Тепловой расчет и расчет основных показателей работы двигателя (прототипом рассчитываемого двигателя является ВАЗ 21093)

Страницы работы

34 страницы (Word-файл)

Фрагмент текста работы

опытным данным в зависимости от конструктивных особенностей двигателя по графику [1. рис.5.1.];

Температура в конце видимого процесса сгорания

;

;

или                         ;

Решив данное квадратное уравнение, получаем

;

;

Максимальное теоретическое давление сгорания

;

Максимальное действительное давление сгорания

;

Степень повышения давления

Данное значение удовлетворяет допустимым для бензиновых двигателей (3,2÷4,2)

1.6. Процесс расширения и выпуска.

Средний показатель адиабаты определяется пономограмме [1. рис.4.8.]при, а также рассчитанном значении , а средний показатель расширения политропы расширения  оценивается по величине среднего показателя адиабаты.

,;

Давление и температура в конце процесса расширения

;

;

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов

;

Погрешность расчета составляет

;

1.7. Индикаторные показатели рабочего цикла.

Теоретическое среднее индикаторное  давление

Среднее индикаторное давление

;

где  коэффициент полноты диаграммы для карбюраторных двигателей.

Индикаторный КПД

;

Индикаторный удельный расход топлива

;

1.8. Эффективные показатели двигателя.

Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением

, где, приняв ход поршня , получим значение средней скорости поршня

;

Примем =13,42

Среднее эффективное давление

;

Механический КПД

;

Эффективный КПД

;

Эффективный удельный расход топлива

1.9.Основные показатели цилиндра и двигателя.

Литраж

;

Рабочий объем одного цилиндра

;

Диаметр цилиндра.

Так как =0,866, то

.

Пересчитываем ход поршня

Еще раз пересчитываем скорость и проверяем, погрешность расчета не должна превышать 5%.

;

;

Окончательно принимаем ,;

Основные параметры и показатели двигателей определяются по окончательно принятым значениям S и D

Площадь поршня ;

Литраж двигателя ;

Мощность двигателя ;

Литровая мощность двигателя ;

Крутящий момент ;

Часовой расход топлива ;

1.10. Тепловой баланс двигателя.

Внешний тепловой баланс двигателя может быть представлен в виде следующих составляющих

, где - общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом

;

Теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя за 1с.

;

Теплота,  потерянная с отработавшими газами

       Теплота, передаваемая окружающей среде

Где с=0,5 - коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей; i=4 – число цилиндров; D – диаметр цилиндра, см.; n – частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1; m=0,65 – показатель степени для четырехтактных двигателей.

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива

;

Неучтенные потери теплоты

1.11. Построение индикаторной диаграммы.

Индикаторную диаграмму строим к координатах P-V (давление объем), для номинального режима, т.е. при Ne=58кВт и n=5800об/мин, аналитическим методом.

Масштаб диаграммы: Масштаб хода поршня Мs=1мм в 1мм; масштаб давления Мр=0,05МПа в 1мм.

Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания

;

;

Максимальная высота диаграммы (точка z)

;

Ординаты характерных точек

;

;

;

;

;

Построение политропы сжатия и расширения аналитическим методом, а) политропа сжатия . Отсюда

, где ;

б) политропа расширения . Отсюда

Результаты расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1.

ОХ,мм

ОВ/ОХ,мм

(ОВ/ОХ)1,375,мм

Рх/Мр,мм

Рх,МПа

(ОВ/ОХ)1,249,мм

Рх/Мр,мм

Рх, МПа

1

8,8

9,9

23,39

39,8

1,99

17,52

151,7

7,59

2

9,7

9

20,5

34,9

1,75

15,55

134,7

6,74

3

10,9

8

17,45

29,7

1,49

13,43

116,3

5,82

4

12,5

7

14,52

24,7

1,24

11,36

98,4

4,92

5

17,5

5

9,14

15,5

0,78

7,46

64,6

3,23

6

21,8

4

6,73

11,4

0,57

5,65

48,9

2,45

7

29,1

3

4,53

7,7

0,39

3,94

34,1

1,71

8

43,7

2

2,59

4,4

0,22

2,38

20,6

1,03

9

58,2

1,5

1,75

3

0,15

1,66

14,4

0,72

10

87,3

1

1

1,7

0,085

1

8,66

043

Теоретически среднее индикаторное давление

где F1=1712мм2 – площадь диаграммы aczba.

