Конструирование бензинового двигателя для легкового автомобиля
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
. ПАТЕНТНО - ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОИСК ПО СПЕЦЗАДАНИЮ
. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ МАШИНЫ
. РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ
.1 Исходные данные для теплового расчета
двигателя внутреннего сгорания
.2 Процесс наполнения
.3 Процесс сжатия
.4 Процесс сгорания
.5 Процесс расширения
.6 Процесс выпуска
.7 Индикаторные показатели
.9 Основные показатели и размеры цилиндра
двигателя
. РАСЧЕТ КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ КШМ
.1 Порядок выполнения расчета для поршневого
двигателя
.2 Построение индикаторной диаграммы
.3 Перестроение индикаторной диаграммы
.4 Построение графиков сил Рг,Рj,PΣ,Т,К
. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ АГРЕГАТОВ И СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЯ
.1 Кривошипно-шатунный механизм
.2 Механизм газораспределения
.3 Система питания
.4 Система охлаждения
.5 Система смазывания
.6 Электрооборудование и система пуска
.7 Органы управления и приборы
. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ И РАСЧЕТ
СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЯ
.1 Расчёт деталей кривошипно-шатунного механизма
.2 Расчёт деталей газораспределительного
механизма
.3 Расчёт систем
7. СПЕЦИАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ.
8. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ
.1 Назначение и условие работы детали в
сборочной единице
.2 Анализ технологичности конструкции
обрабатываемой детали
.4 Выбор метода получения заготовки с
экономическим обоснованием
.5 Проектирование технологического процесса
механической обработки
.6 Назначение припусков на обработку
.7 Назначение режимов резания
.8 Определение норм времени для операции
.9 Определение необходимого количества
оборудования и его загрузки
. ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
. ТРЕБОВАНИЯ ОХРАНЫ ТРУДА И ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
.1 Общие требования безопасности
.2 Требования безопасности перед началом работы
.3 Требования безопасности перед началом работы
.4 Требования безопасности в аварийных ситуациях
11.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Подбор двигателя представляет собой чрезвычайно
сложную задачу, для решения которой до настоящего времени нет научно
обоснованных рекомендаций.
Объясняется это большим разнообразием транспортных
средств, широким диапазоном условий эксплуатации и специфических требований к
транспортному средству.
Подбирая двигатель, необходимо решить следующие
вопросы: тип двигателя, его максимальная мощность, частота вращения коленчатого
вала, тип системы охлаждения, эксплуатационно-технические показатели:
экономичность, токсичность, пусковые качества, обеспечение условий зимней
эксплуатации и надежность.
Рекомендуя двигатель на транспортное средство,
конструктор в значительной мере задает его свойства (топливную экономичность,
динамические качества, надежность и др.), а также предопределяет известную
эксплуатационную инфраструктуру и, главное, определяет исходные данные для
проектирования и организации перевозочного процесса, т. е. того самого
процесса, во имя которого созданы двигатель, транспортное средство и вся
инфраструктура.
Дипломный проект - выпускная квалификационная
работа студента, предназначенная для объективного контроля степени
сформированности знаний, умений и навыков решать задачи по видам профессиональной
деятельности, установлены образовательным стандартом специальности, и
предусматривающая синтез физического и идеального объекта проектирования,
который оптимально отвечает требованиям задания на выпускную квалификационную
работу.
Целью данного дипломного проекта является
конструирование бензинового двигателя для легкового автомобиля категории М1. В
качестве спецзадания была рассмотрена тема: «Система охлаждения ».
В данный проект включены следующие разделы:
патентный обзор по теме проекта, тепловой расчёт двигателя, расчёт кинематики и
динами кривошипно-шатунного механизма, расчёт на прочность основных деталей и
систем двигателя.
1.ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОИСК ПО СПЕЦЗАДАНИЮ
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВС Патент № 2156701, Россия.
Система охлаждения двигателя внутреннего
сгорания и отопления салона автомобиля, содержащая рубашку охлаждения,
клапан-термостат, радиатор двигателя, жидкостной насос, радиатор отопителя
салона с электровентилятором, отличающаяся тем, что в системе охлаждения
установлен клапан прогрева двигателя, включенный параллельно
клапану-термостату, клапан перегрева, установленный на входе радиатора
двигателя, а гидравлический тракт отопления имеет два гидравлических
переключателя потоков жидкости, имеющих возможность автоматического включения в
него зависимого контура нагрева воздуха в салоне автомобиля, контура
аккумулятора тепла, контура автономного нагрева воздуха и контура прогрева
двигателя и управляемых автоматическим устройством, аккумулятор тепла,
запасающий избыток тепла двигателя и включенный последовательно радиатору
отопителя, на входе аккумулятора расположен насос с электроприводом,
обеспечивающий работу автономного контура нагрева воздуха и контура прогрева
двигателя.
ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ ВОДЯНОЙ НАСОС СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
ДВС
Патент № 2160387, Россия.
. Центробежный водяной насос системы охлаждения
двигателя внутреннего сгорания с фланцевым креплением, состоящий из улитки,
корпуса, внутри которого установлен на подшипниках качения ведомый вал с
консольно закрепленной на нем крыльчаткой, уплотнительного узла, размещенного
между крыльчаткой и подшипниками ведомого вала, а также приводной шестерни,
связанной с ведомым валом насоса и установленной в полости двигателя,
отличающийся тем, что приводная шестерня выполнена полой и установлена в
полости двигателя на своих подшипниках качения, корпус водяного насоса с
подшипниковым узлом расположен внутри полости шестерни, а на торце ведомого
вала насоса, со стороны, противоположной крыльчатке, закреплена втулка с двумя
наружными шлицами, входящими в пазы, выполненные на торце шестерни.
. Центробежный водяной насос по п.1,
отличающийся тем, что длина шлицев втулки выполнена большей в два раза, чем
длина пазов в шестерне, выступание шлицев за торцы пазов шестерни выполнено
только в одну сторону, количество пазов в шестерне больше, чем количество
шлицев втулки и кратно двум, а втулка на ведомом валу может устанавливаться
относительно насоса и противоположным торцем.
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВС
Патент № 2374462, Россия.
Система охлаждения двигателя внутреннего
сгорания, содержащая контур циркуляции охлаждающей жидкости через жидкостной
насос, рубашку охлаждения двигателя и радиатор, конфузорно-диффузорное
устройство, подключенное к контуру циркуляции охлаждающей жидкости параллельно
насосу, и расширительный бачок, подключенный при помощи пароотводящей трубки к
рубашке охлаждения двигателя и при помощи выходного трубопровода - к
конфузорно-диффузорному устройству, отличающаяся тем, что, с целью повышения
давления на входе жидкостного насоса и его регулирования, содержит
теплообменник в паровоздушной части расширительного бачка для подогрева
паровоздушной смеси теплотой выхлопных газов, подключенный параллельно
трубопроводу отвода выхлопных газов двигателя, датчик температуры и датчик
давления, установленные на входе жидкостного насоса, блок управления и
регулятор расхода отработавших газов через теплообменник.
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ РАДИАТОРА
Патент № 2385808, Россия.
Система охлаждения радиатора двигателя с
турбонаддувом, состоящая из вентилятора с муфтой, датчика температуры
охлаждающей жидкости, охладителя надувочного воздуха, устройства для
организации необходимого количества охладительного воздуха, отличающаяся
расположением охладителя надувочного воздуха между радиатором двигателя и
вентилятором, наличием вискомуфты вентилятора с биметаллическим датчиком,
крыльчатки вентилятора с повернутыми профилированными лопатками, выполнением
глухой облицовки радиатора, при этом воздухозаборники расположены на боковых
панелях кабины в виде коробов прямоугольного сечения с ротационными решетками,
воздуховоды с площадью сечения от 0,2-0,7 м2 расположены по длине ветрового
стекла, кромка которых выполнена под острым углом относительно поверхности
лобового остекления.
2.ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ МАШИНЫ
Тяговый расчёт выполняется с целью определения
мощности, необходимой для обеспечения тяговой характеристики автомобиля, для
которой двигатель предназначен. Проведем тяговый расчет для автомобиля
категории М 1.
Максимальная эффективная мощность двигателя
может быть определена по формуле:
(2.1)
где ma - полная масса автомобиля
(слагается из массы снаряжённого автомобиля и массы пассажиров), ma = 1430
кг;max - максимальная скорость движения автомобиля, Va max = 30,55м/с(110км/ч);
ψ - коэффициент суммарного
сопротивления дороги;
Приближённо можно принять:
ψ = (0,01…0,5)+6*10 - 6Va2 max =
0,022 +6*10 - 6*30,552=0,027
Кв - коэффициент обтекаемости, Кв =
0,15…0,35 Нс2/м4;- лобовая площадь машины, F = 1,7 м2;
ŋт = 0,85…0,9 - КПД трансмиссии
автомобиля;
g = 9,81м/с2 - ускорение свободного падения.
δ- коэффициент
учета силы инерции приведенных вращающихся масс.
Для его определения можно
использовать следующее выражение:
где iт-
передаточное число коробки передач.
jа- ускорение автомобиля,
которое можно принять равным 0,2…0,3 м/с2
Принимаем jа = 0,3 м/с2.
кВт;
Таким образом, требуемая
номинальная мощность двигателя:
Ne=
54,2 кВт .
2.1 Обоснование выбора
основных показателей двигателя
Коэффициент избытка воздуха зависит
от условий воспламенения и сгорания топлива, а также от режима работы
двигателя. Для получения максимальной мощности принимаем 
.
Отношение хода поршня к диаметру
цилиндра двигателей колеблется в пределах 
,принимаем 
.Так как
,то S= S/D∙D= 0,9∙0,08=0,072
м.
Давление и температура окружающей
среды принимаем р0=0,105Мпа, 
.
Температура подогрева свежего заряда
это изменение его температуры при движении по впускному тракту и внутри
цилиндра. Принимаем 
.
Незначительная т.к. частота вращения коленвала высокая, воздух во впускном
коллекторе движется относительно быстро и не успевает подогреться; небольшие
размеры впускного коллектора также ведут к незначительному подогреву свежего
заряда. Температура воздуха под капотом, откуда идёт забор, тем выше, чем
температура окружающей среды, и подогрев воздуха на впуске меньше.
Отношение радиуса кривошипа к длине
шатуна 
для
современных автотракторных двигателей составляет 0,21…0,3. С увеличением увеличивается
давление на стенку цилиндра, ускоряется изнашивание цилиндров и поршней, но
уменьшается габаритная высота, масса двигателя и шатуна, принимаю 
.
Давление остаточных газов pr=(1,05…1,25)∙p0=1,1∙0,105=0,116
Мпа. Определяется давлением среды, в которую происходит выпуск (увеличивается с
применением турбокомпрессора и глушителя).
Температура отработавших газов 
. Зависит от
состава смеси, степени расширения и теплообмена в процессах расширения и
выпуска. В нашем случае степень расширения не большая, следовательно, 
увеличена.
Теплообмен в процессе расширения относительно слабый, что также ведёт к
увеличению .
Потери давления на впуске
. Данные
потери зависят от скоростного режима двигателя (чем больше n, тем больше
потери), гидравлических сопротивлений во всех элементах системы, площади
проходных сечений клапанов (с увеличением площади, уменьшаются потери).
Показатель политропы сжатия 
. Величина 
зависит в
основном от частоты вращения, хода поршня, диаметра цилиндра, отношения S/D, материала
поршня и головки цилиндра, герметичности, обеспечиваемой поршневыми кольцами.
При увеличении частоты вращения, увеличивается и n1, т.к.
сокращается время теплообмена между воздухом и окружающими его поверхностями.
Кроме того, при увеличении частоты вращения, уменьшается утечка воздуха через
зазоры поршневых колец. При увеличении диаметра цилиндра n1
увеличивается, т.к. уменьшается отношение площади поверхности цилиндра к
объёму, и теплоотдача от воздуха понижается. Уменьшение хода поршня приводит к
увеличению теплоотдачи. Применение составных поршней с днищем из теплостойкой
стали, уменьшает теплоотдачу от воздуха поршню и n1 увеличивается.
Показатель политропы расширения
[1]. На
показатель 
существенное
влияние оказывает коэффициент использования теплоты (чем больше 
, тем меньше). Повышение
частоты вращения вызывает уменьшение показателя, т.к. при этом увеличивается
количество догорающего топлива и уменьшается теплоотдача в стенки. При
уменьшении угла опережения зажигания, также уменьшается, т.к. топливо
догорает на линии расширения потому что, количество теплоты, поступающее к
газам из-за догорания, превышает количество теплоты, отдаваемое в стенки.
Коэффициент использования тепла
. Улучшение
смесеобразования, уменьшение потерь теплоты в стенки и повышение скорости
сгорания топлива способствует увеличению коэффициента . С
повышением частоты вращения увеличивается до некоторого максимума вследствие
сокращения времени контакта газов с окружающими поверхностями и уменьшения
теплоотдачи. Однако при дальнейшем увеличении частоты вращения снижается,
т.к. сокращается время цикла. На величину также влияют степень сжатия,
свойства топлива, закон подачи и степень форсирования.
Степень повышения давления 
. Зависит от
угла опережения зажигания (с уменьшением угла опережения зажигания -
уменьшается), а также от типа смесеобразования. Угол опережения зажигания
уменьшают для выдерживания норм по токсичности (в частности уменьшаются выбросы
, т.к.
уменьшается максимальная температура сгорания).
Механический КПД 
. Чем меньше
частота вращения коленвала, тем больше механический КПД. Механический КПД также
зависит от качества обработки трущихся поверхностей, вида и качества
применяемого масла, количества и видов приводимых вспомогательных механизмов.
3.РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ
3.1 Исходные данные для
расчета двигателя
Таблица 1 Исходные данные для расчета двигателя
|
Наименование
|
Значение
|
|
Мощность,
кВт
|
Ne=54,2
|
|
Частота
вращения, об/мин
|
n=5800
|
|
Число
тактов
|
τ=4
|
|
Число
и расположение цилиндров
|
i=4Р
|
|
Отношение
|
S/D=0.9
|
|
Коэффициент
избытка воздуха
|
α=0,9
|
|
Степень
сжатия
|
ε=8,5
|
3.2 Процесс наполнения
В результате данного процесса цилиндр двигателя
(рабочая полость) наполняется свежим зарядом. Давление и температура окружающей
среды принимаются: pо=0,105МПа
(1,03 кг/см2), То=298 К. Давление остаточных газов[2]:
.
Температура остаточных газов
выбирается в зависимости от типа двигателя с учетом того, что для бензиновых
двигателей она изменяется в пределах Тr=900…1100 К.
Принимаем Тr=900 К.
Температура подогрева свежего заряда
∆Т=5 К.
Давление в конце впуска [2]:
; (3.2)
Величину потери давления на впуске ∆ра
рассчитываем по формуле [2]:
. (3.3)
Коэффициент остаточных газов [2]:
. (3.4)
Величина γr изменяется
в пределах( 0,06..0,12 ).
Температура в конце впуска [2]:
. (3.5)
Для современных бензиновых двигателей
температура в конце впуска должна находится в пределах ( 320…360 ) К.
Коэффициент наполнения [2]:
(3.6)
Величина коэффициента наполнения
должна изменяться в пределах (0,7…0,85).
3.3 Процесс
сжатия
Давление в конце сжатия [2]:
. (3.7)
Показатель политропы сжатия n1 для
автотракторных двигателей находится в пределах n1 =
1.34…1.42, принимаем n1=1.34.
Температура в конце сжатия [2]:
, (3.8)
3.4 Процесс сгорания
Теоретически необходимое количество воздуха для
сгорания 1 кг жидкого топлива [2]:
, (3.9)
Средний элементарный состав топлива
принимаем: gс=0.85; gH=0.15; g0=0.
Количество свежего заряда (кмоль)
[2]:
, (3.10)
где mt -
молекулярная масса топлива( mt = 110…120 кг/кмоль ),
принимаем mt = 110
кг/кмоль.
Количество продуктов сгорания при
работе двигателей на жидком топливе при α‹1 [2]:
. (3.11)
Теоретический коэффициент
молекулярного изменения [2]:
. (3.12)
Действительный коэффициент молекулярного
изменения [2]:
. (3.13)
Величина μ должна
находиться в пределах 1,02…1,12.
Проектируемый двигатель
четырехцилиндровый, четырехтактный. Степень сжатия в двигателе с искровым
зажиганием ограничивается антидетонационными свойствами бензина. В современных
карбюраторных двигателях 
, используя
топливо, принимаем 
.
Низшую теплоту сгорания топлива принимаем равной
Hu = 44000 кДж/кг.
Подсчитываем потери теплоты вследствие неполноты
сгорания топлива, т.к. α‹1 [2]:
. (3.14)
Определяем среднюю мольную
теплоемкость свежего заряда [2]:
. (3.15)
Средняя мольная теплоемкость
продуктов сгорания для бензиновых двигателей определяется по формуле [2]:
. (3.16)
Максимальная температура сгорания подсчитывается
по уравнению [2]:
; (3.17)
Где ξ- коэффициент
использования теплоты при работе двигателя на номинальном режиме. Принимаем ξ=0,9.
Подставляем в формулу для определения средней
температуры сгорания среднюю мольную теплоемкость продуктов сгорания:
.
После проведения математических
преобразований получаем выражение:
; 
Величина теоретического
максимального давления цикла [2]:
. (3.18)
Степень повышения давления [2]:
. (3.19)
Действительное давление [2]:
рzd
= 0.85∙ рzt
= 0.85∙6,36 = 5,4 МПа. (3.20)
3.5 Процесс расширения
Степень предварительного расширения для
бензиновых двигателей ρ=1. Степень
последующего расширения для бензиновых двигателей δ=ε.
Температура в конце расширения [2]:
. (3.21)
где: n2-
средний показатель политропы расширения n2=1.24.
Давление в конце расширения [2]:
. (3.22)
3.6 Процесс выпуска
Параметрами процесса выпуска (pr
и Tr ) задаются в
начале расчета процесса впуска. Правильность предварительного выбора величин pr
и Tr проверяется по
формуле проф. Е.К. Мазинга [2]:
. (3.23)
Погрешность 8.68%<10%.
3.7
Индикаторные показатели
Среднее индикаторное давление
теоретического цикла для бензиновых и газовых двигателей подсчитывается по
формуле [2]:
. (3.24)
Среднее индикаторное давление
действительного цикла [2]:
. (3.25)
где : φп
-коэффициент полноты диаграммы, который принимаем для двигателей с искровым
зажиганием φп=0,95.
Индикаторный КПД для бензинового двигателя
подсчитывается по формуле [2]:
. (3.26)
Удельный индикаторный расход жидкого топлива
[2]:
. (3.27)
3.8 Эффективные
показатели
Задаемся величиной механического КПД ηм=0,7…0,85,
принимаем ηм=0,85.
Определяем среднее эффективное давление по
формуле [2]:
. (3.28)
Эффективный КПД [2]:
. (3.29)
Удельный эффективный расход жидкого
топлива [2]:
(3.30)
3.9 Основные размеры
цилиндра и показатели поршневого двигателя
По эффективной мощности, частоте вращения
коленчатого вала и среднему эффективному давлению определяем литраж двигателя
[2]:
. (3.31)
Рабочий объем одного цилиндра [2]:
. (3.32)
Диаметр цилиндра [2]:
. (3.33)
Принимаем D=0,08
м, S= S/D∙D
=0,072 м.
Литраж двигателя определяем по формуле [2]:
. (3.34)
Определяем эффективную мoщность [2]:
. (3.35)
Эффективный крутящий момент [2]:
Мкр е =3∙104/π∙ N´e/n = 3∙104/3.14∙
63.1/5800 = 103.9 Н∙м. (3.36)
Часовой расход жидкого топлива [2]:
= N´e∙ge∙10-3=
63,1∙291,69∙ 10-3= 18.41 кг/ч. (3.37)
Средняя скорость поршня [2]:
. (3.38)
Литровая мощность определяется по формуле [2]:
. (3.39)
3.10 Построение
индикаторной диаграммы
На основании результатов теплового расчета, в
координатах p-v
строим индикаторную диаграмму рассчитываемого двигателя.
