорания 1 кг топлива, кг возд./кг топл.
2.3.2 Коэффициент избытка воздуха
Обеспечивает наиболее экономичный режим работы двигателя с меньшей токсичностью продуктов сгорания 13 EMBED Equation.3 1415
Для карбюраторных двигателей 0,8 – 0,96
Для искровых зажиганием и впрыском топлива 0,85 – 1,30
2.3.3 Количество горючей смеси
13 EMBED Equation.3 1415 , 13 EMBED Equation.3 1415 (4)
где L0–теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг возд./кг топл;
mТ - молекулярная масса паров топлива, кг/кмоль (110-120 кг/кмоль)
13 EMBED Equation.3 1415- коэффициент избытка воздуха.
2.3.4 Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К=0,5 и принятых скоростных режимах. В продуктах сгорания находятся следующие компоненты:
СО – окись углерода
H2O - вода
CO2 – углекислый газ
N2 - азот
H2 – водород
а) Количество углекислого газа
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (5)
б) Количество окиси углерода
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (6)
в) Количество воды
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (7)
г) Количество свободного водорода
13 EMBED Equation.3 1415 (8)
д) Количество азота
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (9)
2.3.5 Общее количество продуктов сгорания
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (10)
2.4 Параметры окружающей среды и остаточные газы
2.4.1 Давление и температура окружающей среды
13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415
2.4.2 Температура остаточных газов
Температура остаточных газов выбирается из пределов Тr = 900 - 1100° К
2.4.3 Давление остаточных газов
Давление остаточных газов – в цилиндре двигателя перед началом процесса
наполнения всегда содержится некоторое количество остаточных газов,
находящихся в объеме камеры сгорания. Большие значения 13 EMBED Equation.3 1415 принимают для двигателей с высокой частотой вращения коленчатого вала
Pr = (1,05 - 1,25)·po, МПа (11)
2.5 Процесс впуска
2.5.1 Температура подогрева свежего заряда
С целью получения хорошего наполнения двигателей на номинальных скоростных режимах принимается из пределов 13 EMBED Equation.3 1415
2.5.2 Плотность заряда на впуске
13 EMBED Equation.3 1415, кг/м3 (12)
где13 EMBED Equation.3 1415 = 287 Дж/(кг
·град) - удельная газовая постоянная для воздуха
2.5.3 Потери давления на впуске
13 EMBED Equation.3 1415 (13)
2.5.4 Давление в конце впуска
13 EMBED Equation.3 1415 (14)
2.5.5 Коэффициент остаточных газов
Характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания. Определяется без учета продувки и дозарядки (13 EMBED Equation.3 1415=13 EMBED Equation.3 1415= 1).
13 EMBED Equation.3 1415 (15)
Пределы изменения 13 EMBED Equation.3 1415 (0,04 – 0,10)
2.5.6 Температура в конце впуска
13 EMBED Equation.3 1415 (16)
Пределы изменения 13 EMBED Equation.3 1415 (320 – 370 К)
2.5.7 Коэффициент наполнения
Характеризует полноту наполнения цилиндра свежим зарядом горячей смеси.
Пределы изменения 13 EMBED Equation.3 1415 для карбюраторных двигателей (0,7 – 0,9), для двигателей с электронным впрыском (0,8 – 0,96)
13 EMBED Equation.3 1415 (17)
2.6 Процесс сжатия
2.6.1Средний показатель адиабаты сжатия
Средний показатель адиабаты сжатия к1 определяется по номограмме (рис.1), на основе величины 13 EMBED Equation.3 1415 и рассчитанной 13 EMBED Equation.3 1415
к1 =
При выборе n1 учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а n1 уменьшается по сравнению с к1 более значительно.
