Расчет автомобильного карбюраторного двигателя (147980)

Посмотреть архив целиком

Министерство образования Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Транспортный факультет

Кафедра автомобильного транспорта



Курсовой проект


по автомобильным двигателям


Расчет автомобильного карбюраторного двигателя


Пояснительная записка


ГОУ ОГУ 150200.4.1.05.12 ПЗ



Руководитель проекта

_________Калимуллин Р.Ф.

«__»_______________2006г.


Исполнитель

студент гр. 03 ААХ-1

________Полстовалов А.М.

«__»_______________2006г.



Оренбург 2006г.

Содержание


Введение…………………………………………………………………………...4

1 Задание на курсовое проектирование……………………………………….…5 2 Тепловой расчет рабочего цикла………………………………………………6 2.1 Рабочее тело и его свойства………………………………………………….6 2.1.1 Топливо………………………………………………………………………6 2.1.2 Горючая смесь……………………………………………………………….6 2.1.3 Продукты сгорания………………………………………………………….7 2.2 Процесс впуска………………………………………………………………..8 2.2.1 Давление и температура окружающей среды……………………………..8 2.2.2 Давление и температура остаточных газов………………………………..8 2.2.3 Степень подогрева заряда…………………………………………………..8 2.2.4 Давление в конце впуска……………………………………………………8 2.2.5 Коэффициент и количество остаточных газов……………………………9 2.2.6 Температура в конце впуска………………………………………………..9 2.2.7 Коэффициент наполнения………………………………………………….9 2.3 Процесс сжатия……………………………………………………………..10 2.3.1 Показатель политропы сжатия……………………………………………10 2.3.2 Давление и температура конца процесса сжатия………………………10 2.3.3 Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия………10 2.4 Процесс сгорания……………………………………………………………11 2.4.1 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси……………….11 2.4.2 Температура конца видимого сгорания………………………………….11 2.4.3 Степень повышения давления цикла……………………………………..13 2.4.4 Степень предварительного расширения………………………………….13 2.4.5 Максимальное давление сгорания………………………………………..13 2.5 Процесс расширения………………………………………………………...13 2.5.1 Показатель политропы расширения……………………………………...13 2.5.2 Давление и температура конца процесса расширения………………….13 2.6 Проверка точности выбора температуры остаточных газов……………...14 2.7 Индикаторные показатели рабочего цикла………………………………...14 2.7.1 Среднее индикаторное давление………………………………………….14 2.7.2 Индикаторный КПД……………………………………………………….15 2.7.3 Индикаторный удельный расход топлива………………………………..15 2.8 Эффективные показатели двигателя………………………………………..15 2.8.1 Давление механических потерь…………………………………………..15 2.8.2 Среднее эффективное давление…………………………………………..16 2.8.3 Механический КПД………………………………………………………..16 2.8.4 Эффективный КПД………………………………………………………...16 2.8.5 Эффективный удельный расход топлива………………………………...16 2.9 Основные параметры и показатели двигателя……………………………..16

2.10 Оценка надежности двигателя…………………………………………….18 2.11 Тепловой баланс……………………………………………………………19 2.12 Построение индикаторной диаграммы……………………………………21 3 Расчет внешней скоростной характеристики………………………………..26 4 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма………………...32 4.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме………………………………………………………………………...32 4.2 Построение графиков сил и моментов……………………………………..34 5 Расчет деталей на прочность………………………………………………….39 5.1 Поршень……………………………………………………………………...39 5.1.1 Днище поршня……………………………………………………………..41 5.1.2 Головка поршня……………………………………………………………41 5.1.3 Юбка поршня………………………………………………………………42 5.2 Поршневое кольцо…………………………………………………………...43 5.3 Шатун………………………………………………………………………...45 5.3.1 Поршневая головка………………………………………………………...45 5.3.2 Кривошипная головка……………………………………………………..47 5.3.3 Стержень шатуна…………………………………………………………..48 6 Расчет системы жидкостного охлаждения…………………………………...50 6.1 Емкость системы охлаждения………………………………………………50 6.2 Жидкостный насос…………………………………………………………..50 6.3 Жидкостный радиатор………………………………………………………52 6.4 Вентилятор…………………………………………………………………...53

Приложения.