Величина , полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, очень близка к величине , полученной в тепловом  расчете.

Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный (n=5800об/мин), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в пределах, принятых в расчете. В связи с этим начало открытия впускного клапана устанавливается за 33˚ до прихода поршня в в.м.т., а закрытие – через 79˚ после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана принимается за 47˚ до прихода поршня в н.м.т., а закрытие – через 17˚ после прохода поршнем в.м.т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания принимается равным 35˚ , а продолжительность периода задержки воспламенения - 5˚.

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяем положение точек  по формуле для перемещения поршня. Расчеты ординат данных точек сводим в таблицу 2.

, где λ-отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, принимаемое исходя из прототипа двигателя, λ=0,285.

Таблица 2.

Обозначение точек

Положение точек

φ˚

Расстояние точек от в.м.т. (АХ),мм

33˚ до в.м.т.

33

0,2036

7,9

17˚после в.м.т.

17

0,055

2,1

79˚после н.м.т.

101

1,32

51,8

30˚до в.м.т.

30

0,16

6,3

25˚до в.м.т.

25

0,119

4,6

47˚до н.м.т.

133

1,75

68,7

Положение точки  определяется из выражения

Действительное давление сгорания


2. Скоростная характеристика

2.1. Исходные данные.

Исходные данные принимаются из предыдущего расчета - теплового баланса.

- частота вращения коленчатого вала

- литраж двигателя

- средняя скорость поршня

- номинальная эффективная мощность

- тактность двигателя

- плотность заряда на впуске

2.2. Расчет скоростной характеристики

Все значения рассчитываем в интервале 1000-5800об/мин, через каждые 1000об/мин. Полученные значения сводим в таблицу 4. По данным таблицы строим скоростную характеристику двигателя

(см. Приложение).

Расчетные точки кривой эффективной мощности

Точки кривой эффективного крутящего момента

Величина среднего эффективного давления

Среднее давление механических потерь при S/D≤1 определяется следующим образом

Среднее индикаторное давление

Точки кривой среднего индикаторного крутящего момента

Удельный эффективный расход топлива в искомой точке скоростной характеристики

Часовой расход топлива

Для определения коэффициента наполнения необходимо определить коэффициент избытка воздуха [1. рис.5.1.]

;

По скоростной характеристики определяем коэффициент приспособляемости

Полученный коэффициент не превышает допустимых значений: для бензиновых двигателей (1,20÷1,35).

Таблица 4.

Частота вращения колен.вала

Параметры внешней скоростной характеристики

Ne,кВт

Мe,Нм

ge,г/кВт∙ч

GТ,кг/ч

рe,МПа

рi,МПа

Мi,Нм

1000

11,43

109,2

293,2

3,35

0,947

1,05

0,88

1,235

128,5

2000

24,52

117,1

259,5

6,36

0,973

1,13

0,95

1,315

136,8

3000

37,49

119,4

242,8

9,1

0,937

1,15

0,96

1,335

138,9

4000

48,56

116

243,1

11,8

0,905

1,11

0,96

1,295

134,8

5000

55,95

106,9

260,5

14,57

0,9

1,03

0,96

1,215

126,4

5800

58

95,5

286,7

16,63

0,885

0,92

0,96

1,105

115


3.Кинематический расчет

3.1. Исходные данные.

Все данные приняты из предыдущих расчетов.

3.2. Расчет кинематических показателей.

Расчет перемещения, скорости и ускорения производится аналитически через каждые 10˚ угла поворота коленчатого вала. Все полученные значения заносятся в таблицу 5. По результатам таблицы построены графики (см. Приложение). в масштабе  в мм,   в мм,  в мм.

Перемещение поршня

где

Значения для  при различных φ взяты из [1. табл. 7.1.], как среднее между значениями λ=0,28 и λ=0,29.