Показатель политропы сжатия n1 в зависимости от к1 устанавливается в следующих пределах:
n1 = (к1 – 0,00) – (к1 – 0,04)
2.6.2 Давление в конце сжатия
13 EMBED Equation.3 1415, МПа (18)
Пределы изменений:
13 EMBED Equation.3 1415 =1,0 – 2,5 МПа (для двигателей с электронным впрыском)
13 EMBED Equation.3 1415 = 0,9 – 2,0 МПа (для карбюраторных двигателей)
2.6.3 Температура в конце сжатия
13 EMBED Equation.3 1415, °К (19)
Пределы изменений:
13 EMBED Equation.3 1415 = 600 – 800° К
2.6.4 Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:
а) свежей смеси (воздуха)
13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 (20)
13 EMBED Equation.3 1415, (21)
где 13 EMBED Equation.3 1415 температура в конце сжатия.
б) остаточных газов
Определяется методом интерполяции по таблице 2, при известных частоте вращения n, коэффициента избытка воздуха
·, и температуры остаточных газов tc.
13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415
в) рабочей смеси
13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 (22)
где 13 EMBED Equation.3 1415- средняя мольная теплоемкость в конце сжатия свежей смеси;
13 EMBED Equation.3 1415- средняя мольная теплоемкость в конце сжатия остаточных газов
Рис. 1 - Номограмма для определения показателя адиабаты сжатия
Таблица 2 - Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания
2.7 Процесс сгорания
2.7.1 Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси
13 EMBED Equation.3 1415 (23)
2.7.2 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси
13 EMBED Equation.3 1415 (24)
2.7.3 Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания и теплоты сгорания рабочей смеси
13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 (25)
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (26)
2.7.4 Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (27)
где МСО2 – количество углекислого газа,
МСО – количество окиси углерода,
МН2О– количество водяного пара,
МН2 – количество водорода,
МN2 – количество азота,
13 EMBED Equation.3 1415- средняя мольная теплоемкость углекислого газа, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415- средняя мольная теплоемкость окиси углерода, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415- средняя мольная теплоемкость водяного пара, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415- средняя мольная теплоемкость водорода, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415- средняя мольная теплоемкость азота, 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415.
2.7.5 Коэффициент использования теплоемкости
Зависит от совершенства организации процессов смесеобразования и сгорания топлива, в расчетах 13 EMBED Equation.3 1415 выбирается по опытным данным в зависимости от конструктивных особенностей двигателя. Пределы изменений 13 EMBED Equation.3 1415 (0,8 – 0,95) для карбюраторных двигателей, 13 EMBED Equation.3 1415 (0,9 – 0,96) для двигателей с электронным впрыском.
2.7.6 Температура в конце видимого процесса сгорания
13 EMBED Equation.3 1415 (28)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - теплоемкость продуктов сгорания рабочей смеси;
13 EMBED Equation.3 1415 - средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания.
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Пределы изменений Тz (2400ч3100) К
2.7.7 Максимальное давление сгорания: теоретическое
13 EMBED Equation.3 1415 , МПа (29)
Пределы изменений 13 EMBED Equation.3 1415 (3,5 – 7,5 МПа)
2.7.8Максимальное давление сгорания: действительное
13 EMBED Equation.3 1415 (30)
Пределы изменений 13 EMBED Equation.3 1415 (3,0 – 6,5 МПа)
2.7.9 Степень повышения давления
13 EMBED Equation.3 1415 (31)
Пределы изменения
· (3,2 – 4,2)
2.8 Процесс расширения
2.8.1 Средние показатели адиабаты и политропы расширения
Средний показатель адиабаты расширения к2 определяется по номограмме рис. 2 при заданном 13 EMBED Equation.3 1415 для соответствующих значений 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415, а средний показатель политропы расширения n2 оценивается по величине среднего показателя адиабаты.
k2=
Среднее значение величины n2 изменяется в пределах
n2 = (1,23 – 1,30)
Принимаю n2 =
2.8.2 Давление в конце процесса расширения
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (32)
Пределы изменения рb (0,35 – 0,6 МПа).
2.8.3 Температура в конце процесса расширения
13 EMBED Equation.3 1415 (33)
Пределы изменения Тb (1200 – 1700 К).
2.9 Процесс выпуска
2.9.1 Проверка ранее принятой температуры остаточных газов
13 EMBED Equation.3 1415 (34)
13 EMBED Equation.3 1415 (35)
Погрешность не должна превышать более 3%.
