Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Методическое пособие по выполнениюСтр 1 из 9Следующая ⇒
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Московский автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет) Волжский филиал
Кафедра «Автомобили и автомобильное хозяйство»
РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Методическое пособие по выполнению Контрольной курсовой работы и Курсового проекта для студентов специальности 190601 – Автомобили и автомобильное хозяйство
Чебоксары – 2007 Составители: к.т.н., доцент Антонов В.С. ст. преподаватель Васильев С.А.
Рецензенты: Добролюбов В.И., к.т.н., доцент, заведующий кафедрой “Машино- ведение” ЧГПУ им.И.Я.Яковлева; Носов А.П., к.т.н., доцент, заведующий кафедрой “Сервис транс- портных и технологических машин и оборудования”, декан факуль тета транспортной техники Волжского филиала МАДИ (ГТУ).
Одобрено и рекомендовано к изданию кафедрой “Автомобили и автомобильное хозяйство” Волжского филиала МАДИ (ГТУ). Протокол заседания кафедры от «____»____________2007 г. №___
Приведены контрольные задания и методические указания по выполнению контрольной курсовой работы и курсовому проектированию по автомобильным поршневым двигателям внутреннего сгорания. Предназначены студентам и преподавателям, изучающим и препода- ющим дисциплину “Автомобильные двигатели” в Волжском филиале МАДИ.
Утверждено и рекомендовано к изданию Учебно-методическим Советом Волжского филиала МАДИ (ГТУ).
ВВЕДЕНИЕ
Контрольная курсовая работа по дисциплине “Автомобильные двигатели” выполняется студентами специальности 190601 – “Автомобили и автомобиль-ное хозяйство” на третьем курсе, а курсовой проект – на четвертом курсе, как и во всех высших учебных заведениях, где подготавливают инженеров ука-занной специальности. Курсовая работа “ Тепловой расчет автомобильного двигателя” предс- тавляет собой начальный этапрасчета ДВС при проектировании и фактическим началом самостоятельной работы студента, где требуется произвести тепловой расчет автомобильного поршневого двигателя на режиме максимальной эффек- тивной мощности. В результате расчета необходимо определить максимальную эффективную и литровую мощности, эффективный крутящий момент, часовой и эффективный удельный расходы топлива, механический и эффективный коэф фициенты полезного действия и др.
Изучив последовательность расчета и физические основы вывода каждого уравнения, необходимо выписать все необходимые данные. Расчеты следует со- провождать краткими комментариями, размерностями величин, схемами и гра- фиками. Величины параметров, которыми приходится задаваться для решения отдельных уравнений, необходимо обосновывать, указывая, почему они приня- ты с такими числовыми значениями. Уравнения, выраженные в буквенных обо- значениях, следует сопровождать пояснениями для входящих в них членов и только после этого подставлять их числовые значения. На основе проведенных расчетов необходимо также составить тепловой ба-ланс и построить индикаторные диаграммы, рассчитать и начертить скорост- ную (для карбюраторного двигателя) или регуляторную (для дизельного двига- теля) характеристики на миллиметровке. Контрольная курсовая работа “Тепловой расчет автомобильного двигателя”выполняется после изучения теории рабочих процессов и питания, происходя-щих в поршневых ДВС. Выполнение курсового проекта “Автомобильный двигатель” является завершающим этапом и осуществляется после изучения всех разделов дисцип- лины “Автомобильные двигатели”. В курсовом проекте студент должен разработать конструкцию нового двига теля или осуществить самостоятельную реконструкцию существующего прото- типа. Основной и обязательной задачей курсового проектирования является раз работка двигателя с лучшими технико-экономическими показателями, чем у су- ществующего прототипа. Отличительной особенностью курсового проекта является его целостность, то есть все расчеты и графические материалы должны быть взаимосвязаны, а основные размеры двигателя на чертежах должны соответствовать расчетным величинам. В данном пособии изложены методики расчетов по каждому из разделов курсового проекта и приведены примеры расчетов поршневых бензинового карбюраторного двигателя и дизельного двигателя.
