Рефетека.ру / Транспорт

Курсовая работа: Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Гродненский государственный университет

им. Я. Купалы


Курсовой проект

по дисциплине “Силовые установки транспортных средств”

на тему “Тепловой и динамический расчет двигателя”


Гродно 2010


Содержание


Введение

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 двигателя

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 кривошипно-шатунном механизме

3.5 Расчет сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала

3.6 Построение графиков сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

3.7 Построение диаграммы износа шатунной шейки

3.8 Построение графика суммарного крутящего момента двигателя

Заключение

Литература


Введение


Целью курсовой работы является систематизация и закрепление знаний, полученных студентами при изучении теоретического курса дисциплины «Силовые установки транспортных средств», а также при выполнении практических и лабораторных работ; освоение методики и получение практических навыков теплового и динамического расчета автомобильного (тракторного) двигателя.

Приведенная в настоящем курсовом проекте последовательность расчета двигателя базируется на известных методиках, изложенных в литературе.

Помимо указанных данных при выполнении курсовой работы студенту необходимо самостоятельно выбрать ряд величин, используя сведения о принятом прототипе двигателя.


1 Тепловой расчет двигателя


1.1 Выбор топлива, определение его теплоты сгорания


Для бензинового двигателя с впрыском в соответствии с заданной степенью сжатия (Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя) октановое число используемого бензина находится в пределах от 90 до 100. Выбираем следующие виды бензинов: “Регуляр-91”, “Регуляр-92”, “Премиум-95”, “Супер-98”,

Низшая теплота сгорания жидкого топлива, кДж/кг:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.1)

где Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – массовые доли углерода, водорода и кислорода в одном килограмме топлива.


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


1.2 Определение параметров рабочего тела


Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания одного килограмма жидкого топлива:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.2)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Количество свежего заряда:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.3)

где Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – коэффициент избытка воздуха;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя = 115 кг/кмоль – средняя молярная масса бензина.


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



При не полном сгорании топлива (Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя) в состав продуктов сгорания входят: оксид углерода Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя, углекислый газТепловой и динамический расчет автомобильного двигателя, водяной парТепловой и динамический расчет автомобильного двигателя, водород Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя и азот Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя.

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания жидкого топлива при Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя:

1. Оксида углерода:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.4)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


2. Углекислого газа:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.5)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


3. Водяного пара:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.6)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


4. Водорода:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.7)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


5. Азота:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.8)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Общее количество продуктов сгорания жидкого топлива:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.9)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


1.3 Определение параметров окружающей среды и остаточных газов


При работе двигателя без наддува давление Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя и температура Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя окружающей среды:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Давление остаточных газов:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.10)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Температура остаточных газов:

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


1.4 Расчет параметров процесса впуска


Давление газов в цилиндре Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя определяется по формуле:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.11)

где, Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – потери давления за счет сопротивления впускной системы и затухания скорости движения заряда в цилиндре.

Величина Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя с учетом некоторых допущений определяется из уравнения Бернулли, МПа:

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.12)

где, Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении цилиндра;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к наиболее узкому ее сечению;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении впускной системы (как правило, в клапане или продувочных окнах), м/с;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – плотность заряда на впуске (при отсутствии наддува Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя), кг/м3.

По опытным данным в современных автомобильных двигателях с электронным управлением на номинальном режиме:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Плотность заряда на впуске:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.13)

где, Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя = 287 Дж/(кгТепловой и динамический расчет автомобильного двигателяград) – удельная газовая постоянная воздуха.


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



Коэффициент остаточных газов Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания; с его ростом уменьшается количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя в процессе впуска:

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.14)

где , Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – температура подогрева свежего заряда при его контакте со стенками впускного трубопровода и цилиндра;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – степень сжатия.

Температура подогрева свежего заряда принимается в зависимости от типа двигателя:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.14)

Температура заряда в конце процесса впуска:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.15)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



Коэффициент наполнения Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя без учета продувки и дозарядки четырехтактного двигателя:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.16)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


1.5 Расчет параметров процесса сжатия


По опытным данным при жидкостном охлаждении величина показателя политропы сжатия для бензиновых двигателей: Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Давление Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя и температура Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя конца процесса сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателем Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.17)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.18)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


1.6 Расчет параметров процесса сгорания


Целью расчета процесса сгорания является определение температуры Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя и давления Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя в конце видимого сгорания.

