Тепловой и динамический расчет двигателя (2)
Тепловой и динамический расчет двигателя (2)
Главная > Курсовая работа >Транспорт
1. Тепловой расчет двигателя
1.1 Выбор топлива, определение его теплоты сгорания
1.2 Определение параметров рабочего тела
1.3 Определение параметров окружающей среды и остаточных газов
1.4 Расчет параметров процесса впуска
1.5 Расчет параметров процесса сжатия
1.6 Расчет параметров процесса сгорания
1.7 Расчет параметров процесса расширения и выпуска
1.8 Определение индикаторных показателей двигателя
1.9 Определение эффективных показателей двигателя
1.10 Определение основных размеров цилиндра и параметров двигателя
1.11 Построение индикаторной диаграммы
2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя
3. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма
3.1 Расчет сил давления газов
3.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма
3.3 Расчет сил инерции
3.4 Расчет суммарных сил, действующих в КШМ
3.5 Расчет сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала
3.6 Построение графиков сил, действующих в КШМ
3.7 Построение диаграммы износа шатунной шейки
3.8 Построение графика суммарного крутящего момента двигателя
1. Тепловой расчет двигателя
1.1 Выбор топлива, определение его теплоты сгорания
Для бензинового двигателя в соответствии с заданной степенью сжатия определяем октановое число топлива, согласно которому производим выбор марки бензина.
Задана степень сжатия: .
Получили октановое число в пределах: ..
Выбираем следующую марку бензина: «Регулятор-92»(АИ-92).
Низшая теплота сгорания жидкого топлива:
где С, Н, О – массовые доли углерода, водорода и кислорода в 1 кг топлива.
1.2 Определение параметров рабочего тела
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания одного килограмма жидкого топлива:
где , — теоретически необходимое количество воздуха для сгорания одного килограмма жидкого топлива в и соответственно.
Количество свежего заряда:
где — коэффициент избытка воздуха;
— средняя молярная масса бензина.
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания жидкого топлива :
Общее количество продуктов сгорания жидкого топлива:
1.3 Определение параметров окружающей среды и остаточных газов
При работе двигателя без наддува давление и температура окружающей среды:
Давление остаточных газов:
Температура остаточных газов:
1.4 Расчет параметров процесса впуска
Основными параметрами, характеризующими процесс впуска, являются: давление и температура заряда в конце впуска — начале сжатия, коэффициент остаточных газов , коэффициент наполнения .
Давление газов в цилиндре , МПа:
где — потери давления за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре, МПа.
Величина с учетом некоторых допущений определяется из уравнения Бернулли:
где — коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;
— коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению;
— средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (как правило, в клапане или продувочных окнах), ;
— плотность заряда на впуске, .
По опытным данным в современных автомобильных двигателях на номинальном режиме:
Плотность заряда на впуске:
где — удельная газовая постоянная воздуха.
Коэффициент остаточных газов :
где — температура подогрева свежего заряда при его контакте со стенками впускного трубопровода и цилиндра;
Температура подогрева свежего заряда принимаем в зависимости от типа двигателя:
для бензиновых двигателей:
Температура заряда в конце процесса впуска:
Коэффициент наполнения без учета продувки и дозарядки четырехтактного двигателя:
1.5 Расчет параметров процесса сжатия
Рассматриваемый процесс характеризуется давлением и температурой рабочего тела в конце сжатия, показателем политропы сжатия .
По опытным данным при жидкостном охлаждении величина показателя политропы для бензиновых двигателей:
Исходя из выбранного показателя политропы определим давление и температура конца процесса сжатия:
1.6 Расчет параметров процесса сгорания
Целью расчета процесса сгорания является определение температуры и давления ( ) в конце видимого сгорания .
Температуру определим путем решения уравнения сгорания:
где — коэффициент использования теплоты;
— теплота сгорания рабочей смеси, ;
— средняя мольная теплоемкость свежего заряда при постоянном объеме, ;
— средняя мольная теплоемкость продукта сгорания при постоянном объеме, ;
— действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси.
По опытным данным значения коэффициента для бензинового двигателя с электронным впрыском:
4 Динамический расчет кшм с применением эвм
Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма проектируемого двигателя заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и сил инерции, что требуется для выполнения расчетов деталей двигателя на прочность и износостойкость, расчета подшипников коленчатого вала, анализа уравновешенности двигателя.
Динамический расчет проводится для номинального режима работы двигателя. В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в КШМ, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому расчет необходимо производить для ряда положений коленчатого вала. Для четырехтактного двигателя силы определяются через каждые 30° угла поворота коленчатого вала в диапазоне от 0° до 720°, а в области резкого изменения величин нагрузок (от 360° до 390°) – через 15°. В качестве нулевого выбирается такое положение кривошипа, при котором поршень находится в верхней мертвой точке (в.м.т.) во время такта впуска.
