Главная       Продать работу       Блог       Контакты       Оплата       О нас       Как мы работаем       Регистрация       Вход в кабинет
Тех. дипломные работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   электроснабжение
   пищевая промышленность
   водоснабжение
   газоснабжение
   автоматизация
   теплоснабжение
   холодильники
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. курсовые работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   детали машин
   электроснабжение
   газоснабжение
   водоснабжение
   пищевая промышленность
   автоматизация
   теплоснабжение
   ТММ
   ВСТИ
   гидравлика и пневматика
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. дополнения
   Отчеты
   Расчетно-графические работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Чертежи и 3D моделирование
   Тех. soft
   Рефераты
   Общий раздел
   Технологический раздел
   Конструкторский раздел
   Эксплуатационный раздел
   БЖД раздел
   Экономический раздел
   Экологический раздел
   Автоматизация раздел
   Расчетные работы

Гум. дипломные работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. курсовые работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. дополнения
   Отчеты
   Расчетные работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Сочинения
   Гум. soft
   Рефераты

Рефераты
   Авиация и космонавтика
   Административное право
   Арбитражный процесс
   Архитектура
   Астрология
   Астрономия
   Банковское дело
   Безопасность жизнедеятельнос
   Биографии
   Биология
   Биология и химия
   Биржевое дело
   Ботаника и сельское хоз-во
   Бухгалтерский учет и аудит
   Валютные отношения
   Ветеринария
   Военная кафедра
   ГДЗ
   География
   Геодезия
   Геология
   Геополитика
   Государство и право
   Гражданское право и процесс
   Делопроизводство
   Деньги и кредит
   ЕГЭ
   Естествознание
   Журналистика
   ЗНО
   Зоология
   Издательское дело и полиграф
   Инвестиции
   Иностранный язык
   Информатика
   Информатика, программировани
   Исторические личности
   История
   История техники
   Кибернетика
   Коммуникации и связь
   Компьютерные науки
   Косметология
   Краеведение и этнография
   Краткое содержание произведе
   Криминалистика
   Криминология
   Криптология
   Кулинария
   Культура и искусство
   Культурология
   Литература : зарубежная
   Литература и русский язык
   Логика
   Логистика
   Маркетинг
   Математика
   Медицина, здоровье
   Медицинские науки
   Международное публичное прав
   Международное частное право
   Международные отношения
   Менеджмент
   Металлургия
   Москвоведение
   Музыка
   Муниципальное право
   Налоги, налогообложение
   Наука и техника
   Начертательная геометрия
   Оккультизм и уфология
   Остальные рефераты
   Педагогика
   Политология
   Право
   Право, юриспруденция
   Предпринимательство
   Прикладные науки
   Промышленность, производство
   Психология
   психология, педагогика
   Радиоэлектроника
   Реклама
   Религия и мифология
   Риторика
   Сексология
   Социология
   Статистика
   Страхование
   Строительные науки
   Строительство
   Схемотехника
   Таможенная система
   Теория государства и права
   Теория организации
   Теплотехника
   Технология
   Товароведение
   Транспорт
   Трудовое право
   Туризм
   Уголовное право и процесс
   Управление
   Управленческие науки
   Физика
   Физкультура и спорт
   Философия
   Финансовые науки
   Финансы
   Фотография
   Химия
   Хозяйственное право
   Цифровые устройства
   Экологическое право
   Экология
   Экономика
   Экономико-математическое мод
   Экономическая география
   Экономическая теория
   Этика
   Юриспруденция
   Языковедение
   Языкознание, филология

Главная > Тех. курсовые работы > автомобили
Название:
Проектирование автомобильного 5-ти цилиндрового ДВЗ А-98

Тип: Курсовые работы
Категория: Тех. курсовые работы
Подкатегория: автомобили

Цена:
1 грн



Подробное описание:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЁЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ДОНБАССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

 

Кафедра “Автомобили и автомобильное хозяйство”

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине “Автомобильные двигатели”
на тему «Проектирование автомобильного двигателя»

 

 


Выполнил
студент группы ААХ-14б
Сахно Д. Я.

Проверил
Чухаркин А. В.

 

 

 

 

 

 


Макеевка 2011

СОДЕРЖАНИЕ

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ, КОТОРЫЙ
ПРОЕКТИРУЕТСЯ .……………………………………………...…………….3
1.1 Общее описание двигателя…………………………………………………...3
1.2 Конструктивная проработка ДВС……………………………………………4
2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ДВС…………………………………………………….7
2.1 Определение параметров рабочего тела……………………………………..7
2.2 Расчет процессов газообмена………………………………………………….9
2.3 Расчёт процесса сжатия………………………………………………………11
2.4 Расчёт процесса сгорания…………………………………………………….12
2.5 Расчёт процесса расширения………………………………………………...13
2.6 Определение индикаторных и эффективных показателей ДВС…………...13
2.7 Определение параметров цилиндра и двигателя…………………………....15
2.8 Построение индикаторной диаграммы……………………………………..17
3 ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНИХ СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ДВИГАТЕЛЯ…………………………………………………………………..21
4 СРАВНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДВС С АНАЛОГИЧНЫМИ
КОНСТРУКЦИЯМИ И ВЫБОР ПРОТОТИПОВ…………………………...26
5 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ……………………………………………...29
5.1 Перемещение поршня……………………………………………………….29
5.2 Скорость поршня…………………………………………………………….30
5.3 Ускорение поршня…………………………………………………………...31
6 ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ…………………………………………………34
6.1 Анализ сил и моментов, которые действуют в КШМ……………………..34
6.2 Построение графиков сил и моментов, которые действуют в КШМ…….37
6.3 Определение суммарного крутящего момента от всех цилиндров двигателя…………………………………………………………………….39

7 РАСЧЁТ НА ПРОЧНОСТЬ…………………………………………………...41
7.1 Расчёт гильзы цилиндра……………………………………………………..41
7.2 Расчёт силовых шпилек головки блока…………………………………….42
7.3 Расчёт поршня………………………………………………………………..43
7.4 Расчёт поршневого пальца…………………………………………………..45
7.5 Расчёт поршневых колец……………………………………………………46
7.6 Расчёт деталей шатунной группы…………………………………………..48
8 РАСЧЁТ СИСТЕМ…………………………………………………………….53
8.1 Расчёт механизма газораспределения………………………………….......53
8.2 Расчёт системы смазки………………………………………………………59
8.3 Расчёт системы охлаждения………………………………………………...61
Информационные источники……………………………………………….63

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ, КОТОРЫЙ ПРОЕКТИРУЕТСЯ
1.1 Общее описание двигателя
Данный двигатель может применяться на легковых автомобилях. Существует двигатель аналогичный данному.
Полное описание, технические характеристики:
Кол-во цилиндров, расположение, привод ГРМ, кол-во клапанов: R5, 10 Valve, SOHC, зубчатый ремень
ГРМ: зубчатый ремень
Среднее эффективное давление – 0,83 МПа
Средняя скорость поршня на номинальном режиме – 14,4 м/с
Тип топлива: 98
Период выпуска: 02.1983-1992
Устанавливался на (In the following car(s)):
Audi 100 (C2, C3)
Audi 100 Taxi (C2, C3)
Параметр Модель двигателя
WH
Число цилиндров 5
Диаметр цилиндра, мм 79,5
Ход поршня, мм 77,4
Рабочий объем, см3 1921
Степень сжатия 10,0
Номинальная мощность, кВт (л.с.)/ Частота вращения коленчатого вала, мин–1 74 (100)/5600
Максимальный крутящий
момент, Н•м/ Частота вращения коленчатого вала, мин–1 150/3300
Порядок работы цилиндров 1–2–4–5–3
Блок цилиндров Чугунный безгильзовый

