Методическое пособие для выполнения курсового проекта по МДК 01.02 "Двигатели автотракторной техники"

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Заволжский автомоторный техникум»

Методическое пособие для выполнения курсового проекта

МДК 01.02 Двигатели автотракторной техники

Специальность: Автомобиле- и тракторостроение

Курс: IV

Составитель:

преподаватель

Р.А. Кувырков

г. Заволжье, 2015 год

Пояснительная записка

Методическое пособие является руководством для выполнения студентами курсового проекта по МДК 01.02 «Двигатели автотракторной техники».

Курсовой проект – самостоятельная творческая работа студента, в которой он должен показать умение применять полученные им знания для решения конструкторских и исследовательских задач.

Уровень выполнения курсового проекта позволяет оценить знания студента, его умение самостоятельно работать и принимать инженерные решения.

Тематика курсового проекта тесно увязывается с тенденциями технического прогресса с актуальными разработками конструкторских бюро.

Темами курсового проекта являются расчет и исследование автотракторных двигателей и их модификаций.

Курсовой проект включает следующие части:

- пояснительная записка;

- графическая часть

Пояснительная записка включает в себя следующие разделы:

Введение

1 Общая часть

2 Тепловой расчет

3 Внешняя скоростная характеристика

4 Кинематика

5 Динамика

6 Исследовательская часть

Литература

Содержание

Введение 4

1 Общая часть 7

2 Тепловой расчет 9

3 Внешняя скоростная характеристика 30

4 Кинематика 36

5 Динамика 40

6 Исследовательская часть 43

Литература 44

Введение

Двигателестроение – ведущая отрасль автомобилестроения. Двигатель внутреннего сгорания – энергосиловая установка, преобразующая энергию тепла сгоревшего топлива в механическую работу. Прогресс в автомобильной промышленности, дальнейшее увеличение грузооборота автомобильного транспорта предусматривает не только количественный рост автопарка, но и значительное улучшение использования имеющихся автомобилей, повышение культуры эксплуатации, увеличение межремонтных сроков службы.

В области развития и совершенствования автомобильных двигателей основными задачами являются: расширение использования дизелей, снижение топливной экономичности и удельной массы двигателей, стоимости их производства и эксплуатации. На принципиально новый уровень ставится борьба с токсичными выбросами двигателей в атмосферу, а также задачи по снижению шума и вибрации в процессе их эксплуатации. Значительно больше внимания уделяется использованию электронно-вычислительных машин при расчетах и испытаниях двигателей.

Основными критериями при конструировании и производстве двигателей вплоть до 70-х годов ХХ в. оставалось стремление к повышению литровой мощности, а, следовательно, и к получению наиболее компактного двигателя. После нефтяного кризиса 70 – 80 гг. основным требованием стало получение максимальной экономичности. Последние 10 – 15 лет ХХ в. главными критериями для любого двигателя стали постоянно растущие требования и нормы по экологической чистоте двигателей и прежде всего по коренному снижению токсичности отработавших газов при обеспечении хорошей экономичности и высокой мощности.

Карбюраторные двигатели, долгие годы, не имевшие конкурентов по компактности и литровой мощности, не отвечают сегодня экологическим требованиям. Даже карбюраторы с электронным управлением не могут обеспечить выполнение современных требований по токсичности отработавших газов на большинстве рабочих режимов двигателя. Эти требования и жесткие условия конкуренции на мировом рынке достаточно быстро изменили типаж силовых установок для транспортных средств и прежде всего для легкового транспорта. Сегодня различные системы впрыска топлива с различными системами управления, включая электронные, практически полностью вытеснили использование карбюраторов на двигателях легковых автомобилей.