Рис.2 - Номограмма определения показателя адиабаты расширения к2 для бензинового двигателя
2.10 Индикаторные параметры рабочего цикла
2.10.1 Теоретическое среднее индикаторное давление
13 EMBED Equation.3 1415 (36)
2.10.2 Среднее индикаторное давление
13 EMBED Equation.3 1415, (37)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - коэффициент полноты диаграммы
Коэффициент полноты диаграммы для двигателей с электронным впрыском 13 EMBED Equation.3 1415
Коэффициент полноты диаграммы для карбюраторных двигателей
13 EMBED Equation.3 1415
Пределы изменения для бензиновых двигателей 13 EMBED Equation.3 1415
Пределы изменения для форсированных двигателей 13 EMBED Equation.3 1415
2.10.3 Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива
Характеризует степень использования теплоты топлива на получение работы.
13 EMBED Equation.3 1415 (38)
где l0 - теоретически необходимое количество воздуха в кг для сгорания 1кг топлива;
13 EMBED Equation.3 1415 - плотность заряда на впуске;
Нu – низшая теплота сгорания топлива, мДж (Нu = 43,9313 EMBED Equation.3 1415)
Величина13 EMBED Equation.3 1415 составляет (0,30 – 0,40) для карбюраторных двигателей
Величина13 EMBED Equation.3 1415 составляет (0,35 – 0,45) для двигателей с электронным впрыском
2.10.4 Индикаторный удельный расход топлива
13 EMBED Equation.3 1415 , 13 EMBED Equation.3 1415 (39)
Установленные пределы gi для карбюраторных двигателей
(210 – 275) 13 EMBED Equation.3 1415
Установленные пределы gi для двигателей с электронным впрыском топлива (180 – 230) 13 EMBED Equation.3 1415
2.11 Эффективные показатели двигателя
2.11.1 Среднее давление механических потерь
Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D13 EMBED Equation.3 14151:
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (40)
Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D>1:
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (41)
Среднее давление механических потерь для восьмицилиндровых бензиновых двигателей и отношением S/D<1:
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (42)
Среднее давление механических потерь для высокофорсированных двигателей с впрыском топлива и электронным управлением
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (43)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - средняя скорость поршня, 13 EMBED Equation.3 1415.
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (44)
где S – ход поршня, мм.
2.11.2 Среднее эффективное давление
13 EMBED Equation.3 1415 , 13 EMBED Equation.3 1415 (45)
Пределы изменения для карбюраторных двигателей ре (0,6 – 1,1 МПа)
Пределы изменения для карбюраторных, форсированных и двигателей с электронным впрыском ре (0,6 – 1,3 МПа)
2.11.3 Механический КПД
13 EMBED Equation.3 1415 (46) Пределы изменения
·м (0,75 – 0,92).
2.11.4 Эффективный КПД
13 EMBED Equation.3 1415 (47)
Установленные пределы
·е (0,25 – 0,38).
2.11.5 Эффективный удельный расход топлива
13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 (48)
Установленные пределы gе (230 – 310) 13 EMBED Equation.3 1415.
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415
2.12 Основные параметры цилиндра и двигателя.
2.12.1 Литраж двигателя
13 EMBED Equation.3 1415 (49)
2.12.2 Рабочий объем одного цилиндра
13 EMBED Equation.3 1415 (50)
2.12.3 Диаметр цилиндра
Определяется по предварительно принятому ходу поршня.
13 EMBED Equation.3 1415 (51)
По окончательно принятым значениям D и S определяем конечные значения показателей двигателя.
2.12.4 Площадь поршня
13 EMBED Equation.3 1415 см2 (52)
2.12.5 Литраж двигателя
13 EMBED Equation.3 1415 (53)
2.12.6 Эффективная мощность двигателя
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (54)
2.12.7 Литровая мощность двигателя
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (55)
2.12.8 Крутящий момент
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (56)
2.12.9 Часовой расход топлива
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (57)
2.13 Построение расчетной круговой индикаторной диаграммы
Круговая индикаторная диаграмма представляет собой зависимость изменения давлений возникающих внутри цилиндра двигателя от изменения объема цилиндра (графическое изменение).
