Транспортное двигателестроение. Эффективные показатели двигателя

Содержание

Введение…………………………………………………………………………….….2

Задание………………………………………………………………………….………4

1. Тепловой расчет………………………………………………………………..5

1.1. Исходные данные…………………………………………………………..5

1.2. Выбор топлива……………………………………………………………....5

1.3. Процесс впуска……………………………………………………….……...6

1.4. Процесс сжатия……………………………………………………………...7

1.5. Процесс сгорания……………………………………………………….....8

1.6. Процесс расширения и выпуска……………………………….....9

1.7. Индикаторные показатели рабочего цикла………………...10

1.8. Эффективные показатели двигателя…………………………....10

1.9. Основные показатели цилиндра и двигателя………..…….10

1.10.Построение индикаторной диаграммы ……………….…….11

1.11.Скоростная характеристика…………………………………...…….15

2.1. Исходные данные…………………………………………………………...15

2.2. Расчет скоростной характеристики…………………………………15

3. Кинематический расчет…………………………………………………..…17

3.1. Исходные данные…………………………………………………………...17

3.2. Расчет кинематических показателей……………………….……..17

4. Динамический расчет……………………………………………..………...19

4.1. Исходные данные…………………………………………………………...19

Список литературы……………………………………….…………………….….35

Приложение……………………………………………………………………..…….36

Введение

Основой любого транспортного средства, в том числе наземного, является силовая установка – ДВИГАТЕЛЬ, преобразующий различные виды энергии в механическую работу.

Первый поршневой тепловой двигатель был изобретен французским инженером Ленуаром в 1860году. Цикл работы этого двигателя не имел сжатия, был несовершенен, поэтому он уступал по показателям даже паровым машинам того времени. В 1870  году немецкий механик Н. Отто создал четырехтактный газовый двигатель, который является прообразам современных карбюраторных двигателей.

Транспортное двигателестроение в нашей стране стало бурно развиваться в тридцатые сороковые годы ХХ столетия.

В области развития и совершенствования автомобильных двигателей основными задачами являются: расширение использования дизелей, снижение топливной экономичности и удельной массы двигателя, 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. В настоящее время вычислительная техника широко используется на моторостроительных заводах, в научно-исследовательских центрах, конструкторских и ремонтных организациях, а также в высших учебных заведениях.

С каждым годом растет число моделей и модификаций автотракторных двигателей, но единой  общепринятой системы их классификации пока так и не было создано.

Поршневые тепловые двигатели занимают первое место, как в количественном отношении, так и по вырабатываемой суммарной мощности. Улучшение их показателей требует усложнения конструкции, применения новых конструкционных материалов, альтернативных топлив, использование микропроцессорной техники для управления системами двигателя и транспортного средства…

Задание

С использованием метода теплового расчета определить параметры рабочих процессов, провести анализ, в зависимости от режимов работы рассчитать основные показатели работы двигателя, размеры кривошипно-шатунного механизма (КШМ), скоростную характеристику двигателя, построить индикаторную диаграмму.

В процессе проведения кинематического и динамического расчетов определить силы и моменты, действующие на элементы и детали КШМ.

По результатам динамического расчета осуществить уравновешивание двигателя.

По данным сил и моментов, действующих в КШМ, провести конструкторский расчет механизмов, систем, узлов и агрегатов двигателя.

По результатам вышеперечисленных расчетов выполнить сборочные чертёжи механизмов, систем, узлов и деталей двигателя.

Расчеты, графическую часть, оформление курсового проекта выполнить в соответствии с требованиями государственных стандартов, конструкторской документации, стандартов предприятия.

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	11,12323	9,9	23,38829	59,64013	1,986016	17,60109	228,8142	7,619513
2	12,23556	9	20,51556	52,31469	1,742079	15,62275	203,0957	6,763087
3	13,765	8	17,44812	44,49272	1,481607	13,48235	175,2705	5,836509
4	15,73143	7	14,52144	37,02968	1,233088	11,40821	148,3068	4,938616
5	22,024	5	9,142895	23,31438	0,776369	7,488787	97,35423	3,241896
6	27,53	4	6,727171	17,15429	0,571238	5,664702	73,64112	2,452249
7	36,70667	3	4,529411	11,55	0,384615	3,952562	51,38331	1,711064
8	55,06	2	2,593679	6,613882	0,220242	2,380063	30,94082	1,030329
9	73,41333	1,5	1,746327	4,453133	0,148289	1,660696	21,58905	0,718915
10	110,12	1	1	2,55	0,084915	1	13	0,4329

Таблица 2.