Головка блока Из алюминиевого сплава, в головку запрессованы направляющие втулки и седла клапанов
Поршни Из алюминиевого сплава со стальными вставками с двумя компрессионными и одним маслосъемным кольцом
Коленчатый вал Стальной кованый
Фазы газораспределения впускных клапанов, град:
– открытие до ВМТ 0,5
– закрытие после НМТ 36,5
Фазы газораспределения выпускных клапанов, град:
– открытие до ВМТ 37
– закрытие после НМТ 1
Зазор между кулачками распределительного вала и регулировочными шайбами клапанов на холодном двигателе (при температуре головки цилиндров 20° С), мм:
– впускных клапанов 0,2 ± 0,05
– выпускных клапанов 0,4 ± 0,05
Масляный фильтр Champions
Давление масла в системе смазки двигателя, кг/см2:
– на холостом ходу От 0,15 до 0,45
при частоте вращения
коленчатого вала 2000 мин–1 2,0
Воздушный фильтр Mann C22117 или Purflux A515
Система впрыска топлива KE-Motronic
Система зажигания Бесконтактная с датчиком-распределителем, катушкой зажигания и коммутатором
Угол опережения зажигания, град 18 ± 1
Свечи зажигания Bosch W6DO, Beru 14-6D, Champion N7Y
Зазор между электродами свечей, мм
0,8 – 0,9
1.2 Конструктивная проработка ДВС
Особенности ДВС:
- четырёхтактный
- порядок работы цилиндров - 1–2–4–5–3
- система охлаждения жидкостная
- 10 Valve, SOHC, зубчатый ремень
- турбонагнетатель
- система впрыска топлива - KE-Motronic
- система выпуска отработавших газов содержит каталитический
нейтрализатор и систему рециркуляции
Разрабатываемый двигатель будет четырёхтактным, так как у четырёхтактных двигателей:
- больший ресурс.
- большая экономичность.
- более чистый выхлоп.
Система охлаждения жидкостная – рубашка охлаждения поглощает шум при работе двигателя. В головке блока расположен один распределительный вал с десятью клапанами: на каждый цилиндр приходиться по два впускных и по два выпускных клапана. Это обеспечивает экономичность двигателя и оптимальную мощность. Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала посредством зубчатого ремня. Это также снижает шум при работе двигателя по сравнению с цепным приводом. Необходимость применения таких систем как система рециркуляции и каталитический нейтрализатор связана с высокими требованиями к экологичности автомобиля.

Рис. 1. Рабочий цикл 4-тактного двигателя.

Схема системы рециркуляции отработавших газов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ДВС
2.1 Определение параметров рабочего тела
Выбираем бензин автомобильный А-98 в качестве топлива для проектируемого двигателя
Определение октанового числа в зависимости от степени сжатия и диаметра D по формуле:
(1)

Определение низшей теплоты сгорания топлива по формуле Менделеева:
(МДж/кг) (2)
где C, Н, О, S, W – массовые доли углерода, водорода, кислорода, серы и
влаги в 1 кг топлива.
МДж/кг
Определение количества воздуха, которое теоретически необходимо для сгорания 1 кг жидкого топлива кг/кг, и кмоль/кг:
(3)
(4)
кг/кг
кмоль/кг
Необходимо задаться значением коэффициента излишка воздуха α.

α = l/l0 = L/L0. (5)

где l, L - действительное количество воздуха в смеси, соответственно, кг/кг и кмоль/кг. Коэффициент излишка воздуха на номинальном режиме находится в пределах 0,96÷0,98. Принимаем α=0,97.
Определение количества горючей смеси М1, кмоль/кг:
(6)
где - молекулярная масса паров топлива, кг/кмоль.
кмоль/кг
Определение теплоты сгорания топливной смеси:
(7)
Мдж/кмоль
Определение потери теплоты из-за неполноты сгорания
(8)
Мдж/кг
Определение количества продуктов сгорания Мі, кмоль/кг:
При неполном сгорании топлива (α<1):

кмоль/кг (9)
(10)
кмоль/кг
(11)
кмоль/кг
(12)
кмоль/кг
(13)
кмоль/кг
где K-постоянная для бензина. К=0,475.
тогда общее количество продуктов сгорания М2, кмоль/кг:
(14)
кмоль/кг
Определяем изменение количества молей при сгорании кмоль/кг:
При неполном сгорании топлива (α<1):
(15)
кмоль/кг
Определяем относительное изменение объёма смеси :
При неполном сгорании топлива (α<1):
(16)
кмоль/кг
2.2 Расчет процессов газообмена
Определяем температуру за компрессором:
(17)
где - давление после компрессора:
(18)
где - степень повышения давления;
n – показатель политропы сжатия компрессора.
МПа
К
Определяем глубину охлаждения в охладителе наддувочного воздуха (ОНВ) :
(19)
где - желаемая температура заряда на входе в цилиндры, К.
К
Температура воздуха на входе в цилиндры ниже 20 К, поэтому применение промежуточного охладителя воздуха нецелесообразно.
Определяем давление в конце впуска
(20)
где - потери давления на впуске.
(21)
МПа
МПа
. Принимаем .
Определяем действительное значение теплоты сгорания рабочей смеси
(22)

Определяем действительное значение теплоты сгорания рабочей смеси
(23)
кДж/кмоль
Определяем температуру в конце впуска, учитывая наличие в цилиндре остаточных газов
(24)
К
Определяем плотность на впуске
(25)
где R-газовая постоянная воздуха, 287 Дж/(кг•К)
кг/м3
Определяем коэффициент наполнения цилиндров
(26)

2.3 Расчёт процесса сжатия
Определим температуру в конце процесса сжатия
(27)
где - показатель политропы процесса сжатия. Принимаем =1,35
K
Определяем давление в конце процесса сжатия
(28)
МПа
Вычисляем среднюю мольную теплоёмкость свежей смеси, как теплоёмкость воздуха при постоянном объёме
(29)
где - температура в конце процесса сжатия, которая выражена в градусах Цельсия.
кДж
Определяем объёмные доли компонентов в продуктах сгорания :
(30)


Определяем среднюю мольную теплоёмкость остаточных газов при постоянном объёме
(31)
где - средние мольные теплоёмкости компонентов смеси, кДж.
(32)
кДж
(33)
кДж
(34)
кДж
(35)
кДж
(36)
кДж


Определяем среднюю мольную теплоёмкость рабочей смеси
(37)
кДж
2.4 Расчёт процесса сгорания
Определение температуры газов в конце процесса сгорания
(38)

ºС
K
Определение давления в конце процесса сгорания
(39, 40,41)
где - действительное давление в конце сгорания, МПа;
МПа

МПа
2.5 Расчёт процесса расширения
Определение давления и температуры в конце процесса расширения
(42, 43)
МПа º К
Определение действительной температуры остаточных газов
(44)
º К
2.6 Определение индикаторных и эффективных показателей ДВС
Определение теоретического среднего давления
(45)
МПа
Вычисление среднего индикаторного давления
(46)
МПа
Вычисление индикаторного КПД
(47)

Вычисление индикаторного удельного расхода топлива
(48)
г/кВт•час
Вычисление среднего условного давления механических потерь с учётом числа цилиндров двигателя, задаваясь отношением хода поршня к диаметру цилиндра S/D
(49)
МПа
Вычисление среднего эффективного давления
(50)
МПа

Вычисление механического КПД
(51)

Вычисление эффективного КПД
(52)

Вычисление эффективного удельного расхода топлива
(53)
г/кВт•час
2.7 Определение параметров цилиндра и двигателя
Определение ориентировочного рабочего объёма двигателя
(54)
где - тактность двигателя.
л
Определение объёма цилиндра двигателя
(55)
л
Вычисление диаметра цилиндра
(56)
мм
Округляем до 67 мм

Вычисление хода поршня
(57)
мм
Округляем до 66 мм

 


