Расчет автомобильного двигателя
Задание на
курсовой проект
Спроектировать двигатель для легкового
автомобиля по следующим исходным данным.
Исходные данные
. Тип двигателя и его назначение ….….
бензиновый для легкового автомобиля
2. Диаметр цилиндра , м ………
0,082
. Ход поршня , м ……….…….
0,070
. Отношение радиуса кривошипа
к длине шатуна λ ….. 0,280
. Число цилиндров …….………. L-4
. Частота вращения , об/мин….
5800
. Число клапанов на цилиндр ……. 2
. Средняя скорость заряда в
клапане , м/с… 100
. Коэффициент избытка воздуха
…. 0,95
. Повышение давления в
компрессоре . 1,0
. Подогрев при впуске , град….. 5
. Коэффициент сопротивления
при впуске . 2,3
. Давление остаточного газа , МПа……
0,110
. Коэффициент очистки остаточных
газов …….… 0,93
. Коэффициент дозарядки ……………. 1,02
. Степень сжатия ………..……..…..
9,4
. Молекулярная масса топлива ,
кг/моль………... 120
. Молекулярная масса воздуха ,
кг/моль…….... 28,97
. Низшая теплота сгорания
бензина , кДж/кг .…
44000
. Атмосферное давление , МПа….………....
0,1
. Температура окружающего
воздуха , К ………. 293
. Универсальная газовая
постоянная воздуха , кДж/(кг×К) . 287
. Состав бензина….….…
С=0,855; Н=0,145
Введение
Наибольшее распространение
получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются
компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяются во всех
отраслях народного хозяйства.
В настоящее время - особое
внимание уделяется уменьшению токсичности выбрасываемых в атмосферу вредных
веществ и снижению уровня шума работы двигателя.
Специфика технологии
производства двигателей и повышение требований к качеству двигателей при
возрастающем объеме их производства, обусловили необходимость создания
специализированных моторных заводов. Успешное применение двигателей внутреннего
сгорания, разработка опытных конструкций и повышение мощностных и экономических
показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и
разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания.
Выполнение задач по
производству и эксплуатации транспортных двигателей требует от специалистов
глубоких знаний рабочего процесса двигателей, знания их конструкций и расчета
двигателей внутреннего сгорания.
С целью углубленного изучения
конструкции и работы двигателя при различных режимах эксплуатации в данном
проекте рассмотрены принципы разработки и методы выбора оптимальных вариантов
конструкторских решений при расчете бензинового двигателя, а также правилами
оформления технологической документации в соответствии с государственными
стандартами ЕСКД, ЕСТД, отраслевыми стандартами и другой нормативно-технической
документацией.
Для создания чертежей двигателя
(продольный и поперечный разрезы) использовалась система КОМПАС-ЗD.
Система обладает собственным математическим ядром и параметрической
технологией. Основная задача, решаемая системой - это моделирование изделий с
целью сокращения периода проектирования и скорейшего их запуска в производство.
Расчет и построение графиков производились в программе Advanced
Grapher и Microsoft
Excel, их корректировка
и доработка в - Adobe
Photoshop и Adobe
Illustrator.
В настоящее время требования к
автомобилям и их двигателям становятся все более жесткими. Так при прочих
равных условиях стараются получить незначительную собственную массу автомобиля,
большой полезный объём салона, низкий уровень шума, вибрации, токсичности
отработавших газов и в целом повышенную комфортность автомобиля. Двигатели
должны быть экономичными, надёжными, динамичными для обеспечения режимов
эксплуатации в условиях городской езды.
1. ТЕПЛОВОЙ
РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ
На основании исходных данных производим
следующие расчеты.
1.1 Параметры рабочего тела
Теоретически необходимое количество воздуха для
сгорания 1 кг топлива:
кмоль воздуха/кг топлива;
кг воздуха/кг топлива.
Рассчитываем количество свежего
заряда (воздуха):
кмоль воздуха /кг топлива.
Рассчитываем количество горючей
смеси:
кмоль/кг.
