91914

Расчет карбюраторного двигателя

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Бензиновые двигатели с впрыском топлива и принудительным воспламенением рабочей смеси в зависимости от организации процесса смесеобразования и их конструктивных особенностей могут сочетать в себе положительные свойства и карбюраторных двигателей и дизелей.

Русский

2015-07-24

1.21 MB

6 чел.

Костанайский социально – технический университет

имени академика З. Алдамжар

ТЕХНИЧЕСКИЙ факультет

Кафедра ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

Курсовая работа по дисциплине

«Энергетические установки транспортной техники»

ТЕМА: «Расчет карбюраторного двигателя»

Выполнила: Виноградова

Людмила Николаевна

студентка 2 курса специальности

ТТТиТ, з/у ср

Научный руководитель

Сатыбалдин Т. Т.

ст. преподаватель кафедры «ТиТ»

Костанай

2011


Костанайский социально – технический университет

имени академика З. Алдамжар

Кафедра «Техника и технологии»

Дисциплина «Энергетические установки транспортной техники»

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ___________

«___»_______ 20__г.

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу студентке

Виноградовой Людмиле Николаевне

Тема курсовой работы: Расчет карбюраторного двигателя

Целевая установка: Расчет карбюраторного двигателя

Объем курсовой работы – 25-30 печатных страниц

Срок доклада руководителю о ходе разработки курсовой работы:

а) доклад о собранном материале и ходе разработки курсовой работы

до « » _____ 20___г.

б) доклад о ходе написания курсовой работы до «____»___________ 20____г.

Срок сдачи курсовой работы - «____» ________ 20___ г.

Руководитель курсовой работы: __________________

«___»_____________20___ г.


СОДЕРЖАНИЕ

Исходные данные……………………………………………………………………4

Введение……………………………………………………………………………...5

1. Тепловой расчет…………………………………………………………………...6

  1.1. Топливо………………………………………………………………………...6

  1.2. Параметры рабочего тела……………………………………………………..6

  1.3. Параметры окружающей среды и остаточные газы………………………...7

  1.4. Процесс впуска………………………………………………………………..8

  1.5. Процесс сжатия………………………………………………………………10

  1.6. Процесс сгорания…………………………………………………………….11

  1.7. Процессы расширения и выпуска…………………………………………..15

  1.8. Индикаторные параметры рабочего цикла………………………………...16

  1.9. Эффективные показатели двигателя………………………………………..17

  1.10. Основные параметры цилиндра и двигателя……………………………..18

  1.11. Построение индикаторной диаграммы……………………………………20

2. Тепловой баланс…………………………………………………………………24

3. Расчет внешней скоростной характеристики…………………………………..28

4. Кинематика……………………………………………………………………….31

  4.1. Выбор λ и длины шатуна Lш………………………………………………...31

5. Динамика…………………………………………………………………………34

  5.1. Силы давления газов………………………………………………………...34

  5.2. Приведение масс частей КШМ……………………………………………..35

  5.3. Удельные и полные силы инерции……………………………………...….36

  5.4. Удельные суммарные силы…………………………………………………36

  5.5. Крутящие моменты…………………………………………………………..39

  5.6. Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала……………..41

  5.7. Силы, действующие на колено коленчатого вала…………………………46

  5.8. Равномерность крутящего момента и равномерность хода поршня……..46

Заключение………………………………………………………………………….47

Литература…………………………………………………………………………..48


Исходные данные (1-вариант)

Произвести расчеты четырехтактного карбюраторного двигателя предназначенного для легковых автомобилей. Эффективная мощность карбюраторного двигателя Ne=47,1 кВт при частоте вращения коленчатого вала nN=5600 мин-1.

Двигатель четырехцилиндровый, i=4 с рядным расположением. Система охлаждения жидкостная закрытого типа. Степень сжатия ε=8,5 для карбюраторного двигателя.

При проведении теплового расчета для нескольких скоростных режимов обычно выбирают 3-4 основных режима. Для бензиновых двигателей такими режимами являются:

1) режим минимальной частоты вращения nmin=600-1000 мин-1, обеспечивающий устойчивую работу двигателя;

2) режим максимального крутящего момента при nМ=(0,4-0,6)nN;

3) режим максимальной (номинальной) мощности при nN;

4) режим максимальной скорости движения автомобиля при nmax=(1,05-1,20)nN

С учетом приведенных рекомендаций и заданий nN= мин-1 тепловые расчеты последовательно проводятся для карбюраторного двигателя

при п=, ,  и  мин-1.


ВВЕДЕНИЕ

В 2006 г. такому научно-техническому достижению, как изобретение автомобиля, исполнилось 120 лет.

Грамотная эксплуатация автомобиля предполагает не только знание его устройства и технического обслуживания, но и понимание физических процессов, посредством которых работает данное транспортное средство.

Особое место в конструкции автомобиля занимает силовая установка, т. е. двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

На автомобильном транспорте применяются карбюраторные и дизельные двигатели, а также бензиновые двигатели с впрыском топлива и принудительным воспламенением рабочей смеси.

Достоинствами карбюраторных двигателей являются:

-небольшие габаритные размеры и масса;

-легкий пуск, особенно при низких температурах окружающей среды;

-низкий уровень шума;

-простота и низкая себестоимость топливной аппаратуры;

-более простые регулировки и техническое обслуживание.

Недостатками карбюраторных двигателей являются:

-низкая экономичность;

-значительное загрязнение окружающей среды;

-высокие требования к качеству топлива;

-низкие динамические характеристики при переменных режимах работы;

-зависимость работы системы питания от положения двигателя и автомобиля;

-высокая пожароопасность.

По сравнению с карбюраторными двигателями дизели обладают значительно более высокой экономичностью, могут работать (кратковременно) на нестандартных топливах, имеют высокие динамические характеристики. В дизелях допускается форсирование мощности путем наддува.

Основные недостатки дизелей:

-большие габаритные размеры и масса;

-сложная и дорогая топливная аппаратура;

-высокий уровень шума.

Бензиновые двигатели с впрыском топлива и принудительным воспламенением рабочей смеси в зависимости от организации процесса смесеобразования и их конструктивных особенностей могут сочетать в себе положительные свойства и карбюраторных двигателей и дизелей.

Современный этап развития теории автомобиля характеризуется углубленным изучением отдельных его составляющих и эксплуатационных свойств автомобиля, оптимизацией их показателей и технических параметров, что позволяет еще на стадии проектирования создавать наиболее рациональные конструкции автомобилей и обеспечить максимальную эффективность их применения.


1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

1.1. Топливо

В соответствии с заданной степенью сжатия ε= можно использовать бензины марок АИ-91, Регуляр-91 [1].

Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина

С=0,855; Н=0,145 и тт=114

Низшая теплота сгорания

Ни=33,91С+125,60Н-10,89(О-S)-2,51(9H+W)=

=33,91·+125,60·-2,15·9·= кДж

1.2 Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

L0== кмоль возд/кг топ.

l0== кг возд/кг топл.