Приложение А. Таблица сравнения показателей рассчитанного двигателя с прототипом……………………………………………………………………….55

Приложение Б. Техническая характеристика двигателя……………………...57


Введение


Современные наземные виды транспорта обязаны своим развитием главным образом применению в качестве силовых установок поршневых двигателей внутреннего сгорания. Именно поршневые ДВС до настоящего времени являются основным видом силовых установок, преимущественно используемых на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-транспортных и строительных машинах. Эта тенденция сохраняется сегодня и будет еще сохранятся в ближайшей перспективе.

Курсовое проектирование – заключительная часть учебного процесса по изучению дисциплины, раскрывающее степень усвоения необходимых знаний, творческого использования их для решения конкретных инженерных задач. Оно служит одновременно начальным этапом самостоятельной работы молодого специалиста, сокращающий период его адаптации на производстве. Целью данного курсового проектирования является расчет проектируемого автомобильного двигателя.


Министерство образования Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Транспортный факультет

Кафедра автомобильного транспорта


1. Задание на курсовое проектирование

Исходные данные: Тип двигателя – карбюраторный;

Номинальная мощность =80 кВт;

Номинальная частота вращения =4400 об/мин;

Число цилиндров 4;

Степень сжатия 8,5;

Охлаждение — жидкостное;

Детали для расчета — поршень, поршневое

кольцо, шатун;

Система для расчета — охлаждения.

Разработать:

1)Тепловой расчет рабочего цикла;

2)Расчет внешней скоростной характеристики;

3)Динамический расчет КШМ;

4)Рассчитать на прочность детали;

5)Рассчитать систему;

6)Поперечный и продольный разрезы двигателя.


Дата выдачи задания «___»_____________2005г.

Руководитель Калимуллин Р.Ф.

Исполнитель

Студент гр. 02ААХ-1 Полстовалов А.М.

Срок защиты проекта «___»_____________2006г.


2 Тепловой расчет рабочего цикла


2.1 Рабочее тело и его свойства


2.1.1 Топливо


Топливом для рассчитываемого двигателя служит бензин А-76

по ГОСТ 2084-77.

Элементный состав топлива: ; ; .

Низшая теплота сгорания в кДж/кг:



где и – массовые доли серы и влаги в топливе.

В расчетах принимается ; .



2.1.2 Горючая смесь


Теоретически необходимое количество топлива в кг·возд/кг·топл:



и в кмоль возд/кг топл:



Коэффициент избытка воздуха =0,85…0,98 Принимаем =0,9

Действительное количество воздуха в кмоль·возд/кг·топл:



Молекулярная масса паров топлива =110…120 кг/кмоль.

Принимаем =114 кг/кмоль.

Количество горючей смеси в кмоль гор.см/кг топл:



2.1.3 Продукты сгорания

При неполном сгорании топлива продукты сгорания представляют собой смесь углекислого газа , водяного пара , окиси углерода , свободного водорода и азота .

Количество отдельных составляющих продуктов сгорания в

кмоль пр.сг/кг топл:


,


,


,



,


где – константа, зависящая от отношения количества водорода и окиса углерода в продуктах сгорания; для бензинов =0,45…0,5

Принимаем =0,5

Общее количество продуктов неполного сгорания в кмоль·пр.сг/кг·топл:



.


Изменение количества молей рабочего тела при сгорании в кмоль пр.сг/кг топл:


.


Химический коэффициент молекулярного изменения горючей смеси:




2.2 Процесс впуска


2.2.1 Давление и температура окружающей среды


Атмосферные условия: Р0=0,1 МПа; Т0=293 К.



2.2.2 Давление и температура остаточных газов


Pr=(1,05…1,25)P0, Принимаем Pr=0,12 МПа.

Tr=900…1100 К Принимаем Tr=1000 К.



2.2.3 Степень подогрева заряда


=0…20 К, Принимаем =15 К.


2.2.4 Давление в конце впуска


средняя скорость движения заряда при максимальном открытии клапана м/с

Принимаем , м/с

Плотность заряда на впуске в кг/м3:



Так как наддув отсутствует впуск воздуха происходит из атмосферы, то


МПа, К.

Потери давления во впускном трубопроводе в МПа:




Давления в конце впуска в МПа:



2.2.5 Коэффициент и количество остаточных газов


Коэффициент остаточных газов :



Количество остаточных газов в кмоль ост.газов/кг топл:


.