Вычисление действительной средней скорости поршня
(58)

Вычисление фактического объёма двигателя
(59)
л
Определение фактического объёма цилиндра двигателя
(60)
л
Определение индикаторной мощности двигателя
(61)
кВт
Определение фактической мощности
(62)
кВт


Определение литровой мощности двигателя
(63)
кВт/л


Определение удельной поршневой мощности двигателя
(64)
кВт/дм2
Определение часового расхода топлива на номинальном режиме
(65)
кг/час
Вычисление крутящего момента двигателя на номинальном режиме
(66)
Н•м
2.8 Построение индикаторной диаграммы
Определение минимального объёма цилиндра
(67)
л
Определение максимального объёма цилиндра
(68)
л
Определяем давление в промежуточных точках политропных процессов сжатия и расширения
(69)
(70)
МПа
Таблица 2.1 – Результаты расчёта индикаторной диаграммы

л
МПа
л
МПа

0,0493 1,052 0,0493 4,01
0,0726 0,624 0,0726 2,514
0,0959 0,428 0,0959 1,768
0,1192 0,319 0,1192 1,342
0,1425 0,251 0,1425 1,071
0,1658 0,205 0,1658 0,884
0,1891 0,171 0,1891 0,749
0,2124 0,146 0,2124 0,646
0,2327 0,129 0,2327 0,567

МПа
Определение положения точки
(71)
(72)
л
Определение положения точки
(73)
(74)
л
Определение положения точки
(75)
л

 


Определение ординаты точки
(76)
л
Определение абцисы точки
(77)
л

3 ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНИХ СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ДВИГАТЕЛЯ
Определение зависимости мощности двигателя от частоты его вращения
(78)
где - текущее значение мощности двигателя;
- текущее значение частоты вращения коленчатого вала двигателя;
кВт
Вычисление удельного эффективного расхода топлива
(79)
г/(кВт•час)


кг/час
Вычисляем значение крутящего момента
(80)
Н•м

 

 


Таблица 3.1 - Результаты расчёта ВСХ
мин-1
кВт
г/(кВт•час)
кг/час
Н•м

800 11,5 323,5 3,72 137
1000 14,7 313 4,6 140
1500 23 291 6,69 146
2000 31,5 275,4 8,68 150
2500 39,7 266 10,56 152
3000 47,3 262,9 12,44 151
3500 53,8 266 14,31 147
4000 59 275,44 16,25 141
4500 62,4 291,09 18,16 132
5000 63,577 313 19,9 121
5500 62,2 341,17 21,22 108
6000 46,2 375,6 17,35 74

 

 

 

 


Определение коэффициента приспособленности
(81)
где максимальное значение крутящего момента по результатам расчётов ВСХ.

Определение скоростного коэффициента
(82)
где значение частоты, которая соответствует максимальному крутящему
моменту.

Определение коэффициента запаса крутящего момента
(83)

Определение коэффициента а
(84)

Определение коэффициента b
(85)

Определение коэффициента c
(86)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 СРАВНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДВС С АНАЛОГИЧНЫМИ
КОНСТРУКЦИЯМИ И ВЫБОР ПРОТОТИПОВ
Таблица 4.1
Наименование Единица
измере
ния Аналог
№ 1 (AUDI HZ) Аналог
№ 2 (AUDI GL) Аналог
№ 1 (SMART) Двигатель,
который
проекти-
руется
1. Рабочий объём, V дм3 (л) 1,043 1,043 1,124 1,098
2. Число цилиндров, i - 4 4 3 5
3. Диаметр цилиндра, D мм 75 75 75 67
4. Ход поршня, S мм 59 59 84,9 66
5. Отношение, S/D - 0,79 0,79 1,13 0,99
6. Степень сжатия,
- 9,5 10 10,5 10
7. Номинальная мощность,
кВт 33 33 55 63,577
8. Ном. частота вращения,
мин-1 5900 5200 6000 5000
9. Максимальный крутящий
момент,
Н•м 76 76 100 152
10. Частота вращения при ,
мин-1 2800 2800 3500 2500
11. Коэффициент
приспособленности, кМ - 1,26
12. Скоростной коэффициент, кс - 0,5
13. Коэффициент запаса
крутящего момента
- 0,26
14. Удельный расход топлива
на номинальном режиме,
г/
(кВт•час) 313
16. Среднее эффективное давление,
МПа 0,64 0,73 0,98 1,312


Продолжение табл. 4.1
17. Средняя скорость поршня
на номинальном режиме м/с 11,6 10,2 17,0 11
18. Литровая мощность,
кВт/л 31,64 31,64 48,93 54,667
19. Удельная поршневая мощность,
кВт/ дм2 36,065
20. Число впускных клапанов
на цилиндр - 1 1 2 1
21. Число выпускных
клапанов на цилиндр - 1 1 2 1
22. Тип камеры сгорания - сферическ.
23. Вид системы охлаждения - жидкостная
24. Особенности системы
питания - C Центр.
впрыск Распр. впр. с элек. уп.
25. Вид наддува - Турбо
26. Давление наддува,
МПа 0,12
Вывод: проектируемый двигатель превосходит двигатели-аналоги по мощности и крутящему моменту - основным техническим характеристикам любого двигателя.

 

 

 

 


5 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
5.1 Перемещение поршня
Перемещение поршня может быть представлено как сумма двух гармонических перемещений первого и второго порядков:
х = х1 + х2 , (87)
где x1 – перемещение первого порядка, которое отвечает перемещению поршня при бесконечной длине шатуна, м:
x1 = R(1 - cos); (88)
x2 – перемещение второго порядка, которое представляет собой поправку на конечную длину шатуна, м. Поправка на конечную длину шатуна зависит от отношения  = R/L и с увеличением этого отношения возрастает:

(89)
Принимаем .
(90)
мм
мм
мм
х = 0 + 0=0 мм
5.2 Скорость поршня
Этот параметр определяется дифференцированием уравнения для перемещения. Взяв первую производную от правой части этого уравнения по времени, получим
(91)
где  - средняя угловая скорость коленчатого вала, 1/с:
(92)
где n – частота вращения коленчатого вала, мин –1.
Аналогично перемещению скорость поршня может быть представленная суммой гармонических составных первого порядка и второго порядка:
v = v1 + v2, (93)
v1 = R•ω·sin φ, (94)
(95)
Первая гармоника скорости представляет собой скорость поршня при бесконечной длине шатуна. Гармоника второго порядка является поправкой к скорости поршня на конечную длину шатуна.
При движении поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) максимальное значение скорости поршня достигается при угле поворота кривошипа  менее 90°, а при движении в обратном направлении – при угле  более 270°.

1/с
v1 = 0,033•524·sin 0º=0 м/с
м/с
v = 0 + 0=0 м/с
5.3 Ускорение поршня

Этот параметр определяется как производная от скорости по времени
j = R(cos + cos2)2. (96)
Согласно полученному выражению ускорение поршня можно представить в виде двух гармонических составляющих. Первая выражает ускорение поршня при бесконечной длине шатуна, другая вносит поправку на конечную длину шатуна и возрастает с увеличением :
j = j1 +j2 , (97)
j1 = R·2·cos , (98)
j2 = R·2·cos2 . (99)
Из анализа последнего уравнения можно установить, что поршень имеет экстремальные значения ускорения при  = 0 и  =180°. При  = 0, т.е. в ВМТ, абсолютное значение ускорения поршня максимально. При  = 180°, т.е. в НМТ, абсолютное значение ускорения поршня меньше по модулю и противоположно по знаку.
Минимальное значение ускорения поршня j = 0 отвечает углу поворота кривошипа, при котором скорость поршня имеет максимальное значение. При  < 0,25 кривая ускорения выпуклая (ускорение достигает наибольшего отрицательного значения только один раз). При  > 0,25 кривая имеет вогнутую форму и ускорение достигает минимального значения дважды (по обе стороны от НМТ).