1.2 Параметры отработавших газов
При <l количество
отдельных компонентов продуктов сгорания в расчете на 1 кг топлива равно:
оксида углерода:
;
где k-
экспериментальный коэффициент, зависящий от отношения углерода С и водорода Н в
топливе, определяется по формуле:
;
кмоль/кг;
углекислого газа:
кмоль/кг;
водорода:
кмоль/кг;
водяного пара:
кмоль/кг;
азота: кмоль/кг;
кислорода: кмоль/кг.
Общее количество продуктов сгорания
дизельного топлива и бензина:
двигатель динамический шатунный шейка
Коэффициент молекулярного изменения горючей
смеси:
.
Коэффициент молекулярного изменения
горючей смеси для бензиновых двигателей .
1.3 Расчет первого такта (впуск ).
Определяем потери давления во
впускном тракте при впуске:
;
кг/м3;
МПа.
Рассчитываем давление в конце впуска
в цилиндре двигателя:
МПа.
Рассчитываем коэффициент остаточного
газа в двигателе:
Предварительно принимается:
= 900...1100 К - для бензиновых ДВС.
Принимаем = 1100 К;
Определяем температуру в конце
впуска в двигателе:
К;
.
Рассчитываем коэффициент наполнения
двигателя:
1.4 Расчет второго такта (сжатие- ).
Показатель политропы сжатия определяется
по эмпирической зависимости:
об/мин ; об/сек ;
;
где - номинальная частота вращения
коленчатого вала двигателя, .
Показатель политропы сжатия для
бензиновых двигателей =
1,30...1,39.
Давление в конце сжатия:
МПа.
Температура в конце сжатия:
К;
6
.
Лист
Изм.
1.5 Расчет участка подвода тепла
В результате расчета этого участка
должны быть определены значения , и , после подвода тепла.
Определение параметров процесса
сгорания в бензиновых двигателях.
Уравнение сгорания для бензиновых
двигателей имеет вид:
.
- средняя мольная теплоемкость
свежего заряда при постоянном объеме:
кДж/(кмоль град);
- средняя мольная теплоемкость
продуктов сгорания, при =0,8...1,0;
определяется из выражения:
;
Коэффициент использования тепла
принимается для бензиновых двигателей = 0,85...0,95;
Примем = 0,90.
- потери тепла в связи с неполнотой
сгорания из-за недостатка кислорода определяются по уравнению:
кДж/кг.
Все величины, входящие в уравнение
сгорания, за исключением и известны.
Если обозначить левую (известную) часть уравнения через S' подставить значение из
уравнения сгорания, получим:
или ;
;
;
.
Для бензиновых двигателей =1,02...1,12;
;
Решим квадратное уравнение: ;
;
К;
Определим температуру в конце
процесса сгорания которая для
бензиновых ДВС в зависимости от сорта топлива, состава смеси, степени сжатия и
других факторов находится в пределах = 2500...3000 К;
.
Определим давление в цилиндре после
подвода тепла:
Степень повышения давления
рекомендуется принимать в пределах = 2,5...4,0, при этом МПа.
Возьмем =4,0;
МПа.
1.6 Расчет третьего такта (расширение
)
Показатель политропы расширения может быть
определен по эмпирической зависимости:
;
Показатель политропы расширения для
бензиновых двигателей =
1,23...1,30. Для бензиновых и газовых двигателей давление и температура в конце
расширения:
МПа;
К.
Для оценки точности теплового
расчета проводится проверка ранее принятой температуры отработавших газов для
бензиновых двигателей:
К;
.
Расхождение допускается в пределах
(5...7)%.
.7 Расчет четвертого такта (очистка
цилиндра- )
Задано const, МПа.
1.8 Индикаторные параметры рабочего
цикла
Для бензинового двигателя,
работающего по циклу V = const, теоретическое индикаторное давление
(индикаторная работа, совершаемая в единице рабочего объема), равно:
Действительное среднее индикаторное
давление:
МПа;
где 0,92 << 0,97,
здесь -
коэффициент, учитывающий «скругление» индикаторной диаграммы, примем =0,92.
Рассчитываем индикаторную мощность и
индикаторный крутящий момент двигателя:
л;
КВт;
Для четырехтактных двигателей
коэффициент тактности =4;
Нм.
Определяем индикаторный КПД и
удельный индикаторный расход топлива:
;
г/кВтч; (Здесь в МПа, в МДж.)
