- •Содержание
- •Введение
- •1Тепловой расчёт рабочего цикла двигателя
- •1.1 Рабочее тело и его свойства
- •1.2 Процесс впуска
- •1.3 Процесс сжатия
- •1.4 Процесс сгорания
- •1.5 Процесс расширения
- •1.6 Процесс выпуска
- •1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла
- •1.8 Эффективные показатели двигателя
- •1.9 Основные параметры и показатели двигателя
- •1.10 Оценка надежности проектируемого двигателя
- •1.11 Тепловой баланс двигателя
- •1.12 Построение индикаторной диаграммы
- •2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма
- •2.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме
- •3 Подбор автотранспортного средства к двигателю
- •4 Порядок компоновки двигателя
- •Заключение
- •Список использованных источников
- •Приложение а
- •Основные показатели двигателя Приложение б Техническая характеристика двигателя
2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма
двигателя
2.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме
Сила давления газов ∆Рг в Н определяется по формуле:
, (3.1)
.
где рг – индикаторное давление газов (давление над поршнем) при заданном угле поворота кривошипа, МПа;
р0 – давление в картере двигателя (под поршнем), МПа; принимается равным атмосферному – р0 = 0,1 МПа;
FП – площадь поршня, м2; определяется из выражения.
FП = π D2/4, (3.2)
м3.
Для определения сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс необходимо определить массу mj в кг частей кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение:
mj = mп + mш.п, (3.3)
кг.
где mп – масса поршневого комплекта (поршень, палец, поршневые кольца, детали стопорения пальца), кг;
mш.п – часть массы шатуна в сборе, отнесенная к поступательно движущимся массам, кг.
Для большинства существующих конструкций автомобильных двигателей mш.п = (0,25…0,30) mш, где mш – масса шатуна в сборе.
кг, (3.4)
Массы mп и mш рассчитываются по чертежам деталей или выбираются по статистическим данным по следующим зависимостям:
mп = mп′ FП, (3.5)
кг/м2.
кг.
mш = mш′ FП, (3.6)
кг/м2.
кг.
где mп′ и mш′ - удельные массы соответственно поршневого комплекта и шатуна, значения которых приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Удельная масса в кг/м2 элементов КШМ
Элемент КШМ |
Дизельные двигатели при диаметре поршня, мм |
|
80…100 |
100…140 |
|
Поршневой комплект: - алюминиевый сплав - чугун |
150…220 250…320 |
200…300 300…400 |
Шатун |
250…320 |
300…400 |
Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс Рj в Н определяется по формуле:
Рj = - mj R ω2 (cosα + λ cos2α), (3.7)
м.
рад/с.
где R – радиус кривошипа, м; R = 0,5 S (S – ход поршня);
ω – угловая скорость коленчатого вала, ω = π n/30, рад/c.
Значения (cosα + λ cos2α) для различных α и λ приведены в приложении А. Расчеты Рj проводятся для тех же значений α, для которых определялась ∆Pг. Результаты расчета сводятся в таблицу 2.
Суммарная сила Р в Н, действующая на поршневой палец, определяется алгебраическим сложением сил давления газов ∆Pг и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс Рj по формуле:
Р = ∆Pг + Рj (3.8)
Результаты расчетов сводятся в таблицу 2.
От действия суммарной силы возникают следующие силы:
- суммарная нормальная (боковая) сила N в Н, направленная перпендикулярно оси цилиндра; определяется по формуле:
N = Р tgβ (3.9)
- суммарная радиальная сила К в Н, направленная по радиусу кривошипа; определяется по формуле:
K = Р cos(α +β)/cosβ (3.10)
- суммарная тангенциальная сила Т в Н, направленная перпендикулярно к радиусу кривошипа; определяется по формуле:
T = Р sin(α +β )/cosβ (3.11)
- суммарная сила, действующая вдоль шатуна Sш в Н определяется по формуле:
Sш = Р (1/cos β) (3.12)
где β – угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра, β = arcsin(λ sinα).