В начале построения на оси абсцисс откладываем
отрезок АВ, соответствующий объему цилиндра, а по величине равен ходу поршня
АВ=74 мм.
Отрезок ОА, соответствующий объему камеры
сгорания, определяем по формуле [8]:
ОА = 
= 
= 10 мм. (3.40)
При построении диаграммы выбираем масштаб давлений
mp=0.04 МПа в мм.
Построение диаграммы выполняем графическим
методом Брауэра.
Из начала координат проводим луч ОК под углом α0=15°.
Далее
из начала координат проводим лучи ОД и ОЕ под определенными углами β1
и
β2
к
оси ординат. Эти углы определяем по формулам [8]:
tg β1
= (1+tgα0)n1-1; (3.41)
tg β2 = (1+ tgα0)
n2-1; (3.42)
β1= (1+ tg 15º)1,34-1=21°;
(2.43)
β2 = (1+ tg
15°)1.24-1=20°. (3.44)
Политропу сжатия строят с помощью
лучей ОК и ОД. Из точки С проводят горизонталь до пересечения с осью ординат;
из точки пересечения - линию под углом 45° к вертикали до пересечения с лучом
ОД, а из этой точки - вторую горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс.
Затем из точки С проводят вертикальную линию до пересечения с лучом ОК. Из этой
точки пересечения под углом 45° к вертикали проводим линию до пересечения с
осью абсцисс, а из этой точки - вторую вертикальную линию, параллельную оси
ординат, до пересечения со второй горизонтальной линией. Точка пересечения этих
линий будет промежуточной точкой 1 политропы сжатия. Точку 2 находят аналогично,
принимая точку 1 за начало построения.
Политропу расширения строят с
помощью лучей ОК и ОЕ, начиная от точки Z, аналогично
построению политропы сжатия.
После построения политропы сжатия и
расширения производим скругление индикаторной диаграммы с учетом предварения
открытия впускного клапана, опережения зажигания и скорости нарастания
давления, а также наносим линию впуска и выпуска. Для этой цели под осью
абсцисс проводим на длине хода поршня S как на
диаметре полуокружность радиусом R=S/2. Из геометрического
центра О' в сторону н.м.т. откладываем отрезок [8]:
О'О'1 =
5,5 мм (3.45)
где L-
длинна шатуна(L=124.5мм).
Величина О'О'1 представляет собой поправку
Брикса. Из точки О'1 под углом γ0 ( угол
предварения открытия впускного клапана, γ0=47°)
проводим луч О'1В1. Полученную точку В1 соответствующую началу открытия
впускного клапана, сносим на политропу расширения(точка b1').
Луч О'1С1 проводим под углом Θ0,
соответствующим
углу опережения зажигания (Θ0=25° до
в.м.т.), а точку С1 сносим на политропу сжатия, получая точку с1'.
Затем проводим плавные кривые с'1 с'' изменения
линии сжатия в связи с опережением зажигания и b1'
b'' изменения линии
расширения в связи с предварением открытия впускного клапана. При этом
принимаем, что точка b''
находится на середине расстояния ba,
а ордината тачки c'' находится
из соотношения [8]:
pс'' =1.2∙pс=
1,2∙1,4 = 1,68 МПа. (3.46)
Длинна отрезка Ас''=1,68/0,04 = 42 мм.
Наклон линии сгорания определяем исходя из
величины скорости нарастания давления и действительного давления сгорания [2]:
pz= 0.85 ∙p'zt=
0.85∙6.36 = 5,4МПа. (3.47)
Определяем угол δ0 соответствующий
углу поворота коленчатого вала за период сгорания от pc
до pz' [8]:
δ0 = 
= 
= 14°. (3.48)
Для данного двигателя принимаем ∆р/∆φ
= 0,3МПа/град.
Под углом δ0 проводим
луч О'1m. Полученную точку m
сносим на горизонтальную линию, соответствующую давлению pz.
Точку пересечения их соединяем с точкой с1' и
получаем примерное протекание линии сгорания. Далее проводим линии впуска и
выпуска, скругляя их в точке z.
В результате выполненных построений получили действительную индикаторную
диаграмму.
4.РАСЧЕТ КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ КШМ
Динамический расчет кривошипно-шатунного
механизма выполняется с целью определения суммарных сил и моментов, возникающих
от давления газов и от сил инерции. Результаты динамического расчета
используются при расчете деталей двигателя на прочность и износ.
В течении каждого рабочего цикла силы,
действующие в кривошипно-шатунном механизме, непрерывно изменяются по величине
и направлению. Поэтому для определения характера изменения сил по углу поворота
коленчатого вала их величины определяют для ряда различных положений вала,
через каждые 30° ПКВ.
Рисунок 4.1- Расчётная схема сил,
действующих в КШМ
4.1
Определяем силу давления газов на днище поршня
Сила давления газов на днище поршня
определяем в пределах (0…720)° ПКВ, через 30град.
По построенной индикаторной
диаграмме определяем силу рг, действующую на днище поршня при каждом угле
поворота коленчатого вала. Результаты сводим в таблицу 4.1.
Масштаб давлений выбираем mp =0,04МПа в
мм.
Расчет ведем для одного положения
кривошипа. Оно соответствует 60°
поворота коленчатого вала.
Сила давления газов на днище поршня
(pг)
определяется по формуле [8]:
. (4.49)
По формуле (4.49) производим расчеты
для остальных точек поворота коленчатого вала, результаты расчета для всех
положений коленчатого вала сводим в таблицу 4.1 .
.2
Определяем силу инерции от возвратно-поступательно движущихся масс Pj
Pj=-mj∙R∙ω²∙(cosφ+λ∙cоs2φ);
(4.50)
Масса поступательно движущихся частей КШМ
определяется из выражения
=mn+x∙mш;
(4.51)
где: х-доля массы шатуна, отнесенная к
возвратно-поступательно движущимся массам х=0,25;
mп и mш
определяем по таблице 6 [1];
'п=mп/Fп=130
кг/м2;
(4.52)
п=130∙0,005024
= 0,4 кг;
m'ш=mш/Fп
= 180 кг/м2;
(4.53)
ш=180∙0,005024 = 0.58 кг;
mj= 0,4+0.25∙0.58
=0.56 кг.
ω-угловая скорость:
. (4.54)
, (4.55)
Результаты расчета для всех положений
коленчатого вала сводим в таблицу 4.1 .
4.3 Суммарная сила, действующая
в кривошипно-шатунном механизме
Определение суммарной силы
PΣ ведется
путем алгебраического сложения сил давления газов и сил инерции
возвратно-поступательно движущихся масс [8]:
. (4.56)
Результаты расчета для всех положений
коленчатого вала сводим в таблицу 4.1
Таблица 4.1 Результаты расчета PГ, Pj,
PΣ.
|
φ
град.
|
Pſ,Мпа
|
Pr,H
|
cosφ+λcos2φ
|
Pj,H
|
P∑,H
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
|
0
|
0,116
|
55,8
|
1,294
|
-9614,91
|
-9559,11
|
|
30
|
0,089
|
-76,2
|
1,013
|
-7526,97
|
-7603,1744
|
|
60
|
0,089
|
-76,2
|
0,353
|
-2626,64
|
-2702,84
|
|
90
|
0,089
|
-76,2
|
-0,294
|
2184,532
|
2108,33156
|
|
120
|
0,089
|
-76,2
|
-0,646
|
4800,025
|
4723,82513
|
|
150
|
0,089
|
-76,2
|
-0,719
|
5342,443
|
5266,24284
|
|
180
|
-76,2
|
-0,706
|
5245,848
|
5169,6479
|
|
210
|
0,095
|
-48,3
|
-0,719
|
5342,443
|
5294,14284
|
|
240
|
0,116
|
56,5
|
-0,647
|
4807,456
|
4863,95551
|
|
270
|
0,171
|
331,6
|
-0,294
|
2184,532
|
2516,13156
|
|
300
|
0,326
|
1114,5
|
0,353
|
-2622,92
|
-1508,424
|
|
30
|
0,837
|
3679,8
|
1,013
|
-7526,97
|
-3847,1744
|
|
360
|
1,633
|
7680,8
|
1,294
|
-9614,91
|
-1934,111
|
|
374
|
5,4
|
26602,1
|
1,243
|
-9183,95
|
17418,15
|
|
390
|
3,532
|
17222,2
|
1,013
|
-7526,97
|
9695,2256
|
|
420
|
1,490
|
6962,6
|
0,353
|
-2622,92
|
4339,67605
|
|
450
|
0,824
|
3612,7
|
-0,294
|
2184,532
|
5797,23156
|
|
480
|
0,579
|
2383,5
|
-0,646
|
4800,025
|
7183,52513
|
|
510
|
0,483
|
1903,6
|
-0,719
|
5342,443
|
7246,04284
|
|
540
|
0,458
|
1774,4
|
-0,706
|
5245,848
|
7020,2479
|
|
570
|
0,116
|
55,8
|
-0,719
|
5342,443
|
5398,24284
|
|
600
|
0,116
|
55,8
|
-0,647
|
4807,456
|
4863,25551
|
|
630
|
0,116
|
55,8
|
-0,294
|
2184,532
|
2240,33156
|
|
660
|
0,116
|
55,8
|
0,353
|
-2626,64
|
-2570,84
|
|
690
|
0,116
|
55,8
|
1,013
|
-7526,97
|
-7471,1744
|
|
720
|
0,116
|
55,8
|
1,294
|
-9614,91
|
-9559,111
|
4.4 Определяем
нормальную силу К [2]:
. (4.57)
Результаты расчета для всех положений
коленчатого вала сводим в таблицу 4.2. Нормальная сила К направлена по радиусу
кривошипа рисунок 4.1.
4.5 Определяем
тангенциальную силу Т [2]:
. (4.58)
Результаты расчета для всех положений
коленчатого вала сводим в таблицу 4.2.
Тангенциальная сила Т направлена по касательной
к окружности радиуса кривошипа рисунок 4.1 .
Таблица 4.2 Результаты расчета Т,К
|
φ
град.
|
cos(φ+β)/cosβ
|
К,Н
|
sin(φ+β)/ /cosβ
|
T,H
|
|
0
|
1
|
-9559,111
|
0
|
0
|
|
30
|
0,792
|
-6021,714
|
0,629
|
-5269,6
|
|
60
|
0,272
|
-741,6725
|
0,998
|
-2957,7
|
|
90
|
-0,308
|
-649,3661
|
1
|
2352,6
|
|
120
|
-0,728
|
-3438,945
|
0,734
|
3866
|
|
150
|
-0,94
|
-4950,268
|
0,371
|
2179,1
|
|
180
|
-1
|
-5169,648
|
0
|
0
|
|
210
|
-0,94
|
-4976,494
|
-0,371
|
-2189,6
|
|
240
|
-0,728
|
-3540,96
|
-0,734
|
-3966,6
|
|
270
|
-0,308
|
-774,9685
|
-1
|
-2774,4
|
|
300
|
0,272
|
-410,2913
|
-0,998
|
1725
|
|
330
|
0,792
|
-3046,962
|
-0,629
|
2794
|
|
360
|
1
|
-1934,111
|
0
|
0
|
|
374
|
0,953
|
16599,5
|
0,3096
|
5392,6
|
|
390
|
0,792
|
7678,619
|
0,629
|
5989,6
|
|
420
|
0,272
|
1180,392
|
0,998
|
4239,2
|
|
450
|
-0,308
|
-1785,547
|
1
|
6118,4
|
|
480
|
-0,728
|
-5229,606
|
0,734
|
5707,4
|
|
510
|
-0,94
|
-6811,28
|
0,371
|
2928,1
|
|
540
|
-1
|
-7020,248
|
0
|
0
|
|
570
|
-0,94
|
-5074,348
|
-0,371
|
-2220,8
|
|
600
|
-0,728
|
-3540,45
|
-0,734
|
-3949
|
|
630
|
-0,308
|
-690,0221
|
-1
|
-2466,2
|
|
660
|
0,272
|
-699,2685
|
-0,998
|
2844,2
|
|
690
|
0,792
|
-5917,17
|
-0,629
|
5198,8
|
|
720
|
1
|
-9559,111
|
0
|
0
|
5. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ АГРЕГАТОВ И СИСТЕМ
ДВИГАТЕЛЯ
На автомобиле установлен четырехцилиндровый
четырехтактный бензиновый двигатель, с рядным расположением цилиндров и с
распределительным валом, размещенным на головке цилиндров, жидкостного
охлаждения. Двигатель специально спроектирован для поперечного расположения на
переднеприводном автомобиле. Поэтому его компоновка и основные размеры выбраны
такими, чтобы он вместе с коробкой передач мог разместиться поперек между
брызговиками передних колес.
Поршень отливается из высокопрочного
алюминиевого сплава. Поскольку алюминий имеет высокий температурный коэффициент
линейного расширения, то для исключения опасности заклинивания поршня в
цилиндре в головке поршня над отверстием для поршневого пальца залита
терморегулирующая стальная пластина. Поршневой палец стальной, трубчатого
сечения, запрессован в верхнюю головку шатуна и свободно вращается в бобышках
поршня. Поршневые кольца обеспечивают необходимое уплотнение цилиндра и отводят
тепло от поршня к его стенкам. Кольца прижимаются к стенкам цилиндра под
действием собственной упругости и давления газов. На поршне устанавливаются три
чугунных кольца - два компрессионных и одно маслосъемное, которое препятствует
попаданию масла в камеру сгорания.
Газораспределительный механизм характеризуется
верхним рядным расположением клапанов. На каждый цилиндр приходится по одному
впускному и одному выпускному клапану, расположенные в головке цилиндров
наклонно в ряд. Распределительный вал, отлитый из чугуна, имеет пять опорных
шеек, которые вращаются в гнездах, выполненных в головке цилиндров и в корпусах
подшипников распределительного вала, и приводится во вращение от коленчатого
вала зубчатым ремнем. На валу имеется эксцентрик, для привода топливного
насоса. Клапаны приводятся в действие непосредственно кулачками
распределительного вала через цилиндрические толкатели без промежуточных
рычагов. В гнезде толкателя находится шайба, подбором которой регулируется
зазор в клапанном механизме.
Система смазывания двигателя комбинированная,
при которой часть деталей смазывается под давлением, часть самотеком и
разбрызгиванием. Емкость системы смазывания 3,5 л. Под давлением смазываются
коренные и шатунные подшипники коленчатого вала, опоры распределительного вала.
Система включает масляный картер, масляный насос с редукционным клапаном и
маслоприемником, систему масляных каналов, полнопоточный фильтр очистки масла с
фильтрующим элементом, перепускным клапаном и противодренажным клапаном,
указатель уровня масла и маслоналивную горловину. Давление масла контролируется
датчиком, который ввертывается в отверстие масляной магистрали в головке
цилиндров, соединяемой с главной масляной магистралью в блоке цилиндров.
Масляный насос собран в специальном корпусе, прикрепленном к передней стенке
блока цилиндров. Масляный насос односекционный, шестеренчатый, с шестернями
внутреннего зацепления. Ведущая шестерня устанавливается на переднем конце
коленчатого вала. Масляный фильтр навернут на штуцер и прижат к кольцевому
буртику на блоке. Герметичность обеспечивается резиновой прокладкой,
установленной между крышкой фильтра и буртиком блока. Вентиляция картера
двигателя принудительная, осуществляется путем отсоса картерных газов по
вытяжному шлангу через сетку маслоотделителя, в корпус воздушного фильтра.
Система охлаждения жидкостная закрытого типа с
принудительной циркуляцией жидкости, с расширительным бачком. Система имеет
насос охлаждающей жидкости, неразборный термостат, электровентилятор, радиатор
с расширительным бачком, трубопроводы, шланги, сливные пробки. Привод насоса
осуществляется от зубчатого ремня привода распределительного вала. Насос
охлаждающей жидкости центробежного типа.
Система пуска электростартерная. Стартер
расположен с левой стороны двигателя и раскручивает коленчатый вал посредством
зубчатого венца на маховике.
Система питания включает следующие приборы:
топливный бак, топливный фильтр, топливный насос, накопитель топлива,
дозатор-распределитель, топливопроводы и шланги, расходомер воздуха, регулятор
управляющего давления, форсунку, впускную трубу и приборы выпуска отработавших
газов.
топ 5 расходомер воздуха;
6 . РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ И
РАСЧЕТ СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЯ
6.1 Расчет поршневой
группы
Поршневая группа двигателя включает: поршень,
поршневой палец, поршневые кольца и детали крепления пальца (стопорные кольца).
Основное ее назначение:
а) Образование вместе со стенками цилиндра и
поверхностью камеры сгорания пространства переменного объема, в котором
совершаются рабочие процессы двигателя, и обеспечение герметичности этого
пространства;
б) Передача боковых усилий от шатуна стенкам
цилиндра;
в) Передача шатуну давления газов,
воспринимаемого поршнем;
г) Выполнение функций съема и распределения
масла по зеркалу цилиндра.
6.1.1 Расчет поршня
Поршень изготовлен из алюминиевого сплава Ал25
методом литья.
Рисунок 6.1 - Расчётная схема поршня
Рассчитаем головку поршня. Головка
поршня рассчитывается на сжатие.
Напряжения в сечении, ослабленном
отверстиями для отвода масла [2]:
, (6.59)
где FA-A-площадь
сечения, ослабленного отверстиями для отвода масла,
Fп - площадь
поршня;
Pzmax-максимальная
сила давления газов, на днище поршня.
Напряжение sс не должны превышать для
алюминиевых поршней 30…40 МПа.
Напряжения от сжатия sс=30,21 МПа не превышает
допускаемых. Прочность обеспечивается.
Растягивающие напряжения в сечении,
ослабленном отверстиями для отвода масла [2]:
, (6.60)
где 
сила инерции части поршня с
кольцами, расположенной выше сечения FA-A [2]:
, (6.61)
где mг-масса
головки поршня: 
;
w-частота
вращения вала двигателя в режиме холостого хода [2]:
, (6.62)
где nх.х.max.=1,07n=1,07×5800=6206
мин-1- максимальная частота вращения вала двигателя в режиме холостого хода.
Напряжения sР не должны превышать для
алюминиевых поршней 4…10 МПа. Напряжение от растяжения sР=4,44МПа не превышает
допустимые. Прочность обеспечивается.
Напряжения при изгибе и срезе
кольцевой перемычки [2]:
(6.63)
, (6.64)
где 
высота первой перемычки.
Суммарные напряжения согласно
третьей гипотезе прочности[2]:
. (6.65)
Напряжения sS не должны превышать 30…40
МПа для поршней из алюминиевых сплавов. Суммарные напряжения sS=17 МПа не превышают
допускаемые. Прочность обеспечивается.
Рассчитаем юбку поршня. Максимальное
удельное давление на юбку поршня [2]:
, (6.66)
где Nmax-наибольшая
нормальная сила, действующая на стенку цилиндра [2]:
, (6.67)
где hю-высота
юбки, hю=60 мм.
Удельное давление на стенку цилиндра
pю не должно
превышать 1 МПа. Удельное давление pю=0,7543 МПа
не превышает допустимого. Прочность обеспечивается.
Рассчитаем диаметры головки и юбки
поршня.
Диаметры головки и юбки поршня в
холодном состоянии [2]:
; (6.68)
, (6.69)
где 
=0,56мм ,
=0,16 мм
Диаметральные зазоры в горячем
состоянии [2]:
; (6.70)
, (6.71)
где 
, приняты с учетом водяного
охлаждения двигателя.
6.1.2 Расчет поршневого
кольца
Поршневые кольца предназначены для обеспечения
герметичности внутрицилиндрового пространства, отвода теплоты от поршня в
стенки гильзы и удаления с них излишков масла.
Поршневое кольцо изготовлено из серого чугуна
марки СЧ20.
Среднее давление кольца на стенку цилиндра [2]:
, (6.72)
где Е=10 5 МПа - модуль упругости
для чугуна,
.
Среднее давление компрессионного
кольца на стенку цилиндра Рср не должно превышать 0,37 МПа.
Напряжение изгиба кольца в рабочем
состоянии [2]:
. (6.73)
Максимальные напряжения, возникающие
при разведении замка в процессе надевания кольца на поршень [2]:
, (6.74)
где k -
коэффициент, зависящий от способа приложения усилий к кольцу при надевании его
на поршень (в расчете принимаем k=1,57) .