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Исходные данные для выполнения контрольной курсовой работы или кур- совового проекта приведены в табл.1 (все таблицы и рисунки, для удобства пользования ими, приведены в приложении методического пособия). Задание выбирается в соответствии с двумя последними цифрами шифра – номера студенческого билета. Последняя цифра студенческого билета соответ ствует номеру варианта задания, а предпоследняя – для подбора варианта сте- пени сжатия в рабочем цилиндре двигателя. Все остальные величины и коэффициенты, необходимые для проведения расчетов, устанавливаются и обосновываются студентом самостоятельно в соот ветствии с заданной конструкцией двигателя. В отдельных случаях может быть выдано индивидуальное задание на курсо вое проектирование, если производственная работа студента непосредственно связана с эксплуатацией, ремонтом, сервисом или конструированием других ти пов двигателей. Индивидуальное задание согласовывается с руководителем кур сового проекта и утверждается заведующим кафедрой. Курсовую работу или курсовой проект студент защищает перед комиссией в составе не менее из двух преподавателей.
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 1. – диаметр цилиндра двигателя, м; 2. = 2 – ход поршня двигателя, м; 3. – радиус кривошипа КШМ, м; 4. ВМТ – верхняя (внутренняя) мертвая точка поршня; 5. НМТ – нижняя (наружная) мертвая точка поршня; 6. – число тактов в цикле ДВС; 7. –текущее положение поршня (отсчет ведется от ВМТ такта впуска),м 8. – текущий угол поворота кривошипа (отсчет от ВМТ такта впуска), м; 9. = = - рабочий объем цилиндра ДВС, м ; 10. = + – полный объем цилиндра ДВС, м ; 11. = – объем камеры сгорания ДВС, м ; 12. = + – текущий объем рабочей камеры ДВС, м ; 13. = – степень сжатия; 14. = – текущая степень сжатия; 15. = – текущая степень расширения (для бензинового ДВС =1); 16. = – степень предварительного расширения для дизельного ДВС; 17. , , - атмосферные параметры (давление, температура, плотность); 18. , , – давление, температура, плотность воздуха за турбокомпрес- сором (при наддуве в дизельном ДВС); 19. = – степень повышения давления в турбокомпрессоре; 20. – подогрев воздуха во впускном тракте, К; 21. – охлаждение воздуха за компрессором, К; 22. – удельная газовая постоянная для воздуха, = 287кДж/кгּ К; 23. , , – давление, температура, плотность в начале цикла сжатия; 24. , , – давление, температура, плотность в конце цикла сжатия; 25. , , – давление, температура, плотность в конце сгорания; 26. , , – давление, температура, плотность в конце расширения; 27. , , – давление, температура, плотность остаточного газа; 28. – количество молей свежего воздуха в цилиндре на кг топлива; 29. – количество молей свежей смеси в цилиндре на кг топлива; 30. – количество молей продуктов сгорания в цилиндре на кг топлива; 31. – количество молей остаточного газа в цилиндре на кг топлива; 32. – теоретически необходимое количество (в кг по массе) воздуха для сгорания 1 кг топлива;
33. – теоретически необходимое количество молей воздуха для сгорания 1 кг топлива; 34. – низшая теплота сгорания, кДж/кг; 35. – коэффициент избытка воздуха; 36. – аэродинамические потери во впускном тракте, МПа; 37. – коэффициент наполнения; 38. = – коэффициент остаточного газа; 39. – коэффициент дозарядки, учитывающий поступление дополнительной массы свежего заряда за счет инерционного наддува; 40. – коэффициент очистки цилиндра, учитывающий уменьшение массы остаточного газа за счет продувки цилиндра; 41. , – показатели адиабат процессов сжатия и расширения в цилиндре; 42. , – показатели политроп процессов сжатия и расширения в цилиндре 43. – показатель политропы сжатия в турбокомпрессоре; 44. – внутренняя энергия воздуха, кДж/кмоль; 45. – внутренняя энергия рабочей смеси, кДж/кмоль; 46. – внутренняя энергия продуктов сгорания, кДж/кмоль; 47. – энтальпия продуктов сгорания, кДж/кмоль; 48. –содержание углерода, водорода, кислорода