Эффективные параметры рабочего цикла

     1.9.1. Рассчитываем среднее давление механических потерь (работа, затрачиваемая на трение и привод вспомогательных агрегатов, приходящаяся на единицу рабочего объема):

МПа,

где  и  - коэффициенты, зависящие от числа цилиндров и от отношения хода поршня к диаметру цилиндра S/ D определяется по таблице 9.

Средняя скорость поршня

 м/c

1.9.2. Рассчитываем среднее эффективное давление (эффективную работу, снимаемую с единицы рабочего объема):

  МПа.

1.9.3. Рассчитываем механический КПД:

.

1.9.4. Определяем эффективную мощность:

кВт.

1.9.5. Определяем эффективный КПД:

.

1.9.6. Определяем эффективный удельный расход топлива:

.

1.9.7. Эффективный крутящий момент:

Нм.

1.9.8. Расход топлива:

.

1.9.9. Литровая мощность:

.

 

 

1.10. Построение свернутой (Р-V) или (Р- S) и развернутой (Р-φ)

 индикаторных диаграмм

Расчеты всех четырех тактов представлены в таблице 25.

 

1 такт (впуск - )

Р_а = const =0,0864 МПа.

Для приближения теоретической индикаторной диаграммы к действительной при стыковке линий выпуска и впуска применяют:

Мпа

 

2 такт (сжатие - )

Рассчитываем текущее значение давления в период сжатия в зависимости от текущего объема  и от угла поворота кривошипа φ:

                            МПа,

где S_с=  - условная высота камеры сгорания, мм;

S_a= S + S_с=  - условная длина цилиндра, мм;

S_c + S_φ – текущее расстояние поршня от днища цилиндра (табл.25), мм;

 - текущее значение степени сжатия (графа 5 табл.25);

 - текущее расстояние поршня от ВМТ (графа 3 табл.25), мм.

Значение тригонометрической функции выбирается по табл.10 и заносится в графу 2 табл.25. Результат расчета давления в период сжатия  заносится в графу 7 табл.25.

 

Текущее значение давления в период сжатия:

В соответствии с исходными данными: мм; мм;

      мм.

При , значение  должно совпадать со значением Р_с в тепловом расчете.

При скруглении индикаторной диаграммы в точке «с» необходимо учесть некоторое повышение давления за счет тепловыделения в период движения поршня от точки «с'» (начало подачи топлива) до точки «с» (верхняя мертвая точка).

Это повышение учитывается приближенно на основе экспериментальных данных: . Принимаем приближенно МПа.

 

3 такт (расширение - )

Рассчитываем максимальное значение давления после подвода тепла:

, МПа (п.1.5.8.1)

Текущее значение давления в период расширения (графа 7 табл.25):

                

где  =  - текущая степень расширения (графа 5 табл.25)

Проверка:                          (п.1.6.1)

Для стыковой линии расширения с линией выпуска газа в точке «b» проводится скругление:

                           

 

4 такт (очистка цилиндра - )

На этом участке        

По данным табл.25 строится индикаторная диаграмма Р- S (рис.4). Скругление диаграммы проводится в соответствии с характерными точками (табл.26).

 

 

Тепловой баланс

1.11.1. Доля тепла, затраченная на полезную работу:

0.323

1.11.2. Доля тепла, потерянная из-за химического недогорания топлива:

                                         

1.11.3. Доля тепла, уносимая с отработавшими газами:

             .

Рассчитываем температуру отработавших газов:

                      

где m – показатель политропы процесса расширения отработавших газов (для бензиновых двигателей m = 1,3 … 1,35)

     Рассчитываем энтальпию отработавших газов (табл.2, 5 и 7):

.

Рассчитываем энтальпию поступившей смеси:

.

1.11.4. Доля тепла, передаваемая охлаждающей среде:

 

Скоростные характеристики

Построение внешней скоростной характеристики для карбюраторного двигателя ведется в диапазоне скоростей 600 … 6000 мин^-1  (табл.27).

1.12.1. Построить скоростные характеристики бензинового двигателя для полученных данных: N_e = 146,72 кВт, M_eNe = 233,5 Нм, Р_еNe = 0,989 МПа,

g_eNe = 253,3 , G_tNe = 37,146 .

     1.12.2. Расчетные эмпирические формулы для определения мощности, крутящего момента, среднего эффективного давления, среднего индикаторного давления, удельного эффективного расхода топлива, часового расхода топлива карбюраторного бензинового двигателя:

                          

              По данным табл.27 строится внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя: зависимости N_e, M_e, Р_i, G_e, G_T от частоты вращения.