Силы давления газов, действующие на площадь поршня, для упрощения заменяются одной силой РГ, направленной вдоль оси цилиндра и приложенной к оси поршневого пальца (рисунок 4.1). Сила РГ определяется для ряда значений угла поворота коленчатого вала по действительной развернутой (в координатах Р – ) индикаторной диаграмме.
Построение развернутой диаграммы производится в следующей последовательности. На листе в координатах Р – V (Р – S) изображается полученная в тепловом расчете индикаторная диаграмма; затем правее ее наносится координатная сетка Р – , при этом ось абсцисс по горизонтали должна располагаться на уровне линии Р свернутой диаграммы (на развернутой диаграмме показывается не абсолютное давление РГ, а избыточное давление РГ над поршнем).
Дальнейшее перестроение индикаторной диаграммы осуществляется по методу Брикса: под свернутой диаграммой строится вспомогательная полуокружность и определяется центр Брикса [1]. Из центра О’, от левой половины основания полуокружности (что соответствует выбранному нулевому положению кривошипа) под требуемыми углами откладываются вспомогательные лучи, а из центра Брикса О1 проводятся линии, параллельные этим лучам, до пересечения с полуокружностью. Из найденных точек проводятся вертикали, которые, пересекая диаграмму на участке, соответствующем требуемому такту двигателя, определяют положения поршня, соответствующие заданным углам . Значения давлений в этих точках переносятся на вертикали соответствующих углов развернутой диаграммы.
Удельная сила давления газов PГ, МПа, равна:
где РГ – давление газов в любой момент времени, МПа;
FП – площадь поршня, м 2 . Причем:
FП = 
; (4.2)
FП = 
Величины РГ снимаются с развернутой индикаторной диаграммы для требуемых значений . Соответствующие им силы РГ рассчитываются по формуле (4.1). Силы давления газов, направленные к оси коленчатого вала, считаются положительными, а от него – отрицательными (на рисунке 4.1 стрелками указаны положительные и отрицательные направления).
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
Министерство Образования и Науки Украины
Национальный технический университет
,,Харьковский политехнический институт”
Кафедра двигателей внутреннего сгорания
Курсовая работа ,,Динамический расчет двигателя ”
По курсу ,, Специальные разделы динамики ДВС ”
Выполнил: студент гр. ТМ-41б
Проверил: доц. ВАСИЛЬЧЕНКО И.Д.
1. ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
1.1 Данные двигателя
1.2 Данные шатунно-поршневой группы
1.3 Данные коленчатого вала
1.4 Подготовка дополнительных исходных данных
2. РАСЧЁТ СИЛ И КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА В ОТСЕКЕ ДВИГАТЕЛЯ
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ, ПЕРЕДАВАЕМЫХ КОРЕННЫМИ ШЕЙКАМИ КОЛЕЧАТОГО ВАЛА
4. РАСЧЁТ НАГРУЗОК НА ШАТУННЫЕ ШЕЙКИ И ПОДШИПНИКИ
5. АНАЛИЗ ВНЕШНЕЙ УРАВНОВЕШЕННОСТИ ДВИГАТЕЛЯ
5.1 Выбор противовесов
6. РАСЧЁТ НАГРУЗОК НА КОРЕННУЮ ШЕЙКУ И ПОДШИПНИК
7. ОЦЕНКА НЕРАВНОМЕРНОСТИ ВРАЩЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
8. РАСЧЁТ НА ПРОЧНОСТЬ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
8.1 Расчёт коренных шеек
8.2 Расчёт шатунной шейки в сечении по смазочному отверстию
8.2.1 Расчёт на изгиб
8.2.2 Расчёт на кручение
8.2.3 Расчет полного запаса прочности шатунной шейки
Пояснительная записка: Страниц, рисунков, таблиц.
В курсовой работе выполняется динамический расчет V -обр двигателя ЗИЛ-130 выполняется ряд расчетов: расчет сил и моментов в отсеке V -обр двигателя. Расчет моментов, передаваемых коренными шейками. Также был выполнен расчет нагрузок на шатунные шейки и подшипники, на коренные шейки и подшипники, также был проведен анализ внешней уравновешенности двигателя. По результатам динамического расчета была определена неравномерность вращения коленчатого вала, а также проведен расчет на прочность элементов коленчатого вала.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ, ДВИГАТЕЛЬ, КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ, ОТСЕК ДВИГАТЕЛЯ, КОРЕННАЯ ШЕЙКА, ШАТУННАЯ ШЕЙКА, ГОДОГРАФ, ПРОТИВОВЕС, КРИВОШИП, ШАТУН,ПОРШЕНЬ.
Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма(КШМ) является одним из важнейших этапов проектирования новых и модернизации существующих двигателей внутреннего сгорания(ДВС).
Условия работы деталей КШМ характеризуются усилиями, возникающими в них при различных режимах работы двигателя. Величина и характер изменения механических нагрузок, приходящихся на эти детали определяется на основе исследования кривошипно-шатунного механизма. Динамическому расчету предшествует тепловой расчет, обеспечивающий возможность выбора основных размеров двигателя и нахождения давления газов в цилиндре двигателя.
Анализ всех сил, действующих в КШМ, необходим для расчета двигателя на прочность и определения нагрузок в подшипниках. Силы, действующие в КШМ, делятся на силы давления газов в цилиндре, силы инерции движущихся масс в механизме и силы трения, силы тяжести. В свою очередь силы инерции движущихся масс делятся на силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс и силы инерции вращающихся масс. Также при этом проводится анализ уравновешенности двигателя и проводится расчет на прочность коленчатого вала.
1 ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
1.1 Данные двигателя
Заводская марка двигателя ЗИЛ-130
Обозначения по ГОСТ 4395-48 8Бч 10/9,5
Частота вращения коленчатого вала двигателя, мин -1 3500
Динамический расчет двигателя на основании индикаторной диаграммы
Страницы работы
Содержание работы
6 Динамический расчет двигателя
Настоящий расчет выполнен на основании индикаторной диаграммы (рисунок 4.1) и реальных масс и размеров кривошипно-шатунного механизма (КШМ).
6.1 Исходные данные для динамического расчёта
В расчете, выполненном согласно [5], определены силы и крутящие моменты, действующие в КШМ двигателя на режиме максимальной мощности при постоянном значении частоты вращения коленчатых валов n=2600 мин -1 (w=272,3 с -1 ).
Схема КШМ и сил, действующих в нем, приведены на рисунке 6.1, индикаторная диаграмма — на рисунке 4.1.
Рисунок 6.1 – Схема КШМ и сил, действующих в нем
Принятые обозначения и исходные данные:
R= 0,06 м — радиус кривошипа (КШ);
L= 0,205 м — длина шатуна;
Lк= 0,063 м — расстояние между центром тяжести и осью КШ головки шатуна;
l=R/L=1,45 — геометрический параметр КШМ;
d=12 0 — угол опережения выпускного коленчатого вала относитель-но впускного
aп, aв=aп+d — углы поворота соответственно впускного (п) и выпускного (в) коленчатых валов, отсчитываемые в направлении вращения от положения 1-го КШ, соответствующего внутренней мертвой точке;
b — угол поворота шатуна, отсчитываемый от оси цилиндра;
Fп=0,0113 м 2 — площадь поршня;
mп =5,705 кг — масса комплекта поршня;
mш=3,35 кг — масса комплекта шатуна;
рГ, МПа — давление газа в цилиндре, рисунок 4.1.
Масса поступательно движущихся частей КШМ равна:
Масса вращающейся части шатуна:
Ускорение поршня равно:
.
Данная методика расчёта подробно описана в источнике [5].
6.2 Расчёты сил и крутящего момента в отсеке двигателя
Результирующая сил давления газов и сил инерции, действующих на поршень, равна:
Нормальная составляющая N силы P (сила, с которой поршень давит на стенку цилиндра) и составляющая К силы Р в направлении АВ (сила, передаваемая по шатуну на КШ) равны, соответственно:
Радиальная Z и тангенциальная Т составляющие силы К в точке В:
.
Силы, показанные на рисунке 5, считаются положительными. Крутящий момент на КШ равен:
Кроме рассмотренных сил на детали КШМ действуют центробежные силы инерции вращающихся масс шатуна mвр.ш, колена, противовесов щек.
Значения сил P, N, К, Т, Z, крутящих моментов М на КШ и Мп, Mв, МДВ, снимаемых с впускного, выпускного валов (МДВ — суммарный момент двигателя) приведены в таблицах 6.1-6.2, а их графики — на рисунках 6.2-6.3б. Крутящий момент на выходе из каждого коленчатого вала получен суммированием соответствующих моментов КШ с учетом порядка работы цилиндров 1-2-3. Средние крутящие моменты для впускного, выпускного валов и двигателя в целом равны, соответственно, 0,224 кНм, 0,89 кНм, 1,114 кНм.
В таблицах 6.3, 6.5 представлены расчеты крутящих моментов, а их графики на рисунках 6.4 (М12 — момент на второй коренной шейке, расположенной между первым и вторым КШ, считая от носка вала и т.д.).
Таблица 6.1 – Силы, действующие на элементы кривошипно-шатунного механизма впускного вала