Температура Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя, определяется путем решения уравнения сгорания, которое имеет вид:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.19)

где Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – коэффициент использования теплоты;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – теплота сгорания рабочей смеси, кДж/кмоль раб.см;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – средняя мольная теплоемкость свежего заряда при постоянном объеме, кДж/кмоль град;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя– средняя мольная теплоемкость продукта сгорания при постоянном объеме , кДж/кмоль град;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси.

По опытным данным значения коэффициента Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя для двигателей c электронным впрыском при их работе на номинальном режиме: Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Теплота сгорания рабочей смеси, кДж/кмоль раб.см.:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.20)

где Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – количество теплоты потерянное вследствие химической неполноты сгорания, кДж/кг:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.21)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



Тогда имеем:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



Средние мольные теплоемкости:

свежего заряда


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.22)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



продуктов сгорания, Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.23)

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.24)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



Уравнение сгорания (1.19) после подстановки аналитических выражений всех рассчитываемых параметров и последующих преобразований можно представить в виде уравнения второго порядка относительно Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.25)

где A, B и C – коэффициенты уравнения второго порядка относительно Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя:

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.26)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.27)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.28)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



Решение уравнения второго порядка относительно Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя имеет вид:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.29)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Теоретическое давление:

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.30)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Действительное давление:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.31)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Степень повышения давления:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.32)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


1.7 Расчет параметров процесса расширения и выпуска


По опытным данным средние значения величины Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя при номинальной нагрузке:Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Давление Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя и температура Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя конца процесса расширения:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.33)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.34)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Правильность предварительного выбора температуры остаточных газов Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя проверяется с помощью выражения:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.35)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Погрешность менее 10%, соответственно температура остаточных газов выбрана верно.


1.8 Определение индикаторных показателей двигателя


Теоретическое среднее индикаторное давление, МПа:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.36)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Действительное среднее индикаторное давление:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.37)

где Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – коэффициент полноты диаграммы, который принимается равным:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Индикаторный КПД двигателей, работающих на жидком топливе:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.38)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Индикаторный удельный расход жидкого топлива:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.39)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


1.9 Определение эффективных показателей двигателя


При проведении предварительных расчетов двигателей величина Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя (МПа) приближенно определяется в зависимости от средней скорости поршня Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя по эмпирическим формулам вида:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.40)

где Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя выражено в м/с;

a, b - коэффициенты, значения которых устанавливаются экспериментально.

Для высокофорсированного двигателя с впрыском топлива и электронным управлением имеем:

а = 0,024 МПа;

b = 0,0053 (МПаТепловой и динамический расчет автомобильного двигателяc)/м;

Средняя скорость поршня:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.41)

где S – ход поршня, мм;

n – номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин1.

Для заданного прототипа ход поршня S составляет 80 мм.


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



Среднее эффективное давление:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.42)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Механический КПД (Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя) представляет собой отношение среднего эффективного давления к индикаторному:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.43)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Эффективный КПД двигателя:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.44)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Эффективный удельный расход жидкого топлива:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.45)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


1.10 Определение основных размеров цилиндра и параметров двигателя


По эффективной мощности, частоте вращения коленчатого вала, тактности и эффективному давлению определяется литраж двигателя:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.46)

где Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – тактность двигателя;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – эффективная мощность для номинального режима, кВт;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – среднее эффективное давление, МПа;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – обороты коленчатого вала на номинальном режиме, Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя.


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



Рабочий объем одного цилиндра:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.47)

где, Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – число цилиндров двигателя.


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Диаметр цилиндра:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.48)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



Ход поршня, мм:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.49)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



По рассчитанным значениям D и S определяем основные параметры двигателя:

литраж двигателя:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.50)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



эффективная мощность:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.51)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



эффективный крутящий момент:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.52)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



часовой расход топлива:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.53)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



Средняя скорость поршня:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Проверяем правильность предварительного расчета средней скорости поршня:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


1.11 Построение индикаторной диаграммы


Построение индикаторной диаграммы ДВС производится в координатах Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя (давление – объем) или Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя (давление – ход поршня) на основании данных расчета рабочего цикла.

