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

69180. ПЛАТІЖНІ СИСТЕМИ 130 KB
  Вона обслуговується програмнотехнічним комплексом АРМ1 що виконує такі основні функції: 1 пересилання міжрегіональних електронних документів засобами електронної пошти Національного банку України; 2 перевірку правильності формування електронних документів...
69181. ІНФОРМАЦІЙНІ СИСТЕМИ І ЇХНЯ РОЛЬ В УПРАВЛІННІ НАРОДНИМ ГОСПОДАРСТВОМ 118 KB
  Залежно вiд застосовуваних технiчних засобiв обробки iнформацiї розрiзняють ручнi механiзованi та у разі використання автоматiв насамперед ЕОМ автоматизованi ІС АIС. Для банкiвських установ велике значення має продуктивнiсть АIС її здатнiсть швидко переробляти...
69182. ЕКОНОМІЧНА ІНФОРМАЦІЯ ТА ЗАСОБИ ЇЇ ФОРМАЛІЗОВАНОГО ОПИСУ 100.5 KB
  Поняття економічної інформації її види та властивості. Коли виходити з того що інформація це подані певним способом повідомлення які виникають під час здійснення певного виду людської діяльності то можна розглядати наукову технічну економічну соціальну...
69184. Измерение состава и свойств вещества 42 KB
  Измерение влажности. В ядерном энергетическом реакторе путем определения влажности газа контролируется целостность технологических каналов.Имерение влажности газов. Средства измерения влажности имеют многолетнюю историю.
69185. Преобразователь оборотов 33 KB
  Преобразователь оборотов преобразователь предназначен для непрерывного преобразования электрического частотного сигнала датчика оборотов в пропорциональный ему выходной электрический сигнал постоянного тока 001мА. Преобразователь предназначен для работы при температуре...
69186. Измеритель осевого сдвига ротора турбины 32 KB
  Принцип действия датчика осевого сдвига ДОС ротора основан на индуктивном методе измерения линейных перемещений с применением дифференциально-трансформаторной схемы. Первичная обмотка датчика ОСР соединяется последовательно с обмоткой возбуждения компенсирующего датчика КД.
69187. Измеритель относительного расширения ротора турбины 36 KB
  Изменение выходного напряжения датчика ОРР осуществляется вторичным прибором КСД1049 и основано на компенсационном принципе измерения. Первичные обмотки датчика ОРР и дифференциально-трансформаторного датчика прибора соединяются последовательно...
69188. Измерение механических величин 46.5 KB
  Это привело к необходимости измерений основных механических величин параметров турбины: осевого сдвига; относительного расширения ротора; прогиба ротора; прослушивания уплотнений ТГ; сигнализатора валоповорота; теплового расширения корпуса турбины; измерение оборотов турбины...