 

 

ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

2.1. Расчет кривошипно-шатунного механизма

2.1.1. Давление газов на поршень в зависимости от угла поворота кривошипа рассчитано в таблице 25. Его значение записываем в графу 2 табл. 28. Результаты последующих расчетов также заносим в табл.28.

2.1.2. Избыточное давление газов над поршнем:

 МПа.

2.1.3. Из таблицы 11 выбираем значения удельных масс:

;  .

По заданию имеем: ; м;

м²; .

2.1.4. Рассчитываем удельное значение силы инерции от возвратно-поступательного движения масс поршневой группы:

, МПа

где .

Из таблицы 11 выбираем значения удельных масс:

;  .

По заданию имеем: ; м;

м²; .

Результаты расчетов заносим в графу 5 таблицы 28

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 28.

2.1.6. Рассчитываем суммарный крутящий момент от одного цилиндра:

Нм.

Значение  заносим в графу 15 таблицы 28.

2.1.7. Рассчитываем суммарный крутящий момент от 6 цилиндров, пользуясь табл.28 и 29.

Порядок работы цилиндров - 1-5 -3 -6 -2 -4

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 28):

                     =   =  , МПа

2.1.12. Строим на миллиметровой бумаге графики сил и крутящих моментов в соответствии с приведенными на рис. 7…10 согласно данных табл.28.

 

              

                   2.2. Построение полярной диаграммы сил

Построение полярной диаграммы сил, действующей на шатунную шейку проводится аналогично, как и для дизельного двигателя, приведенного ранее, с учетом данных табл.28 и рис.11.

 

2.3. Построение развернутой диаграммы сил

Построение развернутой диаграммы сил, действующей на шатунную шейку проводится аналогично, как и для дизельного двигателя, приведенного ранее, с учетом данных табл.28 и рис.11.

 

РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ НА ПРОЧНОСТЬ

Все конструктивные размеры для проведения расчетов деталей карбюраторного двигателя на прочность выбираются в соответствии с табл.24(исходные данные для проектирования) и табл.17, а силы - из таблиц 25 и 28.

 

Расчет поршня

3.1.1. Напряжение изгиба в днище поршня от газовой силы:

МПа.

где  - из таблицы 25.

Если днище поршня не имеет усиливающих ребер жесткости, то для алюминевых поршней - МПа; для чугунных -  МПа

Если днище поршня имеет ребра, то для алюминиевых поршней - МПа; для чугунных -  МПа.

.

При наличии ребер жесткости МПа - для алюминиевых поршней.

3.1.2. Напряжение сжатия от газовых сил в сечении X-X:

.

;           (число отверстий);

 мм – диаметр масляного отверстия, .

МПа.

3.1.3. Напряжение разрыва в сечении Х-Х от инерционной силы:

МПа.

МПа.

3.1.4. Сложное напряжение в верхней кольцевой перемычке от среза и изгиба:              МПа.

=0,04 (см. табл.17)

МПа.

     3.1.5. Удельное давление поршня, отнесенное к высоте юбки поршня:

 МПа.

3.1.6. Удельное давление поршня, отнесенное ко всей высоте поршня:

 

 

3.2. Расчет поршневого кольца

      3.2.1. Среднее давление поршневого кольца на стенку цилиндра:

МПа.

                       МПа.    =3,25  из табл.17

  3.2.2. Рассчитываем эпюру давления кольца в различных его точках:

                                        =  , МПа

где   - коэффициент для различных углов  - окружности кольца

Результаты расчетов сводим в табл.30 и строим эпюру давлений кольца на стенку цилиндра в соответствии с рис.14.                   

3.2.3. Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии:

3.2.4. Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень:

 МПа,

где т =1,57 – экспериментальный коэффициент, зависящий от способа надева     ния кольца.

Допустимое напряжение  МПа.

Расчет поршневого пальца

3.3.1. Рассчитываем удельное давление пальца на втулку верхней головки шатуна:                       Мпа.

            Мпа.

      Допустимое значение -  МПа.

 

3.3.2. Удельное давление пальца на бобышку:

              МПа.

Здесь ,    и  из табл.17.

Допустимое значение -  МПа.

3.3.3. Напряжение от изгиба поршневого пальца:

      МПа.

где - отношение внутреннего диаметра пальца к наружному.

     Допустимое значение -  МПа.

3.3.4. Касательные напряжения от среза пальца в сечениях, расположенных между бобышками и головкой шатуна:

            МПа.

Допустимое значение -  МПа.

3.3.5. Овализация пальца:

=

 мм.

Значение  не должно быть больше мм.

