96624

Тепловий розрахунок дизельного двигуна

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Номінальна потужність двигуна – 170 кВт; За частоти обертання валу 2400; Паливо – дизельне; Двигун – V-подібний, 8 – ми циліндровий, з рідиним охолодженням, чотирьохтактний. Вибір, обгрунтування і визначення вхідних параметрів для теплового розрахунку: газова стала повітря, температура оточуючого середовища...

Украинкский

2015-10-08

3 MB

5 чел.

ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК

ДИЗЕЛЬ

Номінальна потужність двигуна – 170 кВт;

За частоти обертання валу 2400 ;

Паливо – дизельне;

Двигун – V-подібний, 8 – ми циліндровий, з рідиним охолодженням, чотирьохтактний.

Вибір, обгрунтування і визначення вхідних параметрів для теплового розрахунку:

- газова стала повітря

- температура оточуючого середовища

- тиск оточуючого середовища

- число тактів циклу

- ступінь стискання

- коефіцієнт надміру повітря

- підвищення температури заряду

- відношення ходу поршня до діаметра циліндра

- показник політропи

- коефіцієнт скруглення індекаторної діаграми

Параметри продуктів згоряння в циліндрі двигуна в кінці випуску.

Тиск в кінці випуску

Температура газів в кінці випуску , приймаємо

Вибір типу і конструктивних параметрів механізму газорозподілу.

Приймаєм клапанний газорозподільний механізм з двома клапанами  на кожний циліндр. Фази газорозподілу вибираємо за даними існуючих двигунів, близбких за швидкохідністю:

Впускний клапан

Випускний клапан

Відкриття до ВМТ

Закриття після НМТ

Тривалість

Відкриття до НМТ

Закриття після НМТ

Тривалість

13

49

242

66

10

256

Параметри робочого тіла в процесі впуску

Тиск в кінці впуску, МПа:

- для існуючих двигунів , приймаємо

-  – середня швидкість руху заряду в прохідному перерізі клапану. Для сучасних двигунів , більші значення відносяться до швидкохідних двигунів; приймаєм ;

-  – густина свіжого заряду за даних атмосферних умов, :

Отже,тиск в кінці впуску:

Коефіцієнт залишкових газів:

Температура в кінці впуску, К:

Коефіцієнт наповнення:

Параметри робочого тіла в процесі стискання.

Тиск, МПа:

Температура, К:

Визначення параметрів процесів згоряння і розширення.

Фізичні параметри палива вибираємо за таблицею 4, тобто: , , .

Теоретична необхідна кількість повітря для 1 кг палива:

а) кмоль/кг:

б) кг/кг:

Кількість свіжого заряду:

Кількість продуктів згоряння:

Коефіцієнт молекулярних змін, який характеризує відносну зміну обєму внаслідок згорання:

і з урахуванням наявності в заряді залишкових газів:

Температура робочого тіла в кінці процесу згоряння  визначають як функцію ентальпії, значення якої знаходять за рівнянням згоряння:

де  – коефіцієнт використання теплоти в процесі згоряння який залежить від типу двигуна. Приймаємо

величина  – визначають графічним методом в залежності від температури робочого заряду в кінці процесу. Приймаємо

– ступінь підвищення тиску в процесі згоряння. Приймаємо

– нижча теплота згоряння МДж/кг (табличне значення).

Отже:

Температура в кінці згоряння  визначається графічним методом.

Тиск в кінці процесу згоряння, МПа:

- для дизелів

Показники, які характеризують процес згоряння. Для дизелів:

- ступінь попереднього розширення

- ступінь подальшого розширення

Визначення параметрів робочого тіла в кінці розширення:

- тиск, МПа

- температура, К

де  – показник політропи розширення, його вибирають, виходячи з експерементальних даних сучасних двигунів. Приймаємо

Індикаторні показники, що характеризують робочий цикл.

Середній індикаторний тиск циклу, МПа:

- розрахунковий

- дійсний

МПа.

де  – коефіцієнт скруглення індикаторної діаграми, .

Індикаторний коефіцієнт корисної дії (ККД):

де  – дійсний середній індикаторний тиск циклу, МПа;

– коефіцієнт надміру повітря;

– теоритично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива,

– коефіцієнт наповнення;

– густина заряду за даних атмосферних умов,

– нижча теплота згоряння палива, ;

Питома індикаторна витрата палива, :

Ефективні показники, що характеризують роботу двигуна.