За последние 8 – 10 лет разработаны и изготовлены принципиально новые опытные образцы двигателей с регулируемым рабочим объемом, а также с регулируемой степенью сжатия. В 2007 г. разработана и внедрена на Заволжском моторном заводе и на Нижегородском автозаводе микропроцессорная система управлением топливоподачей и зажиганием, обеспечивающая выполнение экологических норм ЕВРО-3. Современные наземные виды транспорта обязаны своим развитием главным образом применению в качестве силовых установок поршневых двигателей внутреннего сгорания. Именно поршневые ДВС до настоящего времени являются основным видом силовых установок, преимущественно используемых на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-транспортных и строительных машинах. Эта тенденция сохраняется сегодня и будет еще сохраняться в ближайшей перспективе. Основные конкуренты поршневых двигателей – газотурбинные и электрические, солнечные и реактивные силовые установки – пока еще не вышли из этапа создания экспериментальных образцов и небольших опытных партий, хотя работы по их доводке и совершенствованию в качестве автотракторных двигателей продолжаются во многих компаниях и фирмах всего мира.

Предметом расчета данного курсового проекта является расчет рядного четырехцилиндрового бензинового двигателя.

1 Общая часть

1.1 Краткая техническая характеристика

Таблица 1 - Краткая техническая характеристика двигателя

№

п/п

Наименование

показателя

Условные

обозначения

Единица

измерения

Значения

1

Тип двигателя

–

–

2

Число и расположение цилиндров

i

–

3

Номинальная мощность

Nе

кВт

4

Номинальная частота

вращения коленчатого вала

минˉ¹

5

Максимальный

крутящий момент

Мmax

Н×м

6

Частота вращения коленчатого вала, соответствующая

максимальному крутящему моменту

минˉ¹

7

Ход поршня

S

мм

8

Диаметр цилиндра

D

мм

9

Литраж

Vл

дм³

10

Степень сжатия

ε

–

1.2 Общее устройство двигателя

Кривошипно-шатунный механизм

Блок цилиндров –

Головка блока –

Поршень –

Поршневой палец –

Шатун –

Поршневые кольца –

Коленчатый вал –

Маховик –

Газораспределительный механизм

Распределительный вал –

Привод распределительных валов –

Гидронатяжитель –

Промежуточный вал –

Впускной клапан –

Выпускной клапан –

Гидротолкатель –

Системы

Система смазки –

Система охлаждения –

Система питания –

Система вентиляции –

Система рециркуляции отработавших газов (СРОГ) –

2 Тепловой расчёт двигателя

2.1 Общие сведения

Тепловой расчет позволяет с достаточной степенью точности аналитическим путем определить основные параметры вновь проектируемого двигателя, а также проверить степень совершенства действительного цикла реально работающего двигателя.

Отношение действительного количества воздуха, участвующего в сгорании 1 кг топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха называется коэффициентом избытка воздуха ().

Относительное изменение объема при сгорании характеризуется величиной химического коэффициента молекулярного изменения горючей смеси (), который представляет собой отношение количества молей продуктов сгорания к количеству молей горючей смеси.

Действительный коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси () представляет собой отношение общего количества молей газов в цилиндре после сгорания к числу молей до сгорания.

Коэффициент дозорядки () характеризует дополнительное наполнение цилиндра после прохода поршня н.м.т.

Коэффициент остаточных газов () характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания.

Коэффициент наполнения () представляет собой отношение действительного количества свежего заряда, поступившего в цилиндр, к тому количеству, которое могло бы поместиться в рабочем объеме цилиндра при условии, что температура и давление в нем равны температуре и давлению среды, из которой поступает свежий заряд.

Индикаторная мощность двигателя () – работа, совершаемая газами внутри цилиндра в единицу времени.

Индикаторный КПД () – характеризует степень использования в действительном цикле теплоты топлива для получения полезной работы и представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла, ко всему количеству теплоты, внесенной в цилиндр с топливом.

Среднее эффективное давление () представляет собой отношение эффективной работы на валу двигателя к единице рабочего объема цилиндра.

Отношение среднего эффективного давления к индикаторному называется механическим КПД двигателя ().