Монтажный зазор DЗ в замке поршневого кольца
[2]:
, (6.75)
где D¢З - минимальный допустимый зазор в
замке кольца во время работы двигателя (D¢З=0,08 мм);
aк,
aц -
коэффициенты линейного расширения материалов кольца и цилиндра,
tк, tц, t0-температуры
соответственно кольца и цилиндра в рабочем состоянии двигателя и начальная
температура .
6.1.3
Расчет поршневого пальца
Поршневой палец предназначен для
шарнирного соединения поршня с шатуном и является осью, относительно которой
совершаются колебательные движения шатуна.
Поршневой палец плавающего типа
выполнен из стали 15Х (
) с
последующей цементацией поверхностного слоя и закалкой.
Разрушение пальца вызывается чаще
всего напряжениями, возникающими при его овализации, изгибе и срезе.
Износостойкость пальца зависит от его удельных давлений на втулку шатуна и на
бобышки поршня.
Давление, приходящееся на единицу
площади проекции опорной поверхности в бобышках поршня [2]:
, (6.76)
где Lб.п. -
расстояние между бобышками поршня;
Lп. - длина
поршневого пальца;
k-коэффициент,
зависящий от массы поршневого пальца,
где mп.г. - масса
поршневой группы.
Удельное давление пальца на втулку поршневой
головки шатуна [2]:
, (6.78)
где 
сила инерции поршневой группы, Н;
длина поршневой головки шатуна.
Напряжение рб не должны превышать 50
МПа. Давление рб=30,94 МПа. не превышает допустимые. Прочность обеспечена.
Давление рш не должно превышать 60
МПа . Давление рш=33,77 МПа не превышает допустимые. Прочность обеспечена.
Напряжение в среднем сечении пальца
при его изгибе [2]:
, (6.79)
где 
.
Допускаемые нормальные напряжения
при изгибе [sи]=200…250
МПа. Напряжения sи=147,3МПа
не превышают допустимые. Прочность обеспечена.
Напряжения, возникающие при срезе пальца
[2]:
. (6.80)
Допускаемые касательные напряжения 
.
Касательное напряжение t=94 МПа, не
превышает допустимые. Прочность обеспечивается.
Максимальная диаметральная
деформация пальца при овализации [2]:
, (6.81)
где 
поправочный коэффициент:
.
Диаметральная деформация Ddmax не должна
превышать 0,001dн=0,001×24=0,024 мм.
Диаметральная деформация не превышает допустимую.
Напряжения, возникающие при
овализации пальца:
а) на внешней поверхности пальца в
горизонтальной плоскости (точка 1, рисунок 6.2) [2]:
; (6.82)
Рисунок 6.2 Эпюра напряжений,
возникающих при овализации пальца
б) на внутренней поверхности в
горизонтальной плоскости (точка 2, рисунок 6.2) [2]:
; (6.83)
в) на внешней поверхности в
вертикальной плоскости (точка 3, рисунок 1) [2]:
; (6.84)
г) на внутренней поверхности в
вертикальной плоскости (точка 4, рисунок 6.2) [2]:
; (6.85)
Из расчета следует, что наибольшее
напряжение возникает в точке 2 и оно составляет 244,1МПа. Напряжения, не должны
превышать допустимые [sai]=300…350 МПа. Прочность
обеспечивается.
Зазор в сочленении пальца с поршнем
в рабочем состоянии [2]:
. (6.86)
Монтажный зазор в этом сочленении
[2]:
, (6.87)
где 
коэффициенты линейного расширения
материалов поршневого пальца и поршня;
Dtп.п., Dtп - степень
подогрева пальца и поршня;
Dtп.п.=100…120°С, Dtп=120…140°С.
Принимаем Dtп.п.=110°С, Dtп=130°С.
D¢£ 0,001×dн=0,001×0,038=0,038
мм.
Для сборки поршня с пальцем первый
необходимо нагреть до темпеературы130°С,
а палец охладить в жидком азоте.
6.2 Расчет
шатунной группы
Шатунная группа состоит из шатуна,
крышки шатуна, шатунных болтов, втулки и вкладышей. Шатун служит для передачи
усилий от поршня к коленчатому валу и наоборот. При работе двигателя шатун
совершает сложное движение, во время которого он подвергается действию
переменных давлений газов и инерционных сил. В некоторых случаях действие этих
сил носит характер близкий к ударному. Таким условиям работы отвечает
конструкция шатуна, имеющая максимальную жесткость при минимальной массе.
Шатун изготовлен из стали 40Х. Масса
шатуна в сборе mш=0,85 кг.
6.2.1
Расчет поршневой головки шатуна
Поршневая головка шатуна
рассчитывается на:
а) усталостную прочность в сечении 
от действия
инерционных сил, достигающих максимальных значений при работе двигателя на
режиме максимальной частоты вращения при холостом ходе;
б) напряжения, возникающие в головке
от воздействия на неё запрессованной втулки;
в) усталостную прочность в месте
перехода головки шатуна в стержень от действия суммарных сил и запрессованной
втулки.
Максимальное напряжение растяжения в
сечении поршневой
головки шатуна [2]:
; (6.88)
т.к. при 
сила
инерции направлена к оси коленчатого вала и не нагружает сечение [2]:
Pj=-(mп г+mв г)(πnxx max/30)2R(1+λ)=-(0.46+0.035)∙
∙(3.14∙6202/30)2∙0,036∙(1+0.293)= -9721,8 Н; (6.89)
где 
масса верхней части головки (выше
сечения 
),
;
масса поршневой группы, 
кг.
Механические свойства легированной
стали 40ХН, из которой изготовлен шатун, приведены в таблице 6.1[7]:
Таблица 6.1 - Механические свойства
легированной стали 40ХН
|
Марка
стали
|
sВ, МПа
|
sТ, МПа
|
s-1, МПа
|
s-1Р, МПа
|
tТ, МПа
|
t-1, МПа
|
|
40ХН
|
1300
|
1200
|
500
|
400
|
390
|
240
|
Отношение предела выносливости при растяжении к
пределу текучести [2]:
Коэффициент приведения
асимметричного цикла к равноценному симметричному берем:
Для растяжения аs=0,23.
Так как цикл нагружения
ассиметричный, то sа=sm=31,44МПа.
Если возникающие в детали нормальные
напряжения удовлетворяют условию [2]:
, (6.90)
то расчет проводим по пределу
выносливости.
Т.к. 
, то запас
прочности сечения определяем
по пределу выносливости [2]:
(6.91)
где Кs-коэффициент
концентрации напряжений [2]:
(6.92)
где: 
предел прочности,
коэффициент влияния шероховатости
поверхности.
Для случая чистового обтачивания,
без поверхностного упрочнения
.
коэффициент абсолютных размеров
поперечного сечения.
Запас прочности должен быть
не менее 2,5 для автотракторных двигателей.
Значение запаса прочности
имеет значение несколько выше необходимого для возможности форсирования
двигателя.
В поршневой головке шатуна имеют
место напряжения, обусловленные запрессовкой в нее втулки:
где 
натяг посадки втулки, 
.
Т.к. втулка и головка стальные
коэффициенты температурного расширения у них одинаковы.
коэффициент температурного
расширения стальной втулки [2]:
(6.93)
коэффициент температурного
расширения для стальной головки [2]:
; (6.94)
Давление от натяга D∑ на
поверхности соприкосновения втулки с головкой считается
равномерно-распределенным и определяется по формуле [2]:
=∆ ∑/{d{[(dг2+d2)/(
dг2-d2)+μг]/Ег+[(
d2+dн2)/(
d2-dн2)-μв]/Ев}}=
=0,08/{29,2{[(36,52+29,22)/( 36,52-29,22)+0,3]/2∙105+[( 29,22+242)/(
29,22-242)- -0,25]/1,15∙105}}=35,2 МПа. (6.95)
где: dг, d, dн, -
соответственно наружный и внутренний диаметр поршневой головки и внутренний
диаметр втулки, мм (dг=36,5мм, d=29,2мм, dн=24мм) [2]:
mг,
Ег - коэффициент Пуассона и модуль упругости материала поршневой головки
(сталь);
mв,
Ев - коэффициент Пуассона и модуль упругости материала втулки ;
Напряжение на внешней и внутренней
поверхностях поршневой головки от действия суммарного натяга определяются по
формуле Ламе [2]:
σ'α=2рd2/( dг2-d2)=2
35.2∙29.22/(36.52-29.22)=125.2
МПа (6.96)
σ'i=p( dг2+d2)/( dг2-d2)=35.2(36.5
2+29.22) /(36.5 2-29.22)=159.4МПа. (6.97)
Напряжения s¢а, s¢I не должны
превышать 100…170 МПа.
В теле поршневой головки шатуна
напряжения от силы инерции Рj п.г. деталей поршневой группы
рассчитывается в предположении, что радиальное давление, создаваемое этой
силой, по внутренней поверхности верхней половины головки распределяются
равномерно.
Напряжения подсчитывают по
уравнениям для бруса малой кривизны, предполагается, что криволинейная балка
защемлена в местах перехода проушины в стержень. Головку рассекают по
продольной оси симметрии шатуна, а действие отброшенной правой части заменяется
нормальной силой Nj0 и изгибающим моментом Mj0, которые
определяются по следующим эмпирическим зависимостям:
(6.98)
(6.99)
где j¢з-угол заделки,
rср- средний
радиус головки шатуна [2]:
Угол заделки j¢з=120°
Максимальная сила, растягивающая
поршневую головку шатуна [2]:
Рj п г=-mп гRω2(1+λ)=-0,46∙0.036∙607.12(1+0.293)=-11711.7
Н. (6.100)
Значения Mj1 и Nj1 для
текущего значения j¢,
изменяющегося от 0° до 90° (участок 1 рисунок 6.3),
определяется по формулам [2]:
(6.101)
. (6.102)
Значения Mj2 и Nj2 для
текущего значения j¢= 120° (участок 2), определяется по
формулам[2]:
(6.103)
;
(6.104)
Рисунок 6.3- Распределение нагрузок
при растяжении.
Напряжения в крайних волокнах у
внешней поверхности [2]:
; (6.105)
у внутренней:
; (6.106)
где 
толщина стенки головки,
соответственно момент и нормальная
сила в рассматриваемом сечении;
b-коэффициент,
учитывающий наличие запрессованной стальной втулки с натягом [2]:
=EгFг/(ЕгFг+EвFв)=
2∙105∙ 262,8/(2∙105∙ 262,8+1,15∙105∙176,4)=0,72.
(6.107)
где 
площади сечения соответственно
стенок головки и втулки [2]:
(6.108)
(6.109)
Расчитываем напряжения в крайних
волокнах у внешней поверхности по формулам (6.105),(6.106):
Рисунок 6.4-Эпюра напряжений при
растяжении
Значения нагрузок и
напряжений при других значениях угла сведены в
таблице 6.2
Таблица 6.2 - Значения
нагрузок и напряжений
|
j°
|
Nj, Н.
|
Mj, Нм.
|
saj, МПа.
|
sij, МПа.
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
0
|
-5574,8
|
-0,0019
|
-30,5454663
|
-30,5454184
|
|
10
|
-5579,01
|
0,0671522
|
-30,5677304
|
-30,569424
|
|
20
|
-5591,64
|
0,2743088
|
-30,6345226
|
-30,6414406
|
|
30
|
-5612,41
|
0,6149663
|
-30,7443587
|
-30,7598679
|
|
40
|
-5640,48
|
1,0753143
|
-30,8927859
|
-30,9199048
|
|
50
|
-5675,01
|
1,6415424
|
-31,0753513
|
-31,1167502
|
|
60
|
-5715,15
|
2,29984
|
-31,2876021
|
-31,3456031
|
|
70
|
-5759,5
|
3,0271898
|
-31,5221171
|
-31,5984614
|
|
80
|
-5806,66
|
3,8005745
|
-31,7714747
|
-31,8673234
|
|
90
|
-5855,5
|
4,60158
|
-32,029738
|
-32,1457877
|
|
100
|
-5816,51
|
3,9621325
|
-31,8235649
|
-31,923488
|
|
110
|
-5600,17
|
0,4141582
|
-30,6796134
|
-30,6900583
|
|
120
|
-5211,21
|
-5,964727
|
-28,6229089
|
-28,4724813
|
Исследование напряжений, вызываемых
сжимающей силой, позволило установить, что наилучшее совпадение
экспериментальных данных с расчетными получается при косинусоидальном
распределении нагрузки на нижнюю часть головки шатуна. Расчетная схема та же, что
и при расчете на растяжение.
Суммарная сила P,
сжимающая головку [2]:
, (6.110)
Р=(5,4-0,1)∙6358,5-0,46∙0,036∙607,12(1+0,293)=17538,1
Н.
Изгибающие моменты и
нормальные силы во всех сечениях поршневой головки на участке 1(рисунок
6.3)
определяются по формулам [2]:
(6.111)
. (6.112)
Соответственно в сечениях на
участке 2(рисунок
6.3) [2]:
(6.113)
(6.114)
где 
.
В100=0,000677; В110=0,00446;
В120=0,01487.
Нормальная сила N0 и
изгибающий момент М0 входящие в уравнения, определяются с помощью таблицы 5.14
приведенной в источнике [2], в зависимости от угла заделки и сжимающей силы:
N0=52,6 Н;
М0=0,316 Нм.
Напряжения в крайних волокнах у внутренней
поверхности [2]:
(6.115)
(6.116)
Значения N,
M, sa,
sI
от сжимающей силы заносим в таблицу 6.3.
Таблица 6.3 - Значения N,
M, sa,
sI
от сжимающей силы
|
°j
|
N, Н.
|
M, Нм.
|
sa,
МПа.
|
sI, МПа.
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
0
|
52,6
|
0,316
|
0,29189482
|
0,28392545
|
|
10
|
51,548
|
17,5688
|
0,4875354
|
0,04445835
|
|
20
|
49,444
|
52,0744
|
0,87881657
|
-0,4344758
|
|
30
|
45,5516
|
115,9098
|
1,60268673
|
-1,3205041
|
|
40
|
40,2916
|
202,1738
|
2,58088964
|
-2,5178396
|
|
50
|
33,8218
|
308,2785
|
3,78407923
|
-3,9905622
|
|
60
|
26,3
|
431,636
|
5,1829094
|
-5,702752
|
|
70
|
17,9892
|
567,9331
|
6,72847
|
-7,594542
|
|
80
|
9,1524
|
712,8566
|
8,3718509
|
-9,6060656
|
|
90
|
0
|
862,956
|
10,073924
|
-11,689429
|
|
100
|
2,720894
|
818,3333
|
9,567919
|
-11,070071
|
|
110
|
60,23073
|
-124,828
|
-1,1271923
|
2,02091005
|
|
120
|
234,4915
|
-2982,71
|
-33,534501
|
41,6879565
|
Максимальное и минимальное напряжения
ассиметричного цикла [2]:
125,2+28,6 = 153,8МПа, (6.117)
125,2-41,7 = 83,5МПа. (6.118)
Среднее напряжение и амплитудное напряжение :
σm=(σmax+σmin)/2=118.7МПа,
σα=(σmax
-σmin)/2=70.3 МПа.
Т.к. 
, то запас
прочности определяем по пределу выносливости:
Для автомобильных двигателей запас
прочности должен лежать в пределе от 2 до 3. Значит прочность поршневой головки
шатуна обеспечивается.
6.2.3
Расчет стержня шатуна
Стержень шатуна подвергается
растяжению силой инерции Pj поступательно движущихся
масс, расположенных выше расчетного сечения и сжатию, силой равной разности
силы давления газов и силы инерции.
Стержень шатуна рассчитывается на
усталость в сечении, которое условно располагается в центре тяжести шатуна.
Стержень шатуна в этом сечении имеет форму двутавра.
Сила, растягивающая шатун, достигает
максимального значения в ВМТ и определяется по формуле [2]:
. (6.119)
Максимальная сила, сжимающая шатун
[2]:
. (6.120)
Максимальные напряжения в
рассчитываемом сечении [2]:
, (6.121)
где kx-коэффициент,
учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости его качания, kx=1.5;
Fсеч -
площадь расчетного сечения.
Напряжения smax не должны
превышать 200…300 МПа. Напряжения smax=141.1 МПа не превышает
допустимые. Прочность обеспечена.
Минимальные напряжения от
растягивающей силы в расчетном сечении [2]:
. (6.122)
. (6.123)
Амплитуда цикла [2]:
; (6.124)
. (6.125)
Т.к. выполняется условие [2]:
, (6.126)
то расчет производим по пределу
усталости.
При расчете поршневой головки
приняли 
. Расчет
проводим по пределу выносливости.
Kds=0,82;
KFs=1,4 (при
дробеструйной обработке).
Запас прочности:
. (6.127)
Запас прочности должен быть не менее
2…2,5. Прочность обеспечена.
6.2.4
Расчет крышки шатуна
Крышка шатуна нагружается в начале
такта впуска силами инерции поступательно движущихся масс, расположенных выше
плоскости разъема кривошипной головки [2]:
. (6.128)
Параметры крышки:
а) Расстояние между двумя шатунными
болтами Сб=62 мм;
б) Толщина стенки вкладыша: dв=2 мм;
в) Длина кривошипной головки: Lк.г.=30 мм;
г) Диаметр шатунной шейки: dш.ш.=45 мм;
д) Длина вкладыша: Lв=25 мм.
Момент инерции расчетного сечения
вкладыша [2]:
. (6.129)
Момент инерции расчетного сечения
крышки [2]:
, (6.130)
где 
.
Момент сопротивления расчетного
сечения [2]:
. (6.131)
Суммарная площадь крышки и вкладыша
[2]:
. (6.132)
Напряжение при изгибе крышки [2]:
. (6.133)
Напряжение sИ не должны превышать 100…300
МПа. Прочность обеспечена.
6.2.5
Расчет шатунных болтов
Шатунные болты предназначены для
крепления крышки к шатуну. Они изготовлены из стали 40ХНМА. На болтах нарезана
резьба М8х1,5. Максимальная сила, растягивающая шатунные болты, PJР=14759 Н.
Характеристики механических свойств
стали 40ХНМА представлены в таблице 6.2. [7]:
Таблица 6.4 - Характеристики
механических свойств стали 40ХНМА
|
Марка
стали
|
sВ, МПа
|
sТ, МПа
|
s-1, МПа
|
s-1р, МПа
|
tТ, МПа
|
t1,МПа
|
|
40ХНМА
|
1500
|
1400
|
600
|
400
|
700
|
350
|
Сила предварительной затяжки болта [2]:
. (6.134)
Суммарная сила, растягивающая болт
[2]:
, (6.135)
где c-коэффициент основной нагрузки резьбового
соединения, c=0,25.
Максимальное и минимальное
напряжение в болте [2]:
; (6.136)
, (6.137)
где FОР-площадь
наименьшего диаметра резьбы болта [2]:
. (6.138)
Среднее напряжение и амплитуда цикла
[2]:
; (6.139)
; (6.140)
; (6.141)
; (6.142)
. (6.143)
Так как 
, то запас
прочности шатунного болта определяется по пределу текучести [2]:
. (6.144)
Запас прочности для шатунных болтов
должен быть не менее 2…2,5. Прочность обеспечивается.
6.3 Расчет
коленчатого вала
Коленчатый вал является составной
частью кривошипно-шатунного механизма и наряду с другими элементами
обеспечивает вращательное движение деталей двигателя.
Выполняя свои функции, коленчатый
вал воспринимает усилия от давления газов в цилиндрах, центробежные силы от
вращающихся масс, реакции опор. Кроме того, на вал действует момент сопротивления
вращению от трансмиссии. Вследствие действия перечисленных сил и моментов
вращение вала происходит с переменной угловой скоростью.
Коленчатый вал полно опорный, углы
установки колен Q=180°. Порядок работы цилиндров:
1-3-4-2.
.3.1
Расчет коренной шейки
Коленчатый вал рассчитывается как
разрезная балка (рисунок 6.4). Расчёт элементов коленчатого вала сводится к
определению запаса прочности. Коренные шейки рассчиты-ваются на кручение под
действием тангенциальных сил Т. Наиболее нагруженная шейка определятся путём
анализа набегающих моментов .