Середній ефективний тиск циклу, МПа:

де  – середній тиск механічних витрат, який наближено визначають за формулою:

де a, b – постійні коефіцієнти;

– середня швидкість поршня на номінальному режимі, м/с.

Значення коефіцієнтів a, b та середню швидкість поршня  вибираємо з таблиць 8 та 9 (синя методичка):

- з розділеною камерою згоряння  та ;

- дизель  вибираємо ;

Коефіцієнт корисної дії (ККД):

- механічний

- ефективний

Питома витрата палива на одиницю ефективної потужності в одиницю часу, кг/кВт*год:

Потужність двигуна, віднесена до 1 л робочого обєму, кВт/л:

де nчастота обертання колінчастого вала двигуна, ;

– коефіцієнт тактності, для чотиритактних двигунів ;

Основні розміри двигуна

Робочий обєм:

- двигуна, л

- одного циліндра,

де і – число циліндрів.

Діаметр циліндру, мм:

Округлимо до числа, кратного 2 або 5 і приймаємо

Хід поршня, мм:

Відношення радіуса кривошипа до довжини шатуна що лежить в межах 0,25 …0,29 приймаємо

Радіус кривошипа

Довжина шатуна

Уточнюємо значення , ,  і записуємо в таблицю показники двигуна, який проектується, та одного або двох сучасних двигунів, взятих за прототипи.


РОЗРАХУНОК НА МІЦНІСТЬ ДЕТАЛЕЙ КШМ

Зазначення відносних конструктивних параметрів деталей КШМ:

- товщина стінки циліндрів, , 15 мм

- висота поршня, Н, 187 мм

- висота жарового поясу, l, 22 мм

- мінімальна товщина днища поршня,

- мінімальна товщина стінки головки поршня, , 16 мм

- внутрішній діаметр днища поршня,   

- радіальна товщина кільця, t:

  компресійного - 0.040

  кільця для знімання оливи - 0.040

- різниця між зазорами кільця у вільному і робочому стані,  - 0.128

- радіальний зазор кільця в канавці поршня , мм:

  компресійного - 0.9

  кільця для знімання оливи - 0.9

- діаметр отвору для відведення оливи  - 1мм.

- число отворів у поршні для відведення оливи, , 10

- висота юбки поршня, , 121 мм

- висота першої перемички, , 7.7 мм

- відстань від верхньої кромки поршня до осі пальця, , 115.94 мм

- товщина стінки юбки поршня , 5 мм

- зовнішній діаметр поршневого пальця,

- внутрішній діаметр пальця,  30.8

- довжина пальця, :

  плаваючого - 96.8

- відстань між торцями боби шок, В- 55

- довжина верхньої головки шатуна, , мм:

  з плаваючим пальцем - 49.5

- зовнішній діаметр верхньої головки шатуна, , 74.8 мм

- внутрішній діаметр верхньої головки шатуна, , 55 мм

- розміри перерізу шатуна, мм:

  мінімальна висота  41.14

  висота перерізу розташованого в центрі мас шатуна  57.596

  максимальна ширина двотаврового перерізу  37.125

  мінімальна ширина двотаврового перерізу  7.5

  товщина ребра двотавра , 5 мм

- діаметр шатунної шийки, 82.5

- ширина кришки,  78.375

- товщина кришки,  39.1875

- ширина шатунної шийки,  78.375

- товщина вкладиша,  74.375

- ширина вкладиша,  74. 375

- відстань між шатунними болтами,  144.375

- діаметр корінної шийки:

  зовнішній  99

  внутрішній  29.7

Розрахунок циліндра

Розраховують напруження і розтягування в стінці циліндра в небезпечному перерізі шпильки кріплення головки блоку. Напруження в стінці циліндрів знаходять з урахуванням особливостей його конструкції. Циліндри блочної конструкції розраховують на розтягування по твірній циліндра, МПа:

де  - максимальний розрахунковий тиск газів у циліндрі, 7.5128 МПа;

- діаметр циліндра, 0.11 м;

- товщина стінки циліндра, 0.015 м.

Шпильки кріплення головки блока розраховують на розрив у небезпечному перерізі під дією сили, що виникає під час затягування гайок.