Полезная работа, получаемая на валу двигателя в единицу времени, называется эффективной мощностью ().

Отношение количества теплоты, эквивалентной полезной работе на валу двигателя, к общему количеству теплоты, внесенной в двигатель с топливом, называется эффективным КПД ().

2.2 Выбор топлива

В соответствие с заданной степенью сжатия ε= можно использовать бензин марки АИ…...

2.2.1 Средний элементарный состав и молекулярная масса бензина

С=0,855; Н=0,145 и m_T=(110 - 120) кг/кмоль.

2.2.2 Низшая теплота сгорания топлива

, (1)

где W – количество водяных паров в продуктах сгорания массовой или объемной единицы топлива.

2.3 Параметры рабочего тела

2.3.1Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

, (2)

где L₀ – теоретически необходимое количество воздуха в кмоль для сгорания 1 кг топлива, кг возд./кг топл.

(3)

где l₀ - теоретически необходимое количество воздуха в кг для сгорания 1 кг топлива, кг возд./кг топл.

2.3.2 Коэффициент избытка воздуха

Обеспечивает наиболее экономичный режим работы двигателя с меньшей токсичностью продуктов сгорания

_{Для карбюраторных двигателей 0,8 – 0,96}

_{Для искровых зажиганием и впрыском топлива 0,85 – 1,30}

2.3.3 Количество горючей смеси

, (4)

где L₀–теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг возд./кг топл;

m_Т - молекулярная масса паров топлива, кг/кмоль (110-120 кг/кмоль)

- коэффициент избытка воздуха.

2.3.4 Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при К=0,5 и принятых скоростных режимах. В продуктах сгорания находятся следующие компоненты:

СО – окись углерода

H₂O - вода

CO₂ – углекислый газ

N₂ - азот

H₂ – водород

а) Количество углекислого газа

(5)

_{б) Количество окиси углерода}

(6)

в) Количество воды

(7)

г) Количество свободного водорода

(8)

д) Количество азота

(9)

2.3.5 Общее количество продуктов сгорания

(10)

2.4 Параметры окружающей среды и остаточные газы

2.4.1 Давление и температура окружающей среды

и

2.4.2 Температура остаточных газов

Температура остаточных газов выбирается из пределов Тr = 900 - 1100° К

2.4.3 Давление остаточных газов

Давление остаточных газов – в цилиндре двигателя перед началом процесса

наполнения всегда содержится некоторое количество остаточных газов,

находящихся в объеме камеры сгорания. Большие значения принимают для двигателей с высокой частотой вращения коленчатого вала

Pr = (1,05 - 1,25)·po, МПа (11)

2.5 Процесс впуска

2.5.1 Температура подогрева свежего заряда

С целью получения хорошего наполнения двигателей на номинальных скоростных режимах принимается из пределов

2.5.2 Плотность заряда на впуске

, кг/м³ (12)

где = 287 Дж/(кг∙град) - удельная газовая постоянная для воздуха

2.5.3 Потери давления на впуске

(13)

2.5.4 Давление в конце впуска

(14)

2.5.5 Коэффициент остаточных газов

Характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания. Определяется без учета продувки и дозарядки (== 1).

(15)

Пределы изменения (0,04 – 0,10)

2.5.6 Температура в конце впуска

(16)

Пределы изменения (320 – 370 К)

2.5.7 Коэффициент наполнения

Характеризует полноту наполнения цилиндра свежим зарядом горячей смеси.

Пределы изменения для карбюраторных двигателей (0,7 – 0,9), для двигателей с электронным впрыском (0,8 – 0,96)

(17)

2.6 Процесс сжатия

2.6.1Средний показатель адиабаты сжатия

Средний показатель адиабаты сжатия к₁ определяется по номограмме (рис.1), на основе величины и рассчитанной

к₁ =

При выборе n₁ учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а n₁ уменьшается по сравнению с к₁ более значительно.