j1 = 0,033·5242·cos0º=9047 м/с2
j2 = 0,033·5242·0,275cos2 0º=2488 м/с2
j = 9047 +2488=11535 м/с2
(100)
м/с2

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5.1
, град x,
мм x1, мм x2, мм v, м/с v1, м/с v2, м/с j, м/с2 j1, м/с2 j2, м/с2
0 0 0 0 0 0 0 11553 9061 2492
12 0,917 0,721 0,196 4,562 3,595 0,967 11139 8863 2276
24 3,604 2,853 0,751 8,8 7,033 1,767 9945 8278 1667
36 7,87 6,302 1,568 12,425 10,164 2,261 8101 7331 770
48 13,425 10,919 2,506 15,215 12,85 2,365 5802,538 6063 -260,462
60 19,903 16,5 3,403 17,034 14,975 2,059 3285 4531 -1246
72 26,906 22,802 4,104 17,844 16,446 1,398 784 2800 -2016
84 34,039 29,551 4,488 17,691 17,197 0,494 -1489,87 947,133 -2437
96 40,937 36,449 4,488 16,703 17,197 -0,494 -3384,13 -947,133 -2437
108 47,302 43,198 4,104 15,048 16,446 -1,398 -4816 -2800 -2016
120 52,903 49,5 3,403 12,916 14,975 -2,059 -5777 -4531 -1246
132 57,587 55,081 2,506 10,485 12,85 -2,365 -6323,46 -6063 -260,462
144 61,266 59,698 1,568 7,903 10,164 -2,261 -6561 -7331 770,002
156 63,898 63,147 0,751 5,266 7,033 -1,767 -6611 -8278 1667
168 65,475 65,279 0,196 2,628 3,595 -0,967 -6587 -8863 2276
180 66 66 0 0 0 0 -6569 -9061 2492
192 65,475 65,279 0,196 2,628 3,595 -0,967 -6587 -8863 2276
204 63,898 63,147 0,751 5,266 7,033 -1,767 -6611 -8278 1667
216 61,266 59,698 1,568 7,903 10,164 -2,261 -6561 -7331 770,002
228 57,587 55,081 2,506 10,485 12,85 -2,365 -6323,46 -6063 -260,462
240 52,903 49,5 3,403 12,916 14,975 -2,059 -5777 -4531 -1246
252 47,302 43,198 4,104 15,048 16,446 -1,398 -4816 -2800 -2016
264 40,937 36,449 4,488 16,703 17,197 -0,494 -3384,13 -947,133 -2437
276 34,039 29,551 4,488 17,691 17,197 0,494 -1489,87 947,133 -2437
288 26,906 22,802 4,104 17,844 16,446 1,398 784 2800 -2016
300 19,903 16,5 3,403 17,034 14,975 2,059 3285 4531 -1246
312 13,425 10,919 2,506 15,215 12,85 2,365 5802,538 6063 -260,462
324 7,87 6,302 1,568 12,425 10,164 2,261 8101,002 7331 770,002
336 3,604 2,853 0,751 8,8 7,033 1,767 9945 8278 1667
348 0,917 0,721 0,196 4,562 3,595 0,967 11139 8863 2276
360 0 0 0 0 0 0 11553 9061 2492

 


6. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
6.1 Анализ сил и моментов, которые действуют в КШМ
Таблица 6.1
φ β Рц Рг Рj Р N S K T M
0 0 0,112 38,775 -11610 -11571,2 0 -11571,2 -11571,2 0 0
12 3.278 0,112 38,775 -11200 -11161,2 -639 -11170 -10780 -2944 -97
24 6.422 0,112 38,775 -9950 -9911,23 -1120 -10020 -8639 -5073 -167
36 9.302 0,112 38,775 -8141 -8102,23 -1327 -8210 -5775 -5836 -193
48 11.792 0,112 38,775 -5832 -5793,23 -1209 -5918 -2977 -5114 -169
60 13.778 0,112 38,775 -3301 -3262,23 -800 -3359 -938 -3225 -106
72 15.161 0,112 38,775 -788 -749,225 -203 -776 -38 -775 -26
84 15.872 0,112 38,775 1498 1536,775 437 1597 -274 1574 52
96 15.872 0,112 38,775 3401 3439,775 978 3577 -1332 3319 110
108 15.161 0,112 38,775 4840 4878,775 1322 5055 -2765 4231 140
120 13.778 0,112 38,775 5805 5843,775 1433 6017 -4163 4345 143
132 11.792 0,112 38,775 6355 6393,775 1335 6532 -5270 3858 127
144 9.302 0,112 38,775 6593 6631,775 1086 6720 -6004 3019 100
156 6.422 0,112 38,775 6643 6681,775 752 6724 -6410 2031 67
168 3.278 0,112 38,775 6620 6658,775 381 6669 -6592 1011 33
180 0 0,112 44,075 6602 6646,075 0 6641 -6641 0 0
192 -3.278 0.114 60 6620 6680 -382 6675 -6597 -1012 -33
204 -6.422 0.118 90 6643 6733 -755 6746 -6431 -2037 -67
216 -9.302 0.126 135 6593 6728 -1095 6772 -6050 -3043 -100
228 -11.792 0.139 201 6355 6556 -1355 6630 -5349 -3916 -129
240 -13.778 0.158 297 5805 6102 -1473 6184 -4279 -4465 -147
252 -15.161 0.185 436 4840 5276 -1392 5322 -2911 -4455 -147
264 -15.872 0.225 642 3401 4043 -1091 3989 -1486 -3702 -122
276 -15.872 0.2831 954 1498 2452 -608 2224 -381 -2191 -72
288 -15.161 0.3718 1400 -788 612 -45 172 9 -172 -6
300 -13.778 0.5101 2200 -3301 -1101 456 -1914 -535 1838 61
312 -11.792 0.7309 3500 -5832 -2332 754 -3689 -1856 3188 105
324 -9.302 1.0826 5300 -8141 -2841 767 -4743 -3336 3372 111
336 -6.422 1.6032 7400 -9995 -2595 529 -4729 -4078 2395 79
348 -3.278 2.1988 8400 -11200 -2800 218 -3806 -3672 1003 33
360 0 9.214 32120 -11610 20510 0 17340 16720 0 0
372 3.278 8.187 28500 -11200 19800 991 11180 9645 4568 151
384 6.422 6.089 21110 -9995 18505 1251 6445 4533 5663 187
396 9.302 4.215 14500 -8141 12969 1042 4182 2104 4581 151
408 11.792 2.917 9926 -5832 8668 855 3792 1059 3614 119
420 13.778 2.082 6984 -3301 6625 903 4469 221 3641 120
432 15.161 1.548 5101 -788 6196 1169 5582 -957 4463 147
444 15.872 1.199 3871 1498 6599 1527 6704 -2498 5499 181
456 15.872 0.966 3047 3401 7272 1834 7587 -4150 6222 205
468 15.161 0.806 2483 4840 7887 1984 8131 -5625 6352 210
480 13.778 0.694 2091 5805 8288 1936 8349 -6737 5870 194
492 11.792 0.617 1818 6355 8446 1706 8333 -7445 4932 163
504 9.302 0.5635 1630 6593 8411 1347 8203 -7820 3744 124
516 6.422 0.5289 1508 6643 8273 918 8072 -7979 2477 82
528 3.278 0.5093 1439 6620 8128 462 8019 -8019 1224 40
540 0 0,1038 10 6602 6612 0 6612 -6612 0 0
552 -3.278 0,1038 10 6620 6630 -380 6640 -6564 -1007 -33
564 -6.422 0,1038 10 6643 6653 -749 6695 -6383 -2022 -67
576 -9.302 0,1038 10 6593 6603 -1082 6691 -5978 -3006 -99
588 -11.792 0,1038 10 6355 6365 -1329 6502 -5246 -3841 -127
600 -13.778 0,1038 10 5805 5815 -1426 5987 -4142 -4323 -143
612 -15.161 0,1038 10 4840 4850 -1314 5025 -2749 -4206 -139
624 -15.872 0,1038 10 3401 3411 -970 3546 -1321 -3291 -109
636 -15.872 0,1038 10 1498 1508 -429 1567 -269 -1544 -51
648 -15.161 0,1038 10 -788 -778 211 -806 -40 805 27
660 -13.778 0,1038 10 -3301 -3291 807 -3389 -947 3254 107
672 -11.792 0,1038 10 -5832 -5822 1215 -5947 -2992 5140 170
684 -9.302 0,1038 10 -8141 -8131 1332 -8239 -5795 5857 193
696 -6.422 0,1038 10 -9995 -9985 1124 -10050 -8664 5088 168
708 -3.278 0,1038 10 -11200 -11190 641 -11200 -10810 2952 97
720 0 0,1038 10 -11610 -11600 0 -11600 -11600 0 0
Угол отклонения от вертикали оси шатуна
(101)