Таблица 5.

φ˚

[(1-cosφ)+λ/4

(1-cos2φ)]

Sх,мм

[(sinφ+λ/2sin2φ]

Vn,м/c

[(cosφ+λcos2φ]

j,м/c2

0

0,0000

0,0

0

0

1,2860

18598

30

0,1697

6,6

0,6234

14,2

1,0086

14585

60

0,6069

23,7

0,9894

22,6

0,3575

5170

90

1,1425

44,6

1

22,9

-0,2850

-4122

120

1,6069

62,7

0,7426

17

-0,6425

-9292

150

1,9017

74,2

0,3766

8,6

-0,7235

-10463

180

2,0000

78,0

0

0

-0,7150

-10340

210

1,9017

74,2

-0,3766

-8,6

-0,7235

-10463

240

1,6069

62,7

-0,7426

-17

-0,6425

-9292

270

1,1425

44,6

-1

-22,9

-0,2850

-4122

300

0,6069

23,7

-0,9894

-22,6

0,3575

5170

330

0,1697

6,6

-0,6234

-14,2

1,0085

14585

360

0,0000

0

0

0

1,2850

18583

Угловая скорость вращения коленчатого вала

Скорость поршня

Значения для  взяты из таблицы [1. табл. 7.2.].

Ускорение поршня

Значения для  взяты из [1. табл. 7.3.].


4. Динамический расчет

4.1. Исходные данные.

Все данные приняты из предыдущих расчетов, а так же согласно прототипу двигателя .

- конструктивная масса поршневой группы

- конструктивная масса шатуна

- конструктивная масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов

4.2. Расчет усилий в кривошипно-шатунном механизме.

4.2.1. Силы давления газов

Индикаторную диаграмму, полученную в тепловом расчете, развертываем по углу поворота кривошипа по методу Брикса

Поправка Брикса

где Мs - масштаб хода поршня на индикаторной диаграмме.

Масштаб развернутой диаграммы

Давлений и удельных сил Мр=0,05МПа; полных сил Мр= Мр∙Fn=0,05∙0,004837=242Н в мм.

По развернутой диаграмме через каждые 30˚ угла поворота кривошипа определяем значения ΔРГ и заносим в таблицу 6.

4.2.2. Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

Масса поршневой группы

;

Масса шатуна

;

Масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов

;

Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца

;

Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа

;

Массы, совершающие возвратно-поступательное движение

Массы, совершающие вращательное движение

4.2.3. Удельные и полные силы инерции.

Удельная сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс

Центробежная сила инерции вращающихся масс

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа

4.2.4. Удельные суммарные силы.

Удельная сила, сосредоточенная на оси поршневого пальца

Удельная нормальная сила

Значение tgβ определяем по таблице [1. табл. 8.2.] для λ=0,285.

Удельная сила, действующая вдоль шатуна

Значение (1/сosβ) определяем по таблице [1. табл. 8.3]

Удельная сила, действующая по радиусу кривошипа

Значение (сos(φ+β)/cos β) определяем по таблице [1. табл. 8.4]

Удельная тангенциальная сила

Значение (sin(φ+β)/cos β) определяем по таблице [1. табл. 8.5]

Полная тангенциальная сила

По данным таблицы 6 строим график изменения удельных сил в зависимости от угла поворота коленчатого вала φ

4.2.5. Крутящие моменты

Крутящий момент одного цилиндра

Период изменения крутящего момента

Суммирование значений крутящих моментов всех четырех цилиндров двигателя осуществляется через каждые 30˚ угла поворота коленчатого вала. Все значения сводятся в таблицу 7. По полученным значениям строится кривая Мкр, в масштабе ММ=10Нм в мм.

 Таблица 7.

Цилиндры

Мкр

1-й

2-й

3-й

4-й

j

Мкр.ц

j

Мкр.ц

j

Мкр.ц

j

Мкр.ц

0

0

180

0

360

0

540

0

0

30

-244

210

-104

390

167

570

-109

-290

60

-139

240

-183

420

118

600

-185

-389

90

107

270

-119

450

242

630

-113

117

120

181

300

95

480

243

660

133

652

150

104

330

153

510

123

690

240

620

180

0

360

0

540

0

720

0

0

Средний крутящий момент двигателя

- по данным теплового расчета

- по площади, заключенной под кривой Мкр.