Значения тригонометрических функций для различных α и λ приведены в приложении А. Результаты расчета сил K, N, T, Sш сводятся в таблицу 2.2.
Суммарный (индикаторный) крутящий момент Мкр в Н·м, развиваемый одним цилиндром двигателя:
Мкр = TR (3.13)
Центробежная сила инерции вращающей части шатуна Кr.ш в Н, направленная по радиусу кривошипа и нагружающая шатунную шейку (шатунный подшипник):
Кr.ш = - mш.к R ω2, (3.14)
Н.
где mш.к – часть массы шатуна, отнесённая к вращающимся массам, кг.
mш.к= mш – mш.п, (3.15)
кг.
Абсолютное значение этой силы в Н определяется по формуле,
(3.16)
а ее направление относительно кривошипа определяется углом:
Ψ = arctg[T/(K+Kr.ш)] (3.17)
По графику силы Rш.ш в прямоугольной системе координат определяются ее максимальное Rш.ш.max=55910,4 Н, минимальное Rш.ш.min=9891,8 Н и среднее значения Rш.ш.ср по формуле:
Rш.ш.ср = F µ/l, (3.18)
Н.
где F=5931,94 мм2– площадь, ограниченная кривой Rш.ш = f (α) и осью абсцисс, мм2 ;
l =306,8 мм– длина диаграммы по оси α, мм;
µ – принятый в динамическом расчете масштаб сил, Н/мм.
Среднее значение суммарного индикаторного крутящего момента двигателя ΣМкр.ср (индикаторный крутящий момент) в Н·м определяется графоаналитическим способом по формуле:
(3.19)
Н·м;
где F1 и F2 – площади, ограниченные кривой ΣМкр = f(α) соответственно выше и ниже оси абсцисс в пределах одного периода, мм2 (при I ≥ 6 в большинстве случаев F2 = 0);
l – длина графика в пределах одного периода, мм.
Эффективный крутящий момент двигателя в Н·м:
Ме = ΣМкр.ср ηМ, (3.20)
Н·м.
.
где ηМ – механический КПД двигателя (из теплового расчета).
Полученное значение Ме не должно отличатся более чем на ∆Ме = 5% от рассчитанного в тепловом расчете значения Ме.
Таблица 2.2 – Значения сил и моментов
-
α
∆Рг
Рi
P
Sш
N
K
T
Rш.ш
Ψ
мм
Н
Н
Мм
Н
мм
Н
Мм
Н
мм
Н
мм
Н
мм
Н
мм
0
0,0715
64,064
-17150,7
-19,1414
-17086,6
-19,0699
-17086,6
-19,0699
0
0
-17086,6
-19,0699
0
0
26988,54
30,12114
0
30
-0,429
-384,384
-13518,3
-15,0874
-13902,7
-15,5164
-14031,2
-15,6598
-1894,21
-2,11407
-11093
-12,3806
-8591,79
-9,58906
22684,91
25,31798
0,38844
60
-0,429
-384,384
-4929,14
-5,50127
-5313,52
-5,93027
-5465,02
-6,09936
-1277,87
-1,42619
-1550,09
-1,73002
-5240,58
-5,84886
12594,12
14,05594
0,42916
90
-0,429
-384,384
3646,21
4,06943
3261,82
3,64043
3387,64
3,78085
914,6641
1,02083
-914,664
-1,02083
3261,829
3,640434
11297,68
12,60902
-0,29289
120
-0,429
-384,384
8575,35
9,57070
8190,96
9,14170
8424,51
9,40235
1969,877
2,19852
-5801,45
-6,47483
6108,648
6,817688
16849,65
18,80541
-0,37099
150
-0,429
-384,384
9872,12
11,018
9487,74
10,589
9575,39
10,6868
1292,679
1,44272
-8862,97
-9,8917
3624,378
4,045065
19111,68
21,33
-0,1908
