ри графическом методе из начала координат проводится луч ОС под углом ° к оси абсцисс, а также лучи OD и OE под определенными углами и к оси ординат:

; (1.55)

; (1.56)

;

;

Политропа расширения строится при помощи лучей ОС и ОЕ. Политропа сжатия строится при помощи лучей ОС и ОD.

Производим построение теоретической индикаторной диаграммы.

При построении действительной диаграммы углы фаз газораспределения принимаются ориентировочно на основе статистических данных для современных четырехтактных автомобильных двигателей.

Таблица 1.2 - Ориентировочные значения углов поворота коленчатого вала, определяющих положение характерных точек действительной индикаторной диаграммы

Угол п.к.в. (точка) диаграммы)	Тип двигателя
	Бензиновый
?1(r')	20
?2(a")	65
?(c')	40
??1(f)	10
??2(zд)	10
Y1 (b')	60
Y2 (a')	25

Для нанесения характерных точек действительной индикаторной диаграммы на теоретическую диаграмму используем метод Брикса.

Поправка Брикса:

	(1.57)

где ; - радиус кривошипа; - длина шатуна.

Для автомобильных и тракторных двигателей:

?=(0,23 - 0,3);

принимаем: ? = 0,28.

Под индикаторной диаграммой строим вспомогательную полуокружность с диаметром равным ходу поршня. От центра полуокружности в сторону н.м.т. откладываем поправку Брикса. Согласно метода Брикса наносим характерные точки действительной индикаторной диаграммы, затем производим скругление индикаторной диаграммы.

2. Расчет и построение скоростной характеристики двигателя

Построение кривых скоростной характеристики ведется в интервале частот вращения коленчатого вала от = 780 миндо = 6600 мин (значение = 5500 мин), где - частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности.

Расчетные точки кривых эффективной мощности и эффективного удельного расхода топлива определяются по следующим зависимостям через каждые 582 мин:

	(2.1)
	(2.2)

где ,, - соответственно номинальная эффективная мощность (кВт), удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности (), частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности (мин);

, , - соответственно эффективная мощность (кВт), удельный эффективный расход топлива (), частота вращения коленчатого вала (мин) в искомой точке скоростной характеристики;

- коэффициенты, значения которых устанавливаются экспериментально (см. табл. 2.1).

Таблица 2.1 - Значение эмпирических коэффициентов для расчета скоростной характеристики двигателя

Эмпирический коэффициент
Значение	1	1	1,2	1	0,8

Точки кривых эффективного крутящего момента (Нм) и часового расхода топлива (кг/ч) определяются по формулам:

	(2.3)
	(2.4)

Аналогично производим расчеты для остальных значений . Результаты вычислений заносим в таблицу 2.2

Коэффициент приспособляемости К:

	(2.5)

где - эффективный крутящий момент при номинальной мощности.

Таблица 2.2 - Расчеты внешней скоростной характеристики.

№ точки	Частота вращения коленчатого вала в искомой точке скоростной характеристики, об/мин	Эффективная мощность, кВт	Эффективный удельный расход топлива,	Эффективный крутящий момент, Нм	Часовой расход топлива, кг/ч
1	780	13,5	250,8	165,4	3,4
2	1362	25	233,8	175,4	5,8
3	1944	36,9	221	181,4	8,2
4	2526	48,7	212,4	184,2	10,3
5	3108	59,8	207,9	183,8	12,4
6	3690	69,6	207,6	180,2	14,4
7	4272	77,5	211,5	173,3	16,4
8	4854	82,8	219,6	163	18,2
9	5436	85	231,9	149,4	19,7
10	6018	83,4	248,4	132,4	20,7
11	6600	77,5	269	112,2	20,8

По полученным значениям производим построение внешней скоростной характеристики.