Обозначение точек	Положение точек	φ˚		Расстояние точек от в.м.т. (АХ),мм
	33˚ до в.м.т.	33	0,2036	10,065
	17˚после в.м.т.	17	0,055	2,7225
	79˚после н.м.т.	101	1,32	65,34
	30˚до в.м.т.	30	0,16	7,92
	25˚до в.м.т.	25	0,119	5,8905
	47˚до н.м.т.	133	1,75	86,625

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	10,74	102,61	335,6059	3,60440	1,0813	1,04780	0,88	1,22880	120,33
2000	23,04	110,06	325,5878	7,50154	1,2147	1,12390	0,95	1,30490	127,78
3000	35,204	112,11	315,5697	11,1093	1,2119	1,14484	0,96	1,32584	129,84
4000	45,518	108,72	305,5517	13,9081	1,1379	1,11019	0,96	1,29119	126,44
5000	52,28	99,898	295,5336	15,4504	1,0112	1,02009	0,96	1,20109	117,62
5750	54	89,725	288,02	15,5530	0,8852	0,91622	0,96	1,09722	107,45

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	1,2860	15371,02
30	0,1697	5,6001	0,6234	12,38097	1,0086	12055,37
60	0,6069	20,0277	0,9894	19,64987	0,3575	4273,047
90	1,1425	37,7025	1	19,86039	-0,2850	-3406,48
120	1,6069	53,0277	0,7426	14,74833	-0,6425	-7679,53
150	1,9017	62,7561	0,3766	7,479423	-0,7235	-8647,69
180	2,0000	66	0	0	-0,7150	-8546,09
210	1,9017	62,7561	-0,3766	-7,47942	-0,7235	-8647,69
240	1,6069	53,0277	-0,7426	-14,7483	-0,6425	-7679,53
270	1,1425	37,7025	-1	-19,8604	-0,2850	-3406,48
300	0,6069	20,0277	-0,9894	-19,6499	0,3575	4273,047
330	0,1697	5,6001	-0,6234	-12,381	1,0085	12054,18
360	0,0000	0	0	0	1,2850	15359,06

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	-163,2517	210	-68,90527	390	186,1978	570	-73,7687	-119,73
60	-93,51785	240	-122,8572	420	120,57323	600	-124,7683	-220,57
90	70,847238	270	-83,54495	450	180,3903	630	-75,96254	91,73
120	120,3148	300	56,755718	480	171,65401	660	88,445448	437,17
150	68,905270	330	83,830926	510	85,423790	690	160,12657	398,287
180	0	360	0	540	0	720	0	0

Таблица 8.

φ˚	Полные силы, кН
	Т, кН	К, кН	Рк, , кН	Rш.ш        кН	КРк, кН	RК,
0	0	-9,9358622	-15,9238622	15,9238622	-23,6328622	23,6328622
30	-4,947021214	-6,289727533	-12,27772753	13,23690342	-19,98672753	20,58985907
60	-2,833874531	-0,802336265	-6,790336265	7,357955657	-14,49933627	14,7736792
90	2,146886	-0,632257927	-6,620257927	6,959664828	-14,32925793	14,48919433
120	3,645903606	-3,544833932	-9,532833932	10,20624984	-17,24183393	17,62309424
150	2,088038494	-5,215925719	-11,20392572	11,39683536	-18,91292572	19,02783918
180	0	-5,4947368	-11,4827368	11,4827368	-19,1917368	19,1917368
210	-2,088038494	-5,215925719	-11,20392572	11,39683536	-18,91292572	19,02783918
240	-3,722948473	-3,619743005	-9,607743005	10,30383768	-17,316743	17,71242314
270	-2,53166516	-0,744309557	-6,732309557	7,192587883	-14,44130956	14,66153983
300	1,719870259	-0,48693556	-6,47493556	6,699458501	-14,18393556	14,28782635
330	2,540331108	-3,229820496	-9,217820496	9,561458928	-16,9268205	17,11638204
360	0	0,98378572	-5,00421428	5,00421428	-12,71321428	12,71321428
370	4,338884772	19,07545738	13,08745738	13,78794624	5,378457376	6,910406993
390	5,64235765	7,173790191	1,185790191	5,76561343	-6,523209809	8,624874844
420	3,653734436	1,03445781	-4,95354219	6,155270551	-12,66254219	13,17914072
450	5,466373	-1,609846849	-7,597846849	9,3599418	-15,30684685	16,25363941
480	5,201636936	-5,057440104	-11,0454401	12,20896285	-18,7544401	19,46242663
510	2,5885997	-6,466328945	-12,45432895	12,72050148	-20,16332895	20,3288141
540	0	-6,29925408	-12,28725408	12,28725408	-19,99625408	19,99625408
570	-2,235415185	-5,584073085	-11,57207308	11,78600681	-19,28107308	19,41022566
600	-3,780860019	-3,67604916	-9,66404916	10,37731895	-17,37304916	17,77970021
630	-2,30189532	-0,677908172	-6,665908172	7,052166605	-14,37490817	14,55804613
660	2,680165103	-0,758817525	-6,746817525	7,259671597	-14,45581753	14,70217485
690	4,852320436	-6,16932334	-12,15732334	13,08990162	-19,86632334	20,45032559
720	0	-9,92972824	-15,91772824	15,91772824	-23,62672824	23,62672824