2.13.1 Определение масштабов давления и объема
Масштаб выбираю с тем условием, что высота индикаторной диаграммы составляла 1,5 ее длины.
- высота – 210 мм
- ширина – 140 мм
13 EMBED Equation.3 1415,13 EMBED Equation.3 1415 (58)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - высота индикаторной диаграммы, мм;
Выписываем исходные данные для построения диаграммы:
- давление окружающей среды 13 EMBED Equation.3 1415
- давление в конце впуска 13 EMBED Equation.3 1415
- давление в конце сжатия 13 EMBED Equation.3 1415
- давление в конце сгорания13 EMBED Equation.3 1415
- давление в конце расширения 13 EMBED Equation.3 1415
- давление остаточных газов 13 EMBED Equation.3 1415
- рабочий объем 13 EMBED Equation.3 1415
- объем камеры сгорания Vc =
13 EMBED Equation.3 1415 (59)
- полный объем камеры сгорания
13 EMBED Equation.3 1415 (60)
- показатель политропы сжатия n1 =
- показатель политропы расширения n2 =
13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 (61)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - ширина индикаторной диаграммы, мм;
2.13.2 Определение координат переходных точек диаграммы
Координаты точки 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (62)
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (63)
Координаты точки 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (64)
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (65)
Координаты точки 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (66)
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (67)
Координаты точки 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (68)
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (69)
Координаты точки 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (70)
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (71)
Координаты точки Ро
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (72)
2.13.3 Определение переходные точки процессов сжатия и расширения
Для получения точности и наглядности процессов принимаю 9 промежуточных точек процессов со следующими объемами.
Таблица 3 - Абсцисса точек политропы сжатия и политропы расширения
V1
V2
V3
V4
V5
V6
V7
V8
V9
мм
13 EMBED Equation.3 1415
2.13.4 По заданным объемам определяем соответствующие им давления
13 EMBED Equation.3 1415 (73)
Таблица 4 - Ордината точек политропы сжатия
Р1
Р2
Р3
Р4
Р5
Р6
Р7
Р8
Р9
МПа
мм
2.13.5 Построение политропы расширения
13 EMBED Equation.3 1415 (74)
Таблица 5 - Ордината точек политропы расширения
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
МПа
мм
Проводим координатные оси
По оси абсцисс откладываем в заданном масштабе объемы (13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415)
По оси ординат откладываем в заданном масштабе давления
Пересечением перпендикуляров соответствующих объемов и давлений строим переходные точки процесса
Прямыми отрезками соединяем крайние точки процессов происходящих при р = const и V = const.
Построение политропы сжатия
Задаемся девятью объемами, при этом 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415.
Большую часть этих объемов берем ближе к ВМТ.
Откладываем полученные значения в соответствующих масштабах на осях координат.
Построение перпендикуляров соответствующих точек координат, находим промежуточные точки процесса сжатия.
Соединяем их плавной линией, получаем политропу сжатия.
Построение политропы расширения.
Откладываем полученные значения в соответствующих масштабах на осях координат.
Построение перпендикуляров соответствующих точек координат, находим промежуточные точки процесса расширения.
Соединяем их плавной линией, получаем политропу расширения.
2.14 Тепловой баланс
2.14.1 Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (75)
2.14.2 Теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя за 1 с 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (76)
13 EMBED Equation.3 1415 (77)
2.14.3 Теплота, отданная охлаждающей среде
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (77)
где с (0,45ч0,53) - коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей;
m (0,5ч0,7) - показатель степени для четырехтактных двигателей, принимаю
13 EMBED Equation.3 1415 (78)
2.14.4 Теплота, потерянная с отработавшими газами
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (79)
где 13 EMBED Equation.3 1415- теплоемкость остаточных газов, (определена по табл. 2 методом интерполяции при 13 EMBED Equation.3 1415и при известной температуре остаточных газов 13 EMBED Equation.3 1415);
13 EMBED Equation.3 1415- теплоемкость свежего заряда, (определена по таблице для воздуха, методом интерполяции при 13 EMBED Equation.3 1415= и при температуре 13 EMBED Equation.3 1415=20єC ).