- ошибка

Максимальный и минимальный крутящие моменты

 

4.2.6. Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала

Суммарная сила, действующая на шатунную шейку по радиусу кривошипа

где

Результирующая сила Rш.ш., действующая на шатунную шейку, подсчитывается графическим сложением векторов сил Т и Рк. при построении полярной диаграммы. Масштаб сил на полярной диаграмме для суммарных сил Мр= 0,2кН в мм

Все рассчитанные силы сводятся в таблицу 8. Также туда переносятся значения Т из таблицы 6.

Таблица 8.

φ˚

Полные силы, кН

Т

К

Рк

Rш.ш

КРк

 

0

0

-12,5085

-20,1155

20,12

-30,0865

 

30

-6,22

-7,89882

-15,5058

16,7

-25,4768

 

60

-3,55

-1,0061

-8,6131

9,2

-18,5841

 

90

2,718

-0,80294

-8,40994

8,6

-18,3809

 

120

4,605

-4,47423

-12,0812

12,8

-22,0522

 

150

2,636

-6,57832

-14,1853

14,6

-24,1563

 

180

0

-6,93142

-14,5384

14,54

-24,5094

 

210

-2,636

-6,57832

-14,1853

14,6

-24,1563

 

240

-4,658

-4,5226

-12,1296

13,2

-22,1006

 

270

-3,033

-0,89485

-8,50185

9

-18,4728

 

300

2,419

-0,68685

-8,29385

8,6

-18,2649

 

330

3,908

-4,96276

-12,5698

13,04

-22,5408

 

340

2,96

-6,18652

-13,7935

14,02

-23,7645

 

350

1,4

-6,16234

-13,7693

13,64

-23,7403

 

360

0

-4,6145

-12,2215

12,2

-22,1925

 

370

4,039

17,7663

10,1593

10,88

0,188301

 

390

4,257

5,407766

-2,19923

4,82

-12,1702

 

420

3,009

0,851312

-6,75569

7,34

-16,7267

 

450

6,177

-1,82355

-9,43055

11,12

-19,4015

 

480

6,196

-6,02207

-13,6291

14,96

-23,6001

 

510

3,139

-7,82627

-15,4333

15,76

-25,4043

 

540

0

-7,72953

-15,3365

15,34

-25,3075

 

570

-2,772

-6,91691

-14,5239

14,86

-24,4949

 

600

-4,721

-4,58548

-12,1925

13,02

-22,1635

 

630

-2,878

-0,85131

-8,45831

8,82

-18,4293

 

660

3,391

-0,95773

-8,56473

9,12

-18,5357

 

690

6,119

-7,77306

-15,3801

16,54

-25,3511

 

720

0

-12,5085

-20,1155

20,12

-30,0865

 

По полярной диаграмме строим диаграмму износа шатунной шейки. Сумму сил Rш.ш., действующих по каждому лучу диаграммы износа, определяем с помощью талицы 9. По данным этой же таблицы в масштабе Мр= 50кН в мм  по каждому лучу откладываем величины суммарных сил Rш.ш., от окружности к центру. По лучам 4 и5 силы не действуют, а по лучам 6, 7 и 8 действуют только в интервале 360˚<φ<390˚. По диаграмме определяют расположение оси масляного отверстия (φ м=68˚).

4.2.7. Силы, действующие на колено вала

Суммарная сила, действующая на колено вала по радиусу кривошипа

Результирующая сила, действующая на колено вала

4.3. Уравновешивание двигателя.

Коленчатый вал имеет кривошипы, направленные в одну сторону. При данной схеме расположения кривошипов для каждого цилиндра будут одинаковыми силы КR ; Рj1; Рj11;

Неуравновешенных моментов нет, так как действующие силы и плечи приложения этих сил одинаковы: ∑Мj1=0; ∑МR=0; ∑Мj11=0

Уравновешивание сил инерции второго порядка осуществляется за счет установки еще двух противовесов на двух дополнительных валах. .