2.2.6 Температура в конце впуска


Температура в конце впуска в градусах Кельвина (К):




2.2.7 Коэффициент наполнения



.


Таблица 2.1Рассчитанные параметры процесса впуска в сравнении со значениями этих параметров у современных автомобильных двигателей


Тип двигателя

Параметры

, МПа

γr

, К

Карбюраторные

0,080…0,095

0,04…0,10

340…370

0,70…0,90

Рассчитываемый

двигатель

0,085

0,061

347,8

0,764



2.3 Процесс сжатия


2.3.1 Показатель политропы сжатия


Средний показатель адиабаты сжатия :




Показатель политропы сжатия 1,36


2.3.2 Давление и температура конца процесса сжатия


Давление в МПа и температура в градусах Кельвина (К) а конце процесса сжатия:


;


.


2.3.3 Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в конце сжатия


Температура конца процесса сжатия в градусах Цельсия (ºС):



Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия в

кДж/(кмоль·град):



Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия в

кДж/(кмоль·град):




Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси в кДж/(кмоль·град):


;



Таблица 2.2Значения параметров процесса сжатия


Тип двигателя

Параметры

, МПа

, К

Карбюраторные

1,34…1,38

0,9…2,0

600…800

Рассчитываемый

двигатель

1,36

1,56

751,5



2.4 Процесс сгорания


2.4.1 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси


.


2.4.2 Температура конца видимого сгорания


Температура газа в конце видимого сгорания определяется с использованием решения уравнения сгорания, которая имеет вид:

.


где — коэффициент использования низшей теплоты сгорания на участке видимого сгорания, =0,8…0,95 Принимаем =0,85

потеря теплоты вследствие химической неполноты сгорания, кДж/кг

при <1



средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания при постоянном объеме, кДж/(кмоль·град):


.


Отдельные средние мольные теплоемкости продуктов сгорания при изменении температуры в диапазоне 1501…2800 ºС, могут быть выражены в зависимости от температуры :


;


;


;


;

.



Получаем квадратное уравнение вида:


.


Температура в конце видимого сгорания в градусах Цельсия (ºС):


.


Температура в градусах Кельвина (К):


.


2.4.3 Степень повышения давления цикла

;


2.4.4 Степень предварительного расширения

=1.


2.4.5 Максимальное давление сгорания


Максимальное давление в МПа в конце сгорания:



Таблица 2.3Значения параметров процесса сгорания

Тип двигателя

Параметры

, МПа

, К

Карбюраторные

3,2…4,2

1,0

3,5…7,5

2400…3100

Рассчитываемый

двигатель

3,76

1,0

5,86

2630



2.5 Процесс расширения.


2.5.1 Показатель политропы расширения


Средний показатель адиабаты расширения :


;


.


2.5.2 Давление и температура конца процесса расширения


Степень последующего расширения:


;

Давление в МПа и температура в градусах Кельвина (К) в конце процесса расширения:


;


;


Таблица 2.4Значения параметров процесса расширения


Тип двигателя

Параметры

, МПа

, К

Карбюраторные

1,23..1,30

0,35…0,6

1200…1700

Рассчитываемый

двигатель

1,258

0,397

1514,1



2.6 Проверка точности выбора температуры остаточных газов


Расчетное значение температуры остаточных газов в К:


;


Расхождение между принятой величиной и рассчитанной :


;


2.7 Индикаторные показатели рабочего цикла


2.7.1 Среднее индикаторное давление


Среднее теоретическое индикаторное давление в МПа:

;



Среднее действительное индикаторное давление действительного цикла

в МПа:

;


где — коэффициент полноты индикаторной диаграммы

=0,94…0,97 Принимаем =0,96


2.7.2 Индикаторный КПД


;



2.7.3 Индикаторный удельный расход топлива


Индикаторный удельный расход топлива в г/(кВт·ч):

;


Таблица 2.5Значения индикаторных показателей двигателей


Тип двигателя

Параметры

, МПа

, г/(кВт·ч)

Карбюраторные

0,6…1,4

0,3…0,4

210,,,275

Рассчитываемый

двигатель

0,9383

0,372

220,3



2.8 Эффективные показатели двигателя


2.8.1 Давление механических потерь


Принимаем: экспериментальные коэффициенты =0,034; =0,0113

средняя скорость поршня =9…16 м/с =13,5 м/с

Давление механических потерь в МПа:


;


2.8.2 Среднее эффективное давление

Среднее эффективное давление в МПа:



2.8.3 Механический КПД


;


2.8.4 Эффективный КПД


;


2.8.5 Эффективный удельный расход топлива


Эффективный удельный расход топлива в г/(кВт·ч):


;


Таблица 2.6Значения эффективных показателей двигателей


Тип двигателя

Параметры

, МПа

, г/(кВт·ч)

Карбюраторные

0,6…1,1

0,23…0,38

0,75…0,92

230…310

Рассчитываемый

двигатель

0,75

0,29

0,80

282,6



2.9 Основные параметры и показатели двигателя


Рабочий объем цилиндра в дм2:


;


коэффициент тактности рабочего цикла, =4


Диаметр цилиндра в мм:

;


где — отношение линейных размеров цилиндра =0,86…1,07

Принимаем =0,95

Ход поршня двигателя в мм:


;


Округляем до 95 мм.


Расчетная средняя скорость поршня в м/с:


;


Ошибка между принятой и расчетной средней скоростью поршня:


;

Рабочий объем одного цилиндра в дм3:


;


Литраж двигателя в дм3:


;

Объем камеры сгорания в дм3:


;


Полный объем цилиндра в дм3:


; .


Эффективная мощность двигателя в кВт:


;


Поршневая мощность двигателя в кВт/дм2:


;


Эффективный крутящий момент в Н·м:


;


Часовой расход топлива в кг/ч:


;


Масса двигателя в кг:

;


где — удельная масса рядного двигателя =3,5 кг/кВт



2.10 Оценка надежности двигателя


По критерию Б.Я.Гинцбурга:


;


Критерий А.К.Костина:


;



Поскольку у рассчитываемого двигателя =2,03 кВт/см не превышает значения 2,8 кВт/см, а =8,97 — значения 9,0, то ориентировочно можно считать двигатель надежным.


2.11 Тепловой баланс


Общее количество теплоты введенное в цилиндр в Дж/с:


;

Теплота , эквивалентная эффективной работе, в Дж/с:


;


Теплота , отводимая охлаждающей жидкостью, в Дж/с:


;



где — коэффициент пропорциональности, =0,45…0,53

Принимаем =0,5

показатель степени, =0,6…0,7 Принимаем =0,63

Теплота , унесенная из двигателя с отработавшими газами, в Дж/с:


;


где — температура остаточных газов, Сº:


.


теплоемкость остаточных газов в кДж/(кмоль·град):

;


теплоемкость свежего заряда в кДж/(кмоль·град):


; .


Теплота потерянная при неполном сгорании топлива в Дж/с:


;


Неучтенные потери теплоты в Дж/с:


;


.


Основные значения составляющих теплового баланса:


;


;


;


;


;


;



Таблица 2.7Значения составляющих теплового баланса в процентах


Тип двигателя

Карбюраторный

23…38

24..32

30…55

0…21

3…10

Рассчитываемый двигатель.

29,00195604

24,09538035

28,01157978

14,11670973

4,774374102



2.12 Построение индикаторной диаграммы


Масштаб хода поршня мм

Отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра:


; мм.

Отрезок, соответствующий объему камеры сгорания:


; мм.


Отрезок, соответствующий полному объему цилиндра:

; мм.


Масштаб давления мм.

Отрезок, соответствующий максимальному давлению:


; мм.


Величины давлений в мм:


; мм;


; мм;

; мм;


; мм;


; мм.


Выбираем отношение радиуса кривошипа к длине шатуна

; Принимаем .