В начале построения на оси абсцисс откладывается отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя, который в зависимости от величины хода поршня принимаем 1:1.

Отрезок ОА (мм), соответствующий объему камеры сгорания:


ОА=АВ/(ε-1); (1.54)

ОА = 79,4/(10,8-1) = 8,102 мм.


При построении диаграммы масштабы давлений (Мр = 0,07 МПа в мм).

Построение политроп сжатия и расширения можно осуществлять аналитическим или графическим методом. Для аналитического метода точки политроп сжатия и расширения приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1 – Определение точек политроп сжатия и расширения аналитическим методом

№ точки Ox, мм OB/Ox Политропа сжатия Политропа расширения



Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

px, Мпа рх/Mp, мм

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

px, Мпа рх/Mp, мм
1 8,102 10,8 26,361 2,452 35 20,29 9,577 136,8
2 16,924 5,2 9,649 0,897 12,8 8,049 3,799 54,3
3 25,746 3,4 5,38 0,5 7,1 4,702 2,219 31,7
4 34,569 2,5 3,525 0,328 4,7 3,187 1,504 21,5
5 43,391 2 2,594 0,241 3,4 2,403 1,134 16,2
6 52,213 1,7 2,074 0,193 2,8 1,957 0,924 13,2
7 61,035 1,4 1,588 0,148 2,1 1,531 0,723 10,3
8 69,858 1,3 1,434 0,133 1,9 1,394 0,658 9,4
9 78,68 1,1 1,14 0,106 1,5 1,128 0,532 7,6
10 87,502 1 1 0,093 1,3 1 0,472 6,7

При графическом методе из начала координат проводится луч ОС под углом Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя° к оси абсцисс, а также лучи OD и OE под определенными углами Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя и Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя к оси ординат:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя; (1.55)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя; (1.56)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя;


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


δ1(r') 20
δ2(a") 65
θ(c') 40
Δφ1(f) 10
Δφ2(zд) 10
Y1 (b') 60
Y2 (a') 25

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

Поправка Брикса:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(1.57)

где Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя; Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – радиус кривошипа; Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – длина шатуна.

Для автомобильных и тракторных двигателей:

λ=(0,23 - 0,3);

принимаем: λ = 0,28.


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


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 Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя = 780 минТепловой и динамический расчет автомобильного двигателядо Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя = 6600 минТепловой и динамический расчет автомобильного двигателя (значение nNТепловой и динамический расчет автомобильного двигателя = 5500 минТепловой и динамический расчет автомобильного двигателя), где Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности.

Расчетные точки кривых эффективной мощности и эффективного удельного расхода топлива определяются по следующим зависимостям через каждые 582 минТепловой и динамический расчет автомобильного двигателя:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(2.1)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(2.2)

где Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя,Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя, Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – соответственно номинальная эффективная мощность (кВт), удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности (Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя), частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности (минТепловой и динамический расчет автомобильного двигателя);

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя, Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя, Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – соответственно эффективная мощность (кВт), удельный эффективный расход топлива (Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя), частота вращения коленчатого вала (минТепловой и динамический расчет автомобильного двигателя) в искомой точке скоростной характеристики;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – коэффициенты, значения которых устанавливаются экспериментально (см. табл. 2.1).


Таблица 2.1 – Значение эмпирических коэффициентов для расчета скоростной характеристики двигателя

Эмпирический коэффициент

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Значение 1 1 1,2 1 0,8

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Точки кривых эффективного крутящего момента (НТепловой и динамический расчет автомобильного двигателям) и часового расхода топлива (кг/ч) определяются по формулам:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(2.3)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(2.4)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



Аналогично производим расчеты для остальных значений Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя. Результаты вычислений заносим в таблицу 2.2

Коэффициент приспособляемости К:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(2.5)

где Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – эффективный крутящий момент при номинальной мощности.