180
-0,429
-384,384
9858,27
11,0025
9473,89
10,5735
9473,89
10,5735
0
0
-9473,89
-10,5735
0
0
19375,79
21,62477
0
210
-0,429
-384,384
9872,12
11,018
9487,74
10,589
9575,39
10,6868
-1292,68
-1,44272
-8862,97
-9,8917
-3624,38
-4,04507
19111,68
21,33
0,19079
240
-0,429
-384,384
8575,35
9,57070
8190,96
9,14170
8424,51
9,40235
-1969,88
-2,19852
-5801,45
-6,47483
-6108,65
-6,81769
16849,65
18,80541
0,37099
270
0,54
483,84
3646,21
4,06943
4130,05
4,60943
4289,35
4,78723
-1158,13
-1,29255
-1158,13
-1,29255
-4130,05
-4,60943
11806
13,17633
0,35738
300
3,87
3467,52
-4929,14
-5,50127
-1461,62
-1,63127
-1503,29
-1,67778
351,5104
0,39231
-426,393
-0,47588
1441,555
1,608878
10428,41
11,63885
-0,13868
330
17,16
15375,3
-13518,3
-15,0874
1857,02
2,07256
1874,17
2,09171
-253,014
-0,28238
1481,72
1,653706
-1147,63
-1,28083
8498,028
9,484406
0,13546
360
73,9
66214,4
-17150,7
-19,1414
49063,7
54,7585
49063,7
54,7585
0
0
49063,7
54,75859
0
0
39161,8
43,70736
0
390
92,85
83193,6
-16997
-18,9699
66196,5
73,8800
66222,9
73,9095
1868,989
2,08592
65638,56
73,25732
8778,174
9,79707
56423,68
62,97286
0,15621
420
50,48
45230,0
-13518,3
-15,0874
31711,7
35,3925
32004,7
35,7195
4320,638
4,82214
25302,85
28,23979
19597,65
21,87238
24925,04
27,81812
0,90473
450
14,93
13377,2
-4929,14
-5,50127
8448,14
9,42872
8689,01
9,69756
2031,725
2,26755
2464,545
2,750608
8332,167
9,299293
11168,67
12,46504
-0,84208
480
6,54
5859,84
3646,21
4,06943
9506,05
10,6094
9872,72
11,0186
2665,635
2,97503
-2665,64
-2,97504
9506,053
10,60943
15757,79
17,58682
-0,64758
510
3,87
3467,52
8575,35
9,57070
12042,8
13,4407
12386,2
13,8239
2896,236
3,23240
-8529,65
-9,5197
8981,315
10,02379
20503,32
22,88317
-0,45342
540
2,04
1827,84
9872,12
11,018
11699,9
13,058
11808,0
13,1786
1594,088
1,77911
-10929,5
-12,1981
4469,462
4,988239
21305,49
23,77845
-0,21135
570
1,01
904,96
9858,27
11,0025
10763,2
12,0125
10763,2
12,0125
0
0
-10763,2
-12,0125
0
0
20665,14
23,06377
0
600
0,34
304,64
9872,12
11,018
10176,7
11,358
10270,7
11,4629
-1386,56
-1,5475
-9506,62
-10,6101
-3887,59
-4,33883
19794,04
22,09156
0,19768
630
0,071
63,616
8575,35
9,57070
8638,96
9,64170
8885,28
9,91661
-2077,62
-2,31877
-6118,75
-6,82897
-6442,76
-7,19058
17267,61
19,27189
0,38236
660
0,071
63,616
3646,21
4,06943
3709,82
4,14043
3852,92
4,30014
-1040,29
-1,16104
-1040,29
-1,16104
-3709,83
-4,14043
11553,98
12,89506
0,32687
690
0,071
63,616
-4929,14
-5,50127
-4865,52
-5,43027
-5004,25
-5,5851
1170,128
1,30594
-1419,4
-1,58415
4798,731
5,355726
12296,33
13,72358
-0,40091
720
0,071
63,616
-13518,3
-15,0874
-13454,7
-15,0164
-13579
-15,1552
1833,169
2,04594
-10735,5
-11,9816
8314,933
9,280059
22249,55
24,83208
-0,38301