В соответствии с порядком работы
цилиндров, в таблицу заносятся значения тангенциальной силы, действующей на
шатунную шейку (учитывая, что 3-й цилиндр отстает от 1-го на угол 180): T3(0)=Т1(720°-180°); T4(0)=Т1(720°-360°); T2(0)=Т1(720°-540°);
Набегающие моменты определяются по
формулам [2]:
; (6.145)
; (6.146)
; (6.147)
; (6.148)
Рисунок 6.5 - Расчетная схема
кривошипа
Значения Мк.ш и Т заносим в таблицу
6.5.
Таблица 6.5 - Таблица набегающих
моментов
|
α
град
|
T,
Н
|
Мкш2,
Нм
|
Т2,
Н
|
Мкш3,
Нм
|
Т3,
Н
|
Мк.ш4,
Нм
|
Т4,
Н
|
Мкш5,
Нм
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
30
|
-5269,6
|
-189,706
|
-2189,6
|
-268,531
|
-2220,8
|
-348,48
|
5989,6
|
-132,854
|
|
60
|
-2957,7
|
-106,477
|
-3966,6
|
-249,275
|
-3949
|
-391,439
|
4239,2
|
-238,828
|
|
90
|
2352,6
|
84,6936
|
-2774,4
|
-15,1848
|
-2466,2
|
-103,968
|
6118,4
|
116,2944
|
|
120
|
3866
|
139,176
|
1725
|
201,276
|
2844,2
|
303,6672
|
5707,4
|
509,1336
|
|
150
|
2179,1
|
78,4476
|
2794
|
179,0316
|
5198,8
|
366,1884
|
2928,1
|
471,6
|
|
180
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
210
|
-2189,6
|
-78,8256
|
5989,6
|
136,8
|
-5269,6
|
-52,9056
|
-2220,8
|
-132,854
|
|
240
|
-3966,6
|
-142,798
|
4239,2
|
9,8136
|
-2957,7
|
-96,6636
|
-3949
|
-238,828
|
|
270
|
-2774,4
|
-99,8784
|
6118,4
|
120,384
|
2352,6
|
205,0776
|
-2466,2
|
116,2944
|
|
300
|
1725
|
62,1
|
5707,4
|
267,5664
|
3866
|
406,7424
|
2844,2
|
509,1336
|
|
330
|
2794
|
100,584
|
2928,1
|
205,9956
|
2179,1
|
284,4432
|
5198,8
|
471,6
|
|
360
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
390
|
5989,6
|
215,6256
|
-2220,8
|
135,6768
|
-2189,6
|
56,8512
|
-5269,6
|
-132,854
|
|
420
|
4239,2
|
152,6112
|
-3949
|
10,4472
|
-3966,6
|
-132,35
|
-2957,7
|
-238,828
|
|
450
|
6118,4
|
220,2624
|
-2466,2
|
131,4792
|
-2774,4
|
31,6008
|
2352,6
|
116,2944
|
|
480
|
5707,4
|
205,4664
|
2844,2
|
307,8576
|
1725
|
369,9576
|
3866
|
509,1336
|
|
510
|
2928,1
|
105,4116
|
5198,8
|
292,5684
|
2794
|
393,1524
|
2179,1
|
471,6
|
|
540
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
570
|
-2220,8
|
-79,9488
|
-5269,6
|
-269,654
|
5989,6
|
-54,0288
|
-2189,6
|
-132,854
|
|
600
|
-3949
|
-142,164
|
-2957,7
|
-248,641
|
4239,2
|
-96,03
|
-3966,6
|
-238,828
|
|
630
|
-2466,2
|
-88,7832
|
2352,6
|
-4,0896
|
6118,4
|
216,1728
|
-2774,4
|
116,2944
|
|
660
|
2844,2
|
102,3912
|
3866
|
241,5672
|
5707,4
|
447,0336
|
1725
|
509,1336
|
|
690
|
5198,8
|
187,1568
|
2179,1
|
265,6044
|
2928,1
|
371,016
|
2794
|
471,6
|
|
720
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
Критерием нагруженности шейки служит размах
момента.
Размах момента для второй шейки [2]:
. (6.149)
Размах момента для третьей шейки
[2]:
. (6.150)
Размах момента для четвертой шейки
[2]:
. (6.151)
Размах момента для пятой шейки [2]:
. (6.152)
Наиболее нагруженной является
четвертая коренная шейка: 
.
Для четвертой шейки определяем
минимальные и максимальные касательные напряжения [2]:
; (6.153)
, (6.154)
где 
момент сопротивления шейки
кручению, 
[2]:
, (6.155)
где 
диаметр коренной шейки, 
;
- внутренний диаметр шейки
(отверстие для подвода масла) =7,5 мм.
; (6.156)
. (6.157)
Характеристики механических свойств
стали, из которой изготовлен вал (40Х2АФЕ) приведены в таблице 6.6. [7]:
Таблица 6.6 Характеристики
механических свойств стали 40Х2АФЕ
|
Марка
стали
|
sВ, МПа
|
sТ, МПа
|
s-1, МПа
|
s-1Р, МПа
|
tТ, МПа
|
t-1, МПа
|
|
40Х2АФЕ
|
570
|
310
|
230
|
180
|
190
|
180
|
Учитывая наличие в коренной шейке
отверстия для подвода масла, находим теоретический коэффициент концентрации
напряжений 
.
Для выбранного материала вала
определяем 
коэффициент
чувствительности материала к концентрации напряжений, для высокопрочной легированной
стали 
.
Коэффициент концентрации напряжений
при кручении 
[2]:
, (6.158)
где 
эффективный коэффициент концентрации
напряжений:
; 
; (6.159)
, (6.160)
где 
отношение предела выносливости при
изгибе (кручении) к пределу текучести [2]:
; (6.161)
коэффициент приведения
асимметричного цикла к равноценному симметричному циклу, 
.
Условие 
выполняется,
расчет производим по пределу текучести [2]:
. (6.162)
Запас прочности имеет большую
величину, что объясняется большими диаметрами коренных шеек, выбираемых из
условий обеспечения высокой жесткости [3…5].
6.3.2
Расчет шатунной шейки
Шатунные шейки рассчитываются на
кручение и изгиб. Запасы прочности при кручении и изгибе определяются
независимо один от другого, а затем подсчитывается общий запас прочности.
С целью определения крутящих
моментов, действующих на каждую шатунную шейку полноопорного вала, набегающий
момент, нагружающий коренную шейку, предшествующую рассматриваемой,
складывается с половиной момента действующего на данную шатунную шейку [2]:
; (6.163)
; (6.164)
; (6.165)
; (6.166)
Значения Мш.ш. заносим в таблицу
6.7.
Таблица 6.7 Значения набегающих
моментов, нагружающих шатунные шейки
|
α
|
Мш.ш1
|
Мш.ш2
|
Мш.ш3
|
Мшш4
|
|
град
|
Нм
|
Нм
|
Нм
|
Нм
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
30
|
-94,8528
|
-134,266
|
-174,24
|
-66,4272
|
|
60
|
-53,2386
|
-124,637
|
-195,719
|
-119,414
|
|
90
|
42,3468
|
-7,5924
|
-51,984
|
58,1472
|
|
120
|
69,588
|
100,638
|
151,8336
|
254,5668
|
|
150
|
39,2238
|
89,5158
|
183,0942
|
235,8
|
|
180
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
210
|
-39,4128
|
68,4
|
-26,4528
|
-66,4272
|
|
240
|
-71,3988
|
4,9068
|
-48,3318
|
-119,414
|
|
270
|
-49,9392
|
60,192
|
120,5388
|
58,1472
|
|
300
|
31,05
|
133,7832
|
203,3712
|
254,5668
|
|
330
|
50,292
|
102,9978
|
142,2216
|
235,8
|
|
360
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
390
|
107,8128
|
67,8384
|
28,4256
|
-66,4272
|
|
420
|
76,3056
|
5,2236
|
-66,1752
|
-119,414
|
|
450
|
110,1312
|
65,7396
|
15,8004
|
58,1472
|
|
480
|
102,7332
|
153,9288
|
184,9788
|
254,5668
|
|
510
|
52,7058
|
146,2842
|
196,5762
|
235,8
|
|
540
|
0
|
0
|
0
|
0
|
|
570
|
-39,9744
|
-134,827
|
-27,0144
|
-66,4272
|
|
600
|
-71,082
|
-124,321
|
-48,015
|
-119,414
|
|
630
|
-44,3916
|
-2,0448
|
108,0864
|
58,1472
|
|
660
|
51,1956
|
120,7836
|
223,5168
|
254,5668
|
|
690
|
93,5784
|
132,8022
|
185,508
|
235,8
|
|
720
|
0
|
0
|
0
|
0
|
Критерием нагруженности шейки служит размах
момента [2]:
; (6.167)
;
;
;
.
Наиболее нагруженной является
четвертая шатунная шейка: 
Для 3-ой шейки определяем
минимальные и максимальные касательные напряжения [2]:
; (6.168)
, (6.169)
где 
момент сопротивления шейки кручению
[2]:
; (6.170)
где 
- диаметр шатунной шейки,
- внутренний диаметр шейки.
Амплитудное и среднее напряжение 
и 
[2]:
; (6.171)
. (6.172)
Учитывая наличие в шейки отверстия
для подвода масла, находим теоретический коэффициент концентрации напряжений 
Для выбранного материала вала
определяем 
Коэффициент концентрации напряжений
[2]:
;
и 
(6.173)
Осуществляем выбор соответствующего
предельного напряжения [2]:
, (6.174)
где отношение предела выносливости при
кручении к пределу выносливости [2]:
; (6.175)
коэффициент приведения
асимметричного цикла к равноценному симметричному циклу, 
;
Так как условие 
выполняется.
Расчет производим по пределу текучести [2]:
. (6.176)
Расчет шатунной шейки на изгиб
ведется в плоскости кривошипа и в перпендикулярной плоскости.
Рисунок 6.6 - Расчётная схема
шатунной шейки
Изгибающий момент в плоскости,
перпендикулярной к плоскости кривошипа [2]:
, (6.177)
где 
расстояние между серединами
соседних коренных шеек;
реакция опор при действии
тангенциальной силы: 
.
Положительными считаются силы,
действующие в плоскости кривошипа в направлении к оси вращения коленчатого
вала.
Центробежная сила инерции
противовеса, расположенного на продолжении щеки [2]:
, (6.178)
где 
- масса противовеса;
Центробежная сила инерции
вращающихся частей шатуна [2]:
, (6.179)
где 
масса частей шатуна совершающих
вращательное движение,
mш.к.=0,42
кг.
Центробежная сила, действующая на
щеку [2]:
, (6.180)
где 
приведенная масса щеки, mщ =0,52 кг.
Центробежная сила, действующая на
шатунную шейку [2]:
, (6.181)
где 
приведенная масса шатунной шейки, mшш= 0,545кг.
Реакция опор при действии сил в
плоскости кривошипа [2]:
. (6.182)
Отверстие для подвода масла к поверхности
шатунной шейки является источником концентрации напряжений, поэтому определяем
значение суммарного изгибающего момента в плоскости расположения этого
отверстия момента [2]:
, (6.183)
где 
угол между положительным
направлением силы К и осью отверстия для подвода масла, 
Результаты расчета сводим в таблицу
6.8.
Таблица 6.8 Таблица изгибающих
моментов, действующих на шатунную шейку
|
       
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0
|
0
|
0
|
0
|
-10628
|
-785
|
555
|
555
|
|
30
|
2635
|
118,6
|
83,9
|
-2208
|
-406
|
287
|
368
|
|
375
|
-2762
|
-124,3
|
-87,9
|
2280
|
-204
|
144
|
61
|
|
390
|
-2995
|
-134,8
|
-95,2
|
-1813
|
-388
|
277
|
182
|
|
405
|
-2340
|
-105,3
|
-74,5
|
-3685
|
-472
|
333
|
262
|
|
690
|
-2599
|
-117
|
-82,7
|
-2261
|
-408
|
288
|
208
|
|
705
|
-1672
|
-75,3
|
-53,2
|
-1435
|
-371
|
262
|
213
|
Экстремальные значения напряжений при изгибе
шатунной шейки [2]:
; (6.184)
, (6.185)
где 
Амплитудное и среднее напряжение 
и 
[2]:
; (6.186)
. (6.187)
Эффективный коэффициент концентрации
напряжений: Ks=3.
Определяем коэффициент концентрации
напряжений:
Осуществляем выбор соответствующего
предельного напряжения: [2]:
, (6.188)
где 
отношение предела выносливости при
кручении к пределу текучести [2]:
; (6.189)
коэффициент приведения
асимметричного цикла к равноценному симметричному циклу: 
Выполняется условие [2]:
. (6.190)
Расчет проводим по пределу текучести
[2]:
. (6.191)
автомобиль двигатель
цилиндр поршневой
Общий запас прочности [2]:
. (6.192)
Запас прочности шатунных шеек для
автомобильных двигателей [ЗS]=3..3,5.
Прочность обеспечивается.
6.3.3
Расчет щеки
При расчете щек определяются
напряжения: касательные от кручения и нормальные от изгиба и растяжения-сжатия.
Моменты, скручивающие щеку [2]:
; (6.193)
, (6.194)
где 
длина коренной шейки, 
;
толщина щеки, 
;
RTmax; RTmin
- максимальное и минимальное значения реакции опоры.
Касательные напряжения в щеке[2]:
; (6.195)
, (6.196)
где 
момент сопротивления прямоугольного
сечения щеки кручению:
, (6.197)
где 
ширина щеки по сечению галтели
шатунной шейки, 
.
Амплитудное и среднее напряжение и [2]:
; (6.198)
. (6.199)
Эффективный коэффициент концентрации
напряжений:
,
где 
-галтель при отношении ее радиуса к
диаметру стержня 0,0625.
и 
Для выбранного материала вала
принимаем 
Определяем коэффициент концентрации
напряжений [2]:
. (6.200)
Осуществляем выбор соответствующего
предельного напряжения [2]:
, (6.201)
где отношение предела выносливости при
кручении к пределу текучести [2]:
; (6.202)
коэффициент приведения
асимметричного цикла к равноценному симметричному, 
Выполняется условие 
. Расчёт ведем
по пределу текучести.
Запас прочности [2]:
. (6.203)
. (6.204)
Сила сжимающая (растягивающая) щеку [2]:
; (6.205)
. (6.206)
Максимальные и минимальные
нормальные напряжения в щеке [2]:
; (6.207)
, (6.208)
где 
момент сопротивления щеки изгибу,
; (6.209)
площадь расчетного сечения щеки [2]:
. (6.210)
Амплитудное и среднее напряжение и [2]:
; (6.211)
. (6.212)
Учитывая наличие галтели, находим
теоретический коэффициент концентрации напряжений 
Для выбранного материала вала
определяем
Определяем коэффициент концентрации
напряжений [2]:
. (6.213)
Принимаем 
и
Соответствующие предельные
напряжения [2]:
, (6.214)
где 
отношение предела выносливости при
кручении к пределу текучести [2]:
(6.215)
коэффициент приведения
асимметричного цикла к равноценному симметричному циклу, 
Выполняется условие 
, тогда
расчет ведем по пределу выносливости.
Запас прочности [2]:
(6.216)
Суммарный запас прочности [2]:
. (6.217)
Суммарный запас прочности для
автомобильного двигателя не должен превышать [ЗS]=1,3…2. Прочность обеспечивается.
6.4 Расчет
стенок цилиндра и болтов крепления головки блока
Толщина стенок цилиндра не поддается
точному расчету и ее выбираем из условий получения достаточной жесткости,
гарантирующей отсутствие овализации как при сборке двигателя, так и во время
его работы от действующих на него сил [2,таблица 5.9]:
Определяем напряжение в стенках по
образующей [2]:
, (6.218)
где 
давление газов в цилиндре двигателя
в конце процесса сгорания, 
допускаемое напряжение растяжения,
для чугунного блока 
- диаметр цилиндра, 
- толщина стенки цилиндра, 
;
Определим температурные напряжения в
гильзе (из-за перепада температур между внутренней и наружной поверхностями
цилиндра) [2]:
, (6.219)
где 
модуль упругости материала гильзы
(чугун), 
коэффициент линейного расширения
материала гильзы (ВЧ45-5),
; (6.220)
перепад температур, 
коэффициент Пуассона, 
Суммарные напряжения определяются
[2]:
а) на наружной поверхности цилиндра:
(6.221)
б) на внутренней поверхности
цилиндра:
. (6.222)
Суммарное напряжение 
в чугунной
гильзе не должно превышать 100…300 МПа . Прочность обеспечивается.
Рассчитаем болты крепления головки
блока. Для изготовления болтов применяем углеродистую сталь с высоким пределом
упругости сталь 40Х .
Исходные данные:
м;
;
МПа;
;
Для подбора размеров болта
воспользуемся статистическими данными, в соответствии с которыми отношение
номинального диаметра резьбы dр болта к диаметру цилиндра Dц находится
в пределах 0,12…0,13 [2]:
dр/ Dц
= 12/80 =0,15;
Учитывая возможность последующего форсирования
двигателя, принимаем
мм.
Шаг резьбы: 
мм;
=11.6мм.
Площадь проекции поверхности камеры
сгорания на плоскость, перпендикулярную оси цилиндра [2]:
. (6.223)
Сила давления газов на одну шпильку
[2]:
. (6.224)
Сила предварительной затяжки [2]:
, (6.225)
где коэффициент затяжки шпильки, 
коэффициент основной нагрузки
резьбового соединения, 
.
Суммарная сила, растягивающая
шпильку, без учёта температурного воздействия, определяется [2]:
(6.226)
. (6.227)
Максимальное и минимальное
напряжение, возникающее в шпильке [2]:
; (6.228)
, (6.229)
где 
- площадь сечения болта по
внутреннему диаметру резьбы, 
.
Амплитуда напряжения и среднее
напряжение цикла [2]:
(6.230)
. (6.231)
Отношение предела усталости при
изгибе или кручении к пределу текучести [2]:
, (6.232)
где 
коэффициент приведения асимметричного
цикла к равноценному симметричному,
; 
. (6.233)
Так как 
то запас
прочности шпильки определяется по пределу текучести [2]:
, (6.234)
где 
предел текучести, 
эффективный коэффициент концентрации
напряжений [2]:
, (6.235)
где 
(для резьбы) ;
для случая накатывания резьбы
роликом, 
, 
, для
размера 
Запас прочности должен быть не ниже [Зs]=2,5…4.
Это условие выполняется. Прочность обеспечивается.
6.5 Расчет механизма
газораспределения
Фазы газораспределения могут быть нанесены на
круговую диаграмму, называемую диаграммой газораспределения рисунок 6.7.
Из теплового расчета имеем:
- диаметр цилиндра;
- площадь поршня;
- частота вращения коленчатого вала;
- угловая скорость вращения
коленчатого вала;
- средняя скорость поршня;
- скорость смеси в проходном сечении
седла при максимальном подъеме впускного клапана;
Рисунок 6.7 - Диаграмма фаз газораспределения
4-хтактного двигателя
угол предварения открытия впускного
клапана;
угол запаздывания закрытия
впускного клапана;
Основные размеры проходных сечений в
горловине и в клапане [1]:
а) площадь проходного сечения
клапана при максимальном подъеме:
; (6.236)
б) диаметр горловины клапана:
, (6.237)
где 
, т.к. камера сгорания клиновидная .
Максимальная высота подъема клапана
при угле фаски клапана 
:
. (6.238)
Основные размеры впускного кулачка.
, принимаем 
; 
.
6.5.1
Профилирование безударного кулачка
Зазор между клапаном и толкателем
примем 
, а затем,
определим радиус окружности тыльной части кулачка в соответствии с рисунком
6.8.
Рисунок 6.8 - Схема профилирования
безударного кулачка
. (6.239)
Протяженность участка сбега [1]:
, (6.240)
где 
- скорость толкателя в конце сбега
[1].