Значения давления газов в цилиндре
Pц 0-180º Pц = Pa=0,112 МПа
540-720 º Pц = Pr=0,1038 МПа
180-360 º Pц = Pci=
(102)

л
МПа
360-540 º рц =
рц = МПа
Сила давления газов, которые действуют на днище поршня:
(103)
где pц – значение давления газов в цилиндре, Па;
p0 – атмосферное давление, Па;
Fп – площадь днища поршня, м2.
Н
Сила инерции деталей КШМ, которые двигаются поступательно:
(104)


кг

кг
кг
Н


Рис. 6.1 Зависимость давления газов и силы инерции от угла п. к. вала

Суммарная сила:
(105)
Н
Боковая сила, которая перпендикулярная к оси цилиндра:
(106)
H

Рис. 6.2 Зависимость силы N, которая действует в КШМ, от угла поворота коленчатого вала
Сила, которая направлена вдоль оси шатуна:
(107)
H

Нормальная сила, направленная по радиусу кривошипа:
(108)
H
Тангенциальная сила, которая касательная к радиусу кривошипа:
(109)
H
Крутящий момент:
(110)
H

 

 

 

 

 

 


Таблица 6.2
φ М1, кН•м М2, кН•м М3, кН•м М4, кН•м М5, кН•м М, кН•м
0 0 -127 67 181 61 182
12 -97 -143 33 205 105 103
24 -167 -139 0 210 111 15
36 -193 -109 -33 194 79 -62
48 -169 -51 -67 163 33 -91
60 -106 27 -100 124 0 -55
72 -26 107 -129 82 151 185
84 52 170 -147 40 187 302
96 110 193 -147 0 151 307
108 140 168 -122 -33 119 272
120 143 97 -72 -67 120 221
132 127 0 -6 -99 147 169
144 100 0 61 -127 181 215
156 67 -97 105 -143 205 137
168 33 -167 111 -139 210 48
180 0 -193 79 -109 194 -29
192 -33 -169 33 -51 163 -57
204
-67 -106 0 27 124 -22
216 -100 -26 151 107 82 214
228 -129 52 187 170 40 320
240 -147 110 151 193 0 307
252 -147 140 119 168 -33 247
264 -122 143 120 97 -67 171
276 -72 127 147 0 -99 103
288 -6 100 181 0 -127 148
300 61 67 205 -97 -143 93
312 105 33 210 -167 -139 42
324 111 0 194 -193 -109 3
336 79 -33 163 -169 -51 -11
348 33 -67 124 -106 27 11
360 0 -100 82 -26 107 63
372 151 -129 40 52 170 284
384 187 -147 0 110 193 343
396 151 -147 -33 140 168 279
408 119 -122 -67 143 97 170
420 120 -72 -99 127 0 76
432 147 -6 -127 100 0 114
444 181 61 -143 67 -97 69
456 205 105 -139 33 -167 37
468 210 111 -109 0 -193 19
480 194 79 -51 -33 -169 20
492 163 33 27 -67 -106 50
504 124 0 107 -100 -26 105
516 82 151 170 -129 52 326
528 40 187 193 -147 110 383
540 0 151 168 -147 140 312
552 -33 119 97 -122 143 204
564 -67 120 0 -72 127 108
576 -99 147 0 -6 100 142
588 -127 181 -97 61 67 85
600 -143 205 -167 105 33 33
612 -139 210 -193 111 0 -11
624 -109 194 -169 79 -33 -38
636 -51 163 -106 33 -67 -28
648 27 124 -26 0 -100 25
660 107 82 52 151 -129 263
672 170 40 110 187 -147 360
684 193 0 140 151 -147 337
696 168 -33 143 119 -122 275
708 97 -67 127 120 -72 205
720 0 -99 100 147 -6 142

Порядок работы цилиндров двигателя 1–2–4–5–3
Интервалы между вспышками
(111)
где і – количество цилиндров двигателя.

 

 


7. РАСЧЁТ ДЕТАЛЕЙ НА ПРОЧНОСТЬ
7.1. Расчёт гильзы цилиндра
Напряжение растяжения по образующей:
(112)
где рzд – действительное максимальное давление сгорания газов, которое
определено в тепловом расчете, МПа;
 – толщина стенки гильзы, мм;
D – диаметр цилиндра, мм;
МПа
Тепловые напряжения:
(113)
где Е – модуль упругости материала, МПа;
αЦ – коэффициент линейного расширения, 1/К;
ΔT – перепад температур, К;
μ – коэффициент Пуассона.
МПа
Суммарные напряжения от давления газов и перепада на наружной поверхности:
(114)
Мпа

Мпа

 

7.2 Расчёт силовых шпилек головки блока
Сила предварительной затяжки:
(115)
где m – коэффициент затяжки шпильки;
- коэффициент основного нагружения резьбового соединения;
(116)
Fгол – площадь проекции камеры сгорания на плоскость
перпендикулярную оси цилиндра
(117)
ішп – число шпилек на один цилиндр
м2
Н
Н
Максимальная сила растягивающая шпильку:
(118)
Н
Максимальное, минимальное напряжение:
(119)
МПа
(120)
МПа
- сечение шпильки по линии сечения
(121)
м2
Амплитуда и среднее значение напряжений:
(122)
(123)
МПа
МПа
Запас прочности шпильки:
(124)
где -1 – граница уставшей прочности материала шпильки, Па;
k – эффективный коэффициент концентрации напряжений в резьбе;
 – коэффициент приведения данного асимметрического цикла к симметричному;

7.3 Расчёт поршня
Расчёт днища на изгиб
(125)
где толщина днища
МПа

 

Расчёт сечения х-х ослабленного для отгона масла
1. Напряжение сжатия
(126)
(127)
где dK – диаметр поршня по дну канала
dі – внутренний диаметр
(128)
где t – толщина кольца
- зазор кольца
мм
- площадь продольного сечения канала
- число масляных каналов
(129)
мм2
мм2
МПа

(130)
где - масса головки поршня выше сечения х-х
(131)
кг
- максимальная угловая скорость рад/с
МПа
Максимальное давление
(132)
где - максимальная боковая сила
- высота юбки
- диаметр поршня
МПа

Расчёт поршневого пальца
1. Давление пальца на втулку верхней головки шатуна
(133)
где - максимальное значение суммарной силы
- наружный диаметр пальца
- длина опорной поверхности пальца в головке шатуна
МПа
(134)
где k - коэффициент учитывающий массу пальца в верхней головке шатуна
- максимальное значение силы инерции
(135)

рад/с
Н
Н


2. Удельное давление на бобышки поршня
(136)
- общая длина пальца
b – расстояние между торцами бобышек
МПа
Напряжение изгиба пальца
(137)
- отношение внутреннего диаметра к внешнему
МПа
Максимальное касательное напряжение среза
(138)
(139)
Е-модуль упругости
мм
МПа
Расчет поршневых колец