1.9 Эффективные параметры рабочего
цикла
Рассчитываем среднее давление
механических потерь (работа, затрачиваемая на трение и привод вспомогательных
агрегатов, приходящая на единицу рабочего объема):
, МПа,
где и - коэффициенты, зависящие от числа
цилиндров и от отношения хода поршня к диаметру цилиндра и типа камеры
сгорания;
Средняя скорость поршня, м/с:
м/с.
Значения коэффициентов и .
Тип
двигателя
|
|
|
Карбюраторный
S/D
≤1, i ≤ 6
|
0,034
|
0,0113
|
МПа.
Рассчитываем среднее эффективное
давление (эффективную работу, снимаемую с единицы рабочего объема):
МПа.
Рассчитываем механический КПД:
.
Его величина для бензиновых
двигателей =
0,70...0,85.
Определяем эффективную мощность:
кВт.
Определяем эффективный КПД: ; он
составляет для двигателей с искровым зажиганием = 0,18...0,30.
Определяем эффективный удельный
расход топлива:
г/кВтч;
для бензиновых двигателей = 300…370
г/кВтч,
Эффективный крутящий момент:
Нм.
Здесь подставляется в об/мин.
Расход топлива:
кг/час.
Литровая мощность:
кВт/л.
1.10 Построение индикаторных
диаграмм в координатах (Р-V)
, м3
, м3
, м3
, МПа
, МПа
, МПа
, МПа
, МПа
, МПа
, МПа
- для политропы сжатия;
- для политропы расширения.
1.11 Тепловой баланс
Доля теплоты, затраченная на
полезную работу, определена в тепловом расчете =0,288.
Доля теплоты, потерянная в
бензиновых ДВС при из-за
недогорания топлива:
Доля теплоты, унесенная с
отработавшими газами:
Рассчитываем температуру
отработавших газов:
Определяем энтальпию отработавших
газов бензиновых двигателей при температурах
: ,
кДж/кмоль. Для определения пользуются
соответствующей таблицей. По таблице методом линейного интерполирования найдем:
, кДж/кмоль.
Тогда, , кДж/кмоль
Определяем энтальпию
топливно-воздушной смеси в конце впуска:
, кДж/кмоль
,кДж/кг
Доля тепла передаваемой охлаждающей
среде:
.
1.12 Скоростная характеристика
двигателя
Для бензинового двигателя построение
внешней скоростной характеристики ведется в интервале , где , об/мин; , об/мин.
Возьмем: об/мин; об/мин.
Внешнюю скоростную характеристику
строим по следующим эмпирическим соотношениям:
Мощность двигателя:
, кВт
Крутящий момент:
, Н×м.
Среднее эффективное давление 4-х
тактного двигателя:
, МПа.
Среднее давление механических
потерь:
, МПа
Среднее индикаторное давление:
, МПа
Удельный эффективный расход топлива:
, г/кВт×ч
Часовой расход топлива:
, кг/ч
Полученные данные заносим в таблицу
1, по ним строим внешнюю характеристику двигателя.
Таблица 1. Результаты расчета
внешней скоростной характеристики
, об/мин, кВт, Н×м, МПа, МПа, МПа, г/кВтч, кг/ч
|
|
|
|
|
|
|
|
800
|
10,342
|
123,509
|
1,049
|
0,055
|
1,105
|
307,849
|
3,183
|
1300
|
17,631
|
129,579
|
1,101
|
0,068
|
1,169
|
286,738
|
5,056
|
1800
|
25,247
|
134,009
|
1,139
|
0,081
|
1,220
|
269,973
|
6,816
|
2300
|
32,932
|
136,798
|
1,162
|
0,095
|
1,257
|
257,551
|
8,482
|
2800
|
40,427
|
137,946
|
1,172
|
0,108
|
1,280
|
249,473
|
10,086
|
3300
|
47,477
|
137,454
|
1,168
|
0,121
|
1,289
|
245,738
|
11,667
|
3800
|
53,822
|
135,321
|
1,150
|
0,134
|
1,284
|
246,346
|
13,259
|
4300
|
59,205
|
131,548
|
1,118
|
0,147
|
1,265
|
251,297
|
14,878
|
4800
|
63,369
|
126,134
|
1,072
|
0,181
|
1,232
|
260,592
|
16,514
|
5300
|
66,056
|
119,079
|
1,012
|
0,174
|
1,185
|
274,229
|
18,115
|
5800
|
67,010
|
110,383
|
0,938
|
0,187
|
1,125
|
292,210
|
19,581
|
6100
|
66,642
|
104,378
|
0,887
|
0,195
|
1,081
|
305,083
|
20,331
|
2. ДИНАМИЧЕСКИЙ
РАСЧЕТ
Динамический расчет автомобильного двигателя
производиться на режиме максимальной мощности по результатам теплового расчета.