Протяженность других участков
ускорения толкателя находим в соответствии с рисунком 6.11:
Рисунок 6.9 Диаграмма подъёма
толкателя
Рисунок 6.10 Диаграмма скорости
толкателя
Рисунок 6.11-Диаграмма
ускорения толкателя.
Скорость толкателя в конце сбега примем равной
0,01 мм/град., следовательно [1]:
. (6.241)
Площадь под кривой подъема толкателя
[1]:
. (6.242)
Средний подъем клапана, по которому
производится оценка его пропускной способности [1]:
, (6.242)
где 
- продолжительность рабочего участка
профиля кулачка 
.
Максимальная сила инерции,
действующая на пружину клапана [1]:
, (6.243)
где 
. (6.244)
Деформация привода, вызванная
действием предварительного затяга клапана [1]:
. (6.245)
Необходимая высота сбега на
открывающей стороне кулачка [1]:
, принимаем 
. (6.246)
Длительность участка сбега [1]:
. (6.247)
Коэффициенты закона движения
толкателя [1]:
, (6.248)
где 
- коэффициент, учитывающий форму
отрицательной части кривой ускорения.
(6.249)
(6.250)
. (6.251)
Результаты расчета заносим в таблицу
6.9.
Таблица 6.9 Коэффициенты закона
движения толкателя
|
      
|
|
|
|
|
|
|
|
0.342269
|
0.25
|
0.087266
|
0.6108665
|
0.003837
|
0.348844
|
1.06925
|
Законы движения толкателей на отдельных участках
в соответствии с рисунком 6.9.
Участок сбега 
(
) [1]:
; (6.252)
(6.523)
.(6.254)
Результаты расчета заносим в таблицу
6.10.
Таблица 6.10 Коэффициенты закона
движения толкателя
|
   
|
|
|
|
|
0,572958
|
0,44599
|
1,138694
|
0,488692
|
Участок положительных ускорений [1]:
; (6.255)
; (6.256)
; (6.257)
.
Первый участок отрицательных
ускорений [1]:
, (6.258)
где 
- подъем толкателя в конце участка
положительных ускорений [1]:
; (6.259)
Тогда:
(6.260)
; (6.261)
; (6.262)
.
Второй участок отрицательных
ускорений [1]:
, (6.263)
где 
- подъем толкателя в конце первого
участка отрицательных ускорений [1]:
; (6.264)
; (6.265)
; (6.266)
; (6.267)
.
Проверка правильности расчета
коэффициентов осуществляется по следующим равенствам [1]:
; (6.268)
; (6.269)
; (6.270)
; (6.271)
; (6.272)
. (6.273)
Коэффициенты 
приведены в
таблице 6.9.
Таблица 6.11 Таблица коэффициентов
|
          
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,04899
|
0,69628
|
8,36493
|
8,9442
|
0,03209
|
1,40104
|
2,91805
|
0,37315
|
0,22794
|
0,13924
|
8,2
|
6.5.2 Приведение масс
деталей механизма ГРМ
Масса механизма, приведенная к оси клапана:
, (6.274)
где 
масса клапана, 
масса тарелки клапана, 
масса деталей крепления пружины на
клапане, 
масса пружины: 
;
масса толкателя, 
.
6.5.3 Расчет клапанной
пружины
Пружина должна развивать усилия, превышающие
силу инерции деталей механизма газораспределения на предельном скоростном
режиме работы двигателя. Пружина изготовлена из стали 50ХФА [7]:
, (6.275)
где 
. - коэффициент запаса;
- сила инерции механизма,
приведенная к клапану.
. (6.276)
Ускорение 
определяем
по выражению [2]:
, (6.277)
где 
.
Для карбюраторного двигателя [2]:
, (3.278)
где
- диаметр горловины выпускного
клапана;
- давление в цилиндре во время
впуска;
- давление в выпускном
трубопроводе.
Распределение усилий между наружной
и внутренними пружинами [2]:
Внутренняя пружина:
; (6.279)
. (6.280)
Наружная пружина [2]:
; (6.281)
. (6.282)
Жесткость наружной и внутренней
пружин [2]:
; (6.283)
; (6.284)
, (6.285)
где 
- полная деформация пружин.
- предварительная деформация
пружины.
По найденным значениям 
строится
характеристика клапанных пружин (рисунок 6.12).
Рисунок 6.12 - Характеристика
клапанной пружины
Размеры пружин [2]:
Диаметр проволоки: 
; 
;
Средний диаметр пружин: 
; 
.
Число рабочих витков пружин [2]:
; (6.286)
. (6.287)
Полное число витков пружин [2]:
; (6.288)
. (6.289)
Длина пружины при полностью открытом
клапане [2]:
; (6.290)
; (6.291)
.
Длина пружин при закрытом клапане
[2]:
. (6.292)
Длина свободных пружин:
; (6.293)
. (6.294)
Максимальное и минимальные
напряжения в пружинах [2]:
Внутренняя пружина:
(6.295)
, (6.296)
где 
- определен при 
.
Наружная пружина [2]:
(6.297)
, (6.298)
где 
- определен при 
.
Средние напряжения и амплитуды
напряжений [2]:
Внутренняя пружина:
(6.299)
(6.300)
.
Наружная пружина [2]:
(6.301)
(6.302)
.
Запасы прочности пружин:
Внутренняя пружина [2]:
, (6.303)
где 
.
Наружная пружина [2]:
. (6.304)
Таким образом, выбранные параметры
пружин и их материалов обеспечивают приемлемый запас прочности.
Расчет пружины на резонанс.
Частота собственных колебаний витков
[2]:
(6.305)
(6.306)
Неравенство:
; (6.307)
, 
.
, неравенство соблюдается. Явление
резонанса отсутствует.
6.5.4
Расчет распределительного вала
Размеры вала:
.
Материал вала - сталь 18ХНВА (Е =
2.2×105 МПа).
Суммарная приведенная сила,
действующая на кулачок [2]:
, (6.308)
где 
сила давления газов [2]:
, (6.309)
где 
наружный диаметр головки выпускного
клапана, 
давление в цилиндре при
рассматриваемом положении кулачка, 
Рисунок 6.13 - Расчётная схема
распредвала
давление в выпускном трубопроводе, 
сила инерции в приводе клапана в
момент, когда клапан начинает подниматься [2]:
( из расчета пружин).
. (6.310)
Стрела прогиба под кулачком [2]:
. (6.311)
Стрела прогиба не должна превышать
допустимую [ ¦ ]=0,05…0,1
мм. Прочность обеспечена.
Напряжение смятия в зоне контакта
кулачка и толкателя [2]:
, (6.312)
где 
ширина кулачка, 
.
Напряжение смятия не должно
превышать [sсм]=1200
МПа. Прочность обеспечена.
6.5.5
Расчет толкателя
Толкатели изготовлены в виде
цилиндрических стаканов и находятся в направляющих головки цилиндров.
Шайбы толкателя изготовлены из стали
20Х.
Момент, опрокидывающий толкатель в
направляющей:
, (6.313)
где 
длинна перпендикуляра, опущенного из
центра начальной окружности кулачка на направление действия силы.
Удельная нагрузка на цилиндрической
поверхности толкателя:
, (6.314)
где 
- диаметр толкателя;
- длина стержня толкателя,
находящаяся в направляющей.
Допустимое значение 
. Полученное
.
.6
Расчет систем двигателя
.6.1
Система питания
- диаметр цилиндра;
- ход поршня;
- число цилиндров;
- плотность воздуха;
- теоретически необходимое
количество воздуха для сгорания 1кг топлива;
- коэффициент наполнения;
Расчет диффузора.
Теоретическую скорость воздуха при принимаем
равной 
,
Разряжение в диффузоре при определяется
по формуле:
(6.315)
Действительная скорость воздуха в
диффузоре:
,
где
определяется при
.
Действительный секундный расход
воздуха через диффузор [2]:
(6.316)
Диаметр диффузора [2]:
(6.317)
6.6.2.1 Масляный насос
Марка масла применяемая в системе М12Г.
Теплоотдача в масло на номинальном режиме
работы:
. (6.261)
Циркуляционный расход масла 
, (6.262)
где 
плотность
масла, 
удельная
теплоёмкость масла, 
степень подогрева
масла, 
Действительная подача масляного насоса:
. (6.263)
По требуемой действительной подаче определим
теоретическую:
, (6.264)
где 
коэффициент
подачи насоса, учитывающий утечки масла через зазоры, 
[2].
Наружный диаметр шестерён насоса:
, (6.265)
где 
частота
вращения вала насоса, 
.
Задав стандартный модуль зацепления m=3,25мм
и число зубьев шестерни z=11,
уточняем наружный диаметр (мм) шестерён:
. (6.266)
Мощность, затрачиваемая на привод масляного
насоса:
, (6.267)
где 
механический
КПД масляного насоса, 
.
6.6.2.2 Расчёт фильтра
очистки масла
Расчёт фильтра очистки масла заключается в
определении площади его фильтрующего элемента:
, (6.268)
где 
динамическая
вязкость масла;
перепад давлений на
входе и выходе фильтра, 
коэффициент,
зависящий от типа фильтрующего элемента, 
.
(6.269)
6.6.2.3 Расчёт
подшипника скольжения
Рисунок 7.1 - Расчётная схема
подшипника скольжения
Коэффициент нагруженности
подшипника:
. (6.270)
Количество теплоты 
выделяющейся
в подшипнике, принимается равным мощности трения в подшипниковом узле:
, (6.271)
где 
сила трения, 
, где 
коэффициент
трения,
окружная скорость 
. (6.272)
Окончательное выражение для
определения количества теплоты, выделившейся в подшипнике 
:
. (6.273)
Коэффициент трения определяется:
. (6.274)
Количество отводимой маслом теплоты 
, (6.275)
где 
расход масла циркулирующего через
подшипник;
температура масла соответственно
входящего в подшипник и выходящего из него;
Объёмный расход масла 
,
вытекающего из нагруженной части:
, (6.276)
где 
коэффициент, определяемый по графику
зависимости 
от 
.
Расход масла, вытекающего из
ненагруженной части слоя, определяется исходя из условия его истечения из узкой
щели под давлением 
,
создаваемым масляным насосом:
, (6.277)
где 
коэффициент, учитывающий
протяжённость ненагруженной части слоя,
коэффициент приведения переменной
толщины слоя к средней постоянной:
(6.278) 
Результаты
расчёта сведены в таблицу 6.11.
Таблица 6.11 Результаты расчета шатунного
подшипника
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,036
|
110
|
0,82
|
5,6
|
0,9
|
1,55
|
0,0015
|
5,2
|
3,93
|
1,66
|
2,0
|
5,93
|
0,27
|
0,38
|
106
|
|
100
|
1,13
|
4,05
|
0,875
|
2,1
|
0,002
|
5,6
|
4,23
|
1,64
|
1,43
|
5,61
|
0,365
|
0,26
|
|
|
90
|
1,6
|
2,86
|
0,86
|
2,25
|
0,00215
|
5,7
|
4,3
|
1,63
|
1,01
|
5,31
|
0,392
|
0,146
|
|
|
0,113
|
110
|
0,82
|
14,2
|
0,952
|
0,8
|
0,0013
|
4,5
|
5,9
|
1,71
|
10,81
|
16,71
|
0,237
|
1,08
|
97
|
|
100
|
1,13
|
10,3
|
0,933
|
1,1
|
0,0018
|
4,7
|
6,17
|
1,69
|
7,753
|
13,93
|
0,328
|
0,642
|
|
|
90
|
1,6
|
7,3
|
0,915
|
1,4
|
0,0023
|
5,1
|
6,69
|
1,677
|
5,433
|
12,124
|
0,42
|
0,335
|
|
Значения вязкости для 
и
:
;
;
;
;
;
;
;
;
.
Расчет выполнен верно. Диаметральные зазоры и
сорт масла (М12Г) выбраны правильно.
.6.3 Система охлаждения
Расчет жидкостной системы охлаждения сводится к
определению площади поверхности охлаждения радиатора, основных размеров
водяного насоса и подбору вентилятора.
6.6.3.1 Расчет
радиатора
Количество теплоты, отводимой через систему
охлаждения двигателя при его работе на режиме номинальной мощности:
, (6.318)
где qж -
относительная теплоотдача в охлаждающую жидкость;qж=0,16…0,36.
В расчете принимаем qж=0,3.
Количество теплоты отводимой от
двигателя охлаждающей жидкостью QЖ.Р. принимается равным количеству
теплоты, передаваемой окружающему воздуху Qвозд.
Расчетное значение количества
теплоты отводимой от двигателя [2]:
; (6.319)
Расход воздуха проходящего через
радиатор:
, (6.320)
где Свозд. - средняя удельная
теплоемкость воздуха, 
;
rвозд
.- плотность воздуха, 
Dtвозд. -
температурный перепад в решетке радиатора, 
Циркуляционный расход охлаждающей
жидкости через радиатор [2]:
, (6.321)
где СЖ - удельная теплоемкость
охлаждающей жидкости, 
;
rЖ
- плотность охлаждающей жидкости, 
;
DtЖ - температурный перепад
охлаждающей жидкости в радиаторе, 
.
Средняя температура жидкости в
радиаторе [2]:
, (6.322)
где tж.вх. -
температура охлаждающей жидкости на входе в радиатор: tж.вх.=90°С.
Средняя температура воздуха,
проходящего через радиатор [2]:
, (6.323)
где tвозд.вх. -
температура воздуха на входе в радиатор, tвозд.ср.=40°С.
Необходимая площадь поверхности
охлаждения радиатора [2]:
, (6.324)
где kж -
коэффициент теплоотдачи от охлаждающей жидкости в стенки радиатора, kж=80…100 
. Принимаем
90 
Площадь фронтовой поверхности
радиатора [2]:
, (6.325)
где vвозд.-
скорость воздуха перед фронтом радиатора, vвозд.=13
м/с.
Глубина сердцевины радиатора [2]:
, (6.326)
где jР - коэффициент объемной компактности, jР=0,11.
6.6.3.2
Расчет вентилятора
Окружная скорость лопасти
вентилятора на ее наружном диаметре [2]:
, (6.327)
где y - коэффициент, зависящий от формы лопастей, y=2,2…2,9;
pв - давление
воздуха создаваемое вентилятором, pв=600…1000
МПа;
r
=1,093 -плотность воздуха при средней его температуре в радиаторе
Для расчета принимаем y=2,3, pв=900 МПа.
Диаметр вентилятора [2]:
, (6.328)
где v¢возд.-
расчетная скорость воздуха в рабочем колесе, v¢возд.=20
м/с.
По ГОСТ 10616-73 принимаем 
Частота вращения вала вентилятора
[2]:
(6.329)
Мощность, потребляемая для привода
вентилятора:
, (6.330)
где hв - КПД вентилятора, hв=0,7.
6.6.3.3
Расчет водяного насоса
Расчетная подача водяного насоса:
, (6.331)
где hН-коэффициент подачи, учитывающий возможность
утечки жидкости, hН=0,85.
Рисунок 6.114 - Расчетная схема
водяного насоса
Радиус входного отверстия крыльчатки
[2]:
, (6.332)
где С1-скорость жидкости на входе в насос
(1..2,5),С1=1,8м/с;
r0-радиус
ступицы крыльчатки, r0=30 мм.
Окружная скорость схода жидкости
[2]:
, (6.333)
где a2,b2-углы
между направлениями скоростей,a2=10°,b2=45°;
рж .- давление жидкости, создаваемое
насосом, рж.=9×10 4МПа;
hГ
- гидравлический КПД насоса, hГ=0,67.
Радиус крыльчатки на выходе [2]:
. (6.334)
Окружная скорость потока жидкости на
входе [2]:
; (6.335)
;
b=15°.
Радиальная скорость схода
охлаждающей жидкости [2]:
(6.336)
Число лопастей на крыльчатке z=6,
Толщина лопасти б=3мм;
Толщина лопастей на входе b1 и выходе b2 [2]:
; (6.337)
. (6.338)
Мощность, потребляемая водяным
насосом [2]:
; (6.339)
.
Водяной насос забирает у двигателя
4,4% мощности.
6.6.4
Система пуска
Для пуска двигателя необходимо,
чтобы частота вращения его вала обеспечивала условия возникновения и нормальное
протекание рабочих циклов в двигателе.
Выбираем масло марки М12Г. В
соответствии с требованиями ГОСТ 20000-82 предельной температурой холодного
запуска автомобильных двигателей со штатной пусковой системой считают -10°С.
Выбираем пусковую частоту n=50 мин-1.
Момент сопротивления при вязкости
масла n=1000 мм2/с.
, (6.301)
где D-диаметр
цилиндра, D=0,08 м.
;
.
Расчетное значение момента
сопротивления:
, (6.302)
где Y-показатель
степени, зависящий от частоты вращения, Y=0,27 .
По графику для температуры -10°С вязкость масла n=1600 мм2/с [2].
Требуемая мощность стартера:
, (6.303)
где к- коэффициент , учитывающий
возможное снижение мощности пускового устройства в процессе эксплуатации(1,1..1,5).
Принимаем к=1,3.
Мощность стартера для запуска
двигателя составляет 6.4% от мощности двигателя.
7.СПЕЦИАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
Система смазывания дизеля
комбинированная: часть деталей смазывается под давлением, часть -
разбрызгиванием.
Марка применяемого масла М10Г2
ГОСТ 17479.1-85
Подшипники коленчатого и
распределительного валов, втулки промежуточной шестерни и шестерни привода
топливного насоса, шатунные подшипники коленчатого вала, механизм привода
клапанов и подшипник вала турбокомпрессора смазываются под давлением от
масляного насоса.
Гильзы, поршни, поршневые
пальцы, штанги, толкатели и кулачки распределительного вала смазываются
разбрызгиванием.
Система смазывания дизеля
состоит из маслоприемника, масляных насосов, масляного фильтра с бумажным
фильтрующим элементом, жидкостно - масляного теплообменника, масляного бака.
Масляный насос шестеренного
типа, односекционной, крепится болтами к блоку цилиндров и откачивает масло из
масляного бака. Привод масляного насоса осуществляется от шестерни,
установленной на коленчатом валу. Второй масляный насос двухсекционный, привод
которого осуществляется от первого масляного насоса под средством шлицевой
муфты. Этот насос предназначен для откачивания масла из картера двигателя в
масляный бак.
Масляный фильтр имеет
перепускной клапан. В случае чрезмерного засорения бумажного фильтрующего
элемента или при запуске дизеля на холодном масле, когда сопротивление
фильтрующего элемента становится выше 0,13...0,17 МПа, перепускной клапан
открывается, и масло, минуя фильтровальную бумагу, поступает в масляную
магистраль. Перепускной клапан нерегулируемый.
В корпусе фильтра встроен
предохранительный регулируемый клапан. Он предназначен для поддержания давления
масла в главной масляной магистрали 0,28...0,45 МПа. Избыточное масло через
предохранительный клапан сливается в картер дизеля.
Масло, очищенное в масляных
фильтрах, поступает в жидкостно-масляный теплообменник, встроенный в блок
цилиндров дизеля. Из жидкостно-масляного теплообменника охлажденное масло
поступает по каналам в блоке цилиндров в главную масляную магистраль, из
которой по каналам в блоке цилиндров масло подается ко всем коренным
подшипникам коленчатого вала и опорам распределительного вала.
От второго, четвертого и шестого
коренных подшипников через форсунки, встроенные в коренных опорах блока
цилиндров, масло подается для охлаждения поршней.
От коренных подшипников по
каналам в коленчатом валу масло поступает на смазку шатунных подшипников.
От первого коренного подшипника
масло по специальным каналам в передней стенке блока поступает к пальцу
промежуточной шестерни и по сверлениям в пальце - к втулке промежуточной
шестерни. По тем же каналам в передней стенке блока и далее по каналу в крышке
распределения масло поступает на смазывание шестерни привода топливного насоса.
Детали клапанного механизма
смазываются маслом, поступающим от второй и третьей опор распределительного
вала по каналам в блоке и головках цилиндров, сверлениям в третьей и четвертой
стойках коромысел во внутреннюю полость оси коромысел и через отверстия к
втулкам коромысел, от которых по каналу поступает на регулировочный винт и
штангу.