 

Расчет стержня шатуна

3.4.1. Напряжение сжатия в сечении В-В в плоскости качания:

                   

Выбираем размеры согласно табл.17

        

Материал – сталь 45Г2,

3.4.2. Напряжение сжатия в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна:   

3.4.3. Минимальное напряжение от действия растягивающей силы:

                     

3.4.4. Рассчитываем среднее значение напряжения цикла:

- в плоскости качания шатуна:

                          

- в плоскости перпендикулярной плоскости качания шатуна:

                      

3.4.5. Среднее значение амплитуд цикла:

                          

3.4.6. Рассчитываем амплитуды цикла с учетом масштабного коэффициента в плоскости качания шатуна:

                             

- в плоскости перпендикулярной плоскости качания:

                           

Здесь: материал сталь 45Г2, для нее   

                                    

Так как:          

то запас прочности определяется по пределу усталости:

                         

 

 

РАСЧЕТ СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЯ

Расчет системы смазки

4.1.1. Количество тепла, отводимое маслом:

                          

4.1.2. Массовый циркуляционный расход масла:

                            

где = 2,094 - удельная теплоемкость масла

4.1.3. Стабилизационный расход масла:

                                          

4.1.4. Расчетная производительность:

                                       

4.1.5. Мощность, затраченная на привод масляного насоса:

                                

Здесь: - напор в масляном насосе;

       - перепад давления в насосе;

       - плотность масла в системе.

 

Расчет системы охлаждения

4.2.1. Рассчитываем количество тепла, отводимого от двигателя охлаждающей жидкостью (по расчету , в том числе  ).

                          

4.2.2. Циркуляционный расход жидкости:

                                  

где - охлаждение в радиаторе.

4.2.3. Расчетная производительность насоса:

                                    

Здесь - коэффициент подачи насоса.

4.2.4. Напор насоса:

Здесь  - перепад давления на насосе.

4.2.5. Мощность, затрачиваемая на привод насоса:

                                

Здесь =0,8 – механический кпд насоса.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

 

Таблица 1

Задание на курсовое проектирование

№	Последняя цифра шифра	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
1	Тип двигателя и его назначение	Бензиновый карбюраторный двигатель               для легкового автомобиля						Дизельный двигатель для грузового автомобиля
2	Диаметр цилиндра	0,092	0,092	0,079	0,079	0,082	0,082	0,110	0,110	0,130	0,130
3	Ход поршня	0,092	0,086	0,080	0,080	0,070	0,070	0,115	0,115	0,140	0,140
4	Отношение радиуса кри- вошипа к длине шатуна	0,270	0,270	0,275	0,275	0,280	0,280	0,267	0,267	0,264	0,264
5	Число цилиндров	Р - 4	Р - 4	Р - 4	Р - 4	Р - 4	Р - 4	V - 8	V - 8	V - 8	V - 8
6	Частота вращения номи- нальная	4500	5200	5600	5600	5800	5800	2500	2500	2100	2100
7	Число клапанов на цилиндре	2	4	2	4	2	4	2	2	2	2
8	Средняя скорость за- ряда в клапане	100	70	100	70	100	70	60	60	55	55
9	Коэффициент избытка воздуха	0,95	1,0	0,95	1,0	0,95	1,0	1,4	1,6	1,4	1,6
10	Повышение давления в компрессоре	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,7	1,0	1,7
11	Подогрев при впуске	0	5	- 3	10	- 5	15	15	20	17	25
12	Коэффициент сопротивления при впуске	2,3	2,4	2,3	2,4	2,3	2,4	2,4	2,4	2,4	2,4
13	Давление остаточного газа	0,110	0,108	0,110	0,105	0,110	0,105	0,104	0,174	0,104	0,174
14	Коэффициент очистки остаточных газов	0,93	0,92	0,93	0,92	0,93	0,92	0,97	0,94	0,97	0,94
15	Коэффициент дозарядки	1,02	1,05	1,02	1,05	1,02	1,05	1,02	1,06	1,02	1,06
16	Предпоследняя цифра шифра для вариантов 1-6	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
17	Степень сжатия	8,8	8,9	9,0	9,1	9,2	9,3	9,4	9,6	9,8	10,0
18	Предпоследняя цифра шифра для вариантов 7-0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
19	Степень сжатия	16,5	16,6	16,7	16,8	16,9	17,0	17,1	17,2	17,3	17,4

 