Таблица 2.8Результаты расчетов политроп сжатия


а,

град

(1-cosa)+ג/4*(1-cos2a)

AX,

мм

OX,

мм

OB/OX, мм

P=Pа*(OB/OX)^1,36, мПа

Р/μр,

мм

180

2,000

95,00

107,66

1,00

0,085

2,1

190

1,989

94,28

106,94

1,01

0,086

2,1

200

1,956

92,15

104,81

1,03

0,088

2,2

210

1,902

88,67

101,33

1,06

0,092

2,3

220

1,825

83,95

96,61

1,11

0,098

2,5

230

1,726

78,12

90,78

1,19

0,107

2,7

240

1,607

71,36

84,02

1,28

0,119

3,0

250

1,468

63,87

76,53

1,41

0,135

3,4

260

1,312

55,89

68,55

1,57

0,157

3,9

270

1,143

47,64

60,30

1,79

0,187

4,7

280

0,965

39,39

52,05

2,07

0,228

5,7

290

0,784

31,38

44,04

2,44

0,287

7,2

300

0,607

23,86

36,52

2,95

0,370

9,2

310

0,441

17,05

29,71

3,62

0,490

12,2

320

0,293

11,17

23,83

4,52

0,661

16,5

330

0,170

6,40

19,06

5,65

0,895

22,4

340

0,077

2,88

15,54

6,93

1,182

29,5

350

0,019

0,73

13,39

8,04

1,448

36,2

360

0,000

0,00

12,66

8,50

1,562

39,1


Таблица 2.9Результаты расчетов политроп расширения


а, град

(1-cosa)+ג/4*(1-cos2a)

AX,

мм

OX,

мм

OB/OX, мм

P=Pb*(OB/OX)^1,258, мПа

Р/р,

мм

360

0,000

0,00

12,66

8,50

5,865

146,6

370

0,019

0,73

13,39

8,04

5,468

136,7

380

0,077

2,88

15,54

6,93

4,531

113,3

390

0,170

6,40

19,06

5,65

3,505

87,6

400

0,293

11,17

23,83

4,52

2,646

66,2

410

0,441

17,05

29,71

3,62

2,005

50,1

420

0,607

23,86

36,52

2,95

1,547

38,7

430

0,784

31,38

44,04

2,44

1,222

30,6

440

0,965

39,39

52,05

2,07

0,991

24,8

450

1,143

47,64

60,30

1,79

0,823

20,6

460

1,312

55,89

68,55

1,57

0,701

17,5

470

1,468

63,87

76,53

1,41

0,610

15,2

480

1,607

71,36

84,02

1,28

0,542

13,6

490

1,726

78,12

90,78

1,19

0,492

12,3

500

1,825

83,95

96,61

1,11

0,455

11,4

510

1,902

88,67

101,33

1,06

0,428

10,7

520

1,956

92,15

104,81

1,03

0,411

10,3

530

1,989

94,28

106,94

1,01

0,400

10,0

540

2,000

95,00

107,66

1,00

0,397

9,9



Находим характерные точки для построения действительной индикаторной диаграммы


; МПа.


; мм.


; МПа.


; мм.


; МПа.


Действительное давление :


; мм.


; МПа/град.


; МПа.


; Принимаем


Угол, соответствующий точке :


;

Положение точки на индикаторной диаграмме:



; .

.


;



Принимаем характерные углы:

- угол опережения зажигания ; Принимаем

- продолжительность периода задержки воспламенения ;

Принимаем

Начало открытия до ВМТ ; Принимаем .

Полное закрытие после НМТ ; Принимаем .

Начало открытия до НМТ ; Принимаем .

Полное закрытие после ВМТ ; Принимаем .


Определяются углы поворота коленчатого вала в градусах, соответствующие характерным точкам

подача искры; ; ;

начало видимого сгорания; ; ;

начало открытия выпускного клапана; ; ;

начало открытия впускного клапана; ;

полное закрытие впускного клапана; ;

полное закрытие выпускного клапана; .


Определяем положения характерных точек по оси обцисс по формуле для перемещения поршня :



мм;


мм;


мм;


мм;


мм;


мм.


Площадь мм2.

Среднее индикаторное давление в МПа, полученное по графику индикаторной диаграммы:


; .


Расхождение между полученной величиной и величиной , полученной

в тепловом расчете:


; <.


3 Расчет внешней скоростной характеристики


Минимальная частота мин-1; Принимаем мин-1.

Максимальная частота ; мин-1

Принимаем мин-1.

Шаг расчета – 300 мин-1.

Номинальная расчетная мощность двигателя кВт, и соответствующий ей удельный расход топлива г/кВт∙ч.

Частота вращения коленчатого вала при ; мин-1.

Коэффициенты для карбюраторного двигателя: ; ; ; ; .