В результате расчета необходимо определить следующие силы и моменты,
действующие на кривошипно-шатунном механизме двигателя (рисунок):
- избыточное давление газов над поршнем , МПа;
- удельную суммарную силу, действующую на поршень , МПа;
- удельную суммарную силу, воспринимаемую стенками
цилиндра (нормальное давление) , МПа;
- удельную силу инерции от возвратно-поступательно
движущихся масс , МПа;
- удельную силу, действующую вдоль шатуна , МПа;
- удельную силу, действующую вдоль кривошипа , МПа;
- удельную силу, направленную по касательной к
окружности радиуса кривошипа ,МПа;
- крутящий момент от одного цилиндра , Н×м;
- крутящий момент от i цилиндров , Н×м;
- удельную центробежную силу инерции от
неуравновешенных вращающихся масс, сосредоточенных на радиусе кривошипа , МПа;
- удельную силу, действующую на шатунную шейку , МПа.
Расчетные значения всех сил сводятся в таблицу
3, на основании данных которых строятся их графики.
2.1 Расчет сил, действующих в КШМ
Построение развернутой индикаторной
диаграммы в координатах .
Перестройку индикаторной диаграммы
из в развернутую
диаграмму удельных давлений (в координатах ), действующих на поршень, проще
выполнить графическим методом Брикса. Метод Брикса заключается в том, что на
длине хода поршня построенной индикаторной диаграммы в координатах описывают
полуокружность с центром в точке О. Для учета влияния длины шатуна откладывают
от центра полуокружности (точки О) по направлению нижней мертвой точки
бицентровую поправку Брикса в масштабе диаграммы
.
Тогда
где R- радиус
кривошипа; для центрального механизма;
- отношение радиуса кривошипа к
длине шатуна.
Из точки проводят
ряд лучей (рекомендуется не менее 5) под углами до пересечения с полуокружностью.
Проекции концов этих лучей на линии процесса всасывания, сжатия, расширения и
выпуска указывают, какие точки рабочего процесса соответствуют тем или иным
углам поворота коленчатого вала. При построении развернутой индикаторной
диаграммы после ее скругления определяют максимальные значения сил от давления
газов и
результирующей силы .
Рассчитываем избыточное давление
газов над поршнем:
, МПа
,МПа
Аналогично ведем расчет для
остальных углов ПКВ занося результаты в таблицу 3.
Определяем удельное значение силы
инерции от возвратно-поступательного движения масс поршневой группы:
, МПа
Здесь - определяется по статистическим
данным, , рад/с, , мм.
По статистическим данным определим и методом
линейного интерполирования: , .
, МПа.
Аналогично ведем расчет для
остальных углов ПКВ занося результаты в таблицу 3.
Рассчитываем удельную суммарную
силу, действующую вдоль оси цилиндра:
, МПа.
,МПа
Аналогично ведем расчет для
остальных углов ПКВ, занося результаты в таблицу 3.
Определим удельную суммарную силу,
действующую на стенку цилиндра:
, МПа.
Здесь - удельная суммарная сила,
действующая на поршневой палец.
, МПа; , МПа
Аналогично ведем расчет для
остальных углов ПКВ, занося результаты в таблицу 3.
Рассчитываем удельную суммарную
силу, действующую вдоль шатуна:
, МПа; , МПа.
Аналогично ведем расчет для
остальных углов ПКВ, занося результаты в таблицу 3.
Определяем удельную силу,
действующую вдоль кривошипа:
, МПа; , МПа.
Аналогично ведем расчет для
остальных углов ПКВ, занося результаты в таблицу 3.