Среднее давление кольца на стенки цилиндра pср, МПа:
(140)

где  – коэффициент распределения нагрузки,  = 0 для кольца равномерного давления,  = 2 для кольца корректированного давления;
Е – модуль упругости материала кольца, МПа, для серого чугуна Е = 105 МПа, для легированного чугуна Е = 1,2105 МПа, для стали Е = (2÷2,3)•105 МПа;
S0 – разность величин зазора в замке кольца в свободном и рабочем состоянии, мм, для бензиновых двигателей S0 = (2,5÷4,0)t, для дизелей S0 = (3,2÷4,0)•t;
t – радиальная толщина кольца, мм;
[рср] – допустимые значения среднего давления, МПа, для компрессионных колец [рср] = 0,37 МПа, для маслосъёмных [рср] = 0,4 МПа.
МПа
Напряжение изгиба в кольце в рабочем состоянии σиз1 , МПа:

(141)

где [σиз1] – допустимые напряжения изгиба, МПа, [σиз1] = 450 МПa.
МПа
Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень σиз2 , МПа:

 

где m – коэффициент, который зависит от способа надевания кольца;
[σиз2] – допустимые напряжения изгиба, МПа, [σиз2] = 600 МПa.
Монтажный зазор Δк , мм, в прямом замке поршневого кольца в холодном состоянии:

Δк = Δ’к + π•D•[αк•(Tк – T0) – αц•(Tц – T0)], (142)

где Δ’к – минимально допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя, мм, Δ’к = 0,06÷0,10 мм;
αк, αц – коэффициенты линейного расширения материала кольца и гильзы цилиндра, для чугуна αк=αц=1,1·10-5 1/К, для стали αк=αц=1,0·10-5 1/К;
Tк , Tц – соответственно температура кольца и стенок цилиндра в рабочем состоянии, К, при жидкостном охлаждении Tк = 473÷573 К, Tц = 383÷388 К, при воздушном охлаждении Tк = 523÷723 К, Tц = 443÷468 К;
T0 – температура окружающей среды, К.
Δк = 0,08 + 3,14•67•[1,1•10-5•(523 – 25) – 1,1•10-5•(385 – 25)]=0,4 мм

Расчет деталей шатунной группы

Напряжение растягивания σраз, Па:

(143)

где Рп.mах – сила инерции поршневого комплекта, который действует на верхнюю головку шатуна, Н;
dг – внешний диаметр головки шатуна, м;
d – внутренний диаметр головки шатуна, м;
[σраз] – допустимые напряжения растягивания, Па, [σраз] = 35•106 Па.
МПа
Напряжение сжатия с учетом продольного изгиба для стержня шатуна σcж, Па:
(144)

где m' – коэффициент неравномерности распределения нагрузки в сечении шатуна при сжатии, m' = 1,3;
f – площадь поперечного сечения стержня шатуна, м2 (в сечении В):

f = hш • bш – (bш – aш) • (hш – 2tш), (145)

где hш , bш , aш , tш – параметры сечения шатуна.
f = 19 • 14 – (14 – 3,25) • (19 – 2•3,25)=132 мм2
МПа
Напряжение растягивания σр:

(146)

где m'' – коэффициент неравномерности распределения нагрузки в сечении шатуна при растягивании, m'' = 1,2.
МПа
Средние напряжения за цикл (с учетом знаков) σcр:

(147)
МПа

Амплитуду цикла (с учетом знаков) σа:

(148)
МПа

Запас прочности стержня шатуна ncт с учетом напряжений утомленности материала:


где  -1 – граница утомленности материала шатуна при симметричном цикле на растягивание, Па (приложение Б);
 '' – технологический коэффициент (приложение Г);
 σ – коэффициент приведения (приложение Г).

Силу Рj.p , Н:
(149)

где mш.г – масса шатунной группы, которая осуществляет возвратно-поступательное движение, кг;
mш.к – масса шатунной группы, которая осуществляет вращательное движение, кг;
mкр – масса крышки кривошипной головки, кг.
Н

 


Напряжение изгиба крышки σиз , Па:

(150)

где Сб – расстояние между шатунными болтами, м;
Wиз – момент сопротивления расчетного сечения крышки без учета ребер жесткости, м3;
Iв – момент инерции сечения вкладыша, м4;
Iк – момент инерции сечения крышки, м4;
Fк и Fв – соответственно площади поперечного разреза крышки и вкладыша, м2;
[σиз] – допустимые напряжения изгиба, Па, [σиз] = 300•106 Па.
Момент инерции сечения вкладыша Iв, м4:
(151)

где hв – толщина вкладыша, м;
lв – ширина вкладыша, м.
мм4
Момент инерции сечения крышки Iк , м4:

(152)

где lк – ширина крышки, м;
hк – толщина крышки, м.

мм4

Момент сопротивления расчетного сечения крышки Wиз, м3:

(153)
мм3
МПа
Суммарная сила, которая растягивает болт, Рб , Па:

(154)

где Рпз – сила предварительного затягивания болтов, Н;
 – коэффициент основной нагрузки резьбового соединения,  = 0,2÷0,25;
iб – количество болтов.
Сила предварительного затягивания Рпз , Н:

(155)
Н
Н

а) максимальные напряжения σmax , Па:

(156)
МПа

б) минимальные напряжения σmin , Па:

, (157)

МПа
МПа
МПа

 

 

Запас прочности болта п:

(158)

где  -1р – граница прочности материала на растягивание, Па (приложение Б);
k – коэффициент концентрации напряжений в резьбе;
ασ - коэффициент приведения (приложение Г).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

1 Определение основных параметров механизма

Площадь проходного сечения в клапане FКЛ , м2:

(159)

где vП.СР. - средняя скорость поршня, м/с;
FП – площадь поршня, м2;
іКЛ – число одноименных клапанов;
ωКЛ – скорость газа в проходном сечении клапана, м/с; для впускного клапана ωКЛ =4080 м/с, для выпускного клапана ωКЛ =70100 м/с.
м2
м2
Площадь горловины:
FГОР = (1,11,2)•FКЛ . (160)
FГОР = 1,15•0,00032=0,000368 м2
FГОР = 1,15•0,00023=0,00026 м2
Диаметр горловины dГОР , мм,:

(161)

мм

Максимальная высота подъема клапана hкл. max , мм:

(162)
где  - угол фаски клапана, = 45;
dГОР – диаметр горловины клапана, мм.
мм
мм
Углы действия кулачков φ:

а) для кулачка впускного клапана, град.:

(163)

б) аналогично для кулачка выпускного клапана, град.:

(164)


где оп.вп, зап.вп, оп.вып, зап.вып – соответственно углы опережения
открытия и запаздывания закрытия впускного и выпускного клапанов.
2 Расчет параметров профиля кулачка
Величина максимального подъема толкателя hТ MAX:
hТ MAX = hКЛ MAX; (165)
Радиусы начальной окружности кулачка r0 , мм:

r0 = (34) hТ MAX , (166)
r0 = 3•6,12 =18,36 мм
r0 = 3•5,17 =15,51 мм

r2 = 1,5 мм,

, (167)
мм
мм

где а – расстояние между центром вала и центром дуги с радиусом r2, мм:

а = rо + hТ MAX – r2; (168)
а = 18,36 + 6,12 – 1,5=22,98 мм
а = 15,51 + 5,17 – 1,5=19,18 мм

 

0 – половина центрального угла при симметричном кулачке, на протяжении которого клапан остается открытым:
0 = к / 2. (169)
0 = 108,5 / 2=54,25º.
0 = 109 / 2=54,5º.