Масло очищенное в фильтрах к
подшипниковому узлу турбокомпрессора поступает по трубопроводам, подключенным
на выходе из теплообменника. Давление в главной масляной магистрали при
номинальной частоте вращения на прогретом дизеле должно быть 0,28...0,35 МПа.
При минимальной устойчивой частоте вращения холостого хода не менее 0,1 МПа (1
кгс/см2).
Емкость системы смазывания дизеля
22 л.
8.РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ
8.1 Назначение и анализ
технологичности конструкции детали
Втулка направляющая клапана служит для
обеспечения посадки клапана, который перемещается при работе двигателя внутри
ее, на седло без перекоса. Так же она предназначена для уменьшения износа и
облегчения ремонта двигателя. Для улучшения отвода теплоты зазор между
направляющей втулкой и стержнем выполняют минимально допустимым для работы без
заедания, с этой же целью втулку целесообразно приблизить к головке клапана.
Наружную поверхность втулки делают малой
шероховатости и малого радиального биения по отношению к оси для более плотной
посадки ее в головку блока цилиндра (запрессовка).
Конструктивно втулка направляющая клапана представляет
собой цилиндр с просверленными в нем в нутрии сквозным отверстием (Рисунок
8.1), предназначенным для перемещения внутри него стержня клапана.
Рисунок 8.1 - Втулка направляющая
клапана
Деталь не сложна в изготовлении, но
требует достаточной точности, особенно в соблюдении допуска радиального биения,
который, при больших значениях может повлиять на ход газораспределительного
процесса.
В качестве материала детали у нас
используется специальный перлитно-серый чугун. Химический состав специального
чугуна приведен в таблице 8.1, а механические свойства в таблице 8.2.
Таблица 8.1 - Химический состав
специального чугуна
|
Элемент
|
С
|
Si
|
Mn
|
P
|
S
|
Редкозе-мельные
металлы
|
Fe
|
|
Процентное
содержание
|
3.8..4.2
|
1.6..2.4
|
0.6..0.9
|
Не
более 0.2
|
Не
более 0.15
|
0.02…0.06
|
остальное
|
Таблица 8.2 - Механические свойства специального
чугуна
|
Показатель
|
Значение
|
|
Временное
сопротивление при растяжении,
|
200
|
|
Твердость
не более, НВ
|
207
|
|
Плотность
|
7,1·103
|
|
Линейная
усадка
|
1,2
|
|
Модуль
упругости при растяжении
|
850...1100
|
|
Удельная
теплоемкость при температуре от 20 до 200°С
|
480
|
|
Коэфф.
линейного расширения при температуре от 20 до 200°С
|
9.5·10-6
|
|
Теплопроводность
при 20°С
|
54
|
В основном втулки делают для дизельных, а также
крупных стационарных двигателей. В карбюраторных двигателях втулки встречаются
редко.
Проектируемая нами втулка, исходя из ее
основного назначения, должна быть: наиболее легкой; простой в изготовлении;
иметь невысокую стоимость; обеспечивать хорошее перемещение стержня клапана,
для чего некоторые втулки делают с запрессованными в них графитовыми втулками.
8.1.1 Качественная
оценка технологической конструкции
С точки зрения механической обработки деталь
достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов
обработки, имеет хорошую базовую поверхность и довольно проста по конструкции.
Хоть и все поверхности детали обрабатываются, но их, малое количество. Деталь
по конструкции компактна и проста, что позволяет обрабатывать ее на различном
оборудовании, не требующем специальных приспособлений. Для этой детали можно
достичь высокого качества обработки поверхностей и требуемой шероховатости.
Качественная оценка - хорошо.
Количественная сравнительная оценка технологичности
конструкции детали может быть осуществлена лишь при использовании
соответствующих базовых показателей технологичности.
Определим основные и дополнительные показатели
технологичности.
К основным показателям относятся:
- трудоемкость изготовления Ти=SТм·к=3,576
мин;
- технологическая себестоимость Ст=13130
руб.
Необходимость использования дополнительных
показателей определяется тем, что на стадии разработки чертежа детали и его
согласования с технологом, последний руководствуется, главным образом,
технологическими критериями, ввиду отсутствия в этот момент данных о
трудоемкости и технологической себестоимости проектируемой детали, т.к.
технологический процесс ее изготовления не разработан.
Дополнительные показатели.
1) Коэффициент унификации конструктивных
элементов:
(8.1)
где 
и 
- соответственно число
унифицированных конструктивных элементов и общее, шт.
Всего 8 шт., из них унифицировано
4шт.:
) Коэффициент применяемости
стандартизированных обрабатываемых поверхностей:
, (8.2)
где 
и 
- соответственно число поверхностей
детали. Обрабатываемых стандартными инструментами, и всех, подвергаемых
механической обработке поверхностей, шт.
) Коэффициент использования
материала:
(8.3)
где q,Q -
соответственно масса детали и заготовки, кг.
q=0,096 кг, Q=0,201 кг.
) Масса детали q=0,096 кг.
) Максимальное значение параметра
шероховатости обработки поверхностей 
.
8.2
Определение типа производства
Тип производства по ГОСТ 3.1119-83
характеризуется коэффициентом закрепления операций: 
- массовое;
-
крупносерийное; 
-
среднесерийное; 
-
мелкосерийное производство. В единичном производстве 
не
регламентируется.
В соответствии с методическим
указанием РД50-114-80, коэффициент закрепления операций для всех разновидностей
серийного производства:
, (8.4)
где 
- суммарное число различных
операций за месяц по участку;
- явочное число рабочих участка,
выполняющих различные операции при работе в одну смену.
Определим тип производства для
участка со станками, на которых выполняются операции механической обработки
детали, используя данные технологического процесса.
Годовая программа выпуска деталей
400000 штук.
Месячная программа выпуска
.
Производство предположительно
крупносерийное, тогда планируется планируемый нормативный коэффициент загрузки:
.
Условное число однотипных операций,
выполненных на одном станке в течении одного месяца при работе в одну смену:
, (8.5)
- коэффициент загрузки станка
заданной операции;
, (8.6)
где 
- штучное время, необходимое для
выполнения проектируемой операции, мин.
- месячный фонд времени работы
оборудования в одну смену:
- коэффициент выполнения норм,
равен 1,3.
Тогда (8.7)
Количество операций, выполняемых в
течении месяца на участке (из расчета на одну смену), определяется
суммированием числа операции 
, выполняемых на каждом станке: 
.
Необходимое число рабочих для обслуживания в
течение одной смены одного станка, загруженного по плановому нормативному
коэффициенту:
, (8.8)
где Ф - месячный фонд времени
рабочего, занятого в течение 22 рабочих дней в месяц Ф=22·8=176ч.
Явочное число рабочих участка (при
работе в одну смену) определяем суммированием значений 
,
рассчитанных для каждого станка:
. (8.9)
Для примера возьмем операцию 010: 
мин
Рассчитав аналогично остальные
операции, сводим полученные значения в таблицу 8.3:
Таблица 8.3 - Параметры операций
|
Операция
|
   
|
|
|
|
|
010
|
0,679
|
0,86
|
0,87
|
1
|
|
015
|
0,656
|
0,83
|
0,52
|
1
|
|
020
|
1,131
|
1,43
|
2,2
|
1
|
|
025
|
0,29
|
0,38
|
0,90
|
1
|
|
030
|
0,253
|
0,33
|
1,9
|
1
|
|
035
|
0,567
|
0,72
|
1,0
|
1
|
|
Итого:
|
 2,038 7,39 6
|
|
|
|
Явочное число рабочих, обслуживающих
участок (при работе в 1 смену): 
.
Таким образом
Коэффициент загрузки операций несколько выше
единицы, но учитывая, что большинство станков загружены примерно на 70%, и
практически все оборудование автоматы, то можно принять производство
крупносерийное.
Формы организации технологических процессов в
соответствии с ГОСТ 14.312-74 зависят от установленного порядка выполнения
операций, расположения технологического оборудования, количества изделий и
направления их движения при изготовлении. Существует две формы организации
технологических процессов - групповая и поточная.
Решение о целесообразности организации поточной
формы производства обычно принимается на основании сравнения заданного
суточного выпуска деталей и расчетной суточной производительности поточной
линии при двухсменном режиме работы и её загрузке на 65…75%.
Заданный суточный выпуск изделий:
шт. (8.10)
Средняя станкоемкость операций:
(8.11)
Суточная производительность линии:
шт. (8.12)
где 
мин - суточный фонд времени работы
оборудования;
- условный коэффициент загрузки
оборудования.
Т.к. 
, следовательно, наше производство
имеет поточную форму.
Такт производства:
,
где 
- эффективный фонд времени работы
оборудования
8.3 Выбор метода
получения заготовки
Учитывая назначение и конструкцию детали,
годовую программу выпуска и экономичность изготовления, наиболее рациональным
является метод получения заготовки литьем в земляные формы. Данный метод
получения заготовки позволяет максимально приблизить форму и размеры заготовки
к форме и размерам готовой детали, а также обеспечить технологичность
дальнейшей механической обработки заготовки.
По базовому варианту, применяемому на заводе,
заготовка втулки направляющей клапана 240-1007032-Б получается методом литья в
земляные формы класса 10-7-6-2 ГОСТ 26645-85, где:
- класс размерной точности;
- степень коробления;
- степень точности поверхностей;
- класс точности массы.
Данный способ получения заготовки очень
распространен и эффективен, для таких типов деталей, в массовом производстве.
Но при изготовлении формы требуются большие затраты времени 1,5…2ч, однако при
применении машинной формовки по металлическим изделиям время набивки
сокращается примерно в 20 раз.
Изменим класс точности получения изготовления
отливки: 8-6-6-2 ГОСТ 26645-85, что способствует:
большей точности получаемой отливки;
уменьшению массы отливки за счет уменьшения
припусков на обработку;
понижению шероховатостей поверхностей.
Произведем экономическое сравнение базового
варианта отливки и предлагаемого.
Стоимость заготовки можно с достаточной
точностью определить по формуле:
, (8.13)
где 
- базовая стоимость одной тонны
заготовок, руб;
- коэффициент, зависящий от класса
точности;
- коэффициент, зависящий от группы
сложности;
- коэффициент, характеризующий
массу заготовки;
- коэффициент, характеризующий
марку материала;
- коэффициент, зависящий от объема
производства отливок;
- соответственно масса заготовки и
готовой детали, руб;
- стоимость одной тонны отходов,
руб.
Таблица 8.4 - Экономическое
сравнение базового варианта отливки и предлагаемого
|
Показатели
|
Заводской
вариант
|
Предлагаемый
вариант
|
|
Вид
заготовки
|
Литье
в земляные формы по металлическим моделям
|
|
Ручная
формовка
|
Машинная
формовка
|
|
Класс
точности
|
10-7-6-2
ГОСТ 26645-85
|
8-6-6-2
ГОСТ 26645-85
|
|
Масса
заготовки(отливки), Q, кг
|
0,201
|
0,196
|
|
Базовая
стоимость 1т заготовок,  ,
руб.17300001730000
|
|
|
|
Стоимость
1т стружки,  ,
руб.540000540000
|
|
|
Находим стоимость заготовки по базовому
(заводскому варианту):
Для специального чугуна 
;
;
;
.
Масса готовой детали 
.
Стоимость отходов Sотх.=540000
руб
Масса заготовки 
(8.14)
Находим стоимость заготовки по
предлагаемому варианту:
Для специального чугуна ; 
; 
; 
; .
Масса готовой детали .
Масса заготовки 
(8.15)
Сравнивая стоимость заготовки по
базовому варианту и по новому варианту, видим, что при новом варианте стоимость
заготовки ниже.
Экономический эффект за год от
улучшения класса точности отливки, а следовательно уменьшение припуска на литье
заготовки :
(8.16)
8.4 Технологический
процесс обработки детали
Для оценки базового технологического процесса
необходимо подвергнуть его подробному разбору, результаты которого будут предпосылкой
для разработки нового варианта технологии. Анализ проводится с точки зрения
обеспечения заданного качества изделия и производительности обработки.
Базовый технологический процесс изготовления
втулки направляющей клапана 240-1007032-Б состоит из следующих операций
механической обработки:
шлифовальная;
токарная;
сверлильная;
шлифовальная;
шлифовальная;
токарная;
Операция 010 шлифовальная выполняется на
автоматической линии ВШЛ-11М, состоящей из 2-х бесцентровальных станков. Здесь
производится шлифование цилиндрической наружной поверхности детали специальными
шлифовальными кругами.
Операция 015 токарная выполняется на токарном
6-ти шпиндельном горизонтальном полуавтомате 1Б240П-6. На этой операции
подрезаются торцы детали, и снимается с них фаска.
Операция 020 сверлильная производится на
автомате глубокого сверления ОС - 2841. Здесь вдоль оси детали насквозь
просверливается отверстие диаметром 10.2 мм.
Операция 025 шлифовальная выполняется на
круглошлифовальном автомате МЕ 269С2. Тут шлифуется наружная цилиндрическая
поверхность детали относительно базового отверстия, просверленного на
предыдущей операции. Это делается для соблюдения допустимого допуска
радиального биения.
Операция 030 шлифовальная
выполняется на бесцентрово-шлифовальном автомате ВШ 732АН2. Здесь делается
окончательная обработка наружной цилиндрической поверхности детали, и
шероховатость уменьшается до 
.
В целом процесс обработки детали
вполне технологичен, но его можно сделать еще более дешевым при тех же
результатах. Предлагается заменить 2 станка бесцентрово-шлифовальной
автоматической линии ВШ 732АН2 на 2 бесцентрово-шлифовальном автомате ВШ - 732.
В связи с этими заменами технологическая себестоимость детали уменьшается по
следующим причинам:
более простое обслуживание станков
(3 однотипных);
более новое оборудование, при
сравнительно одинаковой стоимости;
большая скорость обработки при
одинаковой энергоемкости.
8.4.1 Выбор
и сравнение вариантов технологического процесса механической обработки детали
Прежде чем принять решение о методах
и последовательности обработки отдельных поверхностей детали и составить
технологический маршрут ее изготовления, необходимо определить себестоимость
обработки по отдельным вариантам и выбрать наиболее рациональный из них для
данных условий производства. Критериями оптимальности являются минимум
приведенных затрат на единицу продукции. При выборе варианта технологического
маршрута приведенные затраты могут быть определены в виде удельных величин на 1
станко - час работы оборудования. Рассматривается технологическая
себестоимость, которая включает лишь изменяющиеся по вариантам затрат.
Предлагается заменить 2 станка
бесцентрово-шлифовальной автоматической линии ВШ 732АН2 на 2
бесцентрово-шлифовальном автомате ВШ - 732. В связи с этими заменами
технологическая себестоимость детали уменьшается по следующим причинам:
более простое обслуживание станков
(3 однотипных);
более новое оборудование, при
сравнительно одинаковой стоимости;
большая скорость обработки при
одинаковой энергоемкости;
Расчет годового экономического
эффекта.
Часовые приведенные затраты:
, (8.17)
где 
- основная и дополнительная
зарплата с начислениями, коп/ч;
- часовые затраты на эксплуатацию
рабочего места, коп/ч;
-нормативный коэффициент
экономической эффективности капиталовложений;
-удельные часовые капиталовложения
соответственно в станок и в здание, коп/ч;
, (8.18)
где 
- коэффициент к часовой тарифной
ставке, учитывает следующие виды затрат: за переработку норм - на 8%, за работу
по технически обоснованным нормам - 20%, премию станочникам - 30%,
дополнительную зарплату - 11%, льготы и выплаты из фондов общественного
потребления - 43%.
, (8.19)
где 
- часовая тарифная ставка
станочника - сдельщика соответствующего разряда;
- коэффициент, учитывающий зарплату
наладчика, 
- без
участия наладчика;
- коэффициент штучного
времени, учитывающий, оплату рабочего при многостаночном обслуживании, при
одно-станочном обслуживании 
;
, (8.20)
где 
- практические часовые затраты на
базовом рабочем месте, для массового производства 
руб/ч.
- коэффициент, показывающий, во
сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем
аналогичные, связанные с работой базового станка.
В случае пониженной загрузки станка
часовые затраты на эксплуатацию рабочего места должны быть скорректированы с
помощью коэффициента 
, если
станок не может быть дозагружен:
, (8.21)
где 
.
- удельный вес постоянных затрат в
часовых затратах на рабочем месте
- коэффициент загрузки станка.
; (8.22)
, (8.23)
где 
- эффективный годовой фонд времени
работы станка:
- для серийного производства;
- балансовая стоимость станка;
- стоимость 1м2 площади
механического цеха, руб., для станков нормальной точности 
.
- производительная площадь,
занимаемая станком, с учетом проходов: 
, где 
- площадь станка в плане;
- коэффициент, учитывающий
дополнительную производственную площадь.
Технологическая себестоимость операции
механической обработки,
. (8.24)
Приведенная годовая экономия, руб.:
, (8.25)
где 
, 
- технологическая себестоимость
сравниваемых операций.
- годовая программа выпуска
деталей;
- коэффициент выполнения норм,
равен 1,3.
Произведем расчет основных технико-экономических
показателей разработанного процесса.
Для примера рассчитаем стоимость операции
механической обработки 010 (бесцентрово-шлифовальная):
Площадь автоматической линии в
плане:
Штучное время: 
Коэффициент загрузки линии: 
Часовые приведенные затраты (руб/ч):
(8.26)
Основная и дополнительная зарплата с
начислениями и учетом многостаночного обслуживания (руб/ч):
, (8.27)
где 
- коэффициент часовой тарифной
ставки, учитывающий следующие выплаты: за перевыполнение норм - 8%, за работу
по технически обоснованным нормам - 20%, премию станочника - 30%,
дополнительную зарплату - 11%, льготы и выплаты из фондов общественного
потребления - 43% (включая отчисления на социальное страхование - 14%).
- часовая тарифная ставка
станочника - сдельщика 3 разряда.
- коэффициент, учитывающий работу
зарплату наладчика;
- коэффициент штучного времени,
учитывающий оплату труда рабочего при многостаночном оборудовании.
S
=2,66
=6050,8
руб/ч
Часовые затраты на эксплуатацию
рабочего места (руб/ч):
(8.28)
- часовые затраты на базовом
рабочем месте в условиях 2-х сменной работы.
- коэффициент показывающий, во
сколько раз затраты, связанные с работой данного станка, больше, чем расходы,
связанные с работой базового станка.
Капитальные вложения определяются по
формулам:
. (8.29)
- эффективный годовой фонд времени
работы автоматической линии.
- стоимость 
площади
механического цеха.
- производственная площадь,
занимаемая станком с учетом проходов.
- коэффициент, учитывающий
дополнительную производственную площадь.
- нормативный коэффициент
экономической эффективности капитальных вложений.
Технологическая себестоимость:
(8.30)
Аналогично рассчитываем остальные
операции, и полученные результаты сводим в таблицу 8.5:
Таблица 8.5 - Расчет параметров операций
|
Номер
операции
|
       
|
|
|
|
|
|
|
|
|
010
|
3072
|
14718
|
18859
|
3458
|
0,15
|
22701,9
|
0,395
|
11496,4
|
|
015
|
2314
|
7973
|
10133
|
5656
|
0,15
|
8105
|
0,656
|
4046
|
|
020
|
1535
|
3568
|
13089
|
3843
|
0,15
|
5643
|
1,128
|
5708
|
|
025
|
3071
|
4578
|
4379
|
6517
|
0,15
|
6784
|
0,260
|
6520
|
|
030
|
3071
|
4922
|
13659
|
7813
|
0,15
|
5564
|
0,174
|
5692
|
|
035
|
3560
|
5352
|
6063
|
2891
|
0,15
|
14756
|
0,567
|
6980
|
|
Итого
|
22644,4
|
Технологическая себестоимость:
(8.31)
Общее количество рабочих -
станочников:
(8.32)
Т.к. 
, то 
.
Число наладчиков на проектируемом
участке:
(8.33)
Годовой фонд заработной платы
рабочих - станочников и наладчиков на всю механическую обработку детали 
(руб.)
определяется по формуле:
;
, (8.34)
где 
- часовая заработная плата на i - той
операции, руб/ч.