в топливе в долях кг; 49. – молекулярная масса воздуха при нормальных атмосферных условиях, = 28,986 кг/кмоль; 50. – молекулярная масса паров топлива, кг/кмоль; 51. – степень повышения давления при сгорании; 52. – длина шатуна, м; 53. = – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна; 54. – коэффициент относительного смещения (в дезаксиальных КШМ); 55. – масса поршня, кг; 56. = – удельная масса поршня, кг/м ; 57. – площадь поршня, м ; 58. – масса шатуна, кг; 59. = – удельная масса шатуна, кг/м ; 60. – удельная масса шатунной шейки коленчатого вала, кг/м ; 61. = 0,275 – приведенная к поршневому пальцу удельная масса шатуна, то есть условно отнесенная к верхней головке шатуна (при приведении массы шатуна к 2-хмассовой расчетной схеме), кг/м ; 62. = 0,725 – приведенная к кривошипу удельная масса шатуна, то есть условно отнесенная к нижней головке шатуна (при приведении массы шатуна к 2-хмассовой расчетной схеме), кг/м ; 63. = + – приведенные удельные массы, совершающие возвратно-поступательное движение по линии движения поршня, кг/м ; 64. = + + 2 – приведенные удельные массы, совершающие вращательное движение по окружности вращения кривошипа, кг/м ; 65. = – приведенная к кривошипу (коренной шейке) удельная масса щеки коленвала, то есть отнесенная к радиусу кривошипа, кг/м ;
66. – расстояние центра масс щеки от оси вращения кривошипа, м; 67. = - угловая скорость вращения кривошипа (коленвала), рад/с; 68. = – номинальная частота вращения коленчатого вала, соответствующая максимальной мощности двигателя, мин ; 69. , , , , – индикаторные среднее давление, мощность, крутящий момент, КПД и удельный расход топлива; 70. , , , , – эффективные среднее давление, мощность, крутящий момент, КПД и удельный расход топлива; 71. … – характерные точки на индикаторных диаграммах.
Принятые при расчетах постоянные величины и размерности: 1) Eдиницы физических величин: давление - [МПа], температура - [ К], плотность - [кг/м ] 2) Параметры топлив: Состав бензина А - 76: массовая доля углерода - C = 0,855; массовая доля водорода - Н = 0,145; молекулярная масса - = 120 кг/кмоль; низшая теплота сгорания = 44000 кДж/кг. Состав дизельного топлива ДЛ- 41- 0,2: массовая доля углерода - C = 0,870; массовая доля водорода - Н = 0,126; массовая доля кислорода - О = 0,004; молекулярная масса - = 190 кг/кмоль; низшая теплота сгорания = 42000 кДж/кг. 3) Параметры атмосферы: давление окружающего воздуха = 0,1 Мпа температура окружающего воздуха = 298 К 4) Охлаждение воздуха после компрессора = 0 К
ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 1. Расчетно-пояснительная записка: - задание на проектирование автомобильного поршневого двигателя; - технико-экономическое обоснование проектируемого двигателя и выбор ос- новных параметров, необходимых для проведения расчетов; - тепловой расчет и определение основных размеров двигателя; - внешняя скоростная характеристика проектируемого двигателя с искровым зажиганием или теоретическая регуляторная характеристика дизеля; - динамический расчет и анализ уравновешенности двигателя; - расчет основных деталей (коренной и шатунной шеек коленвала, деталей по- ршневой и шатунной групп, шпильек головки блока, механизма газораспре- деления и т.д.) двигателя на прочность с необходимыми схемами и эскизами;
- расчет различных систем (питания топливом, питания воздухом, смазки, охлаждения и т. д.) двигателя с необходимыми схемами и эскизами; - выводы по сравнению основных показателей проектируемого двигателя и прототипа с кратким описанием усовершенствований и изменений, которые внесены в проектируемый двигатель по сравнению с прототипом; - перечень использованной литературы; - оглавление. 2. Диаграммы и графики теплового и динамического расчета проектируемого двигателя (на одном листе миллиметровки формата А1). 3. Чертежи продольного и поперечного разрезов проектируемого двигателя (на двух листах формата А1). Примеры приведены на рис.18 и 19.