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


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,

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

Эффективный крутящий момент, НТепловой и динамический расчет автомобильного двигателям

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:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.1)

где Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – атмосферное давление, МПа;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя, Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – абсолютное и избыточное давление газов над поршнем в рассматриваемый момент времени, МПа;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – площадь поршня, м2;


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.2)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



Величины Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя снимаются с развернутой индикаторной диаграммы для требуемых φ и заносятся в сводную табл. 3.1 динамического расчета. Соответствующие им силы Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя рассчитываются по формуле (3.1) и также заносятся в табл. 3.1

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


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.3)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


3.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма


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


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.4)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.5)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.6)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.7)

где Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – масса поршневой группы;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – часть массы шатуна, приходящаяся на возвратно-поступательную движущуюся массу, кг;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – часть массы шатуна, приходящаяся на вращающуюся движущуюся массу, кг;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – часть массы кривошипа, сосредоточенной в точке В.

Для приближенного определения значений Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя, Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя и Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя 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 Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя (м2) для получения искомых величин т.


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



Таким образом, имеем:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



3.3 Расчет сил инерции


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


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.8)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.9)

где j – ускорение поршня, м/с2;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – угловая скорость вращения коленчатого вала для расчетного режима;


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.10)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



Для рядного двигателя центробежная сила инерции Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя является результирующей двух сил:

силы инерции вращающихся масс шатуна

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.11)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



и силы инерции вращающихся масс кривошипа


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.12)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя



Силы Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя, рассчитанные для требуемых положений кривошипа (углов φ), 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:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.13)

Суммарная сила Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя, как и силы Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя и Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя , 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:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.14)

где, Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – угол отклонения шатуна от оси цилиндра.

Сила S (Н), действующая вдоль шатуна:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.15)

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

сила, направленная по радиусу кривошипа (Н)


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.16)

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


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.17)

Производим расчеты для всех положений коленчатого вала.

Рассчитанные для требуемых углов φ 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:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

(3.18)

где Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя – сила, действующая на шатунную шейку по кривошипу.

Значения Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя вычисленные для требуемых φ , заносятся в табл. 3.1.


Таблица 3.1- Результаты вычисления сил, действующих в КШМ

φ, град ΔPГ, 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 φ строятся в прямоугольной системе координат по данным табл. 3.1

Построение графика Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя (φ) ведется как в прямоугольной системе координат, так и в виде полярной диаграммы с базовым направлением (полярной осью) по кривошипу.

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


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя Н;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя Н;

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя Н;


3.7 Построение диаграммы износа шатунной шейки


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

Результирующие величины Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя 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

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя

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 Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя (Н м), развиваемый одним цилиндром двигателя в любой момент времени, прямо пропорционален тангенциальной силе Т ;


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя ; (3.20)


где Т, Н; R, м.

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


θ=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:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя; (3.22)


где F1, F2 – соответственно положительная и отрицательная площади, заключенные между кривой Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя и линией ОА, мм2 .


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя Н·м.


По величине Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя определяем эффективный крутящий момент Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя, снимаемый с вала двигателя:


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя; (3.23)

Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя Н·м.


Производим сравнение полученного значения Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя с величиной полученной в тепловом расчете (Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя Н·м):


Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя.


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.

Похожие работы:

  1. • Тепловой и динамический расчет двигателей внутреннего ...
  2. • Тепловой и динамический расчет двигателя
  3. • Тепловой и динамический расчёт двигателя внутреннего сгорания
  4. • Тепловой и динамический расчет двигателя внутреннего сгорания
  5. • Тепловой и динамический расчет двигателя ВАЗ-2106
  6. • Тепловой и динамический расчёт двигателя внутреннего сгорания
  7. • Автомобильные двигатели
  8. • Тепловой расчет автомобильного двигателя
  9. • Проектирование дизельного двигателя по прототипу Д ...
  10. • Тепловой расчет двигателя МеМЗ-245
  11. • Расчет авиационного поршневого двигателя
  12. • Методика теплового расчета двигателя внутреннего ...
  13. • Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания
  14. • Тепловой расчет двигателя
  15. • Тепловой расчет двигателя автомобиля
  16. • Разработка четырехтактного автомобильного двигателя
  17. • Разработка четырехтактного автомобильного двигателя
  18. • Расчет автомобильного карбюраторного двигателя
  19. • Рабочие процессы и экологическая безопасность автомобильных ...
Рефетека ру refoteka@gmail.com