6.  Конструкторский расчет.

6.1.  Основные размеры проходных сечений в горловинах и клапанах

Проектирование механизма газораспределения начинается с определения проходных сечений в седле клапана.

Площадь проходного сечения в клапане:

где:  - средняя скорость поршня, м/с;

- площадь поршня, см²;

- число одноименных клапанов;

- скорость газа в проходном сечении клапана.

Площадь горловины клапана:

Диаметр горловины впускного клапана:

Диаметр горловины выпускного клапана принимаем на 20% меньше чем впускного и она равна 42 мм.

Теперь рассчитаем окончательную площадь проходного сечения клапанов:

Площадь проходного сечения впускного клапана:

где: h- высота подъема клапанов (h=15 мм)

Площадь проходного сечения выпускного клапана:

Максимальная высота подъема впускного клапана при α=30°:

Максимальная высота подъема выпускного клапана при α=45°:

6.2 Основные размеры кулачков для впускных клапанов.

Радиус начальной окружности кулачка:

принимаем

Максимальный подъем толкателя, приводящего в движение один впускной клапан

где: - расстояние от опоры до кулачка;

.

Профилирование тангенциального кулачка:

  ,м/с

Значения h_т, , подсчитанные по приведенным формулам, в зависимости от угла поворота распределительного вала заносим в таблицу 11.

Таблица 11.

Фазы газораспределения
° В.М.Т. Такт выпуска Н.М.Т.	0 5 9 - - - - - - - - - - - 9 5 0	- - - - 40 30 20 10 0 10 20 30 40 - - - -	0 0,351 0,709 1,46 1,46 2,63 6,18 12,13 21,4 39,5 21,4 12,13 6,18 2,63 1,46 1,46 0,709 0,351 0	0 0,353 0,647 1,18 1,18 0,583 0,423 0,210 0,141 0 0,141 0,210 0,423 0,583 1,18 1,18 0,647 0,353 0	+815 +839 +865 +887 -134 -170 -203 -234 -248 -254 -248 -234 -203 -170 -134 +887 +865 +839 +815	0 0,013 0,075 0,171 0,726 1,62 1,96 2,32 3,15 3,64 4,21 4,56 4,92 5,18 6,02 6,02 6,68 6,95 7,14

6.3  Расчет клапанной пружины

Максимальная сила упругости пружин:

где: - суммарная масса клапанного механизма, приведенная к клапану, кг

Минимальная сила упругости пружин:

Жесткость пружин:

Деформация пружин:

Предварительная

Полная

Распределение усилий между наружной и внутренней пружинами.

Внутренняя пружина:

Наружная пружина:

Жесткость наружной и внутренней пружин:

Размер пружин диаметр проволоки  ;  ; средний диаметр пружин ;

Число рабочих витков пружин:

Полное число витков пружин:

Длина пружин при полностью открытом клапане:

Длина пружин при закрытом клапане:

Длина свободных пружин:

Максимальные и минимальные напряжения в пружинах.

Внутренняя пружина:

Наружная пружина:

Среднее напряжение и амплитуды напряжений.

Внутренняя пружина:

Наружная пружина:

Запасы прочности пружин.

Внутренняя пружина:

Расчет пружин на резонанс:

6.4  Расчет распределительного вала.

Стрела прогиба распределительного вала:

где:

Напряжение смятия:

                            Список используемой литературы:

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

2)  Двигатели внутреннего сгорания: Учеб. пособие для вузов./ В. П. Алексев, Н. И. Костыгов  – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980. – 288с.,ил.

3)  Автомобильные двигатели. Под ред. М. С. Ховаха. М.,                               « Машиностроение», 1977.

4)  Расчет автомобильных двигателей. Методические указания по курсоврму проектированию для студентов