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ДВИГАТЕЛЕЙ При выполнении расчетов следует обратить особое внимание на их точность, так как ошибка в подсчете одного показателя влечет за собой искажение всего расчета. Исходные данные для приведенных в качестве примеров расчета двигателей представлены в таблице 24 (для карбюраторного двигателя с искровым зажиганием) и в таблице 31 (для дизельного двигателя).
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ Параметры рабочего тела 1.1.1. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива: , . 1.1.2. Рассчитываем количество свежего воздуха: . 1.1.3. Рассчитываем количество горючей смеси: . Тепловой баланс 1.11.1. Доля тепла, затраченная на полезную работу: 0,40 1.11.2. Доля тепла, уносимая с отработавшими газами: 0,35 . Рассчитываем температуру отработавших газов: Рассчитываем энтальпию отработавших газов (табл. 7). . Рассчитываем энтальпию поступившей смеси: . 1.11.3. Доля тепла, передаваемая охлаждающей среде: 0,25
ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
2.1. Расчет кривошипно-шатунного механизма 2.1.1. Давление газов на поршень в зависимости от угла поворота кривошипа рассчитано в таблице 32. Его значение записываем в графу 2 табл. 34. Результаты последующих расчетов также заносим в табл.34. 2.1.2. Избыточное давление газов над поршнем (рис.6): МПа. 2.1.3. Рассчитываем удельные массы КШМ, совершающие возвратно-поступательное движение: . Из таблицы 11 выбираем значения удельных масс: ; . По заданию имеем: ; м; м2; . 2.1.4. Удельная сила инерции возвратно-поступательного движения: МПа. Результаты расчетов заносим в графу 5 таблицы 34. 2.1.5. По нижеприведенным соотношениям рассчитаем остальные удельные силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме (см. рис.6): , МПа; , МПа; , МПа; , МПа; , МПа; Результаты расчетов заносим в таблицу 34. 2.1.6. Рассчитываем суммарный крутящий момент от одного цилиндра: Нм. Значение заносим в графу 15 таблицы 34. 2.1.7. Рассчитываем суммарный крутящий момент от 8 цилиндров, пользуясь таблицей 35. Порядок работы цилиндров - 1л-1п-4л-2л-2п-3л-3п-4п или 1-5-4-2-6-3-7-8 2.1.8. Период суммарного крутящего момента равен: . 2.1.9. Средний индикаторный крутящий момент определяется после построения рис. 10: = или Нм (см. п.1.8.4) 2.1.10. Удельная центробежная сила инерции от вращающейся массы шатуна, сосредоточенной на радиусе кривошипа: МПа. 2.1.11. Рассчитываем силу, действующую на поверхность шатунной шейки (графа 18 таблица 34): = = , МПа 2.1.12. Строим на миллиметровой бумаге графики сил и крутящих моментов в соответствии с приведенными на рис. 7…10.
2.2. Построение полярной диаграммы сил 2.2.1. Cхема построения полярной диаграммы сил , действующей на поверхность шатунной шейки, представлена на рис.11. 2.2.2. Строим координатную систему - , с центром в точке О, в которой отрицательная ось направлена вверх. 2.2.3. В табл.34 каждому значению = 0, 30, 60, … соответствует точка с координатами - . Наносим на плоскость - эти точки по схеме рис.11. Последовательно соединяя точки, получим полярную диаграмму. Вектор, соединяющий центр О с любой точкой диаграммы, указывает направление вектора и его величину в соответствующем масштабе. 2.2.4. Строим новый центр , отстоящий от О по оси на величину центробежной силы от вращающейся массы нижней части шатуна (п.2.1.10). В этом центре условно располагают шатунную шейку с диаметром (рис.11). 2.2.5. Вектор, соединяющий центр О с любой точкой построенной диаграммы указывает направление действия силы на поверхность шатунной шейки и ее величину в соответствующем масштабе. 2.2.6. Касательные линии из центра к верхней и нижней частям полярной диаграммы отсекают наиболее нагруженную от наименее нагруженной части поверхности щатунной шейки. 2.2.7. Масляное отверстие располагают в середине наименее нагруженной части поверхности щатунной шейки.