3 Динамический расчет КШМ двигателя

3.1 Расчет сил давления газов

Сила давления газов, Н:

	(3.1)

где - атмосферное давление, МПа;

, - абсолютное и избыточное давление газов над поршнем в рассматриваемый момент времени, МПа;

- площадь поршня, м2;

	(3.2)

Величины снимаются с развернутой индикаторной диаграммы для требуемых ? и заносятся в сводную табл. 3.1 динамического расчета. Соответствующие им силы рассчитываются по формуле (3.1) и также заносятся в табл. 3.1

Для определения сил непосредственно по развернутой индикаторной диаграмме, а также для случая, когда на ее координатной сетке строятся графики других сил, масштаб диаграммы пересчитывается. Если кривая построена в масштабе (МПа в мм), то масштаб этой же кривой для будет:

	(3.3)

3.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

Для упрощения динамического расчета действительный КШМ заменяется эквивалентной системой сосредоточенных масс , которая состоит из массы (кг), сосредоточенной в точке А и совершающей возвратно-поступательное движение, и массы (кг), сосредоточенной в точке В и совершающей вращательное движение:

	(3.4)
	(3.5)
	(3.6)
	(3.7)

где - масса поршневой группы;

- часть массы шатуна, приходящаяся на возвратно-поступательную движущуюся массу, кг;

- часть массы шатуна, приходящаяся на вращающуюся движущуюся массу, кг;

- часть массы кривошипа, сосредоточенной в точке В.

Для приближенного определения значений , и можно использовать конструктивные массы т' (кг/м2), т.е. массы, отнесенные к площади поршня .

Исходя из определения конструктивных масс, значения т', выбранные по справочнику, умножили на площадь (м2) для получения искомых величин т.

Таким образом, имеем:

3.3 Расчет сил инерции

Силы инерции, действующие в КШМ, в соответствии с характером движения приведенных масс подразделяются на силы инерции поступательно движущихся масс , и центробежные силы инерции вращающихся масс , Н:

	(3.8)
	(3.9)

где j - ускорение поршня, м/с2;

- угловая скорость вращения коленчатого вала для расчетного режима;

	(3.10)

Для рядного двигателя центробежная сила инерции является результирующей двух сил:

силы инерции вращающихся масс шатуна

	(3.11)

и силы инерции вращающихся масс кривошипа

	(3.12)

Силы , рассчитанные для требуемых положений кривошипа (углов ?), заносятся в табл. 3.1.

3.4 Расчет суммарных сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

Суммарные силы, действующие в КШМ, определяют алгебраическим сложением сил давления газов и сил возвратно-поступательно движущихся масс, Н:

	(3.13)

Суммарная сила , как и силы и , направлена по оси цилиндра и приложена к оси поршневого пальца . Воздействие от силы Р передается на стенки цилиндра перпендикулярно его оси и на шатун по направлению его оси.

Сила N (Н), действующая перпендикулярно оси цилиндра, называется нормальной силой воспринимается стенками цилиндра:

	(3.14)

где, - угол отклонения шатуна от оси цилиндра.

Сила S (Н), действующая вдоль шатуна:

	(3.15)

От действия силы S на шатунную шейку возникают две составляющие силы:

сила, направленная по радиусу кривошипа (Н)

	(3.16)

тангенциальная сила, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа (Н):

	(3.17)

Производим расчеты для всех положений коленчатого вала.

Рассчитанные для требуемых углов ? значения Р, N, S, К, Т заносятся в табл. 3.1.

3.5 Расчет сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала

Аналитически результирующая сила, действующая на шатунную шейку рядного двигателя, учитывается действие сил со стороны только одного из двух расположенных рядом на шейке шатунов, Н:

	(3.18)

где - сила, действующая на шатунную шейку по кривошипу.

Значения вычисленные для требуемых ? , заносятся в табл. 3.1.