Сила попереднього затягування шпильок, МПа:

де  - максимальний тиск при згорянні, 7.5128 МПа;

- площа, обмежена кінцем прокладки довкола камери згоряння, :

звідси:

Сумарна розрахункова сила, що діє на шпильки, МН:

Сумарна сила, яка проходить на одну шпильку, МН:

де z – число шпильок на одному циліндрі:

  з верхнім розміщенням клапанів z = 4 … 6.

Напруження розтягу в шпильці, МПа:

де  - площа мінімального перерізу за внутрішнім діаметром різьби, м:

Розрахунок поршня

Для розрахунку поршня беруть максимальне значення тиску газів  в циліндрі двигуна та бокової сили .

При розрахунку поршня визначають:

а) напруження згину в днищі поршня, МПа:

де - внутрішній радіус днища поршня, 0.0337м;

- мінімальна товщина днища поршня, 0.02 м.

Для поршня в алюмінієвих сплавів чи чавунних?

б) напруження стискання в кільцевому перерізі х - х, послабленому отворами для відведення оливи, МПа:

де - максимальна сила тиску газів на днище поршня, МПа;

- площина розрахункового перерізу канавки для оливознімального кільця з урахуванням отворів для відведення оливи, ;

в) максимальний тиск на поверхню тертя юбки, МПа:

де  - висота юбки поршня, м;

До розрахунку поршня

Розрахунок поршневого пальця

Розрахунку поршневого пальця передбачає визначення:

а) тиск на втулку верхньої головки шатуна, МПа:

де

k = 0,70 - коефіцієнт, який враховує масу поршневого пальця і верхньої головки шатуна;

- зовнішній діаметр пальця, 0.044 м;

- довжина верхньої головки шатуна,0.0495 м;

б) тиск на бобики поршня, МПа:

де  - загальна довжина пальця, 0.0968 м;

В - відстань між торцями баришок, 0.055 м;

в) напруження згину в палці, МПа:

де - відношення внутрішнього діаметра пальця до зовнішнього.

г) дотичні напруження в пальці від зрізу, МПа:

д)максимальна овалізація пальця, мм:

де  - модуль пружності матеріалу пальця;

Розрахунок шатуна

Напруження на розрив у перерізі І - І верхньої головки шатуна, МПа:

де - сила поршневого комплекту, що діє на верхню головку шатуна, МН:

 - маса поршневого комплекту, приведена до одиниці площі поршня, ;

R - радіус кривошипа, м;

- кутова швидкість колінчастого валу двигуна, рад/с;

- площа поршня, ;

- зовнішній діаметр верхньої головки шатуна, м;

- внутрішній діаметр верхньої головки шатуна, м;

- відношення радіуса кривошипа до довжини шатуна;

- довжина верхньої головки шатуна, м.

Допускається:

Розрахунок стержня шатуна

Запас міцності стержня шатуна визначають в перерізі В - В в середині шатуна на розтягування від сили інерції  та на стискання від сили .

Значення тисків  і  беруть з графіків динамічного розрахунку двигуна.

Напруження стискання з урахуванням повздовжнього вигину для стержнів шатуна, які звужуються, МПа:

де f  - площа поперечного перерізу стержня шатуна (в перерізі В - В), .

Напруження розтягування, МПа:

Середнє напруження за цикл, МПа:

Амплітуди циклу, МПа:

Запас міцності стержня шатуна:

де  - межа втомлення матеріалу з симетричним циклом на розтягування, МПа:

для … сталі

- коефіцієнт, що враховує вплив чистоти обробки;

- коефіцієнт, який залежить від характеристики матеріалу.

Напруження згину в кришці нижньої головки шатуна визначають в її середньому перерізі (ІІ - ІІ) від дії сил інерції мас деталей, які здійснюють поступальний та обертальний рух і знаходяться вище площини роз’єму кришки.

Розрахункова сила, МН:

де  - приведені маси поршневого комплекту, шатуна, кришки нижньої головки шатуна, ;

R - радіус кривошипу, м;

,  - довжина шатуна, м;

Напруження згину, МПа:

де  - відстань між шатунними болтами, м;

- момент опору розрахункового перерізу (ІІ - ІІ) кришки без ребер жорсткості, :

 - відповідно ширина і товщина кришки в розрахунковому перерізі, мЯ;

- момент інерції перерізу кришки, :

- момент інерції перерізу вкладиша, :

- відповідно ширина і товщина шатунного вкладиша, м;

- площі поперечного перерізу відповідно кришки і вкладиша, ;

Запас міцності шатунних болтів. Сила, яка розтягує шатунні болти, МН:

де  - сила попередньої затяжки болтів, МН;

- коефіцієнт основного навантаження різьбового зєднання;

- кількість болтів в одному шатуні.