Для обеспечения зазора в клапанном механизме тыльную часть кулачка выполняют радиусом rк , что меньше радиуса r0 на величину S :
(170)
где S – температурный зазор, мм. Рекомендованные значения зазоров для впускных клапанов - ΔS = 0,250,35 мм, для выпускных – ΔS = 0,350,50 мм.
мм
мм
3 Определение размеров и запаса прочности клапанной пружины

3.1 Определяем максимальную РПР МАХ и минимальную РПР МІ силы, H, которые действуют на пружину на участке с отрицательным ускорением.
(171)

, (172)

где mкл.мех – приведенная к клапану масса клапанного механизма, кг;
 - угловая скорость кулачка, с-1;
a, r0, r2 – параметры кулачка, м;
k – коэффициент запаса.
Н
Н

Приведенная масса клапанного механизма mкл.мех , кг, определяется по формуле:

, (173)

где mкл.мех´ - конструктивная масса клапанного механизма, кг/м2;
FГОР.ВП– площадь проходного сечения впускной горловины, м2.
кг

Сила Р’ПР.MIN, которая действует на закрытый выпускной клапан при наибольшем разрежении в цилиндре:

, (174)

где pГ, ра – давление газа в соответствующих точках индикаторной диаграммы;
dГОР.ВЫП – диаметр горловины выпускного клапана, м.
Н
3.2 Средний диаметр пружины DПР, мм, принимается из условия:

(175)
мм

3.3 Принимаем диаметр проволоки пружины d=4 мм.

3.4 Проверка пружины на запас прочности:
а) Максимальное и минимальное напряжения в пружине , МПа:

(176)

(177)
МПа

МПа

где k' – коэффициент, который учитывает неравномерное распределение напряжений по поперечному сечению витка пружины и зависит от отношения DПР / d.

б) среднее усилие ср и амплитуда напряжений А , МПа:

(178)
(179)
МПа
МПа

в) запас прочности пружины n:

(180)

где -1 – граница утомления при кручении.

При симметричном цикле напряжений: k/ = 1,0;  = 0,1.

3.6 Твердость пружины С, Н/м,:

(181)
Н/м

3.5 Число рабочих витков пружины іР:

(182)

где G – модуль упругости второго рода.

Полное число витков пружины iП:

іП = iР + 2. (183)

іП =12 + 2=14.
3.7 Деформация пружины при закрытом клапане hПР.В, м, составляет:

(184)

м

3.8 Максимальная деформация пружины при целиком открытом клапане hПР.МАХ, м:

(185)
м

3.9 Длина пружины в свободном состоянии LПР, м:

(186)
где MIN – минимальный зазор между витками пружины при целиком открытом клапане, м.
м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТ СИСТЕМЫ СМАЗКИ

1 Определение количества масла, которое циркулирует в двигателе, из условий отвода части теплоты маслом
1.1 Количество тепла, которое отводится маслом, Qм, кДж/с:

Qм=(0.015÷0,030)Q0, (187)

где Q0 - количество тепла, которое выделяется при сгорании топлива, кДж/с:

(188)

где HU - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг,
Gt - часовая затрата топлива двигателем, кг/ч.
кДж/с
Qм=0,020259=5,18 кДж/с

1.2 Количество (объемная затрата) циркулирующего масла VM, м3/с:

(189)
где м – плотность масла, кг/м3;
См – средняя теплоемкость масла, кДж/(кг•К);
tм – рекомендованная разность температур масла на входе и выходе из двигателя, tм = 1018С.
м3/с
2 Расчет масляного насоса

2.1 Расчет производительности масляного насоса:
Vр = 2Vм. (190)
Vр = 2•0,000196=0,000393 м3/с.
С учетом истоков через зазоры в масляном насосе расчетная затрата Vр, м3/с:

(191)

где н – объемный КПД насоса, н=0,60,8.
м3/с

2.2 Размеры шестерен насоса определяются из уравнения:
, (192)

где D0 – диаметр начальной окружности шестерни, м;

D0 = z • m, (193)

где z – число зубов, z = 612;
m – модуль зацепления, м, m = 0,0030,006 м;
h, b – соответственно высота и длина зуба, м;.
nн – частота вращения шестерни, 1/мин.
D0 = 9 • 0,004=0,036 м
м3/с
Длина зуба b, м:

(194)
м

2.3 Мощность, которая затрачена на привод масляного насоса, Nм.н, Вт:

, (195)

где рм – рабочее давление масла в системе, Па, для бензиновых двигателей рм = 0,30,5 МПа, для дизельных рм = 0,30,7 МПа;
м – механический КПД насоса, м = 0,850,9.
Вт

 

 

 

 

 

 


РАСЧЕТ ЖИДКОСТНОЙ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

1 Количество охлаждающей жидкости, которая циркулирует в системе

1.1 Количество теплоты, которое отводится в охлаждающую жидкость, Qж:
а) для бензиновых двигателей, кДж/с:

(196)
кДж/с

1.2 Количество циркулирующей в системе жидкости Vж, м3/с:

(197)

где Ж – плотность охлаждающей жидкости, кг/м3;
СЖ – теплоемкость охлаждающей жидкости, кДж/(кгК);
tЖ – рекомендованная разность температур охлаждающей жидкости на выходе из двигателя и входе в него, tЖ = 612ºС.
м3/с


2 Производительность насоса охлаждающей жидкости и мощность, которая затрачена на его привод

2.1 Расчетная производительность водяного насоса Vж.р, м3/с:

(198)

где н = – объемный КПД насоса.
м3/с

2.2 Мощность, которая затрачена на привод водяного насоса, NВ.Н, Вт:

(199)
где pЖ – напор, который создает насос, Па;
М – механический КПД насоса, М = 0,9.
Вт
3 Расчет вентилятора

3.1 Количество воздуха, который проходит через радиатор VВ, м3/с:

(200)

где QЖ – количество тепла, которое отводится от охлаждающей жидкости, кДж/с;
В – плотность воздуха при средней его температуре, кг/м3, В = 1,11 кг/м3;
СВ – теплоемкость воздуха, кДж/(кг•К), СВ =1,005 кДж/(кг•К) ;
tВ – рекомендованный для расчетов перепад температуры воздуха на входе и выходе из радиатора, С, tВ = 2030 С.
м3/с

3.2 Диаметр лопат вентилятора DВЕНТ , м:

(201)

где WВ – скорость воздуха в вентиляторе, м/с, WВ = 624 м/с.
Обычно DВЕНТ = 0,30,7 м.
м

3.3 Частота вращения вала вентилятора п, 1/мин:

(202)

где U – рекомендованная окружная скорость конца лопаты рабочего колеса вентилятора, м/с, U = 70100 м/с.
1/мин
3.4 Мощность привода вентилятора, NВЕНТ , кВт:
(203)
где pТР – сопротивление воздушного тракта, Па, pТР = 6001000 Па;
ВЕНТ – КПД вентилятора.
кВт
Информационные источники:
1. Методические указания к выполнению теплового расчёта ДВС в курсовых
и дипломных проектах и работах (для студентов специальностей
«Автомобили и автомобильное хозяйство» и «Подъёмно-транспортные,
строительные, дорожные, мелиоративные машины и оборудование» всех
форм обучения) Сост.: С.А. Горожанкин, А.В. Чухаркин, - Макеевка:
ДонНАСА, 2005. – 48 с.
2. Методические указания к выполнению динамического расчёта в курсовых
и дипломных проектах (для студентов специальности 7.090258
«Автомобили и автомобильное хозяйство» дневной и заочной форм
обучения) Сост.: С.А. Горожанкин, И.Н. Левенцов, А.В. Чухаркин, -
Макеевка: ДонНАСА, 2003. – 18 с.
3. Методические указания к выполнению расчёта деталей на прочность в
курсовых и дипломных проектах (для студентов специальности 7.090258
«Автомобили и автомобильное хозяйство» дневной и заочной форм
обучения) Сост.: С.А. Горожанкин, И.Н. Левенцов, А.В. Чухаркин, -
Макеевка: ДонНАСА, 2003. – 28 с.
4. Методические указания к выполнению расчёта систем ДВС в
курсовых и дипломных проектах (для студентов специальности 7.090258
«Автомобили и автомобильное хозяйство» дневной и заочной форм
обучения) Сост.: С.А. Горожанкин, И.Н. Левенцов, А.В. Чухаркин, -
Макеевка: ДонНАСА, 2004. – 20 с.