Показатель политропы сжатия n₁ в зависимости от к₁ устанавливается в следующих пределах:

n₁ = (к₁ – 0,00) – (к₁ – 0,04)

2.6.2 Давление в конце сжатия

_{, МПа} (18)

Пределы изменений:

=1,0 – 2,5 МПа (для двигателей с электронным впрыском)

= 0,9 – 2,0 МПа (для карбюраторных двигателей)

2.6.3 Температура в конце сжатия

, °К (19)

Пределы изменений:

= 600 – 800° К

2.6.4 Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха)

_, (20)

, (21)

где температура в конце сжатия.

б) остаточных газов

_{Определяется методом интерполяции по таблице 2, при известных частоте вращения n, коэффициента избытка воздуха α, и температуры остаточных газов tc.}

_,

в) рабочей смеси

, (22)

где - средняя мольная теплоемкость в конце сжатия свежей смеси;

- средняя мольная теплоемкость в конце сжатия остаточных газов

Рис. 1 - Номограмма для определения показателя адиабаты сжатия

Таблица 2 - Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания

2.7 Процесс сгорания

2.7.1 Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси

(23)

2.7.2 Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси

(24)

2.7.3 Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания и теплоты сгорания рабочей смеси

_, (25)

(26)

2.7.4 Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания (27)

_{где МСО2 – количество углекислого газа,}

_{МСО – количество окиси углерода,}

_{МН2О– количество водяного пара,}

_{МН2 – количество водорода,}

_{МN2 – количество азота,}

- средняя мольная теплоемкость углекислого газа, , ;

- средняя мольная теплоемкость окиси углерода, , ;

- средняя мольная теплоемкость водяного пара, , ;

- средняя мольная теплоемкость водорода, , ;

- средняя мольная теплоемкость азота, , .

2.7.5 Коэффициент использования теплоемкости

Зависит от совершенства организации процессов смесеобразования и сгорания топлива, в расчетах выбирается по опытным данным в зависимости от конструктивных особенностей двигателя. Пределы изменений (0,8 – 0,95) для карбюраторных двигателей, (0,9 – 0,96) для двигателей с электронным впрыском.

2.7.6 Температура в конце видимого процесса сгорания

(28)

_где - теплоемкость продуктов сгорания рабочей смеси;

- средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания.

_{Пределы изменений Тz (2400÷3100) К}

2.7.7 Максимальное давление сгорания: теоретическое

, МПа (29)

Пределы изменений (3,5 – 7,5 МПа)

2.7.8Максимальное давление сгорания: действительное

(30)

Пределы изменений (3,0 – 6,5 МПа)

2.7.9 Степень повышения давления

(31)

Пределы изменения λ (3,2 – 4,2)

2.8 Процесс расширения

2.8.1 Средние показатели адиабаты и политропы расширения

Средний показатель адиабаты расширения к₂ определяется по номограмме рис. 2 при заданном для соответствующих значений и , а средний показатель политропы расширения n₂ оценивается по величине среднего показателя адиабаты.

k2=

Среднее значение величины n₂ изменяется в пределах

n₂ = (1,23 – 1,30)

Принимаю n₂ =

2.8.2 Давление в конце процесса расширения

(32)

_{Пределы изменения рb (0,35 – 0,6 МПа).}

2.8.3 Температура в конце процесса расширения

(33)

_{Пределы изменения Тb (1200 – 1700 К).}

2.9 Процесс выпуска

2.9.1 Проверка ранее принятой температуры остаточных газов

(34)

(35)

Погрешность не должна превышать более 3%.