Коэффициент избытка воздуха устанавливается на основании следующих соображений. На современных двигателях устанавливают многокамерные карбюраторы, обеспечивающие получение почти идеального состава смеси по скоростной характеристике. Возможность применения для рассчитываемого двигателя двухкамерного карбюратора с обогатительной системой и системой холостого хода позволяет получить при соответствующей регулировке как мощностной, так и экономичный состав смеси. Стремление получить двигатель достаточно экономичный и с меньшей токсичностью продуктов сгорания, которая достигается при α=0,95-0,98, позволяет принять α=0,96 на основных режимах, а на режимах минимальной частоты вращения α=0,86. Далее непосредственный числовой расчет будет проводиться только для режимов максимальной мощности, а для остальных режимов окончательные значения рассчитываемых параметров приводятся в табличной форме [2].

Количество горючей смеси для карбюраторного двигателя:

М1=α·L0+1/m=·+1/= кмоль гор.см/кг топл.;

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К=0,5 и принятых скоростных режимах для карбюраторного двигателя

= кмоль СО2/кг топл.

МСО=2··0,208·L0=2··0,208·0,517= кмоль СО/кг топл.

МНО=-2К··0,208·L0=-2·0,5··0,208·0,517= кмольН2О/кг топл.

МН=2К··0,208·L0=2·0,5··0,208·0,517= кмольН2 /кг топл.

МN=0,792·α·L0=0,792··= кмоль N2/кг топл.

Общее количество продуктов сгорания для карбюраторного двигателя:

М2СОсоНОНN=

++++= кмоль пр.сг/кг топл.

Результаты расчетов при п=, ,  и  мин-1 сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Параметры рабочего тела

Параметры

Рабочее тело

n

α

M1

МСО2

MCO

МН2О

МН2

МN2

M2

1.3. Параметры окружающей среды и остаточные газы

Давление и температура окружающей среды при работе двигателей без наддува:

рk=р0=0,1 МПа и Tk=T0=293 К  (1.1)

Температура остаточных газов. При постоянных значениях степени сжатия ε=8,5 температура остаточных газов практически линейно возрастет с увеличением скоростного режима при α-const, но уменьшается при обогащении смеси. Учитывая уже определенные значения п и α, можно принять значения Тr для расчетных режимов карбюраторного двигателя по рис.5.1. При номинальных режимах для карбюраторного двигателя Тr=1060 К.

Давление остаточных газов рr за счет расширения фаз газораспределения и снижения сопротивлений при конструктивном оформлении выпускных трактов рассчитываемых двигателей можно принять на номинальном скоростном режиме для карбюраторного двигателя:

рrN=1,18·p0=1,18·= МПа;

Тогда величины давлений на остальных режимах работы двигателей можно подсчитать по формулам:

рr=р0(1,035+Ар·10-8·n2)=(1,035+·10-8·)=,

где Ар=(рrN -p0·1,035)·108/(nN2 p0)

При nN= мин-1 Ар=(-·1,035)·108/(2·)=

1.4. Процесс впуска

Температура подогрева свежего заряда.

С целью получения хорошего наполнения двигателей на номинальных скоростных режимах принимается для карбюраторного двигателя ΔTN=8°С.

Тогда на остальных режимах значения ΔT рассчитываются по формуле:

ΔT=AT(110-0,0125n),   (1.2)

где ATTN /(110-0,0125·nN)

ΔTTN /(110-0,0125·nN) (110-0,0125n)=

Плотность заряда на впуске:

ρоо·106/(RвТо)=·106/(·)= кг/м3

где Rв=287 Дж/(кг·град)–удельная газовая постоянная для воздуха

Потери давления на впуске. В соответствии со скоростным режимом n= мин-1 и при учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем можно принять для карбюраторного двигателя β2+ξвп=2,8 и ωвп=95 м/с. Тогда ΔPa на всех скоростных режимах двигателей рассчитывается по формуле:

ΔPa=(β2+ξвп)An2·n2·pk·10-6/2, где An=ωвп/nN

Потери давления на впуске карбюраторного двигателя при n= мин-1,

Аn=/=,

тогда ΔPa= 2·2··10-6/2= МПа.

Давление в конце впуска в карбюраторном двигателе при nN= мин-1

Pа=P0Pa=-= МПа;

Коэффициент остаточных газов. При определении γr для карбюраторного двигателя без наддува принимается коэффициент очистки φоч=1, а коэффициент дозарядки на номинальном скоростном режиме, φдoз=1,10 что вполне возможно получить при подборе угла опаздывания закрытия впускного клапана в пределах 30-60°. При этом на минимальном скоростном режиме (n= мин-1) возможен обратный выброс в пределах 5 %, т. е. φдоз=0,95. На остальных режимах значения φдоз можно получить, приняв линейную зависимость φдоз от скоростного режима [3].

Тогда при nN= мин-1

γr=·==

Температура в конце впуска:

Та=(Т0Т+γrТr)/(1+γr)=(++·)/(1+)= К

Коэффициент наполнения:

ηv=(φдоз·ε·ра-φоч·рr)=

=(1,1·8,5·0,085-1·0,118)=

Результаты расчетов при п=, ,  и  мин-1 сведены в таблицу 2.

Таблица 2

Параметры процесса впуска газообмена

Параметры

Процесс впуска газообмена

n

α

Tr

900

1000

1060

1070

pr

ΔT

ΔРa

Рa

φдоз

0,950

1,025

1,10

1,12

γr

Ta

ηυ

1.5. Процесс сжатия

Средний показатель адиабаты сжатия k1 при ε=,а также рассчитанных значениях Та определяется по номограмме, а средний показатель политропы сжатия n1 принимается несколько меньше k1.

При выборе n1 учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а n1 уменьшается по сравнению с k1 более значительно для карбюраторного двигателя при nN= мин-1, Ta= К и ε= показатель адиабаты сжатия определен по номограмме k1=1,3775.

Давление в конце сжатия для карбюраторного двигателя при nN= мин-1

Pс=Pаεn1=· = MПа,

где n1=1,377 принят несколько меньше k1=.

Температура в конце сжатия

Tc=Taεn-1-1= К;

Средняя мольная теплоемкость:

а) свежей смеси (воздуха)

(mcv)=20,6+2,638 10-3 tc, где tc=Tc-273°С=-273=;

(mcv)=20,6+2,638 10-3 = кДж/(кмоль·град)

б) остаточных газов (mc"v) определяется методом интерполяции по табл.3.8 [4]

для карбюраторного двигателя при nN= мин-1, α= и tcС

(mc"v)=+(-)·=

где 23,586=ср.тепл.при α-0,95(t-400) и 23,712=ср.тепл.при α-1,00(t-400)-значения теплоемкости продуктов сгорания при 400°С соответственно при α=0,95 и α=1,00, взятые по табл.3.8;

(mc"v)=+(-)·=

где 24,014=ср.тепл.при α-0,95(t-500) и 24,150=ср.тепл.при α-1,00(t-500)-значения теплоемкости продуктов сгорания при 500°С соответственно при α=0,95 и α=1,0, взятые по табл. 3.8.