Максимальне і мінімальне напруження в болті, МПа:

де  - мінімальна площина перерізу болта, ;

- мінімальний діаметр болта в розрахунковому перерізі, м.

Середнє напруження за цикл, МПа:

Амплітуда коливань напружень:

Запас міцності:

де  - коефіцієнт концентрації напружень в різьбі.

Значення  - такі, як і для матеріалів стержня шатуна.

Запас міцності повинен бути не меншим 2.

Розрахунок колінчастого вала

Значення максимального та середнього тиску на шатунну шийку, від яких залежить строк служби підшипників, наведені в таблиці:

Тип двигуна

Дизелі

6…15

20…42

Середній тиск на шийку, МПа:

де  - середнє значення сили, яка діє на шатунну шийку, МН;

 - середнє значення тиску на шатунну шийку, МПа;

- діаметр та ширина шатунної шийки, м:

Максимальний тиск на шатунну шийку, МПа:

де  - максимальне значення сили, що діє на шатунну шийку, МН;

- максимальний тиск на шатунну шийку, МПа,

Величини  та  визначають з графіків до динамічного розрахунку двигуна ( з першого листа курсового проекту ).

Запас міцності корінної шийки на напруження кручення. Для розрахунку запасу міцності задньої корінної шийки на кручення беруть максимальну  і мінімальну  величини сумарного тиску дотичної сили.

Напруження від максимальної дотичної сили, МПа:

де - сумарний максимальний крутний момент, ;

- момент опору для кільцевого перерізу корінної шийки вала, ;

і  - відповідно зовнішній та внутрішній діаметри корінної шийки, м.

Напруження від мінімальної дотичної сили, МПа:

де - мінімальний крутний момент, ;

Значення для  та  беруть з графіка, накресленого на першому листі курсового проекту.

Середнє напруження циклу, МПа:

Амплітуда коливань напружень, МПа:

Запас міцності корінної шийки:

де , с-1 – кутова швидкість обертання колінчастого вала двигуна за номінального режиму;

mT = 0.036, МПа/мм – масштаб тиску сили Т (з першого листа);

mφ = 0.94, 1/мм – масштаб кута повороту кривошипа (з діаграми сумарного крутного моменту);

Fнад = 2794, мм2 – площа, що показує найбільшу надмірну позитивну роботу сумарної дотичної сили, яка діє на кривошип;

R – радіус кривошипа, м;

Fn, м2– площа поперечного перерізу поршня.

Момент інерції маховика автомобільного двигуна, Н·м·с2:

Середній діаметр ободу маховика приймають з конструктивних міркувань і за ним визначають масу маховика mM, кг. Відомо, що:

звідки

де , м – середній діаметр ободу маховика;

S = 110мм, - хід поршня.

Товщину обода h = 12 мм,приймають з конструктивних міркувань, а ширина, мм:

де ρМ = 7800 кг/м3 – густина матеріалу маховика (чавун, сталь).

Колова швидкість на зовнішньому діаметрі обода маховика, м/с:


Список використаної літератури

1. Автомобільні двигуни / Под ред. М.С. Ховаха. М .: Машинобудування, 1977.

2. Двигуни внутрішнього згорання. Кн. 1. Теорія робочих процесів / Под ред. В.Н. Луканіна. М .: Вища школа, 1995.

3. Двигуни внутрішнього згорання. Кн. 2. Динаміка і конструювання / Под ред. В.Н.Луканіна. М .: Вища школа, 1985.

4. Двигуни внутрішнього згорання. Кн. 3. Комп'ютерний практикум / За ред. В.Н. Луканіна. М .: Вища школа, 1995.

5. Двигуни внутрішнього згорання / Под ред. В.Н.Луканіна. М .: Вища школа, 1995.

6. Двигуни внутрішнього згорання. Пристрій і робота поршневих і комбінованих двигунів / Под ред. А.С. Орліна, М.Г. Круглова. М.: Машинобудування, 1980.

7. Двигуни внутрішнього згорання. Теорія поршневих і комбінованих двигунів / Под ред. А.С. Орліна, М.Г. Круглова. М.: Машинобудування, 1983.