Рассчитываем удельную суммарную
силу, действующую по касательной к кривошипу:
, МПа; , МПа.
Аналогично ведем расчет для
остальных углов ПКВ, занося результаты в таблицу 3.
.1.9. Определяем крутящий момент от
одного цилиндра:
, Н×м.
Здесь , м2, - площадь поршня.
, Н×м.
Аналогично ведем расчет для
остальных углов ПКВ, занося результаты в таблицу 3.
Определяем крутящий момент от i цилиндров,
пользуясь таблицей 2.
Таблица 2. Результаты расчета
суммарного крутящего момента (1-3-4-2).
Цилиндры
|
, Н×м
|
1
|
3
|
4
|
2
|
|
,Н×м,Н×м,Н×м,Н×м
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0
|
0
|
540
|
0
|
180
|
0
|
360
|
0
|
0
|
30
|
-238,74
|
570
|
-106,38
|
210
|
-106,73
|
390
|
288,13
|
-165,72
|
60
|
-135,42
|
600
|
-181,218
|
240
|
-180,92
|
420
|
144,49
|
-353,09
|
90
|
108,62
|
630
|
-108,61
|
270
|
-117,86
|
450
|
236,13
|
118,27
|
120
|
182,35
|
660
|
135,42
|
300
|
97,00
|
480
|
242,93
|
657,71
|
150
|
106,38
|
690
|
240,09
|
330
|
137,29
|
510
|
132,26
|
616,03
|
180
|
0
|
720
|
0
|
360
|
0
|
540
|
0
|
0
|
Период изменения суммарного
крутящего момента равен: .
После построения графика суммарного
крутящего момента определяется средний индикаторный момент:
, Н×м.
Приблизительно величина
, Н×м.
Здесь ,- площади диаграммы суммарного
крутящего момента, расположенные над и под осью абсцисс соответственно; - длина
диаграммы ,
соответствующая периоду изменения суммарного крутящего момента; - масштаб
крутящего момента по оси ординат, Н×м/мм. Полученное значение сравниваем
со значением среднего индикаторного момента, определенным в тепловом расчете.
Рассчитаем удельную центробежную
силу инерции от вращающихся неуравновешенных масс, сосредоточенных на радиусе
кривошипа:
, МПа,
где
Рассчитываем силу, действующую на
поверхность шатунной шейки:
, МПа
, МПа
Аналогично ведем расчет для
остальных углов ПКВ, занося результаты в таблицу 3.
2.2 Построение развернутой диаграммы
нагрузки на поверхность шатунной шейки
В таблице 3 рассчитана сила ,
действующая на поверхность шатунной шейки. Строим ее диаграмму в зависимости от
угла поворота кривошипа и определяем среднее значение:
, МПа
Среднее значение силы можно
определить, подсчитав площадь между графиком и осью абсцисс, разделив на длину
диаграммы. Полученная величина умножается на масштаб по оси ординат.
Приблизительно величина
,
где F - площадь
между графиком и осью
абсцисс; - длина
диаграммы;
- масштаб по оси ординат.
, МПа
2.3 Построение полярной диаграммы
сил, действующих на шатунную шейку
Строим координатную систему и с центром в
точке О, в которой отрицательная ось направлена вверх.
В таблице 3 каждому значению соответствует
точка с координатами . Наносим на
плоскость и эти точки.
Последовательно соединяя точки, получим полярную диаграмму. Вектор, соединяющий
центр О с любой точкой диаграммы, указывает направление вектора и его
величину в соответствующем масштабе.
Строим новый центр , отстоящий
от О по оси на величину
удельной центробежной силы от вращающейся нижней части шатуна .
В этом центре условно располагают
шатунную шейку с диаметром .
Вектор, соединяющий центр с любой
точкой построенной диаграммы, указывает направление действия силы на
поверхность шатунной шейки и ее величину в соответствующем масштабе.
Касательные линии из центра к верхней и
нижней частям полярной диаграммы отсекают наиболее нагруженную от наименее
нагруженной части поверхности шатунной шейки.
Маслоотводящее отверстие располагают
в середине наименее нагруженной части поверхности шатунной шейки, для чего
восстанавливают перпендикуляр к хорде, соединяющей точки пересечения
касательных к верхней и нижней частям полярной диаграммы.
3. РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ НА
ПРОЧНОСТЬ
.1 Расчет поршня
Рассчитываем напряжение изгиба на
днище поршня от газовой силы:
для компрессионного кольца
(50…150МПа)
где - относительная толщина днища
поршня;
- относительный внутренний диаметр
поршня;
- относительная толщина стенки
головки поршня;
- относительная радиальная толщина
кольца;
- радиальный зазор кольца в канавке
поршня;
- давление в цилиндре после подвода
тепла.
для маслосъемного кольца
относительный внутренний диаметр
поршня;
- относительная радиальная толщина
кольца;
- радиальный зазор кольца в канавке
поршня;
При наличии ребер жесткости МПа для
алюминиевых поршней.
Рассчитываем напряжение сжатия от
газовых сил в сечении X-X,
ослабленном масляными отверстиями:
для маслосъемного кольца
(30…40МПа)
где - площадь расчетного сечения с
учетом ослабления его отверстиями для отвода масла;
- относительный диаметр поршня по
дну канавки;
- относительный диаметр масляного
канала;
- число масляных отверстий в
поршне.
Рассчитываем напряжение разрыва в
сечении Х-Х от максимальной инерционной силы (при ):
для маслосъемного кольца
(4…10МПа)
где - сила инерции от масс поршневой
группы, расположенной выше сечения Х-Х:
Учитывая статистические данные, а
также соотношения:
получим
Напряжение в верхней кольцевой
перемычке:
напряжение среза
где - относительная толщина первой
кольцевой перемычки.
напряжение изгиба:
Сложное напряжение по третьей теории
прочности:
где
Удельное давление поршня, отнесенное
в высоте юбки поршня:
(0,33…0,96)
где - относительная высота юбки поршня;
МПа - удельная суммарная сила,
действующая на стенку цилиндра.
Удельное давление поршня, отнесенное
ко всей высоте поршня:
(0,22…0,42)
где - относительная высота поршня.
3.2 Расчет поршневого кольца
Рассчитываем среднее давление на
стенку цилиндра:
для компрессионного кольца
для маслосъемного кольца
Где
МПа - модуль упругости для серого
чугуна;
- относительная величина разности
между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состоянии.
Рассчитываем эпюру давления кольца в
различных точках окружности:
где - коэффициент для различных углов по
окружности кольца.
Результаты расчета эпюры удельного
давления кольца
0306090120150180
|
|
|
|
|
|
|
|
1,061,061,140,900,460,672,85
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3030,3030,3260,2570,1320,1920,815
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассчитываем напряжение изгиба кольца в рабочем
состоянии:
для компрессионного кольца
для маслосъемного кольца
Рассчитываем напряжение изгиба при
надевании кольца на поршень:
для компрессионного кольца
для маслосъемного кольца
где m=1,57 -
экспериментальный коэффициент, зависящий от способа надевания кольца.
Допустимое напряжение
3.3 Расчет поршневого пальца
Рассчитываем удельное давление
пальца на втулку верхней головки шатуна:
где - относительная длина втулки
поршневой головки шатуна;
- относительный наружный диаметр
пальца;
;
- коэффициент, учитывающий
уменьшение инерционной силы за счет вычета массы поршневого пальца.
Рассчитываем удельное давление
пальца на бобышку:
где - относительное расстояние между
бобышками;
- относительная длина пальца.
Напряжение от изгиба поршневого
пальца:
где - отношение внутреннего диаметра
пальца к наружному.
Рассчитываем касательное напряжение
от среза пальца в сечениях, расположенной между бобышкой и головкой шатуна:
Рассчитываем увеличение
горизонтального диаметра пальца в его средней части (овализация пальца).
3.4 Расчет стержня шатуна
Рассчитываем напряжение сжатия в
сечении В-В от сжимающей силы в плоскости качания шатуна:
Здесь =4,06 - суммарная сила;
где - ширина шатуна в среднем сечении;
;
;
;
- длина поршневой головки шатуна;
;
- коэффициент, учитывающий влияние
продольного изгиба шатуна в плоскости качения шатуна.