Теплоемкость продуктов сгорания при tc=°С и α=

(mc"v)=+(-)= кДж/(кмоль·град);

в) рабочей смеси (mc'v)=[(mcv)+γr(mc"v)]:

(mc'v)=[+·]= кДж/(кмоль·град);

Результаты расчетов при п=, ,  и  мин-1 сведены в таблицу 3.

Таблица 3

Параметры процесса сжатия

Параметры

Процесс сжатия

n

k1

1,3770

1,3778

1,3775

1,3775

n1

1,370

1,377

1,377

1,377

Рc

Tc

tc

(mcv)

(mc"v)

(mc'v)

1.6. Процесс сгорания

Коэффициент молекулярного изменения горючей μ0=М2/М1 и рабочей смеси μ=(μ0+γr)/(1+γr) для карбюраторного двигателя при nN= мин-1

μ0=/=

и μ=(+)/(1+)=

количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания, и теплота сгорания рабочей смеси

ΔHи=119950(1-α)L0 и Нраб.см= (1.3)

Для карбюраторного двигателя при nN= мин-1

ΔHи=119950(1-)·= кДж/кг,

Нраб.см== кДж/кмоль раб.см.;

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания

(mC"v)=

определяется по эмпирическим формулам, приведенным в табл.3.6 для интервала температур от 1501 до 2800°С

=22,490+0,001430·tZ

=39,123+0,003343·tZ

=19,678+0,001758·tZ

=26,670+0,004438·tZ

=23,723+0,001550·tZ

=21,951+0,001457·tZ

для карбюраторного двигателя:

(mC"v)=(1/)·[·(39,123+0,003343·tz)+·(22,490+0,001430·tZ)+·(26,670+0,004438·tZ)+·(19,678+0,001758·tZ)+·(21,951+0,001457·tZ)]=[3,012+0,00026tZ+0,128+0,00008tZ+1,85623+0,00031tZ+0,057066+0,000005tZ+8,62894+0,00057tZ]=+tZ++tZ++tZ++tZ++tZ=+tZ кДж/(кмоль·град).

Коэффициент использования теплоты ξz зависит от совершенства организации процессов смесеобразования и сгорания топлива. Он повышается за счет снижения потерь теплоты газов в стенки цилиндра и неплотности между поршнем и цилиндром. При увеличении скоростного режима ξz снижается. При проведении расчетов двигателя ξz выбирается по опытным данным в зависимости от конструктивных особенностей двигателя [5]. В зависимости от реальной зависимости ξz от скоростного режима карбюраторного двигателя принята величина коэффициента использования теплоты для карбюраторного двигателя ξz=0,91 при nN= мин-1. Так же определены значения ξz для всех расчетных режимов.

Температура в конце видимого процесса сгорания

ξzНраб.см+(mc'vtc=μ(mC"vtZ (1.4)

Для карбюраторного двигателя при nN=5600 мин-1

·+·=·(+tZ)tZ

или 0,001405tZ2+26,993tZ-81757=0

откуда tZ=(-26,993+)/(2·0,001405)=2660°С;

Тz=tZ+273=+273= К

Максимальное давление сгорания теоретическое:

pz=pc·μ·Tz/Tc=··/= МПа;

Максимальное давление сгорания действительное:

p=0,85·pz=0,85·= МПа;

Степень повышения давления:

λ=pz/pc=/=;

Результаты расчетов при п=, ,  и  мин-1 сведены в таблицу 4.


Таблица 4

Параметры процесса сгорания

Параметры

Процесс сгорания

n

μ0

μ

ΔHи

Нраб.см

(mC"v)

+

tZ

+

tZ

+

tZ

+

tZ

ξz

0,81

0,91

0,90

0,88

tZºC

Тz К

pz

p

λ

1000(mC"v)=(1/)·[·(39,123+0,003343·tz)+·(22,490+0,001430·tZ)+·(26,670+0,004438·tZ)+·(19,678+0,001758·tZ)+·(21,951+0,001457·tZ)]=[+tZ++tZ++tZ++tZ++tZ]=+tZ++tZ++tZ++tZ++tZ=+tZ кДж/(кмоль·град).

3200(mC"v)=(1/)·[·(39,123+0,003343·tz)+·(22,490+0,001430·tZ)+·(26,670+0,004438·tZ)+·(19,678+0,001758·tZ)+·(21,951+0,001457·tZ)]=[+tZ++tZ++tZ++tZ++tZ]=+tZ++tZ++tZ++tZ++tZ=+tZ кДж/(кмоль·град).

6000(mC"v)=(1/)·[·(39,123+0,003343·tz)+·(22,490+0,001430·tZ)+·(26,670+0,004438·tZ)+·(19,678+0,001758·tZ)+·(21,951+0,001457·tZ)]=[+tZ++tZ++tZ++tZ++tZ]=+tZ++tZ++tZ++tZ++tZ=+tZ кДж/(кмоль·град).

1000    ξzНраб.см+(mc'vtc=μ(mC"vtZ

·+·=·(+tZ)tZ

или tZ2+tZ-=0

откуда tZ=(-+√2+4··)/(2·)=°С

3200    ξzНраб.см+(mc'vtc=μ(mC"vtZ

·+·=·(+tZ)tZ

или tZ2+tZ-=0

откуда tZ=(-+√2+4··)/(2·)=°С

6000    ξzНраб.см+(mc'vtc=μ(mC"vtZ

·+·=·(+tZ)tZ

или tZ2+tZ-=0

откуда tZ=(-+√2+4··)/(2·)=°С

1.7. Процессы расширения и выпуска

Средний показатель адиабаты расширения k2 определяется по номограмме при заданном ε для соответствующих значений α и Tz, а средний показатель политропы расширения п2 оценивается по величине среднего показателя адиабаты для карбюраторного двигателя при ε=, α= и Tz= К k2=1,25, что позволяет принять п2=1,251.

Давление и температура в конце процесса расширения:

pb=pz/εп2 и Тb=Tz/εn2-1  (1.5)

Для карбюраторного двигателя при nN= мин-1.

pb=/= МПа

и Тb=/-1= К;

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

Тr=;    (1.6)

Для карбюраторного двигателя при nN= мин-1.

Тr== К,

Тr=/(/)^0,33=

ΔTr=100(-)/= %;

где ΔTr-погрешность расчета.

На всех скоростных режимах температура остаточных газов принята в начале расчета достаточно удачно, так как ошибка не превышает 6 %.

Результаты расчетов при п=, ,  и  мин-1 сведены в таблицу 5.

Таблица 5

Параметры процесса расширения и выпуска

Параметры

Процесс расширения и выпуска

n

k2

1,2625

1,2525

1,2582

n2

1,262

1,252

1,251

1,258

pb

Tb

Tr

ΔTr, %

1.8. Индикаторные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление

р= (1.7)

для карбюраторного двигателя при nN= мин-1 

р== МПа

р=(/-1)[/-1(1-1-)-1/-1(1-1-)]=

Среднее индикаторное давление

рi=φдоз р    (1.8)

карбюраторного двигателя pi=·= МПа.