Рис.2 - Номограмма определения показателя адиабаты расширения к₂ для бензинового двигателя

2.10 Индикаторные параметры рабочего цикла

2.10.1 Теоретическое среднее индикаторное давление

(36)

2.10.2 Среднее индикаторное давление

, (37)

где - коэффициент полноты диаграммы

Коэффициент полноты диаграммы для двигателей с электронным впрыском

_{Коэффициент полноты диаграммы для карбюраторных двигателей}

_{Пределы изменения для бензиновых двигателей}

_{Пределы изменения для форсированных двигателей}

2.10.3 Индикаторный КПД и индикаторный удельный расход топлива

Характеризует степень использования теплоты топлива на получение работы.

(38)

где l₀ - теоретически необходимое количество воздуха в кг для сгорания 1кг топлива;

- плотность заряда на впуске;

Нu – низшая теплота сгорания топлива, мДж (Нu = 43,93)

Величина составляет (0,30 – 0,40) для карбюраторных двигателей

Величина составляет (0,35 – 0,45) для двигателей с электронным впрыском

2.10.4 Индикаторный удельный расход топлива

, (39)

Установленные пределы gi для карбюраторных двигателей

(210 – 275)

Установленные пределы gi для двигателей с электронным впрыском топлива (180 – 230)

2.11 Эффективные показатели двигателя

2.11.1 Среднее давление механических потерь

Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D1:

(40)

Среднее давление механических потерь для бензиновых двигателей с числом цилиндров до шести и отношением S/D_>1:

(41)

Среднее давление механических потерь для восьмицилиндровых бензиновых двигателей и отношением S/D_<1:

(42)

Среднее давление механических потерь для высокофорсированных двигателей с впрыском топлива и электронным управлением

(43)

где - средняя скорость поршня, .

(44)

_{где S – ход поршня, мм.}

2.11.2 Среднее эффективное давление

, (45)

_{Пределы изменения для карбюраторных двигателей ре (0,6 – 1,1 МПа)}

_{Пределы изменения для карбюраторных, форсированных и двигателей с электронным впрыском ре (0,6 – 1,3 МПа)}

_{2.11.3 Механический КПД}

(46) _{Пределы изменения ηм (0,75 – 0,92).}

2.11.4 Эффективный КПД

(47)

_{Установленные пределы ηе (0,25 – 0,38).}

2.11.5 Эффективный удельный расход топлива

, (48)

_{Установленные пределы gе (230 – 310) .}

2.12 Основные параметры цилиндра и двигателя.

2.12.1 Литраж двигателя

(49)

2.12.2 Рабочий объем одного цилиндра

(50)

2.12.3 Диаметр цилиндра

Определяется по предварительно принятому ходу поршня.

(51)

По окончательно принятым значениям D и S определяем конечные значения показателей двигателя.

2.12.4 Площадь поршня

см² (52)

2.12.5 Литраж двигателя

(53)

2.12.6 Эффективная мощность двигателя

(54)

2.12.7 Литровая мощность двигателя

(55)

2.12.8 Крутящий момент

(56)

2.12.9 Часовой расход топлива

(57)

2.13 Построение расчетной круговой индикаторной диаграммы

Круговая индикаторная диаграмма представляет собой зависимость изменения давлений возникающих внутри цилиндра двигателя от изменения объема цилиндра (графическое изменение).

2.13.1 Определение масштабов давления и объема

Масштаб выбираю с тем условием, что высота индикаторной диаграммы составляла 1,5 ее длины.

- высота – 210 мм

- ширина – 140 мм

, (58)

где - высота индикаторной диаграммы, мм;

Выписываем исходные данные для построения диаграммы:

- давление окружающей среды

- давление в конце впуска

- давление в конце сжатия

- давление в конце сгорания

- давление в конце расширения

- давление остаточных газов

- рабочий объем

- объем камеры сгорания Vc =

(59)

- полный объем камеры сгорания

(60)

- показатель политропы сжатия n₁ =

- показатель политропы расширения n₂ =

, (61)

где - ширина индикаторной диаграммы, мм;

2.13.2 Определение координат переходных точек диаграммы

Координаты точки

(62)

(63)

Координаты точки

(64)

(65)

Координаты точки

(66)

₍₆₇₎

Координаты точки

(68)

₍₆₉₎

Координаты точки

(70)

₍₇₁₎

_{Координаты точки Ро}

(72)

2.13.3 Определение переходные точки процессов сжатия и расширения

Для получения точности и наглядности процессов принимаю 9 промежуточных точек процессов со следующими объемами.