Таблица 2

Внутренняя энергия продуктов сгорания бензина U", Дж/кмоль

t^оC	Воздух	0,85	0,9	0,95	1	1,05	1,1
0	0	0	0	0	0	0	0
100	2083,9	2225,7	2235,6	2244,8	2253	2245,7	2238,8
200	4197	4511,8	4535,2	4556,4	4577	4559,2	4544,3
300	6362,1	6885,3	6901,65	6951,9	6987,9	6960	6934,5
400	.8590	9321,2	9380	9434,4	9484,8	9445,2	9408,4
500	10890,5	11753,5	11933,5	12007	12075	12022,5	11974
600	13254,6	14467,8	14570,4	14664	14751,6	14685	14623,8
700	15686,3	17166,1	17291	17407,6	17514,7	17433,5	17358,6
800	18171,2	19935,1	20085,6	20224	20352.8	20255,2	20166,4
900	20707,2	22773,6	22950	23112	23262,3	23148	23043,6
1000	23284	25668	25870	26056	26229	26098	25977
Продолжение табл.2
1100	25902,8	28716,6	28846,4	29056,5	29252,3	29102,7	28966,3
1200	28554	31618,8	31814,4	32109,6	32328	32160	32006,4
1300	31237,7	34660,6	34942,7	35204	35444,5	35257,3	35085,7
1400	33951,4	37742,6	38052	38339	38603,6	38396,4	38207,4
1500	36690	40860	41197,5	41509,5	41779	41571	41362,5
1600	39444,8	44001,6	44366,4	44705,6	45017,6	44737,6	44537,6
1700	42222,9	47176,7	475711	47934,9	48271,5	48001,2	47754,7
1800	45009	50369,4	50792,4	51181,2	51541,2	51251,4	50983,2
1900	47819,2	53589,5	54039,8	54455,9	54839,7	54526,2	54241,2
2000	50654	56826	57304	57746	58156	57820	57514
2100	53495,4	60087,3	60593,4	61061,7	61494,3	61137,3	60811,8
2200	56346,4	63366,6	63901,2	64394	64851,6	64473,2	64125,6
2300	59215,8	66649,4	67212,9	67732,7	68213,4	67813,2	67445,2
2400	62090,4	69952,8	70545,6	71090,4	71596,8	71172	70785,6
2500	64982,5	73262,5	73882,5	74455	74982,5	74537,5	74130
2600	67912	76590,8	77235,6	77833,6	78387,4	77919,4	77490,4
2700	70875	79930,8	80605,8	81229,5	81804,6	81313,2	80865
2800	73836	83280,4	83983,2	84632,8	85232	84719,6	84252

 

 

Таблица 3

Значения коэффициентов А _си В _с при 300°С 800^оС

 

	Ас	Вс
0,9	26,338	-1008,72
0,95	26,54	-1011,38
1	26,728	-1029,28
1,05	26,59	-1017,12
1,1	26,464	-1004,64

Таблица 4

Значения коэффициентов А _z и В _z при 2000 2600

 

	А z	В z
0,9	33,282	-9299,04
0,95	33,514	-9380,28
1	33,785	-9455,34
1,05	33,005	-9224,34
1,1	33,294	-9074

 

 

Таблица 5

Внутренняя энергия продуктов сгорания дизельного топлива U", Дж/кмоль

 

t^оC	Воздух	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,8	2,0
0	0	0	0	0	0	0	0	0
100	2083,9	2227,5	2216,9	2207,8	2199,9	2192,9	2181,2	2171,7
200	4197	4520,4	4496,4	4475,8	4457,8	4442	4415,4	4394
300	6362,1	6896,7	6857,4	6823,5	6794,1	6759	6724,5	6690
400	8590	9316	9299,6	9251,2	9200,8	9172	9109,6	9059,2
500	10890,5	11905,5	11831	11766,5	11710,5	11661	11578,5	11511,5
600	13254,6	14537,4	14443,2	14362,2	14291,4	14465,4	14124,6	14040,6
700	156863	17253,6	17138,8	17039,4	16952,6	16876,3	16748,9	16646
800	18171,2	20040	19903,2	19784,8	19681,6	19590,4	19438,4	19315,2
900	20707,2	22895,1	22734,9	22596,3	22475,7	22369,5	22191,3	22038,3
1000	23284	25804	25620	25460	25321	25199	24993	24828
1100	25902,8	28766,1	28556	28374,5	28217,2	28077,5	27844,3	27656,2
1200	28554	31778,4	31543,2	31339,2	31160,4	31004,4	30741,6	30530,4
1300	31237,7	34829,6	34565,7	34339,5	34140,6	33966,4	33673,9	33438,6
1400	33951,4	37919	37627,8	37377,2	37157,4	36965,6	36642,2	36380,4
1500	36690	41041,5	40722	40447,5	40207,5	39996	39640,5	39355,5
1600	39444,8	44188,8	43840	43539,2	43278,4	43048	42660,8	42348,8
1700	42222,9	47367,1	46988	46663,3	46379,4	46129,5	45709,6	45373
1800	45009	50560,2	50153,4	49802,4	49494,6	49226,4	48772,8	48409,2
1900	47819,2	53779,5	53344,4	52966,3	52637,6	52348,8	51862,4	51471
2000	50654	57016	56550	56146	55796	55486	54966	54548
2100	53495,4	60276,3	59778,6	59350,2	58974,3	58644,6	580923	57921,6
2200	56346,4	62233,6	63025,6	62570,2	62179	61822,2	60794,8	60761,8
2300	59215,8	66831,1	66274,5	65791,5	65370,6	65000,3	64379,3	63880,2
2400	62090,4	70132,8	69542	69033,6	68592	68200,8	67545,6	67017,6
2500	64982	73437,5	72817,2	71297,5	71815,4	71405	70715	70160
2600	67912	76759,8	76107,2	75545,6	75056,8	74625,2	73902,4	73317,4
2700	70875	80092,8	79412,4	78823,8	78310,8	77859,9	77103,9	76493,7
2800	73836	83437,2	82728,8	82112,8	81578	81104,8	80315,2	79677