Индикаторный КПД:

ηi=;   (1.9)

Индикаторный удельный расход топлива:

gi =;    (1.10)

карбюраторного двигателя при nN = мин-1

ηi=··/·10-3··=;

gi =3600/··10-3= г/(кВт·ч);

1.9. Эффективные показатели двигателя

Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D≤1

рм=0,034+0,0113vп.ср.  (1.11)

Для карбюраторного двигателя, предварительно приняв ход поршня S равным 78 мм, получим значение средней скорости поршня при nN= мин-1

vп.ср=S·n /(104·3)=78·/(104·3)= м/с

Тогда

рм =0,034+0,0113·= МПа

Среднее эффективное давление:

ре =рi-рм =-= МПа

Механический КПД:

ηме /рi    (1.12)

карбюраторного двигателя

ηм=/=

Эффективный КПД:

ηем·ηi    (1.13)

Эффективный удельный расход топлива:

ge=    (1.14)

карбюраторного двигателя:

ηe=·=

и ge=3600/43,93·= г/(кВтч);

Результаты расчетов при п=, ,  и  мин-1 сведены в таблицу 6.

Таблица 6

Индикаторные и эффективные параметры двигателей

Параметры

Индикаторные и эффективные параметры двигателей

n

рi

ηi

gi

vп.ср

рм

ре

ηм

ηe

ge

1.10. Основные параметры цилиндра и двигателя

Литраж карбюраторного двигателя [6]:

Vл=, где τ-тактность (τ=4)  (1.15)

Vл=30··/·= л;

Рабочий объем одного цилиндра карбюраторного двигателя:

Vh=      (1.16)

Vh=/= л;

Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят S=78 мм, то

D=2·103·=2·103·/(3,14·)= мм;

Окончательно принимается для карбюраторного двигателя D=65 мм и S=65 мм.

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

площадь поршня

Fп=π·D2/(4·100)=3,14·2/(4/100)= см2;

литраж двигателя

Vл==3,14·2··/(4·106)= л;

мощность двигателя

Ne==··/30·= кВт;

литровая мощность двигателя

Nл=Ne /Vл= л;

крутящий момент

Ме==·/= Н·м;

часовой расход топлива

GT=Ne·ge·10-3=··10-3= кг/ч

Результаты расчетов при п=, ,  и  мин-1 сведены в таблицу 7.

Таблица 7

Основные параметры и показатели двигателя

Параметры

Основные параметры и показатели двигателя

n, мин

Fп

Vл

Nл

Ne

Ме

GT

1.11. Построение индикаторных диаграмм

Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя построена для номинального режима работы двигателя, т. е. при Ne= кВт и n= мин-1, аналитическим методом.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня Ms=l мм в мм;

Масштаб давлений Мр=0,05 МПа в мм.

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

АВ=S/Ms=/1,0=65 мм; ОА=АВ/(ε-1)=/(-1)= мм.

Максимальная высота диаграммы (точка z):

Pz/Mp=/= мм.

Ординаты характерных точек:

рa/Mp=/= мм;

pc/Mp=/= мм

рb/Mp=/= мм;

pr/Mp=/= мм

р0/Mp=/= мм

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия px=pa(Va/Vx)n

Отсюда

рx/Mp=(pа/Mp)(OB/OX)n1=(/OX) мм;

где OB=OA+AB=+= мм;

б) политропа расширения рх=рb(Vb/Vx)n2

Отсюда

рx/Mp=(pb/Mp)(OB/OX)n2=(/OX) мм;

Результаты расчета точек политроп приведены в таблице 8.

Таблица 8

Координаты точек политроп

точек

OX, мм

OB/OX

Политропа сжатия

Политропа расширения

(OB/OX)1,377

рx/Mp, мм

рх, МПа

(OB/OX)1,251

рx/Mp, мм

рх, МПа

1

10,4

(точка с)

(точка z)

2

11,0

3

12,6

4

17,7

5

22,1

6

29,5

7

44,2

8

58,9

9

88,4

(точка а)

(точка b)

Теоретическое среднее индикаторное давление:

pi'=F1Mp/AB=·/= МПа,

где F1=1929 мм2-площадь диаграммы aczba

Величина pi'= МПа, полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, очень близка к величине pi'= МПа, полученной в тепловом расчете.

Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный (n= мин-1), 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 (точка r') устанавливается за 18° до прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка а') - через 60° после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b') принимается за 55° до прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка а')-через 25° после прохода поршнем в.м.т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания в принимается равным 35°, а продолжительность периода задержки воспламенения Δφ1=5°.

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяют положение точек r', а', а", с', f и b' по формуле для перемещения поршня:

АХ=[(1-cos φ)+(1-cos 2φ)],  (1.17)

где λ - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Выбор величины λ производится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается λ=0,285.

Расчеты ординат точек r', a', а", с', и b' сведены в таблице 9.

Таблица 9

Координаты точек политроп

Обозначение точек

Положение точек

φº

(1-cos φ)+(1-cos 2φ)

Расстояние точек

от в.м.т. (АХ), мм

r'

18º до в.м.т.

18

0,0655

a'

25º после в.м.т.

25

0,1223

а"

60º после в.м.т.

120

1,6069

с'

35º до в.м.т.

35

0,2313

f

30º до в.м.т.

30

0,1697

b'

55º до в.м.т.

125

1,6667

Положение точки с" определяется из выражения

рс" =(1,15÷1,25) рс=1,25·= МПа;

р"с=/= мм.

Действительное давление сгорания:

pzд=0,85pz=0,85·= МПа;

pzд/Мр=/= мм.

Нарастание давления от точки с" до zд составляет -= МПа или /12= МПа/град п.к.в., где 12° положение точки zд по горизонтали (для упрощения дальнейших расчетов можно принять, что действительное максимальное давление сгорания pzд достигается через-10° после в.м.т., т. е. при повороте коленчатого вала на 370°).

Соединяя плавными кривыми точки r, с, а', с', с, с" и далее с zд и кривой расширения b' с b" (точка b" располагается обычно между точками b и а) и линией выпуска b"r'r, получим скругленную действительную индикаторную диаграмму ra'ac'fc"zдb'b"r.

Координаты точек действительной индикаторной диаграммы сведены в Таблицу 10. На рис. 1. построена индикаторная диаграмма по данным точкам.

Таблица 10

Координаты точек действительной индикаторной диаграммы

ex

pr

pa

pсж

pz

pрас

Рис. 1. Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя


2.
 Тепловой баланс

Тепло, выделяющееся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, не может быть полностью преобразовано в полезную механическую работу. В термодинамическом цикле эффективность превращения тепла в работу оценивается термическим коэффициентом полезного действия ηt, который всегда остается меньше единицы вследствие передачи части тепла холодному источнику. В реальном двигателе потери тепла возрастают из-за трения, теплообмена, неполноты сгорания и других причин. В связи с этим эффективный КПД ηe цикла имеет меньшее значение по сравнению с величиной ηt

Распределение тепловой энергии топлива, сгорающего в двигателе, наглядно иллюстрируется составляющими внешнего теплового баланса, которые определяются при установившемся тепловом состоянии двигателя в процессе его испытаний. Приближенно составляющие теплового баланса можно найти аналитически по данным теплового расчета двигателя [7].