Зависимость эффективной мощности в кВт:


;

Зависимость эффективного удельного расхода топлива в г/(кВт∙ч):


; .

Зависимость среднего эффективного давления в МПа:


; .


Зависимость среднего эффективного крутящего момента в Н∙м:


; .


Зависимость часового расхода топлива в кг/ч:


.


Зависимость среднего давления механических потерь в МПа:


; .


Зависимость среднего индикаторного давления в МПа:


.


Зависимость мощности механических потерь в кВт:


; .


Зависимость индикаторной мощности в кВт:


.


Зависимость индикаторного крутящего момента в Н∙м:


; .


Зависимость индикаторного удельного расхода топлива в г/(кНт∙ч):


.


Коэффициент избытка воздуха при минимальной частоте:


;

Принимаем ,


а закон изменения принимаем:


; .


Зависимость коэффициента наполнения:


; .












Таблица 3.1Рзультаты расчета внешней скоростной характеристики

ηvx

0,685

0,683

0,686

0,686

0,685

0,81

0,688

0,687

0,685

0,684

0,682

0,680

0,674

0,664

0,648

0,624

ax

0,76

0,77

0,78

0,79

0,80

0,81

0,83

0,84

0,85

0,86

0,87

0,88

0,89

0,90

0,91

0,92

gix, г/кВт∙ч

286,1

270,6

257,0

246,2

236,8

229,2

223,9

220,0

218,1

217,4

218,0

220,3

223,2

226,5

230,3

233,4

Mix, Н∙м

206,9

216,4

226,0

233,0

238,7

24203

244,7

245,4

244,4

241,9

237,6

231,6

223,9

215,1

204,3

191,9

Nix, кВт

13,0

20,4

28,4

36,6

45,0

53,3

61,5

69,4

76,8

83,6

89,6

94,6

98,5

101,4

102,7

102,5

Nмх, кВт

0,8

1,4

2,2

3,1

4,2

5,5

6,9

8,5

10,2

12,1

14,2

16,3

18,6

21,2

23,8

26,6

Pix, МПа

0,896

0,939

0,980

1,011

1,036

1,051

1,060

1,063

1,059

1,048

1,029

1,004

0,971

0,932

0,885

0,832

Pмх, МПа

0,055

0,066

0,077

0,087

0,098

0,109

0,119

0,130

0,141

0,152

0,163

0,173

0,184

0,195

0,205

0,216

Gтх, кг/ч

3,72

5,52

7,30

9,01

10,66

12,22

13,77

15,27

16,75

18,18

19,54

20,84

21,99

22,91

23,65

23,93

Mex, Н∙м

194,1

201,6

208,5

213,2

216,4

217,3

217,2

215,4

211,9

206,9

200,0

191,7

181,6

170,2

156,9

142,1

Pex, МПа

0,841

0,873

0,903

0,924

0,938

0,942

0,941

0,933

0,918

0,896

0,866

0,831

0,787

0,737

0,680

0,616

gex, г/кВт∙ч

304,7

290,7

278,8

269,0

261,3

255,7

252,2

250,8

251,5

254,3

259,2

266,2

275,3

286,5

299,8

315,3

Nex, кВт

12,2

19,0

26,2

33,5

40,8

47,8

54,6

60,9

66,6

71,5

75,4

78,3

79,9

80,2

78,9

75,9

nx

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

3300

3600

3900

4200

4500

4800

5100
































мин-1

кВт


Н∙м

мин-1


мин-1

МПа

г/кВт

мин-1

мин-1

мин-1

кг/ч


Максимальное значение среднего эффективного давления в МПа:


; .

а соответствующая ему частота в мин-1:


; .


Максимальное значение эффективного крутящего момента в Н∙м:


;


при частоте в мин-1:


;


Минимальное значение эффективного удельного расхода топлива

в г/(кВт∙ч):


; .


при частоте в мин-1:


; .



4 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя


4.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме


Площадь поршня в м2:


; .


мм м.


Сила давления газов в общем случае:


.


Масштаб сил давления газов в Н/мм:


; .


часть массы шатуна в сборе, отнесенная к поступательно движущимся массам


; кг


где масса шатуна в сборе.


; кг

где удельная масса шатуна, кг/м3


масса поршневого комплекта (поршень, палец, поршневые кольца,

детали стопорения пальца).