Например, для операции 010
(бесцентрово-шлифовальная):
Аналогично рассчитываем остальные
операции. Результаты сводим в таблицу 8.6:
Таблица 8.6 - Расчет параметров
операций
|
Номер
операции
|
   Номер операции
|
|
|
|
|
|
|
|
010
|
0,3072
|
0,395
|
28,1
|
035
|
0,35601
|
0,567
|
13,46
|
|
015
|
0,23141
|
0,656
|
10,12
|
|
|
020
|
0,15356
|
1,128
|
11,55
|
|
|
025
|
0,30716
|
5,32
|
|
|
030
|
0,30716
|
0,174
|
3,56
|
Итого:
|
28,1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Среднемесячная заработная плата рабочих:
. (8.35)
Годовой выпуск продукции по
технологической себестоимости:
. (8.36)
Трудоемкость годовой программы:
. (8.37)
Годовой выпуск продукции на одного
рабочего:
. (8.38)
Учитывая экономический эффект при
получении заготовки по предложенному варианту, сделаем краткий сравнительный
анализ базового техпроцесса и техпроцесса проектируемого (с заменой указанного
оборудования и получением более точной заготовки литьем в земляные формы).
Сравнение вариантов технологического
процесса представлено в таблице 8.7:
Таблица 8.7 - Сравнение вариантов
технологического процесса
|
Показатели
|
Заводской
вариант
|
Предлагаемый
вариант
|
|
1
|
2
|
3
|
|
Вид
заготовки
|
Литье
в земляные формы по металлическим моделям
|
|
Класс
точности
|
10-7-6-2
ГОСТ 26645-85
|
8-6-6-2
ГОСТ 26645-85
|
|
Масса
заготовки (отливки), Q, кг
|
0,201
|
0,196
|
|
Стоимость
заготовки, коп
|
12461
|
7385
|
|
Операции
механической обработки:
|
|
|
|
Вид
операции 010
|
Шлифование
наружной поверхности на бесцентрово-шлифовальной автоматической линии из двух
станков (ВШЛ11М)
|
Шлифование
наружной поверхности на бесцентрово-шлифовальной автоматической линии из двух
станков (ВШ720)
|
|
Технологическая
себестоимость обработки, руб.
|
31200
|
11496,4
|
|
Вид
операции 030
|
Бесцентровое
шлифование наружной поверхности на станке ВШ 732АН2
|
Бесцентровое
шлифование наружной поверхности на станке ВШ 720
|
|
Технологическая
себестоимость обработки, руб.
|
18436
|
6543
|
Остальные операции по обоим вариантам оставляем
одинаковыми.
Годовой экономический эффект от применения
нового оборудования и класса отливки (рассчитано в ценах до 1991года):
(8.39)
8.4.2 Назначение
припусков на механическую обработку
Для отливок назначение припусков и предельных
размеров (допусков) производится с помощью ГОСТ 26645-85 в зависимости от
класса размерной точности.
Имея нашу деталь в отливке 8-6-6-2 ГОСТ 26645-85
назначим по этому ГОСТу допуск на размер, а затем припуск. Данные занесем в
таблицу 8.8. Обозначение поверхностей согласно рисунку:
Рисунок 8.2 - Заготовка
Таблица 8.8 - Назначение припусков и
предельных размеров
|
Поверхность
|
Размер,
мм
|
Припуск,
мм
|
Величина
допуска, мм
|
Допуск,
мм
|
|
1
|
Ф18,048h7
|
1
|
1
|
|
|
2
|
85h14(-0.87)
|
4
|
1,4
|
|
8.4.3 Назначение
режимов резания
Рассмотрим подробно назначение режимов резания
для сверлильной операции 020 производимой на автомате глубокого сверления ОС
9841.
Исходные данные:
1. Чугун специальный: НВ=170…207
2. Сверло диаметром 10,28 (2305-5002-01) с
нормальной заточкой. Материал режущей части инструмента Р6М5.
3. Диаметр обработки 
.
. Глубина сверления 85 мм
(отверстие сквозное).
Порядок расчета:
1. Расчет длины рабочего хода:
, (8.40)
где 
-длина резания;
-величина повода, врезания и перевод
инструмента;
- дополнительная величина хода,
вызванная особенностями наладки и конфигурации детали.
. Назначаем подачу суппортов
на оборот шпинделя 
, мм/об:
- Определяем подач по нормативам:
мм/об.
Уточняем подачу по паспорту станка:
мм/об.
. Определим стойкость инструмента
в минутах
резания, мин.:
,
где 
- коэффициент времени резания
инструмента.
4. Определим скорость резания:
, (8.41)
где К1=1,2 - коэффициент зависящий
от обрабатываемого материала;
К2=1,6 - коэффициент зависящий от
стойкости инструмента;
К3=0,7 - коэффициент зависящий от
отношения длины резания к диаметру инструмента.
5. Определим частоту вращения шпинделя:
(8.42)
6. Назначаем частоту вращения по паспорту
станка n=950об/мин.
7. Уточняем скорость резания:
(8.43)
8. Определим минутную подачу Sm:
(8.44)
9. Расчет основного времени:
(8.45)
10. Коэффициент использования
станков по мощности:
(8.46)
Остальные значения режимов резания
сводим в таблицу 8.9:
Таблица 8.9 - Сводная таблица по режимам резания
|
Наименование
операции, перехода, позиции.
|
        
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
010
Шлифовальная Переход 1 Переход 2
|
0,25
0,15
|
-
|
-
|
20
|
0,008/0,009
0,008/0,009
|
2288/2200
2288/2200
|
31,2/30
31,2/30
|
19
19
|
0,22
|
0,57
|
|
015
токарная Позиция 2 Позиция 3
|
2
1,5
|
9,4/13,4
1,5/6
|
1
0,25
|
50/50
100/25
|
0,101/0,1
0,097/0,095
|
134/135
84,2/86
|
65,7/66,15
64,8/66,15
|
13,5
8,17
|
0,386
|
0,45
|
|
020
сверлильная
|
5,1
|
85/91
|
1
|
20/20
|
0,2/0,1
|
979/950
|
31,36/30,44
|
95
|
0,958
|
0,49
|
|
025
Шлифовальная
|
0,1
|
-
|
-
|
20
|
0,005/0,005
|
605/600
|
35/34,7
|
3,25
|
0,131
|
0,62
|
|
030
Шлифовальная
|
0,19
|
-
|
-
|
20
|
0,041/0,042
|
1063/1060
|
60,2/60
|
44
|
0,070
|
0,59
|
|
035
токарная Позиция 2 Позиция 3
|
0,75
0,5
|
9/11
1,5/1,6
|
1
1
|
50/50
50/50
|
0,111/0,110
0,042/0,042
|
423/425
423/425
|
23,9/24
23,9/24
|
46,75
17,85
|
0,333
|
0,42
|
8.4.4 Назначение норм
времени
Под технически обоснованной нормой времени
понимается время, необходимое для выполнения заданного объема работы (операции)
при определенных организационно-технических условиях и наиболее эффективном
использовании всех средств производства.
Для примера рассчитаем нормы времени для
операции 020 (сверлильная):
. Определение вспомогательного времени:
, (8.47)
где 
- время на установку детали;
- время на закрепление, открепление
детали;
- время на управление станком;
- время на измерение (перекрывается
основным).
(8.48)
1. Определение оперативного времени:
(8.49)
2. Определение времени на техническое
обслуживание:
, (8.50)
где 
- время на смену сверла;
- стойкость режущего инструмента.
3. Определение времени на организационное
обслуживание:
, (8.51)
4. Определение времени на отдых:
, (8.52)
где 
- затраты на перерывы, отдых и
личные надобности.
5. Определение штучного времени:
(8.53)
Аналогично рассчитываются и остальные операции,
полученные значения сводим в таблицу 8.10:
|
№
|
Наименование
операции
|
     
|
|
|
|
|
|
|
|
|
  
|
 
|
|
|
|
|
|
|
|
010
|
Бесцентрово-шлифовальная
|
0,22
|
0,049
|
0,010
|
0,004
|
0,279
|
0,091
|
0,006
|
0,019
|
0,395
|
|
015
|
Автоматическая
токарная
|
0,386
|
0,060
|
0,076
|
0,021
|
0,543
|
0,064
|
0,016
|
0,033
|
0,656
|
|
020
|
Сверлильная
|
0,958
|
0,064
|
0,010
|
0,003
|
1,032
|
0,014
|
0,010
|
0,072
|
1,128
|
|
025
|
Круглошлифовальная
|
0,131
|
0,07
|
0,010
|
0,0045
|
0,211
|
0,030
|
0,004
|
0,015
|
0,260
|
|
030
|
Бесцентрово-шлифовальная
|
0,070
|
0,049
|
0,010
|
0,005
|
0,129
|
0,033
|
0,003
|
0,009
|
0,174
|
|
035
|
Автоматическая
токарная
|
0,333
|
0,07
|
0,056
|
0,017
|
0,476
|
0,056
|
0,006
|
0,029
|
0,567
|
Таблица 8.10 - Сводная таблица норм времени
8.4.5 Определение
необходимого количества оборудования и построение графиков загрузки
оборудования
Расчет количества единиц определяется:
, (8.54)
где 
- эффективный годовой фонд времени
работы единицы оборудования, 
.
Если полученное число единиц
оборудования для данной операции, окажется дробным, оно округляется до целого в
сторону увеличения.
Коэффициент загрузки станка определяется
как отношение расчетного количества станка 
, занятых на данной операции процесса
, к принятому
: 
или 
,
где - округленное в большую сторону
расчетное значение 
.
Коэффициент использования
оборудования по основному времени определяется как отношение основного времени
к штучному или штучно - калькуляционному в зависимости от типа производства:
. (8.55)
Коэффициент 
характеризует
уровень механизации технологической операции. Низкое его значение указывает на
большую долю ручного труда на данной операции.
Для примера рассчитаем операцию 010
(шлифовальная) : 
;
; 
.;
Тогда 
. Следовательно 
.
Коэффициент загрузки 
;
Коэффициент использования
оборудования: 
.
Аналогично рассчитываем остальные
операции, и результаты сводим в таблицу 8.11.
Таблица 8.11 - Коэффициенты загрузки
оборудования и использования оборудования по основному времени
|
Номер
операции
|
 
|
|
|
|
|
|
|
010
|
0,22
|
0,395
|
0,65
|
1
|
0,65
|
0,56
|
|
015
|
0,386
|
0,656
|
1,08
|
2
|
0,54
|
0,59
|
|
020
|
0,958
|
1,128
|
1,855
|
2
|
0,51
|
0,62
|
|
025
|
0,131
|
0,260
|
0,43
|
1
|
0,43
|
0,50
|
|
030
|
0,07
|
0,174
|
0,29
|
1
|
0,29
|
0,40
|
|
035
|
0,333
|
0,567
|
0,93
|
1
|
0,46
|
0,59
|
|
Итого:
|
8
|
 
|
|
Определим средние значения:
(8.56)
. (8.57)
Далее строим диаграммы: загрузки
оборудования (рисунок 8.3), и использования оборудования по основному
времени(рисунок 8.4).
По горизонтальной оси диаграмм через
равные интервалы условно изображаются станки в порядке их расположения на
участке. Если на одной операции установлено несколько станков - дублеров,
строится такое же число прямоугольников.
По вертикальной оси откладываются в
относительных единицах или в процентах соответствующие значения коэффициентов
загрузки.
Рисунок 8.3 Диаграмма загрузки оборудования
|
Станок
|
АС-25
|
ЛМ-357
|
ЛМ-357
|
ЛМ-357
|
ЛМ-357
|
ЛМ-357
|
|
Операция
|
010
|
015
|
020
|
025
|
030
|
035
|
|
Станок
|
АС-25
|
ЛМ-357
|
ЛМ-357
|
ЛМ-357
|
ЛМ-357
|
ЛМ-357
|
|
Операция
|
010
|
015
|
020
|
025
|
030
|
035
|
Рисунок 8.4 Диаграмма использования
оборудования по основному времени
9.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
Для обеспечения единых принципов
формирования учетно-экономической информации о производственных расходах установлен
общий порядок определения затрат, включаемых в себестоимость и отражение их в
учете на предприятиях не зависимо от вида деятельности, форм собственности и
ведомственной подчиненности.
Учет затрат регламентирован
«Основным положением по составу затрат, включаемых в себестоимость продукции (
работ, услуг)».
Стоимость основных материалов
Стоимость основных материалов
формируется исходя из цен их приобретения, платы за транспортировку, хранение и
доставку, осуществляемую сторонними организациями, таможенных сборов.
По данным заводской калькуляции
стоимость основных материалов составляет:
Мо=157711руб.
.1 Стоимость возвратных отходов
Под возвратными отходами понимают
остатки сырья, материалов и др., образовавшиеся в процессе производства и
утратившие частично или полностью потребительские качества исходного ресурса.
По данным заводской калькуляции
составляет:
МВ= 17349 руб.
.2 Стоимость покупных изделий
Стоимость покупных изделий
определяется исходя из номенклатуры покупных изделий или количества на один
двигатель, а также цены.
На основании заводских данных:
МК=3151034 руб.
.3 Транспортные расходы составляют
Зтр = (Мо + Мк - Мв)Нтр/100;
где Нтр - норматив транспортных
расходов (Нтр=1,5%);
Зтр =
(157711+3151034-17349)1,5/100=49370 руб.
.4 Основная заработная плата
производственных рабочих
ЗПо=Т∙Счт ∙ Кт(Кпр+1);
где Кпр - коэффициент, учитывающий
размер премий (Кпр=0,25),
Кт - тарифный коэффициент для
рабочего 4-го разряда,
Счт - часовая тарифная ставка для
рабочего 4-го разряда
(Счт=1125 руб.);
Т=42 нч - трудоемкость выполняемых
работ.
ЗПо= 42∙1125∙1,57(0,25+1)=
92728 руб.
.5 Дополнительная заработная плата
ЗПд=ЗПо∙Ндзп/100;
где Ндзп - норматив дополнительной
зарплаты (Ндзп=25%);
ЗПд = 92728∙25/100=23182 руб.
.6 Страховые взносы нанимателей
Осс = (ЗПо+ ЗПд)∙(Нсс+Ннс)/100;
где Нсс - норматив страховых взносов
нанимателя( Нсс=35%);
Ннс - норматив страховых взносов от
несчастных случаев на производстве ( Ннс=0,8%);
Осс= (92728+23182)∙(35+0.8)/100=
41496 руб.
.7 Затраты на топливо и энергию
Зтэ= ЗПо∙Нт/100;
где Нт - норматив затрат на топливо
и энергию ( Нт = 110%);
Зтэ=92728∙ 110/ 100 = 102000
руб.
.8 Затраты на износ инструмента
Зи = ЗПо∙Ни /100;
где Ни - норматив затрат на
возмещение износа инструмента
( Ни=60%);
Зи =92728 ∙60/ 100= 55637 руб.
.9 Общепроизводственные затраты
Зоп = ЗПо∙Ноп/100;
где Ноп - норматив на
общепроизводственные расходы ( Ноп = 180%);
Зоп =92728 ∙180/100 =166910
руб.
.10 Общехозяйственные затраты
Зох = ЗПо∙Ноз/100;
где Ноз - норматив общехозяйственных
расходов ( Ноз=30%);
Зох =92728 ∙30/100 =27818 руб.
.11 Экологический и земельный налоги
Нэко = ЗПо∙Нэко/100;
где Нэко- норматив отнесения
экологического налога на себестоимость продукции (Нэко = 12,9%);
Нэко =92728 ∙12,9/100 =11962
руб.
Нзем = ЗПо∙Нзем/100;
где Нзем - отнесения земельного налога на
себестоимость продукции (Нзем = 2,8%);
Нзем =92728 ∙2,8/100 =2596 руб.
.12 Производственная себестоимость
Спр = Мо + Мк +Мв +Зтр + ЗПо + ЗПд + Осс + Зтэ +
Зч + Зоп + Зох + Збр + Нэко + Нзем ;
Спр=157711+17349+3151034+49370+92728+23182+41496+102000+55637+166910++27818+11962+2596=
3899793 руб.
.13 Коммерческие расходы
Рк = Спр ∙ Нкр/100;
где Нкр - норматив коммерческих расходов (Нкр
=0,4%);
Рк = 3899793 ∙0,4/100= 15599 руб.
.14 Инновационный фонд
Иф = (Спр + Рк )∙Ниф /100 ;
где Ниф - норматив отчислений в инновационный
фонд (Ниф =0,25%);
Иф = (3899793+15599) ∙0,25/100= 9788 руб.
.15 Полная себестоимость
Сп = Спр + Рк + Иф =3899793+15599+9788= 3925180
руб.
Расчет отпускной цены двигателя
.1 Плановая прибыль
Ппр = Сп ∙ Нпр /100;
где Нпр - норматив рентабельности (Нпр =20%);
Ппр = 3925180 ∙20/100= 785036 руб.
.2 Оптовая цена
Цо = Сп + Ппр = 3925180+785036=4710216 руб.
.3 Отчисления в республиканский фонд поддержки
производителей сельскохозяйственной продукции, продовольствия и аграрной науки
и налог с пользователей автомобильных дорог в дорожный фонд
Сбресп =Цо ∙Нресп / (100-Нресп) ;
где Нресп - норматив отчислений в
республиканские бюджетные фонды (Нресп =3%);
Сбресп =4710216 ∙3 /(100-3)= 145677 руб.
.4 Отпускная цена без НДС
Цотп =Цо+ Сбресп = 4710216+145677=4855893 руб.
.5 Налог на добавленную стоимость
НДС= Цотп ∙Нндс /100 ;
где Нндс - ставка НДС (Нндс =18%);
НДС= 4855893 ∙18/100=874061 руб.
.6 Отпускная цена с НДС
Цндс = Цопт +НДС = 4855893+874061= 5729954 руб.
Полученные результаты заносим в таблицу 1.
Таблица 1 Расчет отпускной цены двигателя
|
Наименование
показателя
|
Обозначение
|
Значение,
руб.
|
|
Материалы
|
Мо
|
157711
|
|
Возвратные
отходы
|
МВ
|
17349
|
|
Покупные
изделия
|
МК
|
3151034
|
|
Основная
заработная плата производственных рабочих
|
ЗПо
|
92728
|
|
Дополнительная
заработная плата
|
ЗПД
|
23182
|
|
Страховые
взносы нанимателя
|
ОСС
|
41496
|
|
Затраты
на возмещение износа инструмента
|
ЗИ
|
55637
|
|
Затраты
на топливо и энергию
|
ЗТЭ
|
102000
|
|
Общепроизводственные
затраты
|
ЗОП
|
166910
|
|
Заводская
себестоимость
|
Спр
|
3899793
|
|
Отчисления
в инновационный фонд
|
ИФ
|
9788
|
|
Общехозяйственные
затраты
|
ЗОХ
|
27818
|
|
Полная
себестоимость
|
СП
|
3925180
|
|
Отчисления
в республиканский фонд и отчисления средств пользователями автомобильных
дорог в дорожный фонд
|
СбРЕСП
|
145677
|
|
Оптовая
цена
|
ЦОПТ
|
4710216
|
|
Отпускная
цена без НДС
|
ЦОТП
|
4855893
|
|
Налог
на добавленную стоимость
|
НДС
|
874061
|
|
Отпускная
цена с НДС
|
ЦНДС
|
5729954
|
Определение критического объема производства
двигателя
Анализ критических соотношений доходов от
реализации продукции и объемом производства используется для определения так
называемого критического объема производства и продажи, при котором предприятие
покроет от продажи все расходы, не получив при этом прибыли, т.е. P=D-R=0.
Анализ безубыточности помогает держать в поле
зрения границы устойчивого положения фирмы.
Для этого нужно определить точку критического
объема производства, при котором прибыль равна нулю.
Предположим, что о работе предприятия нам
известны следующие данные в денежных единицах (д.е.):
Прибыль Р=785036 руб.
Постоянные расходы Рп=1045119руб.
Переменные расходы Рпер=3899799 руб.
Объем продаж S=5729954 руб.
Объем продаж в точке критического объема
производства определяется по формуле:
SКР=Рп∙S/
S-Рпер;
КР=1045119∙5729954/(5729954-3899799)=3272118
руб.