Тепловой баланс позволяет определить тепло, превращенное в полезную эффективную работу, т. е. установить степень достигнутого совершенства теплоиспользования и наметить пути уменьшения имевшихся потерь. Знание отдельных составляющих теплового баланса позволяет судить о теплонапряженности деталей двигателя, рассчитать схему охлаждения, выяснить возможность использования теплоты отработавших газов и т. д.

В общем виде внешний тепловой баланс двигателя может быть представлен в виде следующих составляющих:

Qо=Qe+Qr+Qв+Qн.с+Qост=НиGт/3,6 (2.1)

где Q0-общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом;

теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя за 1 с:

Qe=1000Nе;     (2.2)

теплота, потерянная с отработавшими газами:

Qr=(GТ /3,6)·{M2 [(mc"V)+8,315]·trM1[(mcV)+8,315]·to} (2.3)

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

Qв=c·i··nm·(Hu -ΔHu)/(α·Hu) (2.4)

где с=0,45-0,53-коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей. В расчетах принято с=0,5; i-число цилиндров; D-диаметр цилиндра, см; n-частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1; m=0,5-0,7-показатель степени для четырехтактных двигателей. В расчетах принято для карбюраторного двигателя при n=1000 мин-1 m=1,6, а на всех остальных скоростных режимах m=0,65.

теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива:

Qн.с.Ни·GТ / 3,6;   (2.5)

неучтенные потери теплоты:

Qост.=Qо-(Qе+Qr+Qв+Qн.с.)  (2.6)

Знание абсолютных значений составляющих теплового баланса позволяет осуществить количественную оценку распределения теплоты в двигателе. Если же необходимо сравнить распределение теплоты в различных двигателях или оценить степень теплоиспользования конкретного двигателя, то составляющие теплового баланса удобнее представлять в относительных величинах, например, в процентах по отношению ко всей теплоте, подведенной с топливом:

qо=qe+qr+qв+qн.с+qост=100 %  (2.7)

Величины отдельных составляющих теплового баланса двигателя не являются постоянными, а изменяются в процессе его работы в зависимости от нагрузки, быстроходности и других факторов.

Характер распределения теплоты, подводимой в цилиндр с топливом, в процессе превращения в полезную эффективную работу наглядно может быть представлен в виде кривых теплового баланса. Графические зависимости строятся на основании определения каждой составляющей в зависимости от частоты вращения, нагрузки, качества смеси и т. д. Необходимые для построения указанных кривых теплового баланса данные получают при проведении специальных испытаний двигателя либо путем использования результатов ранее выполненных экспериментов. Тепловой баланс может быть также построен по данным теплового расчета двигателя с использованием формул.

Общее количество теплоты, введенной в двигатели при номинальном скоростном режиме (все данные взяты из теплового расчета) карбюраторного двигателя:

Qo=·/3,6= Дж/с;

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с карбюраторного двигателя:

Qe=1000·= Дж/с;

Теплота, передаваемая охлаждающей среде карбюраторным двигателем:

QB=··1+2···(-)/(·)= Дж/с;

Теплота, унесенная с отработавшими газами карбюраторного двигателя:

Qr=(/3,6){[+8,315]·-[+8,315]}= Дж/с;

где (mc"V)=25,250 кДж/(кмоль·град) - теплоемкость отработавших газов (определена по табл.3.8 методом интерполяции) при α=0,96 и tr=Tr-273=-273=°С);

(mcV)=20,775 кДж/(кмоль·град) - теплоемкость свежего заряда (определена по табл. 3.6 для воздуха методом интерполяции при tо=Tо-273=-273=°С);

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива карбюраторного двигателя:

Qн.с.=·/3,6= Дж/с;

Неучтенные потери теплоты карбюраторного двигателя:

Qост=-(+++)= Дж/с;

Составляющие тепловых балансов карбюраторного двигателя представлены в таблице 11.

Таблица 11

Составляющие теплового баланса

Составляющие

теплового баланса

Частота вращения двигателя, мин-1

Q,

Дж/с

q,

%

Q,

Дж/с

q,

%

Q,

Дж/с

q,

%

Q,

Дж/с

q,

%

Теплота, эквивалентная эффективной работе

Теплота, передаваемая охлаждающей среде

Теплота, унесенная с отработавшими газами

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива

Неучтенные потери

теплоты

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом

100

100

100

100

Из приведенных таблиц и рисунков видно, что основная часть теплоты топлива расходуется на эффективную работу, нагрев охлаждающей среды и потери с отработавшими газами. На величину теплоты, отводимой охлаждающей средой, оказывают влияние многие эксплуатационные и конструктивные факторы. С увеличением частоты вращения двигателя и температуры охладителя, а также коэффициента избытка воздуха величина Qв уменьшается, а с увеличением размеров охлаждающей поверхности и отношения хода поршня к диаметру цилиндра двигателя возрастает. Из всего количества теплоты, отдаваемой охладителю, наибольшая часть (до 60-65 %) воспринимается стенками цилиндра и камеры сгорания во время процессов сгорания и расширения, остальная часть - в течение выпуска.

Уменьшение доли теплоты, отводимой с охладителем, повышает долю теплоты, отводимой с выпускными газами. В двигателях с газотурбинным наддувом такое перераспределение теплоты приводит к повышению располагаемой энергии выпускных газов и, следовательно, к увеличению работы в газовой турбине. Этот принцип реализуется в комбинированных двигателях с уменьшенным теплоотводом от рабочего тела («адиабатный дизель») за счет тепловой изоляции деталей камеры сгорания и выпускного трубопровода керамическими материалами.


3. Расчет внешних скоростных характеристик

На основании тепловых расчетов, проведенных для четырех скоростных режимов работы бензиновых двигателей, получены и сведены в таблицу 12 необходимые величины параметров.

Таблица 12

Параметры внешней скоростной характеристики

Частота вращения коленчатого вала, мин-1

Параметры внешней скоростной характеристики

Ne,

кВт

ge

г/(кВтч)

Ме,

Н м

GT,

кг/ч

ηυ

α

Коэффициент приспособляемости по скоростным характеристикам карбюраторного двигателя:

К=Меmax/МeN=82,93/82,91=1;

Для сравнения различных методов построения скоростных характеристик и проверки правильности выполнения теплового расчета для нескольких скоростных режимов двигателя дополнительно приведен расчет изменения мощности и удельного расхода топлива на основе процентных соотношений между параметрами относительной скоростной характеристики карбюраторного двигателя. Результаты расчета сведены в таблице 13. Внешние скоростные характеристики даны на рис. 2, 3, 4.

Таблица 13

Параметры внешней скоростной характеристики

Частота вращения

коленчатого вала, пх

Мощность, Ne

Удельный

расход топлива, ge

%

мин-1

%

кВт

%

г/(кВт·ч)

20

20

115

40

50

100

60

73

97

80

92

95

100

100

100

120

92

115

Рис. 2. Внешние скоростные характеристики ge и Ме

Рис. 3. Внешние скоростные характеристики Ne и GT

Рис. 4. Внешние скоростные характеристики ηυ и α

На основе сравнения полученных данных с кривыми Ne и gе, построенными по результатам теплового расчета, можно сделать следующие выводы:

Точки относительной характеристики практически полностью совпадают с внешней скоростной характеристикой мощности рассчитываемого двигателя.