Рассмотрим часть коленчатого вала и подберем массу противовесов. Расчет проведем при φ=0, следовательно cosφ=1. Все данные берем из предыдущего расчета.

Сила инерции первого порядка

;

Центробежная сила инерции вращающихся масс

Сила инерции второго порядка

Сила инерции противовеса

Принимаем радиус кривизны противовеса ρ=31мм, тогда

Масса противовеса

Также приняв радиус кривизны дополнительного вала =0,015мм, мы получим массу вала.

Масса противовеса вала

4.4. Подбор маховика.

Равномерность крутящего момента

Избыточная работа крутящего момента

где Fabc=2168,1 мм2 — площадь над прямой среднего крутящего момента;

Масштаб угла поворота вала на диаграмме Мкр

в мм

Равномерность хода двигателя принимаем d=0,01.

Момент инерции движущихся масс двигателя, приведенных к оси коленчатого вала

Момент инерции маховика                                

Средний диаметр маховика

                                                         d        Dcp       Dm   

Маховый момент

,

откуда, масса маховика

                              

H

По результатам расчета внешний диаметра маховика принимаем:

Dм=0,287 м.

Плотность чугуна  кг/м³

Объем маховика  ;

Масса маховика  ;

Площадь маховика  

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

где Н- толщина маховика.

откуда d=0,038м.

Таким образом мы подобрали маховик со следующими габаритами:

Диаметр маховика D=0,233м;

Диаметр выреза в маховике d=0,038м;

Ширина маховика Н=0,045;

Маховик выполнен из чугуна.


5 . Расчёт  механизма газораспределения.

Из теплового расчёта :

D=79мм;                    F=45.34см

nN=5800мин;            =628рад/с

n.ср.=14,2м/с ;          вn=95 м/с

np=33;                  зн=79

5.1 Основные размеры проходных сечений в горловине и в клапане:

* площадь проходного сечения клапана  при MAX подъёме:

*  диаметр горловины клапана:

 принимаем = 32,5

*максимальная высота подъёма клапана при угле фаски клапана

5.2 Основные размеры впускного кулачка

* радиус начальной окружности

 

* максимальный подъём толкателя

где  и  - расстояния от опоры.

5.3 Профилирование выпуклого кулачка с плоским толкателем.

Радиус выпуклого профиля кулачка принимаем

  

Фазы газораспре деления

ВМТ

Такт выпуска 180

НМТ

733

718

0

13

33

53

73

93

113

133

153

173

180

173

 


154

129

104

79

366.5

359

0

6.5

16.5

26.5

36.5

46.5

56.5

66.5

76.5

86.5

90

96.5

77

64.5

52

39.5

0

5

10

19.6

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

19.6

10

5

0

-

-

-

-

53.4

40

30

20

10

0

10

20

30

33.5

40

53.4

-

-

-

-

1

0.9962

0.9848

0.9421

0.5962

0.7660

0.8660

0.9397

0.9848

1

0.9848

0.9397

0.8660

0.8339

0.7660

0.5962

0.9421

0.9848

0.9962

1

0

0.186

0.747

0.842

2.877

5.312

6.854

7.990

8.686

8.92

8.686

7.990

6.854

6.359

5.312

2.877

2.842

0.747

0.186

0

0

1.345

2.679

3.886

3.886

3.111

2.420

1.655

0.840

0

-0.840

-1.655

-2.420

-2.671

-3.111

-3.866

-3.886

-2.679

-1.343

0

4845

4826

4772

4564

-906

-1164

-1316

-1428

-1496

-1520

-1496

-1428

-1316

-1267

-1164

-906

+4564

+4772

+4826

+4845

0

0.002

0.011

0.035

0.035

0.160

0.395

0.612

1.006

1.325

1.712

1.976

2.115

2.175

2.192

2.211

2.239

2.281

2.289

2.291

Таблица  10 значения  и  подсчитанные по приведенным  формулам, в зависимости от угла поворота распределительного

Похожие материалы

Информация о работе

Тип:
Курсовые работы
Размер файла:
1018 Kb
Скачали:
0