13 EMBED Equation.3 1415 (80)
2.14.5 Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания рабочей смеси
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (81)
13 EMBED Equation.3 1415 (82)
2.14.6 Неучтенные потери теплоты
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (83)
13 EMBED Equation.3 1415 (84)
2.14.7 Составляющие теплового баланса
Таблица 6 - Тепловой баланс
Обозначение
Состав теплового баланса
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом
13 EMBED Equation.3 1415
Теплота, эквивалентная эффективной работе
13 EMBED Equation.3 1415
Теплота, отданная охлаждающей среде
13 EMBED Equation.3 1415
Теплота, унесенная с отработавшими газами
13 EMBED Equation.3 1415
Теплота, потерянная из-за неполноты сгорания топлива
13 EMBED Equation.3 1415
Неучтенные потери
Вывод:
3 Внешняя скоростная характеристика
3.1 Выбор скоростных режимов
3.1.1 Режим минимальной частоты вращения коленчатого вала
13 EMBED Equation.3 1415 (85)
3.1.2 Режим максимального крутящего момента
13 EMBED Equation.3 1415 (86)
3.1.3 Режим номинальной мощности 13 EMBED Equation.3 1415,
3.1.4 Режим максимальной частоты вращения вала
13 EMBED Equation.3 1415 (87)
3.2 Эффективная мощность
13 EMBED Equation.3 1415 кВт (88)
3.2.1 Эффективная мощность соответствующая минимальной частоте вращения коленчатого вала
13 EMBED Equation.3 1415 кВт
3.2.2 Эффективная мощность соответствующая максимальному крутящему моменту
13 EMBED Equation.3 1415 кВт
3.2.3 Номинальная эффективная мощность
13 EMBED Equation.3 1415 кВт
3.2.4 Эффективная мощность соответствующая максимальной частоте вращения вала
13 EMBED Equation.3 1415 кВт
3.3 Крутящий момент
13 EMBED Equation.3 1415 (89)
3.3.1 Крутящий момент соответствующий минимальной частоте вращения коленчатого вала
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415
3.3.2 Максимальный крутящий момент
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415
3.3.3 Крутящий момент соответствующий номинальной мощности
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415
3.3.4 Крутящий момент соответствующий максимальной частоте вращения вала
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415
3.4 Удельный эффективный расход топлива
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (90)
3.4.1 Удельный эффективный расход топлива соответствующий минимальной частоте вращения коленчатого вала
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415
3.4.2 Удельный эффективный расход топлива соответствующий максимальному крутящему моменту
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415
3.4.3 Удельный эффективный расход топлива соответствующий номинальной мощности
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415
3.4.4 Удельный эффективный расход топлива соответствующий максимальной частоте вращения вала
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415
3.5 Часовой расход топлива
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (91)
3.5.1 Часовой расход топлива соответствующий минимальной частоте вращения коленчатого вала
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415
3.5.2 Часовой расход топлива соответствующий максимальному крутящему моменту
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415
3.5.3 Часовой расход топлива соответствующий номинальной мощности
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415
3.5.4 Часовой расход топлива соответствующий максимальной частоте вращения вала
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415
3.6 Коэффициенты
3.6.1Коэффициент наполнения
13 EMBED Equation.3 1415 (92)
Для режима минимальной частоты вращения принимаю 13 EMBED Equation.3 1415
Для остальных режимов 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 МПа (93)
3.6.1.1 Коэффициент наполнения соответствующий минимальной частоте вращения коленчатого вала
13 EMBED Equation.3 1415 МПа
13 EMBED Equation.3 1415
3.6.1.2 Коэффициент наполнения соответствующий максимальному крутящему моменту
13 EMBED Equation.3 1415 МПа
13 EMBED Equation.3 1415
3.6.1.3 Коэффициент наполнения соответствующий номинальной мощности
13 EMBED Equation.3 1415 МПа
13 EMBED Equation.3 1415
3.6.1.4 Коэффициент наполнения максимальной частоте вращения вала
13 EMBED Equation.3 1415 МПа
13 EMBED Equation.3 1415
3.7 Выбор масштаб и построение графиков внешней скоростной характеристики
3.7.1 Выбор масштаба частоты вращения коленчатого вала
13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415 (94)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - максимальная частота вращения, мин -1