Таблица 3 - Абсцисса точек политропы сжатия и политропы расширения

V₁

V₂

V₃

V₄

V₅

V₆

V₇

V₈

V₉

мм

2.13.4 По заданным объемам определяем соответствующие им давления

(73)

Таблица 4 - Ордината точек политропы сжатия

Р₁

Р₂

Р₃

Р₄

Р₅

Р₆

Р₇

Р₈

Р₉

МПа

мм

2.13.5 Построение политропы расширения

(74)

Таблица 5 - Ордината точек политропы расширения

МПа

мм

Проводим координатные оси

По оси абсцисс откладываем в заданном масштабе объемы ( и )

По оси ординат откладываем в заданном масштабе давления

Пересечением перпендикуляров соответствующих объемов и давлений строим переходные точки процесса

Прямыми отрезками соединяем крайние точки процессов происходящих при р = const и V = const.

Построение политропы сжатия

Задаемся девятью объемами, при этом , .

Большую часть этих объемов берем ближе к ВМТ.

Откладываем полученные значения в соответствующих масштабах на осях координат.

Построение перпендикуляров соответствующих точек координат, находим промежуточные точки процесса сжатия.

Соединяем их плавной линией, получаем политропу сжатия.

Построение политропы расширения.

Откладываем полученные значения в соответствующих масштабах на осях координат.

Построение перпендикуляров соответствующих точек координат, находим промежуточные точки процесса расширения.

Соединяем их плавной линией, получаем политропу расширения.

2.14 Тепловой баланс

2.14.1 Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом

(75)

2.14.2 Теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя за 1 с (76)

(77)

2.14.3 Теплота, отданная охлаждающей среде

(77)

где с (0,45÷0,53) - коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей;

m (0,5÷0,7) - показатель степени для четырехтактных двигателей, принимаю

(78)

2.14.4 Теплота, потерянная с отработавшими газами

(79)

где - теплоемкость остаточных газов, (определена по табл. 2 методом интерполяции при и при известной температуре остаточных газов );

- теплоемкость свежего заряда, (определена по таблице для воздуха, методом интерполяции при = и при температуре =20ºC ).

(80)

2.14.5 Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания рабочей смеси

(81)

(82)

2.14.6 Неучтенные потери теплоты

(83)

(84)

2.14.7 Составляющие теплового баланса

Таблица 6 - Тепловой баланс

Обозначение

Состав теплового баланса

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом

Теплота, эквивалентная эффективной работе

Теплота, отданная охлаждающей среде

Теплота, унесенная с отработавшими газами

Теплота, потерянная из-за неполноты сгорания топлива

Неучтенные потери

Вывод:

3 Внешняя скоростная характеристика

3.1 Выбор скоростных режимов

3.1.1 Режим минимальной частоты вращения коленчатого вала

(85)

3.1.2 Режим максимального крутящего момента

(86)

3.1.3 Режим номинальной мощности ,

3.1.4 Режим максимальной частоты вращения вала

(87)

3.2 Эффективная мощность

кВт (88)

3.2.1 Эффективная мощность соответствующая минимальной частоте вращения коленчатого вала

кВт

3.2.2 Эффективная мощность соответствующая максимальному крутящему моменту

кВт

3.2.3 Номинальная эффективная мощность

кВт

3.2.4 Эффективная мощность соответствующая максимальной частоте вращения вала

кВт

3.3 Крутящий момент

(89)

3.3.1 Крутящий момент соответствующий минимальной частоте вращения коленчатого вала