; кг


где удельная масса поршня, кг/м3


Массы частей кривошипно-шатунного механизма, составляющих возвратно-поступательное движение.


; кг


Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс :


, Н


где радиус кривошипа.


; м


угловая скорость коленчатого вала:


; рад/с


Суммарная сила, действующая на поршневой палец:

, Н

Суммарная нормальная (боковая) сила:


, Н


Суммарная сила, действующая вдоль шатуна:


, Н


Суммарная радиальная сила, направленная по радиусу кривошипа:


, Н


Суммарная тангенциальная сила, направленная перпендикулярно к радиусу кривошипа:


, Н


Центробежная сила инерции вращающейся части шатуна , направленная по радиусу кривошипа и нагружающая шатунную шейку (шатунный подшипник):


; Н


где часть массы шатуна, отнесенная к вращающимся массам.


; кг


Результирующая сила , действующая на шатунную шейку:


, Н


4.2 Построение графиков сил и моментов


Площадь ограниченная кривой и осью обцисс, мм2.

Длина диаграммы по оси , мм.

Максимальное Н

Минимальное Н


Среднее ; Н


Масштаб крутящего момента ; Н∙м/мм

Период изменения суммарного крутящего момента ; .

Длина графика суммарного крутящего момента мм

Среднее значение суммарного индикаторного крутящего момента двигателя : Н∙м

Максимальное значение суммарного индикаторного крутящего момента двигателя: Н∙м

Минимальное значение суммарного индикаторного крутящего момента двигателя: Н∙м





ΣMкр.


0

-34

-160

-350

-512

-586

-518

-341

-83

209

512

790

991

1098

1076

925

696

308

0


0,0

-2,3

-11,1

-24,3

-36,1

-40,6

-35,9

-23,6

-5,8

14,5

35,5

54,7

68,6

76,0

74,5

64,0

48,2

21,3

0,0

Rш.ш.

Н

23230

22371

19721

15830

11903

9050

7863

7727

7983

9356

11343

13050

14433

15374

15929

16204

16362

16312

16308

16242

15950

15542

14735

13593

11958

мм

76,4

73,6

64,9

52,1

39,2

29,8

25,9

25,4

26,3

30,8

37,3

42,9

47,5

50,6

52,4

53,3

53,8

53,7

53,6

53,4

52,5

51,1

48,5

44,7

39,3

Т

Н

0

-33,7

-6169

-7744

-7894

-6688

-4460

-1710

1026

3309

4871

5625

5658

5143

4279

3242

2583

1069

0

-1069

-2583

-3242

-4279

-5190

-5770

мм

0,0

-11,1

-20,3

-25,5

-26,0

-22,0

-14,7

-5,6

3,4

10,9

16,0

18,5

18,6

16,9

14,1

10,7

8,5

3,5

0,0

-3,5

-8,5

-10,7

-14,1

-17,1

-19,0

K

Н

-15453

-14847

-12886

-9845

-6506

-3476

-1263

-137

-140

-975

-2467

-3998

-5501

-6712

-7567

-8099

-8380

-8500

-8531

-8500

-8380

-8099

-7567

-6773

-5610

мм

-50,8

-48,8

-42,4

-32,4

-21,4

-11,4

-4,2

-0,5

-0,5

-3,2

-8,1

-13,2

-18,1

-22,1

-24,9

-26,6

-27,6

-28,0

-28,1

-28,0

-27,6

-26,6

-24,9

-22,3

-18,5

N

Н

0

-753

-1393

-1779

-1865

-1633

-1135

-455

287

975

1508

1830

1932

1833

1560

1239

844

411

0

-411

-844

-1239

-1560

-1700

-1853

мм

0,0

-2,5

-4,6

-5,9

-6,1

-5,4

-3,7

-1,5

0,9

3,2

5,0

6,0

6,4

6,0

5,1

4,1

2,8

1,4

0,0

-1,4

-2,8

-4,1

-5,1

-5,6

-6,1

Sш.ш.