13 EMBED Equation.3 1415 - ширина графика, мм (150 мм)
Тогда получаем:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 - частота вращения соответствующего режима
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
3.7.2 Выбор масштаба эффективной мощности
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (95)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - максимальная эффективная мощность, кВт
13 EMBED Equation.3 1415 - высота графика, мм (150 мм)
Тогда получаем:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 - эффективная мощность соответствующего режима
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
3.7.3 Выбор масштаба эффективного крутящего момента
13 EMBED Equation.3 1415,13 EMBED Equation.3 1415 (96)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - максимальный крутящий момент, 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 - высота графика, мм (150мм)
Тогда получаем:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 - эффективный крутящий момент соответствующего режима
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
3.7.4 Выбор масштаба эффективного удельного расхода топлива
13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 (97)
где 13 EMBED Equation.3 1415- максимальный удельный расход топлива, 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 - высота графика, мм (70 мм)
Тогда получаем:
13 EMBED Equation.3 1415 ,
где 13 EMBED Equation.3 1415 - удельный расход топлива соответствующего режима
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
3.7.5 Выбор масштаба часового расхода топлива
13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 (98)
где 13 EMBED Equation.3 1415- максимальный часовый расход топлива, 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 - высота графика, мм (120 мм)
Получаем:
13 EMBED Equation.3 1415 (99)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - часовый расход топлива соответствующего режима
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
3.7.6 Выбор масштаба коэффициента наполнения
13 EMBED Equation.3 1415 (100)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - максимальный коэффициент наполнения
13 EMBED Equation.3 1415 - высота графика, мм (20 мм)
13 EMBED Equation.3 1415
Получаем:
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 - коэффициент наполнения соответствующего режима
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
4 Кинематика
4.1 Определение отношения радиуса кривошипа к длине шатуна
13 EMBED Equation.3 1415 (101)
где Lш – длина шатуна, мм
R – радиус кривошипа, мм
4.2 Перемещение поршня
13 EMBED Equation.3 1415 (102)
Таблица 7 - Перемещение поршня
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Sx ,мм
13 EMBED Equation.3 1415
0
360
30
330
60
300
90
270
120
240
150
210
180
180
4.3 Скорость поршня
13 EMBED Equation.3 1415 (103)
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415
Таблица 8 - Скорость поршня
13 EMBED Equation.3 1415
Знак
13 EMBED Equation.3 1415
Vп , 13 EMBED Equation.3 1415
Vп , мм
Знак
13 EMBED Equation.3 1415
0
+
–
360
30
+
–
330
60
+
–
300
90
+
–
270
120
+
–
240
150
+
–
210
180
+
–
180
4.4 Ускорение поршня
13 EMBED Equation.3 1415 (104)
Таблица 9 - Ускорение поршня
13 EMBED Equation.3 1415
Знак
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415,13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415, мм
Знак
13 EMBED Equation.3 1415
0
+
+
360
30
+
+
330
60
+
+
300
90
–
–
270
120
–
–
240
150
–
–
210
180
–
–
180
4.5 Определение масштабов построения графиков перемещения, скорости и ускорения поршня
4.5.1 Выбор масштаба перемещения поршня
13 EMBED Equation.3 1415, (105)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - перемещение поршня, мм
13 EMBED Equation.3 1415 - высота графика, мм
13 EMBED Equation.3 1415
4.5.2 Выбор масштаба скорости поршня
13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415в 1 мм (106)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - максимальная скорость поршня, м/с
13 EMBED Equation.3 1415 - высота графика, мм (60мм)
4.5.3 Выбор масштаба ускорения поршня
13 EMBED Equation.3 1415,13 EMBED Equation.3 1415в 1 мм (107)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - максимальное ускорение поршня, м/сІ
13 EMBED Equation.3 1415 - высота графика, мм (60 мм)
5 Динамика
Массы, поршневой группы и шатуна определяю методом интерполяции по таб.10, в зависимости от типа двигателя и диаметра цилиндра.