3.3.2 Максимальный крутящий момент

3.3.3 Крутящий момент соответствующий номинальной мощности

3.3.4 Крутящий момент соответствующий максимальной частоте вращения вала

3.4 Удельный эффективный расход топлива

(90)

3.4.1 Удельный эффективный расход топлива соответствующий минимальной частоте вращения коленчатого вала

3.4.2 Удельный эффективный расход топлива соответствующий максимальному крутящему моменту

3.4.3 Удельный эффективный расход топлива соответствующий номинальной мощности

3.4.4 Удельный эффективный расход топлива соответствующий максимальной частоте вращения вала

3.5 Часовой расход топлива

(91)

3.5.1 Часовой расход топлива соответствующий минимальной частоте вращения коленчатого вала

3.5.2 Часовой расход топлива соответствующий максимальному крутящему моменту

3.5.3 Часовой расход топлива соответствующий номинальной мощности

3.5.4 Часовой расход топлива соответствующий максимальной частоте вращения вала

3.6 Коэффициенты

3.6.1Коэффициент наполнения

(92)

Для режима минимальной частоты вращения принимаю

Для остальных режимов

МПа (93)

3.6.1.1 Коэффициент наполнения соответствующий минимальной частоте вращения коленчатого вала

МПа

3.6.1.2 Коэффициент наполнения соответствующий максимальному крутящему моменту

МПа

3.6.1.3 Коэффициент наполнения соответствующий номинальной мощности

МПа

3.6.1.4 Коэффициент наполнения максимальной частоте вращения вала

МПа

3.7 Выбор масштаб и построение графиков внешней скоростной характеристики

3.7.1 Выбор масштаба частоты вращения коленчатого вала

(94)

где - максимальная частота вращения, мин ^-1

- ширина графика, мм (150 мм)

Тогда получаем:

,

где - частота вращения соответствующего режима

3.7.2 Выбор масштаба эффективной мощности

(95)

где - максимальная эффективная мощность, кВт

- высота графика, мм (150 мм)

Тогда получаем:

,

где - эффективная мощность соответствующего режима

3.7.3 Выбор масштаба эффективного крутящего момента

, (96)

где - максимальный крутящий момент,

- высота графика, мм (150мм)

Тогда получаем:

,

где - эффективный крутящий момент соответствующего режима

3.7.4 Выбор масштаба эффективного удельного расхода топлива

, (97)

где - максимальный удельный расход топлива,

- высота графика, мм (70 мм)

Тогда получаем:

,

где - удельный расход топлива соответствующего режима

3.7.5 Выбор масштаба часового расхода топлива

, (98)

где - максимальный часовый расход топлива,

- высота графика, мм (120 мм)

Получаем:

(99)

где - часовый расход топлива соответствующего режима

3.7.6 Выбор масштаба коэффициента наполнения

(100)

где - максимальный коэффициент наполнения

- высота графика, мм (20 мм)

Получаем:

,

где - коэффициент наполнения соответствующего режима

4 Кинематика

4.1 Определение отношения радиуса кривошипа к длине шатуна

₍₁₀₁₎

_{где Lш – длина шатуна, мм}

_{R – радиус кривошипа, мм}

4.2 Перемещение поршня

(102)

Таблица 7 - Перемещение поршня

Sx ,мм

0

360

30

330

60

300

90

270

120

240

150

210

180

180

4.3 Скорость поршня

(103)

Таблица 8 - Скорость поршня

Знак

Vп ,

Vп , мм

Знак

0

+

–

360

30

+

–

330

60

+

–

300

90

+

–

270

120

+

–

240

150

+

–

210

180

+

–

180

4.4 Ускорение поршня

(104)

Таблица 9 - Ускорение поршня

Знак

,

, мм

Знак

0

+

+

360

30

+

+

330

60

+

+

300

90

–

–

270

120

–

–

240

150

–

–

210

180

–

–

180

4.5 Определение масштабов построения графиков перемещения, скорости и ускорения поршня