Н

-15453

-15231

-14284

-12528

-10229

-7539

-4637

-1717

1033

3452

5428

6905

7895

8459

8697

8724

8650

8566

8531

8566

8650

8724

8697

8537

8052

мм

-50,8

-50,1

-47,0

-41,2

-33,6

-24,8

-15,3

-5,6

3,4

11,4

17,9

22,7

26,0

27,8

28,6

28,7

28,5

28,2

28,1

28,2

28,5

28,7

28,6

28,1

26,5

Р


Н

-15453

-15212

-14215

-12400

-10056

-7357

-4494

-1654

992

3309

5209

6653

7651

8255

8550

8635

8609

8555

8531

8555

8609

8635

8550

8331

7803

мм

-50,8

-50,0

-46,8

-40,8

-33,1

-24,2

-14,8

-5,4

3,3

10,9

17,1

21,9

25,2

27,2

28,1

28,4

28,3

28,1

28,1

28,1

28,3

28,4

28,1

27,4

25,7

Рг

Н

-15605

-15212

-14063

-12248

-9904

-7205

-4342

-1502

1144

3461

5361

6805

7803

8407

8702

8787

8761

8707

8683

8707

8761

8787

8702

8407

7803

мм

-51,3

-50,0

-46,3

-40,3

-32,6

-23,7

-14,3

-4,9

3,8

11,4

17,6

22,4

25,7

27,7

28,6

28,9

28,8

28,6

28,6

28,6

28,8

28,9

28,6

27,7

25,7

PГ

Н

152

0

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-152

-76

0

мм

0,5

0,0

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,5

-0,3

0,0

а

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240


Таблица 11Результат вычисления сил, действующих в КШМ






























Rш.ш.

Н

10398

9019

8026

7742

7826

8929

10930

12804

13965

13625

11078

9450

14719

12315

7053

6426

7131

8109

9439

11429

13188

15176

16606

17605

мм

34,2

29,7

26,4

25,5

25,7

29,4

36,0

42,1

45,9

44,8

36,4

31,1

48,8

40,5

23,2

21,1

23,5

26,7

31,0

37,6

43,4

49,9

54,6

57,9

Т

Н

-5831

-5226

-3917

-1970

453

2650

4339

4911

4326

2673

745

0

4924

8146

6970

5589

4780

5044

5988

7319

8325

8907

8838

8086

мм

-19,2

-17,2

-12,9

-6,5

1,5

8,7

14,3

16,2

14,2

8,8

2,5

0,0

16,2

26,8

22,9

18,4

15,7

16,6

19,7

24,1

27,4

29,3

29,1

26,6

K

Н

-4145

-2647

-1154

-212

-36

-750

-2255

-4048

-5501

-5583

-3276

17227

21647

17014

8861

4607

2485

1428

481

-1001

-2452

-4511

-6282

-7861

мм

-13,6

-8,7

-3,8

-0,7

-0,1

-2,5

-7,4

-13,3

-18,1

-18,4

-10,8

56,7

71,2

56,0

29,1

15,2

8,2

4,7

1,6

-3,3

-8,1

-14,8

-20,7

-25,9

N

Н

-1896

-1618

-1154

-551

121

674

1060

1161

994

604

166

0

1098

1839

1601

1321

1167

1283

1593

2047

2452

2758

2875

2761

мм

-6,2

-5,3

-3,8

-1,8

0,4

2,2

3,5

3,8

3,3

2,0

0,5

0,0

3,6

6,1

5,3

4,3

3,8

4,2

5,2

6,7

8,1

9,1

9,5

9,1

Sш.ш.

Н

7158

5823

4087

4983

-455

-2755

-4891

-6364

-6999

-6189

-3360

17227

22208

18859

11275

7242

5389

5245

6013

7368

8686

9925

10849

11283

мм

23,5

19,2

13,4

6,5

-1,5

-9,1

-16,1

-20,9

-23,0

-20,4

-11,1

56,7

73,1

62,0

37,1

23,8

17,7

17,3

19,8

24,2

28,6

32,6

35,7

37,1

Р


Н

6896

5589

3917

1904

-438

-2670

-4773

-6256

-6928

-6159

-3356

17227

22180

18769

11160

7120

5259

5082

5794

7072

8325

9526

10453

10934

мм

22,7

18,4

12,9

6,3

-1,4

-8,8

-15,7

-20,6

-22,8

-20,3

-11,0

56,7

73,0

61,7

36,7

23,4

17,3

16,7

19,1

23,3

27,4

31,3

34,4

36,0

Рг

Н

6805

5361

3461

1144