 

Таблица 6

Значения коэффициентов А _сди В _сд при 500°С 800^оС

 

	А сд	В сд
1,2	27,114	-1652
1,4	26,720	-1592
1,5	26,57	-1574,2
1,6	26,43	-1554
1,8	26,19	-1514

 

Таблица7

Энтальпия продуктов сгорания дизельного топлива I", Дж/кмоль

 

t^оC	Воздух	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,8	2,0
0	0	0	0	0	0	0	0	0
100	2915,4	3059	3048,4	3039,3	3031,4	3024,4	3012,7	3003,2
200	5860	6183,4	6159,4	6137	6120,8	6105	6078,4	6057
300	8856,6	9391,8	9351,9	9318	9288,6	9262,5	9219	9184,5
400	11916	12682	12625	12577,2	12534,8	12498	12435,6	12385,2
500	15048	16063	15988,5	15924	15868	15818,5	15736	15669
600	18243,6	19526,4	19432,8	19351,2	19280,4	19218,6	19113,6	19029,6
700	21506,8	23074,1	22959,3	22859,9	22773,1	22696,8	22569,4	22466,5
800	24823,2	26692	26555,2	26436,8	26333,6	26242,4	26090,4	25967,2
900	28190,7	30378,6	30218,4	30079,8	29959,2	29853	29674,8	29521,8
1000	31599	34119	33935	33775	33636	33514	33308	33143
1100	35049,3	37912,6	37702,5	37521	37363,7	37224	36990,8	36802,7
1200	38532	41756,4	41521,2	41317,2	41138,4	40982,4	40719,6	40508,4
1300	42047,2	45639,1	45375,2	45149	44950	44775,9	44483,4	44248,1
1400	45592,4	49560	4926818	49018,2	48798,4	48606,6	48283,2	48021,4
1500	49162,5	53512,5	53194,5	52920	52680	52468,5	52113	51828
1600	52748,8	57492,8	57144	56843,2	56582,4	56352	55964,8	55652,8
1700	56358,4	61502,6	61125,2	60798,8	60514,9	60265	59845,1	59508
1800	65376	65521,2	65120,4	64769,4	64461,6	64493,4	63739,8	63376,2
1900	63617,7	69578	69142,9	68764,8	68436,1	68147,3	67660,9	67269
2000	67284	73646	73180	72776	72426	72116	71596	71178
2100	70956,9	77737,8	77240	76811,7	76435,8	76169,1	75553,8	75108,6
2200	74639,4	81846,6	81318,6	80863,2	80465	80115,2	79527,8	79054,8
2300	78340,3	85955,6	85399	84916	84495	84124,8	83503,8	83004,7
2400	82046,4	90088,8	89498,4	88989,6	88548	88156,8	87501,6	86973,6
2500	85770	94225	93605	93070	92602	92192,5	91502	909474
2600	89531	98378,8	97726	97164,6	96675,8	96244,2	95521,4	94936,4
2700	93325,5	102543,3	101862,9	101274,3	100761,3	100310,4	99554	98944,2
2800	97118	106719,2	106010,8	105394,8	104860	104386,8	103597,2	102958,8

 

Таблица 8

Значения коэффициентов А _zд и В _zд при 1900 2400

	А zд	В zд
1,2	40,964	-8208,2
1,4	40,45	-8090,5
1,5	40,225	-7992
1,6	40,015	-7892
1,8	39,603	-7445,6

 

Таблица 9

Значения коэффициентов А _м и В _м