4.5.1 Выбор масштаба перемещения поршня

, (105)

где - перемещение поршня, мм

- высота графика, мм

4.5.2 Выбор масштаба скорости поршня

, в 1 мм (106)

где - максимальная скорость поршня, м/с

- высота графика, мм (60мм)

4.5.3 Выбор масштаба ускорения поршня

,в 1 мм (107)

где - максимальное ускорение поршня, м/с²

- высота графика, мм (60 мм)

5 Динамика

Массы, поршневой группы и шатуна определяю методом интерполяции по таб.10, в зависимости от типа двигателя и диаметра цилиндра.

Таблица 10 – Конструктивные массы деталей КШМ

Элементы КШМ

Конструктивные массы, кг/м²

Бензиновые двигатели

(D=60-100 мм)

Дизели

(D=80-120 мм)

Поршневая группа,

(m_п= m_п / Fп)

поршень из AL сплава

чугунный поршень

80 – 150

150 – 250

150 – 300

250 – 400

Шатун, (m_ш= m_ш/ Fп)

стальной кованный вал

150 – 200

200 – 400

5.1 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

5.1.1 Масса поршневой группы

(108)

_{( из таблицы 10)}

_{(из таблицы 10)}

_{(свой диаметр цилиндра)}

_{(методом интерполяции)}

5.1.2 Масса шатуна

(из таблицы 10)

_{( методом интерполяции)}

5.1.3 Масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов

(109)

=100 - 200 (из таблицы 10)

5.1.4 Масса шатуна сосредоточенного на оси поршневого кольца

(110)

5.1.5 Масса шатуна сосредоточенного на оси противовеса

(111)

5.1.6 Массы, совершающие возвратно-поступательное движение

(112)

5.1.7 Массы, совершающие вращательное движение

(113)

5.2 Удельная сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс

(114)

Таблица 11 – Силы инерции

φº

J,

Р_j, МПа

Р_j, мм

φº

1

2

3

4

5

0

360

30

330

60

300

90

270

120

240

150

210

180

180

5.3 Построение диаграммы движущих усилий

5.3.1 Определение поправки Брикса

(115) где R – радиус кривошипа, взятая в масштабе круговой индикаторной диаграммы, R= …. мм

Округляю поправку Брикса до целого числа в большую сторону

Принимаю

5.3.2 Построение диаграммы Брикса

Лучи из центра окружности проводятся через каждые 30˚

Из смещенного центра проводятся лучи параллельные лучам из центра, получая тем самым координаты точек для развертывания.

Развертываю круговую индикаторную диаграмму по линии атмосферного давления.

5.3.3 Построение силы инерции

Определенные значения силы инерции () в масштабе Мр откладываю в координатах развернутой индикаторной диаграммы (отрицательные выше нуля, положительные ниже ).

Совокупность графиков и представляет собой диаграмму движущих усилий. Графически движущие усилия определяются перпендикулярно относительно оси абсцисс, между графиками и .

Знак движущего усилия определяется в соответствии с направлением движения поршня и действующими на данный момент силами (стрелка на диаграмме).

6 Исследовательская часть

6.1 Назначение детали, узла, механизма

6.2 Способы получения детали

6.3 Материал, из которого изготовлена деталь

6.4 Основные элементы детали

6.5 Основные детали узла, механизма, с описанием их назначения

6.6 Основные тенденции совершенствования детали, узла, механизма

6.7 Основные расчеты, детали, узла, механизма

Литература

1. В.С. Колчин «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», М.,2002 г.

2. В.А. Стуканов «Основы теории автомобильных двигателей и автомобилей», М.,2004 г.

3. А.С. Орлин «Конструкция и расчет поршневых и комбинированных двигателей», М., 1972 г.

4. И.Б. Гурвич «Теория рабочих процессов ДВС», НН., 1992г.