Таблица 10 – Конструктивные массы деталей КШМ
Элементы КШМ
Конструктивные массы, кг/м2
Бензиновые двигатели
(D=60-100 мм)
Дизели
(D=80-120 мм)
Поршневая группа,
(mп(= mп / Fп)
поршень из AL сплава
чугунный поршень
80 – 150
150 – 250
150 – 300
250 – 400
Шатун, (mш(= mш/ Fп)
стальной кованный вал
150 – 200
200 – 400
5.1 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма
5.1.1 Масса поршневой группы
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (108)
13 EMBED Equation.3 1415( из таблицы 10)
13 EMBED Equation.3 1415 (из таблицы 10)
13 EMBED Equation.3 1415 (свой диаметр цилиндра)
13 EMBED Equation.3 1415(методом интерполяции)
5.1.2 Масса шатуна
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 (из таблицы 10)
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415( методом интерполяции)
5.1.3 Масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов
13 EMBED Equation.3 1415 (109)
13 EMBED Equation.3 1415=100 - 200 13 EMBED Equation.3 1415 (из таблицы 10)
5.1.4 Масса шатуна сосредоточенного на оси поршневого кольца
13 EMBED Equation.3 1415 (110)
5.1.5 Масса шатуна сосредоточенного на оси противовеса
13 EMBED Equation.3 1415 (111)
5.1.6 Массы, совершающие возвратно-поступательное движение
13 EMBED Equation.3 1415 (112)
5.1.7 Массы, совершающие вращательное движение
13 EMBED Equation.3 1415 (113)
5.2 Удельная сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс
13 EMBED Equation.3 1415 (114)
Таблица 11 – Силы инерции
·є
J, 13 EMBED Equation.3 1415
Рj , МПа
Рj, мм
·є
1
2
3
4
5
0
360
30
330
60
300
90
270
120
240
150
210
180
180
5.3 Построение диаграммы движущих усилий
5.3.1 Определение поправки Брикса
13 EMBED Equation.3 1415 (115) где R – радиус кривошипа, взятая в масштабе круговой индикаторной диаграммы, R= . мм
13 EMBED Equation.3 1415
Округляю поправку Брикса до целого числа в большую сторону
Принимаю 13 EMBED Equation.3 1415
5.3.2 Построение диаграммы Брикса
Лучи из центра окружности проводятся через каждые 30
·
Из смещенного центра проводятся лучи параллельные лучам из центра, получая тем самым координаты точек для развертывания.
Развертываю круговую индикаторную диаграмму по линии атмосферного давления.
5.3.3 Построение силы инерции
Определенные значения силы инерции (13 EMBED Equation.3 1415) в масштабе Мр откладываю в координатах развернутой индикаторной диаграммы (отрицательные выше нуля, положительные ниже ).
Совокупность графиков 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 представляет собой диаграмму движущих усилий. Графически движущие усилия определяются перпендикулярно относительно оси абсцисс, между графиками 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415.
Знак движущего усилия определяется в соответствии с направлением движения поршня и действующими на данный момент силами (стрелка на диаграмме).
6 Исследовательская часть
6.1 Назначение детали, узла, механизма
6.2 Способы получения детали
6.3 Материал, из которого изготовлена деталь
6.4 Основные элементы детали
6.5 Основные детали узла, механизма, с описанием их назначения
6.6 Основные тенденции совершенствования детали, узла, механизма
6.7 Основные расчеты, детали, узла, механизма
Литература
В.С. Колчин «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», М.,2002 г.
В.А. Стуканов «Основы теории автомобильных двигателей и автомобилей», М.,2004 г.
А.С. Орлин «Конструкция и расчет поршневых и комбинированных двигателей», М., 1972 г.
И.Б. Гурвич «Теория рабочих процессов ДВС», НН., 1992г.
13PAGE 142815
13PAGE 141115
Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native