8. Двигуни внутрішнього згорання. Конструювання і розрахунок на міц- ність поршневих і комбінованих двигунів / Под ред. А.С. Орлі- на, М.Г. Круглова. М.: Машинобудування, 1984.

9. Двигуни внутрішнього згорання. Системи поршневих і комбіноване них двигунів / Под ред. А.С. Орліна, М.Г. Круглова. М.: Машинобудування, 1985.

10. Колчин А.І., Демидов В.П. Розрахунок автомобільних і тракторних двигунів. М .: Вища школа, 2002.

11. Бейлін В.І, Орловська Є.В. Автомобільні двигуни. Контрольні завдання та методичні вказівки для студентів спеціальності 150200 - Автомобілі та автомобільне господарство. М.: изд-во МГОУ, 2001.

12. Ліханов В.А., Плотніков С.А. Автомобільні двигуни / Навчально-методична допомога. - Кіров: Вятская ГСХА, 2004.

13. Жолобов Л.А., Дидикін С.А. Трактори та автомобілі. Навчально-методична посібник з виконання курсової роботи. Н.Новгород, вид - во НГСХА, 2002.

PAGE   \* MERGEFORMAT 1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23318. Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа 2.72 MB
  Определять параметры сигнала помощью осциллографа. Техническое описание осциллографа С165. Изучить повторить Теоретический материал об измерении параметров электрических сигналов с помощью осциллографа. Ознакомиться с устройством и особенностями осциллографа С165.
23319. СОСТАВ НЕЙТРОННОЙ ДОЗЫ В ВЕЩЕСТВЕ И ФАКТОР НАКОПЛЕНИЯЯ НЕЙТРОНОВ 144.5 KB
  Широко применяемые в реакторной технике активационные детекторы вносят минимальные возмущения в измеряемую величину плотности потока нейтронов и поэтому обладают наибольшей точностью по сравнению с другими методами. В частности последнее имеет важное значение при определении как общей так и парциальной дозы нейтронов в веществе. Целью работы является освоение основ методики экспериментального определения плотностей потоков быстрых резонансных и тепловых нейтронов с помощью индиевых детекторовфольг в водородсодержащей среде парафин и...
23320. МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЙТРОННОЙ ЗАЩИТЫ РЕАКТОРА 134 KB
  От состава материалов защиты зависит также и разбиение спектра нейтронов на энергетические группы при расчётах. Чем тяжелее защита когда в ней преобладают тяжёлые материалы тем она более материалоёмка тем на большее число групп нейтронов разбивается спектр и сложнее расчёты. Целью работы является расчёт поглощения нейтронов по программе NEUTRON2 и исследование распределений быстрых и тепловых нейтронов по глубине однородных поглотителей из различных материалов. Рассматривается прохождение через защиту быстрых нейтронов источники...
23321. Коэффициент ослабления - квантов в свинце и алюминии 361.5 KB
  ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ ЯВЛЯЕТСЯ измерение линейного коэффициента поглощения гаммаквантов в различных поглотителях оценка энергии гамма излучения источника и определения вклада каждого эффекта в процесс поглощения. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ Расчет защиты от ионизирующих излучений в частности гаммаквантов основывается на физике взаимодействия излучения с веществом. Практическое значение при изучении ослабления потока гаммаквантов в веществе имеют только три вида взаимодействия: а фотоэффект на одном из связанных электронов атома...
23322. Защита от быстрых нейтронов 209 KB
  ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ является исследование железоводной защиты от быстрых нейтронов и измерение величины сечения выведения для железного поглотителя. ОСНОВНЫЕ ТОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ При проектировании защиты от нейтронного излучения необходимо что процесс захвата и поглощения эффективен для тепловых медленных и резонансных нейтронов благодаря большому десятки сотни барн сечению их взаимодействия с веществом см. Энергетический спектр нейтронов деления ядра тепловыми нейтронами.
23323. Установка отношений между базами данных 86 KB
  Лабораторная работа №4: Установка отношений между базами данных По дисциплине: Базы данных. Цели работы: освоить технологию установки отношений между 2–3мя базами данных; выполнить просмотр связанных баз данных. Задание: Проверьте проект базы данных на предмет проектирования связей ключи первичные вторичные. В проекте базы данных предметной области выделите 2–3 связанные таблицы родственные таблицы.