Точки относительной характеристики удельного расхода топлива несколько отличаются от кривой gе, построенной по данным теплового расчета, в сторону увеличения gе и особенно при малых значениях частоты вращения коленчатого вала. Максимальное расхождение составляет при п= мин-1 около 23 % [350 и 284 г/(кВт·ч)].


4. Кинематика

4.1 Выбор λ и длины Lш шатуна

В целях уменьшения высоты двигателя без значительного увеличения инерционных и нормальных сил отношение радиуса кривошипа к длине шатуна предварительно было принято в тепловом расчете λ=. При этих условиях Lш=R/λ=/= мм.

Принятые значения Lш и λ обеспечивают движение шатуна без задевания за нижнюю кромку цилиндра. Следовательно, перерасчета величин Lш и λ не требуется.

Перемещение поршня

sx=R·[(1-соs φ)+ (1-соs 2φ)]=·[(1-соs φ)+ (1-соs 2φ)] мм.

Расчет sx производится аналитически через каждые 10° угла поворота коленчатого вала.

Угловая скорость вращения коленчатого вала

ω=πn/30=3,14·/30= рад/с.

Скорость поршня

υп=ωR(sin φ+sin 2φ)=·×(sin φ+/2sin 2φ) м/с.

Ускорение поршня

j=ω2R(cos φ+λcos 2φ)=2· (соs φ+ соs 2φ) м/с2.

Параметры перемещения поршня даны в таблице 14, а сами графики на рис. 5,6,7.


Таблица 14

Параметры перемещения поршня

φ°

[(1-cosφ)+(1-cos2φ]

sx

мм

(sinφ+sin2φ)

υп

м/с

(соsφ+0,285 соs2φ)

j,

м/с2

1

2

3

4

5

6

7

0

0,0000

0,0

0,0000

0,0

+1,2860

+

30

+0,1697

+0,6234

+

+1,0085

+

60

+0,6069

+0,9894

+

+0,3575

+

90

+1,1425

+1,0000

+

-0,2850

-

120

+1,6069

+0,7426

+

-0,6425

-

150

+1,9017

+0,3766

+

-0,7235

-

180

+2,0000

0,0000

0,0

-0,7150

-

210

+1,9017

-0,3766

-

-0,7235

-

240

+1,6069

-0,7426

-

-0,6425

-

270

+1,1425

-1,0000

-

-0,2850

-

300

+0,6069

-0,9894

-

+0,3575

+

330

+0,1697

-0,6234

-

+1,0085

+

360

+0,0000

0,0

-0,0000

0,0

+1,2850

+

По табличным данным строем графики sx в масштабе Мz=2 мм в мм, υп-в масштабе Му=1 м/с в мм, j-в масштабе Mj=500 м/с2 в мм. Масштаб угла поворота коленчатого вала Мφ=3° в мм.

При j=0 υпυmax, а на кривой sx-это точка перегиба.

Рис. 5. График перемещения поршня

Рис. 6. График скорости поршня

Рис. 7. График ускорения поршня


5.
 Динамика

5.1 Силы давления газов

Индикаторную диаграмму, полученную в тепловом расчете, развертывают по углу поворота кривошипа по методу Брикса (Рис. 8).

Рис. 8 Развернутая индикаторная диаграмма

Основные параметры двигателя даны в таблице 15.

Таблица 15

Основные параметры двигателя

Частот вращения n, об/мин

D

n2

Радиус кривошипа R, мм

ε

Pb

Длина шатуна L, мм

Pa

Pr

Постоянная механизма λ

n1

Fп

Угловая скорость коленчатого вала

Pz

Vh

Поправка Брикса

/(2Ms)=·/(2·1)= мм,

где Мs-масштаб хода поршня на индикаторной диаграмме.

Масштабы развернутой диаграммы:

давлений и удельных сил Мр=0,05 МПа в мм;

полных сил МF=МрFп=·= МН в мм, или Мр= Н в мм, угла поворота кривошипа Мφ=3° в мм, или

М'φ=4π/ОВ=4·3,14/240= рад в мм,

где ОВ - длина развернутой индикаторной диаграммы, мм.

По развернутой диаграмме через каждые 10° угла поворота кривошипа определяют значения Δрr и заносят в таблицу 16.

Таблица 16

Значения давлений и удельных сил

φо

Δрr.

МПа

j,

м/с2

pj,

МПа

p,

МПа

tg β

pN,

МПа

11

ps,

МПа

pк,

МПа

рТ,

МПа

Т,

кН

Мкр.ц,

Н·м

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0

0,18

+

-

-

0,000

00

1,000

-

+1

-

0

0

0

0

30

0,18

+

-

-

+0,144

-

1,010

-

+0,794

-

+0,625

-

-

60

0,18

+

-

-

+0,253

-

1,031

-

+0,281

-

+0,993

-

-

90

0,18

-

+

+

+0,295

-

1,043

+

-0,295

-

+1

-

+

120

0,18

-

+

+

+0,253

+

1,031

+

-0,719

-

+0,740

+

+

150

0,18

-

+

+

+0,144

+

1,010

+

-0,938

-

+0,376

+

+

180

0,18

-

+

+

0,000

00

1,000

+

-1

-

0

0

0

0

210

0,03

-

+

+

-0,144

-

1,010

+

-0,938

-

-0,376

-

-

240

0,03

-

+

+

-0,253

-

1,031

+

-0,719

-

-0,740

-

-

270

0,05

-

+

+

-0,295

-

1,043

+

-0,295

-

-1

-

-

300

0,12

+

-

-

-0,253

+

1,031

-

+0,281

-

-0,993

+

+

330

0,49

+

-

-

-0,144

+

1,010

-

+0,794

-

-0,625

+

+

360

4,15

+

-

-

0,000

00

1,000

-

+1

-

0

0

0

0

370

6,9

+

-

+

+0,050

+

1,001

+

+0,976

+

+0,222

+

+

390

2,28

+

-

+

+0,144

+

1,010

+

+0,794

+

+0,625

+

+

420

0,63

+

-

+

+0,253

+

1,031

+

+0,281

+

+0,993

+

+

450

0,3

-

+

+

+0,295

+

1,043

+

-0,295

+

+1

+

+

480

0,2

-

+

+

+0,253

+

1,031

+

-0,719

-

+0,740

+

+

510

0,16

-

+

+

+0,144

-

1,010

+

-0,938

-

+0,376

+

+

540

0,27

-

+

+

0,000

00

1,000

+

-1

-

0

0

0

0

570

0,17

-

+

+

-0,144

-

1,010

+

-0,938

-

-0,376

-

-

600

0,17

-

+

+

-0,253

-

1,031

+

-0,719

-

-0,740

-

-

630

0,17

-

+

+

-0,295

-

1,043

+

-0,295

-

-1

-

-

660

0,17

+

-

-

-0,253

+

1,031

-

+0,281

-

-0,993

+

+

690

0,17

+

-

-

-0,144

+

1,010

-

+0,794

-

-0,625

+

+

720

0,17

+

-

-

0,000

00

1,000

-

+1

-

0

0

0

0

5.2 Приведение масс частей КШМ

С учетом диаметра цилиндра, отношения S/D устанавливаются:

масса поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава принято т'п=100 кг/м2)

тп=т'п·Fп= кг;

масса шатуна (для стального кованого шатуна принято т'ш=150 кг/м2)

тш=т'ш·Fп= = кг;

масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (для литого чугунного вала принято m'к=140 кг/м2)

тк=m'к Fп= = кг.

Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

тш.п.=0,275тш=0,275·= кг.

Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:

mш.к.=0,725mш=0,725·= кг.

Массы, совершающие возвратно-поступательное движение:

mj=тп+тш.п=+= кг.

Массы, совершающие вращательное движение:

mR=тк+mш.к.=+= кг.

5.3 Удельные и полные силы инерции

Удельная сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс:

pj=-jmj/Fn=-j··10-6/=-j·10-6 МПа.

Центробежная сила инерции вращающихся масс

KR=-mR2=- -2·10-3=- кН.

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна

КRш=-mш.к·Rω2=-· 2·10-3=- кН.

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа

КRк=-mк·Rω2=--·2·10-3=- кН.

5.4 Удельные суммарные силы

Удельная сила (МПа), сосредоточенная на оси поршневого пальца:

ppr+pj  (5.1)

Удельная нормальная сила (МПа):

pN=tg β   (5.2)

Удельная сила (МПа), действующая вдоль шатуна:

ps=p (1/cos β)  (5.3)

Удельная сила (МПа), действующая по радиусу кривошипа:

рх=р cos (φ+β)/cos β (5.4)

Удельная и полная тангенциальные силы (МПа и кН):

pT=p·sin(φ+β)/cos β и T=pT ·Fп=pT··103

По табличным данным строят графики изменения удельных сил pj, р, рS, pN, рК и рТ в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала φ (рис. 9, 10, 11).

Рис. 9. Графики изменения pj и p

Рис.10. Графики изменения рN и ps

Рис. 9. Графики изменения рК и pТ

Среднее значение тангенциальной силы за цикл:

по данным теплового расчета

Тср=рiFп=·= Н;

по площади, заключенной между кривой рт и осью абсцисс:

рТср=Мр== МПа, а

Тср=рТср·Fп= ·106= Н

ошибка Δ=(-)100/= %.

5.5 Крутящие моменты

Крутящий момент одного цилиндра:

Мкр.ц=ТR=T··103 Н·м

Период изменения крутящего момента четырехтактного двигателя с равными интервалами между вспышками:

θ=720/i=720/=180°

Суммирование значений крутящих моментов всех четырех цилиндров двигателя осуществляется табличным методом (Таблица 17) через каждые 10° угла поворота коленчатого вала и по полученным данным строится кривая Мкр в масштабе Мм=10 Н·м в мм. (Рис. 12).


Таблица 17

Значения крутящих моментов

φ°

Цилиндры

Мкр, Н·м

1-й

2-й

3-й

4-й

φ°

криво-шипа

Мкр,

Н·м

φ°

криво-шипа

Мкр,

Н·м

φ°

криво-шипа

Мкр,

Н·м

φ°

криво-шипа

Мкр,

Н·м

0

0

0

180

0

360

0

540

0

0

10

10

-132,4

190

-28,0

370

+125,5

550

-29,8

-64,7

20

20

-203,2

200

-65,2

380

+161,3

560

-67,1

-174,2

30

30

-223,3

210

-94,6

390

+176,6

570

-97,4

-238,7

40

40

-209,7

220

-123,0

400

+156,6

580

-126,8

-302,9

50

50

-174,3

230

-154,7

410

+128,6

590

-155,7

-356,1

60

60

-127,6

240

-165,2

420

+124,8

600

-169,7

-337,7

70

70

-65,2

250

-159,4

430

+142,6

610

-165,9

-247,9

80

80

+19,6

260

-139,8

440

+185,5

620

-146,3

-81,0

90

90

+97,4

270

-103,9

450

+234,3

630

-103,5

+124,3

100

100

+140,7

280

-36,3

460

+248,9

640

-39,1

+314,2

110

110

+160,3

290

+32,6

470

+244,2

650

+61,5

+498,6

120

120

+165,2

300

+97,0

480

+229,3

660

+121,4

+612,9

130

130

+152,9

310

+123,0

490

+190,1

670

+183,6

+649,6

140

140

+127,7

320

+138,0

500

+147,3

680

+208,8

+621,8

150

150

+94,6

330

+137,8

510

+115,3

690

+219,6

+567,3

160

160

+63,4

340

+120,2

520

+76,4

700

+201,3

+461,3

170

170

+29,8

350

+71,8

530

+30,8

710

+139,8

+272,2

180

180

0

360

0

540

0

720

0

0

Рис. 12. График изменения крутящего момента

Средний крутящий момент двигателя: по данным теплового расчета

Mкp.cp=Mi=Mе/ηм=/= Н·м;

по площади, заключенной под кривой Мкр:

Мкр.ср=Мм== Н м;

ошибка Δ=100= %.

Максимальный и минимальный крутящие моменты:

Мкр.max=5 Н·м; Мкр.min=-1 Н·м.

5.6 Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала

Для проведения расчета результирующей силы, действующей на шатунную шейку рядного двигателя, составляют таблицу 18.


Таблица 18

Полные силы

φº

Полные силы, кН

T

K

Pк

Rш.ш.

КРк

Rк

0

0

-

-

30

-

-

-

60

-

-

-

90

+

-

-

120

+

-

-

150

+

-

-

180

0

-

-

210

-

-

-

240

-

-

-

270

-

-

-

300

+

-

-

330

+

-

-

360

0

-

-

-

370

+

+

+

-

390

+

+

-

420

+

+

450

+

-

-

480

+

-

-

510

+

-

-

540

0

-

-

570

-

-

-

600

-

-

-

630

-

-

-

660

+

-

-

690

+

-

-

720

0

-

-

Суммарная сила, действующая на шатунную шейку по радиусу кривошипа:

Рк=К+КRш=(К-) кН,

где К=рк Fп=рк ·103 кН.

Результирующая сила Rш.ш, действующая на шатунную шейку, подсчитывается графическим сложением векторов сил Т и Рх при построении полярной диаграммы (Рис. 13).

Рис. 13. Полярная диаграмма

Масштаб сил на полярной диаграмме для суммарных сил МР=0,1 кН в мм. Значения Rш.ш для различных φ> заносят в таблицу и по ним строят диаграмму Rш.ш в прямоугольных координатах (Рис. 14).

Рис. 14. Диаграмма нагрузки на шатунную шейку

По развернутой диаграмме Rш.ш определяют

Rш.ш.cp=FMP/OB=24030·/= кН;

Rш.ш.max=31,453 кН; Rш.ш.min=1,02 кН,

где ОВ - длина диаграммы, мм; F-площадь под кривой Rш.ш, мм2.