Таблица 3.1- Результаты вычисления сил, действующих в КШМ

?, град	?PГ, Мпа	PГ, Н	Pj, Н	P, Н	N, Н	S, Н	K, Н	T, Н	PК, Н	RШШ, Н
0	0.105	520	-12709	-12189	0	-12189	-12189	0	-19514	19514
30	-0.014	-69	-9989	-10058	-1422	-10158	-7999	-6261	-15324	16554
60	-0.014	-69	-3574	-3643	-911	-3755	-1033	-3610	-8358	9104
90	-0.014	-69	2780	2711	791	2824	-791	2711	-8116	8557
120	-0.014	-69	6355	6286	1571	6479	-4504	4658	-11829	12713
150	-0.014	-69	7209	7140	1010	7211	-6688	2696	-14013	14270
180	-0.014	-69	7149	7080	0	7080	-7080	0	-14405	14405
210	-0.0091	-45	7209	7164	-1013	7235	-6711	-2705	-14036	14294
240	-0.007	-35	6355	6320	-1580	6514	-4528	-4683	-11853	12745
270	0.14	693	2780	3473	-1013	3618	-1013	-3473	-8338	9032
300	0.42	2079	-3574	-1495	374	-1541	-424	1482	-7749	7889
330	0.84	4157	-9989	-5832	825	-5890	-4638	3630	-11963	12502
360	3.605	17841	-12709	5132	0	5132	5132	0	-2193	2193
370	7.98	39493	-12391	27102	1319	27134	26461	6005	19136	20056
390	4.2	20786	-9989	10797	1527	10904	8587	6721	1262	6838
420	1.96	9700	-3574	6126	1531	6314	1737	6071	-5588	8251
450	1.12	5543	2780	8323	2428	8670	-2428	8323	-9753	12822
480	0.56	2771	6355	9126	2281	9407	-6538	6763	-13863	15425
510	0.245	1213	7209	8422	1191	8506	-7889	3180	-15214	15543
540	0.14	693	7149	7842	0	7842	-7842	0	-15167	15167
570	0.07	346	7209	7555	-1068	7630	-7077	-2852	-14402	14682
600	0.035	173	6355	6528	-1632	6729	-4677	-4838	-12002	12940
630	0.035	173	2780	2953	-861	3076	-861	-2953	-8186	8702
660	0.035	173	-3574	-3401	850	-3506	-964	3370	-8289	8948
690	0.035	173	-9989	-9816	1388	-9914	-7807	6110	-15132	16319
720	0.035	173	-12709	-12536	0	-12536	-12536	0	-19861	19861

3.6 Построение графиков сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

Графики изменения сил, действующих в КШМ, в зависимости от угла поворота кривошипа ? строятся в прямоугольной системе координат по данным табл. 3.1

Построение графика (?) ведется как в прямоугольной системе координат, так и в виде полярной диаграммы с базовым направлением (полярной осью) по кривошипу.

При построении графика (?) прямоугольных координатах по расчетным данным табл. 3.1 минимальное и максимальное значения силы (а также необходимые значения в точках перегиба кривой) определяются по полярной диаграмме.

Н;

Н;

Н;

3.7 Построение диаграммы износа шатунной шейки

На основании полярной диаграммы нагрузки на шатунную шейку коленчатого вала производится построение диаграммы износа

Результирующие величины заносятся в таблицу 3.2. По их значениям определяется величина износа в определенной точке шатунной шейки. Масштабный коэффициент для построения диаграммы износа Мр = 10 кН/мм.

Таблица 3.2 - Определение суммарных сил, обуславливающих характер износа шатунной шейки.