2.3. Построение развернутой диаграммы сил В таблице 34 приведена рассчитанная в п. 2.1.11 сила , действующая на поверхность шатунной шейки (графа 18 таблица 34). На основе этих имеющихся данных строят на миллиметровой бумаге графики сил в зависимости от угла поворота кривошипа в соответствии с рис.12 и определяют ее среднее значение: = , МПа
3. РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ НА ПРОЧНОСТЬ Все конструктивные размеры для проведения расчетов деталей дизельного двигателя на прочность выбираются в соответствии с табл.31(исходные данные для проектирования) и табл.17, а силы - из таблиц 32 и 34.
Расчет поршня 3.1.1. Напряжение изгиба в днище поршня от газовой силы (рис.13): МПа. где - из таблицы 32, и из таблицы 17. . При наличии ребер жесткости МПа для алюминиевых поршней. 3.1.2. Напряжение сжатия от газовых сил в сечении X-X (рис. 13), ослабленном масляными отверстиями: 42,44 МПа
. где ; (число отверстий); мм – диаметр масляного отверстия, = . МПа - для алюминиевых сплавов. 3.1.3. Напряжение разрыва в сечении Х-Х: МПа. где МПа – для алюминиевых сплавов. 3.1.4. Сложное напряжение в верхней кольцевой перемычке от среза и изгиба по третьей теории прочности:
МПа. где МПа. Удельное давление поршня, отнесенное к высоте юбки поршня: МПа. = (0,33 … 0,96) МПа. Удельное давление поршня, отнесенное ко всей высоте поршня: МПа. = (0,22 … 0,42) МПа
3.2. Расчет поршневого кольца 3.2.1. Определяем с реднее давление поршневого кольца на стенку цилиндра двигателя (рис.13 и 14) согласно выражению: МПа. где - модуль упругости, - из табл.17, МПа. 3.2.2. Рассчитываем эпюру давления кольца в различных его точках: = , МПа где - коэффициент для различных углов - окружности кольца Результаты расчетов сводим в табл.36 и строим эпюру давлений кольца на стенку цилиндра в соответствии с рис.14. 3.2.3. Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень: МПа, где т =1,57 – экспериментальный коэффициент, зависящий от способа надева- ния кольца на поршень Допустимое напряжение МПа.
Расчет поршневого пальца 3.3.1. Рассчитываем удельное давление пальца на втулку верхней головки шатуна: МПа. МПа. где -коэффициент, учитывающий уменьшение инерционной силы за счет учета массы поршневого пальца (для дизелей = 0,68 … 0,82) Для современных дизельных двигателей - МПа. 3.3.2. Удельное давление пальца на бобышку: МПа. Здесь , и из таблицы 17. Для современных дизельных двигателей - МПа. 3.3.3. Напряжение от изгиба поршневого пальца: МПа. где - отношение внутреннего диаметра пальца к наружному из табл.17 МПа. 3.3.4. Касательные напряжения от среза пальца в сечениях, расположенных между бобышками и головкой шатуна (рис.13): МПа. МПа. 3.3.5. Увеличение диаметра пальца в его средней части (овализация): = мм. Значение не должно быть больше мм.
Расчет стержня шатуна 3.4.1. Рассчитываем напряжение сжатия в сечении В-В от сжимающей силы P в плоскости качания шатуна (рис
|
|||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2020-10-24; просмотров: 68; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.144.42.196 (0.23 с.) |