Т.к. Sкр « S, то предприятие находится далеко от
точки критического объема производства и продаж.
10.ТРЕБОВАНИЯ ОХРАНЫ ТРУДА И ТЕХНИКИ
БЕЗОПАСНОСТИ
К вопросам техники безопасности относятся
требования к охране труда для испытания двигателей и силовых агрегатов, работающих
на испытательных стендах и пользующихся в своей работе грузоподъемными
машинами, управляемыми с пола.
Испытатель двигателей должен хорошо знать и
выполнять все требования, изложенные в данной инструкции.
10.1 Общие требования
безопасности
) Для выполнения работ по испытанию двигателей и
к управлению подъемно-транспортным оборудованием управляемым с пола,
допускаются только лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинское
освидетельствование, обучение, проверку знаний, инструктаж, стажировку непосредственно
на рабочем месте.
Допуск к работе по испытанию двигателя и к
управлению подъемно- транспортным оборудованием оформляется распоряжением по
цеху после выдачи на руки удостоверения.
2) Повторная проверка знаний испытателей должна
проводиться комиссией предприятия
периодически - не реже одного раза в год;
при переходе с одного предприятия на другое;
по требованию лица, ответственного за надзор или
инспектора.
Результаты проверки знаний испытателей
оформляются протоколом, номер которого проставляется в удостоверении.
3) Необходимо соблюдать правила внутреннего
трудового распорядка:
- выполнять только порученную администрацией
работу;
во время работы быть внимательным, не
отвлекаться и не отвлекать других;
не допускать на рабочее место лиц, не имеющих
отношения к работе;
не работать неисправным инструментом и на
неисправном оборудовании;
о неисправностях оборудования, приспособлений,
инструмента сообщать мастеру и без разрешения к работе не приступать
обучать прикрепленных учеников безопасному проведению
работы и следить за выполнением ими правил техники безопасности,
курить только в специально отведенных местах;
не принимать пищу на рабочем месте;
не мыть руки в эмульсии и моющем растворе;
пить воду только из питьевого водопровода и
установок газирования воды;
при несчастном случае с Вами или Вашим товарищем
необходимо поставить в известность мастера, руководство цеха;
при плохом самочувствии поставить в известность
мастера и обратиться в здравпункт.
) На территории завода, в цехе, на подъездных
путях необходимо выполнять следующие правила:
быть внимательным к предупредительным сигналам
электрокар, автомашин, электрических кранов и других видов движущегося
транспорта, а также выполнять требования предупредительных плакатов, световых
сигналов в местах пересечения железнодорожных путей и путей автомобильного
транспорта;
не находиться под поднятым грузом;
не проходить в местах, не предназначенных для
прохода, не подлезать под стоящий железнодорожный состав и не перебегать путь
перед движущимся транспортом;
не переходить в неустановленных местах через
конвейеры и рольганги и не подлезать под них, не заходить без необходимости за
ограждения технологического оборудования;
не прикасаться к находящимся в движении и
огражденным механизмам, а также к токоведущим частям электрооборудования,
клеммам и электрическим проводам, к арматуре общего освещения, не открывать
дверцы электрошкафов, в необходимых случаях обращаться к специалистам службы
энергетика цеха;
не включать и не останавливать (кроме аварийных
случаев) машины, станки, механизмы, работа на которых не поручена
администрацией цеха;
остерегаться нагретых частей двигателя, горячей
воды;
не наступать на переносные электрические
провода, лежащие на полу;
нельзя смотреть на электросварку незащищенными
глазами;
при движении по скользкому покрытию проявлять
осторожность, по возможности обойти опасный участок;
при выходе из участков с ограниченной видимостью
убедиться в отсутствии движущегося транспорта.
) Каждый рабочий должен эффективно использовать
оборудование, бережно относиться к инструменту, измерительным приборам,
спецодежде, выдаваемой в пользование, экономно и рационально расходовать
энергию.
) Соблюдать требования по охране труда, технике
безопасности, производственной санитарии, гигиене труда и противопожарной
охране, работать необходимо в специальной одежде и обуви, использовать средства
индивидуальной защиты, предусмотренные ²Типовыми нормами
выдачи средств индивидуальной защиты работникам общих профессий и должностей²,
утвержденными постановлением Министерства труда республики Беларусь от
14.04.98.
комбинезон хлопчатобумажный ГОСТ 27575-87, ГОСТ
27574-87.
ботинки кожаные ГОСТ 12.4.032-95;
рукавицы хлопчатобумажные с накладками ГОСТ
12.4.010-75;
наушники ТУ 1-01-0636-80.
перчатки резиновые ТУ 38.106243-82.
) Если уровень загазованности, запыленности на
рабочем месте превышает ПДУ (предельно допустимый уровень) использовать
индивидуальные средства защиты органов дыхания (маску защитную, респиратор и
другие средства защиты).
) Необходимо соблюдать правила личной гигиены.
хранить уличную и рабочую одежду раздельно;
менять и сдавать в стирку рабочую одежду;
запрещается уносить домой рабочую одежду и
обувь;
перед принятием пищи необходимо мыть руки с
мылом, а после работы принять душ;
запрещается мыть руки в масле, эмульсии,
керосине и вытирать их концами обтирочного материала, загрязненными стружкой;
не обдувать себя, одежду, оборудование, дизель и
т.д. сжатым воздухом.
не чистить одежду легковоспламеняющимися
жидкостями.
для защиты кожи рук от воздействия масел,
эмульсии, керосина, применять кремы, пасты, мази следующих марок:
крем ²Силиконовый²
ТУ РБ 14497659-004-94;
паста ИЭР-2 ФС-42-1411-80;
средство чистящее жидкое ²СОЖ²
ТУ 6-15-842-78;
- паста моющая ТУ 6-15-885-79.
9) Лица, виновные в нарушении настоящей
инструкции, несут ответственность согласно правилам внутреннего трудового
распорядка предприятия и Законодательства Республики Беларусь.
10.2 Требования техники
безопасности перед началом работы
) Перед началом работы рабочие обязаны надеть
предусмотренную нормами спецодежду, спецобувь и другие средства индивидуальной
защиты. Обнаружив неисправность в средствах индивидуальной защиты, следует
сообщить об этом мастеру.
) Необходимо осмотреть рабочее место. Проходы и
проезды к оборудованию, пультам управления должны быть не загромождены, на полу
не должно быть пролитостей.
) До включения стенда в работу, установить
ограждение ременной передачи, маховика, приводного вала, проверить
комплектность испытуемого двигателя.
) При зацепке подвески за двигатель проверить
завернут ли до основания рым-болт, нет ли трещин на корпусе блока цилиндров.
Строповку двигателя производить за рым-болты.
) Перед началом работы проверить:
наличие общего и местного освещения
исправность вытяжной вентиляции и заземления,
наличие и состояние на полу у стенда исправной
деревянной решетки или подставки,
состояние и исправность технологического
оборудования (герметичность трубопроводов, баков, вентилей, задвижек);
ограждение движущихся, вращающихся и токоведущих
частей;
работу органов управления на холостом ходу;
работу пусковых и остановочных устройств;
положение вентилей, задвижек и приборов
контроля;
маркировку и исправность подвески для
транспортировки дизеля, силового агрегата: нет ли трещин, излома, деформации.
Неисправная подвеска не должна находиться на рабочем месте.
) Проверить исправность кран - балки:
наличие и надежность крепления защитного
заземления (тросика к корпусу кнопочного управления);
отсутствие неисправных кнопок на пульте
управления;
состояние стального каната и правильность его
намотки на барабан;
отсутствие трещин и форму изогнутости крюка;
наличие шплинтовки гайки крюка и свободное
вращение крюка в крюковой подвеске;
работу ограничителя крюка-подвески, тормозов;
работу и исправность механизма перемещения
тележки и моста;
исправность стыкового замка монорельсовой
тележки.
) Подготовить инструмент, предусмотренный
технологическим процессом. Проверить его исправность и соответствие следующим
требованиям:
молотки должны иметь боек правильной формы,
слегка выпуклой, ручку прямую, овального сечения, без трещин, заусенцев, сбитых
и скошенных поверхностей, насадка молотка должна быть плотной с заклиниванием;
гаечные ключи не должны иметь разработанного
зева и трещин;
зев гаечных ключей должен точно соответствовать
размерам гайки, применение каких-либо прокладок между гранями ключа и гайки,
наращивание ключа и применение его в качестве ударного инструмента запрещается.
Размеры зева гаечных ключей не должны превышать размер головок болтов более чем
0,3 мм.
) При обнаружении неисправностей оборудования
сообщить мастеру и до их исправления к работе не приступать.
.3 Требования безопасности во время работы
) Во время работы быть внимательным, не
отвлекаться на посторонние дела и разговоры, не отвлекать других.
) Соблюдать технологический процесс обкатки
дизеля, применять инструмент и приспособления по прямому назначению.
) Отключать все электрооборудование при
проведении работ в боксе, не связанных с выполнением технологического процесса.
) Слесарный инструмент должен отвечать
требованиям, изложенным в п.10.2.7.
) При работе ключом правильно накладывать ключ
на гайку и не поджимать им гайку рывком. Остерегаться срыва ключа.
) Находиться в боксе во время испытания
двигателя должны люди, непосредственно причастные к выполнению технологического
процесса
) Во время работы запрещается:
стоять под поднятым грузом, находиться можно
только сзади или сбоку от него;
оставлять при перерывах в работе и по окончании
ее груз в подвешенном состоянии;
устранять неисправности на дизеле в подвешенном
состоянии;
переключать движение механизма грузоподъемной
машины с прямого хода на обратный до полной его остановки;
работать на стенде при сдвинутом кожухе
маховика;
останавливать стенд непосредственным выключением
его из сети под нагрузкой;
сообщать ротору электромашины скорость вращения
превышающую 3000 об/мин., во избежание аварии;
работать без подсоединения стендовой системы
подвода воздуха с аварийной заслонкой;
пользоваться в боксе открытым огнем
хранить в боксе легко воспламеняющуюся жидкость
(ЛВЖ), горючую жидкость(ГЖ) в открытой, не предназначенной для хранения и не
маркированной таре.
) Электроаппаратура и токоведущие провода должны
быть надежно изолированы и укрыты в корпусе, в специальных шкафах и кожухах.
) Работать молотком только с применением
защитных очков.
) Закреплять надежно технологический диск на все
предусмотренные точки крепления при обкатке дизелей необорудованных муфтой
сцепления.
) При обкатке двигателей двери боксов должны
быть закрыты.
) При перерывах в работе, обрыве шлангов и
всякого рода неисправностях следует немедленно перекрыть доступ сжатого воздуха
к пневматическому инструменту (закрыть запорную арматуру).
) В случае незначительного протекания дизельного
топлива, масла, во избежания попадания их на кожу рук, при испытании дизеля
пользоваться резиновыми перчатками.
) Во время работы необходимо производить:
подсоединение муфты генератора тактовых и стоп
импульсов к болту коленчатого вала только при остановленном дизеле;
подключение тахометров ТАЦ-2 и устройства для
балансировки к сети питания путем штепсельного соединения (розетка и вилка). В
случае отсутствия такого соединения доложить мастеру;
подсоединение и отсоединение проводов только при
установленном на испытательный стенд дизеле;
устранение выявленных дефектов при полной
остановке двигателя. Допускается устранять мелкие дефекты (течи, подтяжку
крепежа в доступных местах) без остановки двигателя.
10.4 Требования
безопасности в аварийных ситуациях
) Каждый рабочий должен знать безопасные методы
труда, основные средства и приемы предупреждения и тушения пожаров на своем
рабочем месте.
) Аварийные ситуации могут произойти в
результате неожиданных повреждений основного оборудования, из-за
недоброкачественного монтажа и ремонта, неудовлетворительной эксплуатации,
естественного старения и износа.
) В случае возникновения аварийной ситуации при
работе оборудования (заклинивание подвижных частей механизмов, самопроизвольное
включение механизмов от вибрации и сотрясений и др.) следует его немедленно
остановить с помощью имеющихся органов аварийного отключения.
) В аварийных ситуациях требуется быстрая оценка
создавшегося положения и самостоятельное принятие мер как по обеспечению
безопасности персонала, так и по предотвращению развития ситуации.
) Сохранить до начала работы комиссии по
расследованию обстановку на рабочем месте и состояние оборудования таким, каким
оно было в момент происшествия несчастного случая (если это не угрожает жизни
людей и не приведет к аварии).
) При несчастном случае (травмировании)
необходимо:
устранить воздействие на организм поражающих
факторов (освободить от действия электрического тока, вынести из зараженной
зоны, погасить горящую одежду и т.д.);
определить характер и тяжесть травмы и последовательность
мероприятий по спасению пострадавшего;
выполнить необходимые мероприятия по спасению
пострадавшего в порядке срочности (восстановить проходимость дыхательных путей,
провести искусственное дыхание, наружный массаж сердца, остановить кровотечение
и т.д.);
вызвать скорую медицинскую помощь, либо принять
меры для транспортирования пострадавшего в ближайшее лечебное учреждение;
поддержать основные жизненные функции
пострадавшего до прибытия медицинского работника;
сообщить в отдел охраны труда и техники
безопасности и своему непосредственному начальнику.
) При возникновении пожара необходимо:
отключить вводным выключателем
электрооборудование стенда,
сообщить в пожарную охрану завода или пожарную
охрану города;
организовать тушение пожара средствами,
находящимися на участке;
при необходимости вызвать медицинскую службу;
вызвать к месту пожара начальника смены,
участка, цеха.
) При поражении электрическим током необходимо
быстро освободить пострадавшего от действия электрического тока-отключить
соответствующую часть электрооборудования; перерезать или перерубить провода
(при напряжении до 1000 В) инструментом с деревянными или изолированными
рукоятками, либо оттянуть пострадавшего от токоведущих частей, взявшись за его
одежду (если она сухая) или сбросить с него провод деревянной палкой или руками
в диэлектрических перчатках.
) Пострадавшего нужно уложить на спину,
расстегнуть стесняющую дыхание одежду, проверить наличие дыхания, пульса,
проверить состояние зрачка. Широкий неподвижный зрачок указывает на отсутствие
кровообращения мозга. Состояние пострадавшего должно быть определено за 15-20
секунд.
) Если пострадавший находится в сознании, ему
необходимо обеспечить полный покой и наблюдать за пульсом до прихода врача. В
случае потери сознания, но сохранения дыхания, необходимо дать понюхать с ватки
нашатырный спирт или обрызгать лицо и грудь холодной водой. При остановке
дыхания и прекращении работы сердца нужно применить искусственное дыхание и
непрямой массаж сердца.
) При течах и разрывах трубопроводов двигателя,
прервать технологический процесс обкатки, остановить стенд и устранить
неисправности (заменить патрубки), а также сообщить в службу механика и
производственному мастеру о неисправностях.
) В аварийной ситуации, при работе двигателя в ²разнос²
следует принять меры по перекрытию подачи воздуха и топлива, путем нажатия
кнопки аварийной ²Стоп².
10.5 Требования
безопасности по окончании работы
) После окончания работы снять нагрузку с
обкатываемого дизеля, а затем отключить электромашину и заглушить дизель.
) Выключить вводным выключателем стенд.
) Протереть и положить инструмент в
инструментальный шкаф.
) Произвести уборку рабочего места.
) При сдаче смены сообщить сменщику и мастеру о
замеченных неисправностях во время работы.
) О всякой замеченной опасности немедленно
заявить администрации.
) Не оставлять личную одежду на рабочем месте.
Спецодежду в нерабочее время хранить в специальном шкафу отдельно от личной
одежды.
) После окончания работ и перед началом приема
пищи вымыть лицо и руки теплой водой с мылом или принять душ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполнения дипломного проекта,
спроектирован бензиновый двигатель, предназначенный для установки на
малолитражный автомобиль.
Автомобиль, на который устанавливается данный
двигатель, эксплуатируется в условиях умеренного климата. Его максимальная
скорость составляет 150 км/ч. При проведении расчета было установлено, что
силовой агрегат, которым комплектуется данный автомобиль должен развивать
мощность 63 кВт при частоте вращения коленчатого вала 5800 мин-1.
В проекте произведены тепловой
расчет двигателя, динамический расчет кривошипно-шатунного механизма,
кинематический анализ, обоснование выбора конструкции и проверочный расчет
основных деталей кривошипно- шатунного механизма и механизма газораспределения,
расчет всех систем двигателя, проведен
патентно-информационный поиск. Прочностной расчет
основных деталей двигателя показал, что марки использованных материалов
удовлетворяют условиям запаса прочности.
В результате выполнения экономической части
дипломного проекта определены затраты на стадии производства и эксплуатации
двигателя.
Также в проекте освещены вопросы охраны труда, ,
электробезопасности и техники безопасности при работе со станками токарной и
шлифовальной группы.
Применяемая система позволяет снизить
токсичность отработавших газов до Евро-3.
Список использованных
источников
1.
А.И Колчин, В.П. Демидов Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб.
пособие для вузов.-2-е езд., перераб. и доп.-М.: Высш. школа, 1980.-400с., ил.
.
Расчет и конструирование автомобильных и тракторных двигателей (дипломное
проектирование): Учеб. Пособие для вузов/ Б.Е. Железко, В.М. Адамов, И.К.
Русецкий, Г.Я. Якубенко. - Мн.:Выш. шк., 1987.-247 с., ил.
.
А.Н Сарапин., Н.П Цаюн., Г.Я Якубенко. Методическое пособие к курсовому
проектированию по курсу «Автомобильные двигатели».-Мн.: БПИ, 1980.-84с., ил.
.
Конструкция и расчет автотракторных двигателей / Под ред. Ю.А. Степанова. - М.:
Машиностроение, 1964.-550с., ил.
.
И.К. Русецкий, Н.П. Цаюн, Г.Я. Якубенко. . Методическое пособие к курсовому
проектированию по курсу «Автомобили» .-Мн.: БПИ, 1983.-44с., ил.
.
В.А. Вершигора, А.П. Игнатов и др. Автомобили ВАЗ-2108, ВАЗ-21081, ВАЗ-21083 /
Многокрасочный альбом. - М.: Третий Рим., 1996.-90с., ил.
.
Р.К. Мозберг. Материаловедение: Учеб. Пособие.- 2-е изд., перераб.- М.:
Высш.шк., 1991.- 448с.-ил.
.
Методическое пособие по курсам «Теория рабочих процессов ДВС» и «Динамика ДВС»
для студентов специальности Т.05.10.00. Под редакцией Г.А.Вершина,
Г.А.Якубенко.
.
Проектирование технологических процессов механической обработки в
машиностроении, /Под ред. В.В. Бабука, Мн.: Высшая школа, 1987. - 256 с.
.
Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии
машиностроения. - Мн.: Высшая школа, 1983. - 256 стр.
.
Справочник технолога-машиностроителя: В 2 т. Т. 1. - 4-е изд., перераб. и доп.
/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. - 656 с
.
Справочник технолога-машиностроителя: В 2 т. Т. 2. - 4-е изд., перераб. и доп.
/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с
.
Режимы резания металлов: Справочник /Под ред. Ю.В. Барановского. - М.: Машиностроение,
1972. - 408 с.
.
Сергеев И.В. Экономика предприятия. М.: Финансы и статистика, 1997 г.
.
Волков О.И. Экономика предприятия. Учебник. М.: Инфра-М, 1998 г.
.
ГОСТ 12.0.003-74.ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы.
Классификация.
.
ГОСТ 12.1.004-91.ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.
.
ГОСТ 12.1.005-83.ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.
.
ГОСТ 12.1.005-88.ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху
рабочей зоны.
.
ГОСТ12.1.019-79.ССБТ. Электробезопасность. Общие требования.
.
ГОСТ 12.1.012-90.ССБТ. Вибрационная безопасность.
.
ГОСТ12.2.009-80.ССБТ. Станки металлообрабатывающие. Общие требования
безопасности.
.
ГОСТ 12.2.033-78.ССБТ. Рабочее место при выполнении работ стоя. Общие
эргонометрические требования.
.
СНиП 2.01.02-85. «Противопожарные нормы»./М., 1985 г.-124с.
.
СНБ 2.04.05-98. «Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования».
М., 1998 г.-108с.