 

 

 


Комплексная система управления двигателем «KE-Motronic»

Двигатель оборудован комплексной системой управления двигателем (КСУД) KE-Motronic (рис. 2) фирмы Bosch состоящий из двух подсистем, управления впрыском топлива и управления углом опережения зажигания. Обе подсистемы управляются контроллером (специализированная микроЭВМ).

Подсистема управления впрыском топлива

В качестве подсистемы управления впрыском топлива в КСУД КЕ-Motronic использована модифицированная система впрыска топлива «КЕ-Jetronic», которая, является системой механического впрыска. Для обеих систем основным параметром, определяющим количество впрыскиваемого топлива, служит количество поступающего в двигатель воздуха.

Рис. 2. Конструктивная схема КСУД «КЕ-Motronic» двигателя: 1 - топливный бак; 2 - топливный насос; 3 - аккумулятор давления; 4 - топливный фильтр; 5 - регулятор давления; 6 - измеритель расхода воздуха; 6а - напорный диск; 6б - потенциометр; 7 - распределитель топлива; 7а - распределительный плунжер; 7б - рабочая кромка плунжера; 7с - верхняя камера; 7d - нижняя камера; 8 - форсунка подачи топлива; 9 - впускной трубопровод; 10 - электромагнитная пусковая форсунка; 11 - тепловое реле времени; 12 - дроссельная заслонка; 13 - датчик положения холостого хода дроссельной заслонки; 14 - датчик положения полной нагрузки дроссельной заслонки, 15 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 16 - поворотный регулятор холостого хода; 17 - катушка зажигания; 18 - распределитель зажигания с встроенным датчиком числа оборотов; 19 - от датчика момента искрообразования в цилиндре №4; 20 - датчик содержания кислорода в отработавших газах; 21 - датчики детонации; 22 - реле включения топливного насоса; 23 - датчик разрежения; 24 - контроллер с встроенным датчиком разрежения; 25 - выключатель зажигания; 26 - аккумуляторная батарея; 27 электрогидравлический регулятор давления.

Благодаря наличию дополнительных датчиков система «KE-Jetronic» позволяет адаптировать состав горючей смеси к условиям работы двигателя. Так, на основе информации, поступающей от датчиков температуры охлаждающей жидкости и положения дроссельной заслонки, электронный блок управления (контроллер) выдает команды на электрогидравлический регулятор давления, который обеспечивает подачу нужного на данном режиме работы двигателя количества топлива. Кроме того, контроллер выполняет обратную связь между топливным зарядом на входе в камеру сгорания и продуктами на выходе, реализуемую посредством датчика содержания кислорода в отработавших газах. В случае нарушения работы какого-либо элемента системы контроллер переходит на управление подачей топлива по базовым параметрам, что позволяет продолжить движение автомобиля, если двигатель прогрет.
Обогащение горючей смеси, необходимое при холодном пуске и прогреве двигателя, определяется по сигналам датчика температуры охлаждающей жидкости. Контроллер обрабатывает эти сигналы и выдает сигналы управления на злектрогидравлический регулятор управляющего давления, который изменяет давление топлива в нижних камерах регулятора давления дозатора-распределителя топлива. В результате этого происходит обогащение горючей смеси.
При разгоне контроллер вырабатывает команды на увеличение подачи топлива на основе сигнала напряжения от потенциометра измерителя расхода воздуха, величина которого пропорциональна смещению напорного диска измерителя.
На принудительном холостом ходу (при отпускании педали акселератора) дроссельная заслонка возвращается в исходное положение. При этом соответствующий электрический сигнал поступает на контроллер, который одновременно получает информацию о частоте вращения коленчатого вала двигателя от встроенного в распределитель зажигания датчика Холла. Если действительно частота вращения находится в пределах числа оборотов, при которых должна прекращаться подача топлива на принудительном холостом ходу, контроллер изменяет направление тока управления, проходящего через обмотку 11 (см. рис. 3) электрогидравлического регулятора давления. В результате этого биметаллическая пружина 12 отходит от сопла 10, давление в нижних камерах 9 распределителя топлива поднимается почти до значения управляющего давления и под действием пружины нижних камер диафрагмы 8 перекрывает каналы 3 и 5 подачи топлива из верхних камер распределителя к форсункам. Момент прекращения подачи топлива на принудительном холостом ходу определяется температурой охлаждающей жидкости. При прогретом двигателе прекращение подачи топлива происходит как можно раньше, что позволяет избежать излишнего расхода топлива. На не прогретом двигателе время до прекращения подачи топлива увеличивается, с тем чтобы холодный двигатель не остановился при резком выключении сцепления.


Рис. 3. Принцип работы распределителя топлива и электрогидравлического регулятора давления на принудительном холостом ходу: 1 - распределитель топлива; 2 - подвод топлива; 3, 5 - подача топлива к форсункам; 4 - подвод топлива, 6 - к регулятору давления; 7 - верхняя камера; 8 - диафрагма; 9 - нижняя камера, 10 - сопло; 11 - обмотка; 12 - биметаллическая пружина; 13 - электрогидравлический регулятор давления

Подача топлива прекращается также при достижении максимально допустимой частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Частота вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу автоматически поддерживается регулятором поворотного типа в заданных пределах по командам контроллера.
Регулятор холостого хода размещен в обходном воздушном канале, выполненном параллельно дроссельной заслонке, на месте клапана дополнительной подачи воздуха. Он представляет собой исполнительный электродвигатель с постоянным магнитом. На валу якоря установлена заслонка, которая поворачивается, преодолевая усилие пружины.
Когда дроссельная заслонка прикрыта, воздушный канал в определенной степени перекрывается заслонкой регулятора, что обеспечивает требуемую частоту вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу.
Регулятор холостого хода управляется по командам блоков регулирования контроллера, определяющим степень открытия поворотной заслонки в зависимости от поступающей информации. Одновременно контроллер изменяет соответствующим образом угол опережения зажигания. При включении кондиционера на холостом ходу на контроллер поступает сигнал от выключателя кондиционера и по команде режим холостого хода увеличивается до 1000 об/мин. Тем самым повышается эффективность работы кондиционера и обеспечивается бесперебойная работа двигателя на холостом ходу.
При пуске холодного двигателя и во время прогрева регулятор холостого хода выполняет функции клапана дополнительной подачи воздуха, обеспечивая независимо от нагрузки двигателя поддержание режима холостого хода в заданных пределах.

Подсистема управления углом опережения зажигания

Подсистема управления углом опережения зажигания представляет собой полностью электронную систему зажигания. Контроллер вычисляет углы опережения зажигания в зависимости от условий работы двигателя (числа оборотов и нагрузки двигателя, напряжения аккумуляторной батареи). Подсистема управления углом опережения зажигания вырабатывает соответствующие управляющие импульсы на прерывание и возобновление проходного тока в первичной обмотке катушки зажигания.
Ток высокого напряжения, которое наводится во вторичной обмотке катушки зажигания во время разрыва цепи первичной обмотки, выдается через распределитель на свечи зажигания.
Распределитель зажигания служит только для распределения тока высокого напряжения по свечам и установки начального угла опережения зажигания.

 

 




Комментарий:

Курсовая работа - отлично!


Рекомендовать другу
50/50         Партнёрка
Отзывы