Рассчитываем напряжение сжатия в
сечении В-В от сжимающей силы в плоскости, перпендикулярной
плоскости качания шатуна:
где - коэффициент, учитывающий влияние
продольного изгиба шатуна в плоскости, перпендикулярной плоскости качения
шатуна.
Рассчитываем напряжение от действия
растягивающей силы:
где - удельная суммарная сила,
действующая вдоль оси цилиндра.
Рассчитываем средние значения
напряжения цикла:
в плоскости качания шатуна:
в плоскости перпендикулярной
плоскости качания шатуна:
.
Рассчитываем амплитуды напряжений
цикла:
в плоскости качания шатуна:
в плоскости перпендикулярной
плоскости качания шатуна:
.
Рассчитываем амплитуды цикла с
учетом концентраций напряжений в зависимости от размера и способа обработки
поверхности детали:
в плоскости качания шатуна:
в плоскости перпендикулярной
плоскости качания шатуна:
Здесь - коэффициент концентрации
напряжений;
Марка стали шатуна 45Г2
- предел прочности материала
шатуна;
по - коэффициент, учитывающий
абсолютные размеры детали;
по - коэффициент, учитывающий
абсолютные размеры детали;
- коэффициент, учитывающий способ
обработки поверхности детали.
Определяем запас прочности шатуна по
пределу усталости:
в плоскости качания шатуна:
;
в плоскости перпендикулярной
плоскости качания шатуна:
,
где - коэффициент приведения
ассиметрического цикла к равноопасному симметричному.
4. РАСЧЕТ СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЯ
4.1 Расчет системы смазки
Рассчитываем количества тепла,
отводимого от двигателя маслом, учитывая, что в современных автомобильных и
тракторных двигателях маслом отводится 1,5…3% от общего количества теплоты,
введенной в двигатель с топливом.
где - расход топлива;
- низшая теплота сгорания бензина.
Рассчитываем циркулярный расход
масла. Массовый циркуляционный расход масла равен:
,
где кДж/кг К - удельная теплоемкость
масла;
К - перепад температуры масла на
выходе и входе в систему смазки двигателя (нагрев масла).
Рассчитываем стабилизационный расход
масла:
Определяем расчетную
производительность насоса с учетом утечек масла через радиальные и торцевые
зазоры:
где - КПД насоса.
Рассчитываем мощность, затрачиваемую
на привод масляного насоса:
где - напор в масляном насосе;
- избыточное давление масла в
системе;
где и - соответственно давления масла
перед насосом и за насосом;
объемный расход масла;
- плотность масла в системе;
- механический КПД насоса.
4.2 Расчет системы охлаждения
Рассчитываем количество тепла,
отводимого от двигателя охлаждающей жидкостью:
где - доля тепла, передаваемого
охлаждающей жидкости;
- расход топлива;
- низшая теплота сгорания бензина.
Рассчитываем циркулярный расход
жидкости в системе охлаждения:
- для антифриза,
- для воды,
где кДж/кг К - удельная теплоемкость
охлаждающей жидкости (антифриз); кДж/кг К - удельная теплоемкость
охлаждающей жидкости (вода); К - перепад температуры охлаждающей
жидкости на выходе и входе в двигатель (нагрев масла).
Рассчитываем производительность
насоса:
- для антифриза,
- для воды,
где - коэффициент подачи насоса.
Рассчитываем мощность, потребляемую
насосом, задаваясь величиной напора:
- для антифриза,
- для воды,
где МПа - перепад давления на выходе и
входе насоса;
- плотность охлаждающей жидкости
(антифриз).
- плотность охлаждающей жидкости
(вода).
- для антифриза,
- для воды,
где - механический КПД насоса;
- объемный расход охлаждающей
жидкости (вода).
- объемный расход охлаждающей
жидкости (антифриз).
Список
литературы
1. Автомобильные
двигатели. / Под редакцией М. С. Ховаха. М.: Машиностроение, 1977.
. Двигатели
внутреннего сгорания. /Под ред. В. Н. Луканина. М.: Высшая школа, 1985.
. Двигатели
внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и
комбинированных двигателей. /Под ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова. М.:
Машиностроение, 1984.
. Двигатели
внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных
двигателей. /Под ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова М.: Машиностроение, 1980.