По полярной диаграмме строят диаграмму износа шатунной шейки. Сумму сил Rш.ш.j, действующих по каждому лучу диаграммы износа, определяют с помощью таблицы 19.


Таблица 18

Значение сил, действующих по каждому лучу

α

Значения Q, кН для точек

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

10

44

44

44

40

39

39

39

70

36

36

36

100

37

37

37

37

130

32

32

32

32

160

22

22

22

22

190

19

19

19

19

220

29

29

29

29

250

39

39

39

39

280

40

40

40

40

310

36

36

36

36

340

102

102

102

102

102

370

427

427

427

427

400

144

144

144

144

430

73

73

73

73

460

62

62

62

62

490

52

52

52

52

520

37

37

37

37

550

22

22

22

22

580

28

28

28

28

610

36

36

36

36

640

36

36

36

36

670

38

38

38

38

700

43

43

43

43

ΣQi

902

800

539

278

571

571

427

427

102

102

388

768

qi

1

0,54

0,36

0,19

0,38

0,38

0,29

0,29

0,07

0,07

0,26

0,52

По данным таблицы в масштабе МР=50 кН в мм по каждому лучу откладывают величины суммарных сил ΣRш.ш.j, от окружности к центру (Рис. 15). По диаграмме износа определяют расположение оси масляного отверстия (φм=68°).

Рис. 15. Диаграмма износа шатунной шейки карбюраторного двигателя

5.7 Силы, действующие на колено вала

Суммарная сила, действующая на колено вала по радиусу кривошипа:

K=Pк+KRк=Рк-8,960 кН

Результирующая сила, действующая на колено вала Rк=Rш.ш+KРк, определяется по диаграмме Rш.ш. Векторы из полюса Ок до соответствующих точек на полярной диаграмме в масштабе МР=0,1 кН в мм выражают силы Rк, значения которых для различных φ заносят в таблицу.

5.8 Равномерность крутящего момента и равномерность хода поршня

Равномерность крутящего момента

μ=(Mкр.max-Mкр.min)/Mкp.cp=[-(-)]/=

Избыточная работа крутящего момента

Lизб=Fabc·ММ·М′φ=841··= Дж,

где Fabc-площадь над прямой среднего крутящего момента мм2; М′φ=4π/(iОА)=4·3,14/(·)= рад в мм-масштаб угла поворота вала на диаграмме Мкр.

Равномерность хода двигателя принимаем δ=0,01.

Момент инерции движущихся масс двигателя, приведенных к оси коленчатого вала:

J0=Lизб/(δω2)=/( 2)= кг·м2


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Теория двигателей внутреннего сгорания основана на использовании термодинамических зависимостей с учётом реальных факторов. Поэтому необходимо глубокое изучение процессов, происходящих в цилиндре двигателя.

Динамика поршневых двигателей внутреннего сгорания включает расчёты кинематики звеньев преобразующих механизмов и их отдельных точек; расчёты сил инерции развиваемых этими звеньями, разработку динамических моделей механизмов в целом; расчёт сил, действующих в кинематических парах. Таким образом, определяются условия необходимые для прочностных расчётов, что позволяет оптимизировать конструктивные особенности двигателя.

Важность теплового и динамического расчёта возрастает в связи с повышенным уровнем форсирования двигателей при одновременном снижении их металлоёмкости (возникает проблема обеспечения прочности и жёсткости отдельных звеньев).

В результате проделанной работы были рассчитаны индикаторные параметры рабочего цикла двигателя, по результатам расчетов была построена индикаторная диаграмма тепловых характеристик.

Расчеты динамических показателей дали размеры поршня, в частности его диаметр и ход, радиус кривошипа, были построены графики составляющих сил.


Список использованной литературы

  1.  Колчин А. И., Демидов В.П. «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», М.: Высшая школа, 1980.
  2.  Краткий автомобильный справочник НИИАТ, М.: Транспорт, 1984.
  3.  Ховах М. С., Вихерт М. М., Воинов А.Н. и др. «Автомобильные двигатели», М.: Машиностроение, 1977.
  4.  Ленин И. М., Попык К. Г, Малашкин О. М. и др. «Автомобильные и тракторные двигатели», М.: Машиностроение, 1969.
  5.  Орлин А. С., Вырубов Д. Н., Круглов М. Г. и др. «Двигатели внутреннего сгорания. Конструкция и расчет.», М.: Машиностроение, 1972.
  6.  Вахламов В. К. Техника автомобильного транспорта, М: Асадема, 2004 г.
  7.  Вахламов В. К. Автомобили, основы конструкции М: Асадема, 2004 г.

PAGE  48


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

51544. Сценарій свята День знань для першокласників 11.86 MB
  Сценарій свята Перший урок у першому класі Дійові особи: Коза Дереза Телесик вчителька першокласники учні 5ого класу. Вчителька. Шановна пані Може ви знаєте що тут за свято І хто ви така Вчителька. Здрастуйте добродійко Я вчителька.
51545. Знову до школи 54 KB
  How mny units re there in this textbook Wht re the nmes of these units Wht re we going to study in them Wht sections re there t the end of the book Wht informtion cn you find in these sections Учні ланцюжком відповідають на запитання вчителя. Look t the picture nd tell wht we re going to tlk bout during our lesson tody. Т: sk your friends wht they did during the summer holidys. HO1: Wht did your friends do during June: ________________________________________________________________________________ July:...
51548. Клімат . 8 клас 337 KB
  Красоткіна Е 6 Відповіді: А 6 циклон Б В Г Д Е Завдання №2. Красоткіна А 1 Все зацвілопора натхненна Така чарівна у природі мить Убрались в зелень явори і клени І в світллі сонця річечка блищить. Красоткіна Б 2 Пора летить бентежна ніжна У квітах росах чарівна. Красоткіна...
51549. Знайомство з країною Фантазією 40.5 KB
  Обладнання: альбом плакат із зображенням замку малюнок Королеви кольорові олівці фломастери клубок ниток для гри фотографії дітей яблуко гриб шматочки льоду. Як ви думаєте де живе Королева Звичайно у замку. На дошці – плакат із зображенням замку. Яку гарну країну ми створили який чудовий замок збудували А про господиню Королеву замку забули Тож давайте познайомимось із нею ближче.
51550. Дослідження роботи напівпровідникових діодів 84 KB
  Перед початком роботи необхідно: перевірити наявність та надійність захисного заземлення устаткування; перевірити стан електричного шнура та вилки; перевірити справність вимикачів та інших органів управління ПЕОМ;
51552. В рідній школі – рідне слово 430 KB
  Вірші українських поетів. Для їх проведення складені картки для вчителя і для учнів Вірші для вчителя Вірші для учнів де розміщені уривки з різних віршів відповідно розділам і тематики підручника. Етапи роботи Пропонуємо учням ознайомитися з карткою віршів. Особливо добре зустрічають учні знайомі вірші які вони читали чи вчили раніше.