RШШ i	Значение RШШ i (Н) для лучей
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
RШШ 0	19514	19514	19514								19514	19514
RШШ 30	16554	16554	16554									16554
RШШ 60	9104	9104	9104									9104
RШШ 90	8557	8557									8557	8557
RШШ 120	12713	12713									12713	12713
RШШ 150	14270	14270									14270	14270
RШШ 180	14405	14405	14405								14405	14405
RШШ 210	14294	14294	14294									14294
RШШ 240	12745	12745	12745									12745
RШШ 270	9032	9032	9032									9032
RШШ 300	7889	7889									7889	7889
RШШ 330	12502	12502									12502	12502
RШШ 360	2193	2193	2193								2193	2193
RШШ 370						20056	20056	20056	20056
RШШ 390								6838	6838	6838	6838
RШШ 420	8251									8251	8251	8251
RШШ 450	12822									12822	12822	12822
RШШ 480	15425	15425									15425	15425
RШШ 510	15543	15543									15543	15543
RШШ 540	15167	15167	15167								15167	15167
RШШ 570	14682	14682	14682									14682
RШШ 600	12940	12940	12940									12940
RШШ 630	8702	8702	8702									8702
RШШ 660	8948	8948									8948	8948
RШШ 690	16319	16319									16319	16319
	282571	261498	149332	0	0	20056	20056	26894	26894	27911	191356	282571
Величина износа, мм	28.3	26.1	14.9	0	0	2	2	2.7	2.7	2.8	19.1	28.3

3.8 Построение графика суммарного крутящего момента двигателя

Крутящий момент (Н м), развиваемый одним цилиндром двигателя в любой момент времени, прямо пропорционален тангенциальной силе Т ;

; (3.20)

где Т, Н; R, м.

При равных интервалах между вспышками в цилиндрах двигателя построение кривой (?) производится в следующей последовательности: график (?) (или Т(?) при соответствующем выборе масштаба) разбивается на число участков, равное числу цилиндров двигателя; все участки совмещаются на новой координатной сетке длиной ? и суммируются. Для четырехтактного двигателя:

?=720° /i =720/4=180° ; (3.21)

Производим расчет суммарного крутящего момента, результаты расчетов заносим в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 - Определение суммарного крутящего момента

Угол поворота коленчатого вала, °	Крутящий момент для цилиндра, Н·м	Суммарный крутящий момент, Н·м
	1	2	3	4
0	0	0	0	0	0
30	-248.56	-107.39	266.82	-113.22	-89.13
60	-143.32	-185.92	241.02	-192.07	-88.21
90	107.63	-137.88	330.42	-117.23	300.17
120	184.92	58.84	268.49	133.79	512.25
150	107.03	144.11	126.25	242.57	377.39
180	0	0	0	0	0

Принимаем масштабный коэффициент для суммарного крутящего момента:

Мр = 7,6737 (Н·м)/мм .

Производим построение графика суммарного крутящего момента. По графику определяем среднее значение суммарного крутящего момента:

; (3.22)

где F1, F2 - соответственно положительная и отрицательная площади, заключенные между кривой и линией ОА, мм2 .

Н·м.

По величине определяем эффективный крутящий момент , снимаемый с вала двигателя:

; (3.23)

Н·м.

Производим сравнение полученного значения с величиной полученной в тепловом расчете ( Н·м):

.

Заключение

В данном курсовом проекте мы систематизировал и закрепил наши знания, полученные при изучении теоретического курса дисциплины «Силовые установки транспортных средств», а также освоил методику и получил практические навыки теплового и динамического расчета автомобильного двигателя.

Литература

1. Автомобильные двигатели / Под. ред. М.С. Ховаха - М.: Машиностроение, 1977.-591с.

2. Артамонов М.Д. и др. Основы теории и конструирования автомобильных двигателей. - М.: Высш. шк., 1976. - 132 с.

3. Болтинский В.Н. Теория, конструирование и расчет тракторных и автомобильных двигателей. - М.: Сельхозиздат, 1962. - 390 с.

4. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова. -- М.: Машиностроение, 1984. - 383 с.

5. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова. - М.: Машиностроение, 1983. - 375 с.

6. Железко Б.Е. и др. Расчет и конструирование автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов. - Мн.: Вышэйшая школа, 1987. - 247 с.

7. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей:

Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 2003. - 496 с.

8. Попык К.Г. Конструирование и расчет автомобильных и тракторных двигателей.- М.: Высш. шк., 1968. - 389 с.

Страницы: 1, 2

Голосование

Как вы оцениваете работу нашего сайта? Отлично Хорошо Нормально Плохо Результаты