Расчет и конструирование автомобильного двигателя

где μ_К – переменный коэффициент в зависимости от угла.

φ0	0	30	60	90	120	150	180
μК	1,05	1,04	1,02	1,00	1,02	1,27	1,50
р	0,267	0,264	0,259	0,254	0,259	0,323	0,381

По этим данным строим грушевидную эпюру давлений кольца на стенку цилиндров.

3. Напряжение изгиба  кольца в рабочем состоянии:

4. Напряжение изгиба  при надевании кольца на поршень:

5. Монтажный зазор  в замке поршневого кольца:

где ∆_К^/=0,08 мм, Т_Ц=383К, Т_К=493К, Т₀=293К.

 

Расчет поршневого пальца

 

Материал поршневого пальца – сталь 15Х, Е = 2∙10⁵ МПа.

Палец плавающего типа.

1. Расчетная сила, действующая  на поршневой палец:

газовая:

инерционная:

где

расчетная:

2. Удельное давление  пальца на втулку поршневой  головки шатуна:

3. Удельное давление  пальца на бобышке:

4. Напряжение изгиба  в среднем сечении пальцев:

Где а=d_В/d_П=15/22=0,682.

5. Касательные напряжения  среза в сечениях между бобышками  и головкой шатуна:

 

 

 

 

 

 

5.2 Расчет шатунной  группы

 

Расчет поршневой головки шатуна

 

1. На основании данных  расчетов получили: диаметр цилиндра D=78мм, ход поршня S=78мм, действительное давление сгорания р_zд = 4,7389МПа при n = 5500 об/мин, площадь поршня F_П=47,76 см² при φ=480⁰, масса поршневой группы m_П=0,478 кг, частота вращения n_x.х.max=6000мин^-1 и λ=0,285.

Материал шатуна –  углеродистая сталь 45Г2, Е = 2,2∙10⁵ МПа, α_Т=1∙10^-5 1/К, материал втулки – бронза Е = 1,15∙10⁵ МПа, α_Т=1,8∙10^-5 1/К.

2. При изгибе 

При растяжении и сжатии:

3. Расчет сечения 1-1.

Максимальное напряжение пульсирующего цикла:

Среднее напряжение и  амплитуда напряжения:

Запас прочности определяется по пределу усталости:

Напряжения от запрессованной втулки:

суммарный натяг:

удельное давление на поверхности соприкосновения втулки с головкой:

 

Расчет кривошипной  головки шатуна

 

1. Из динамического  расчета и расчета поршневой головки шатуна имеем: радиус кривошипа R = 0,039 м; масса поршневой группы m_П = 0,478 кг; масса шатунной группы m_Ш = 0,716кг; угловую частоту вращения ω_х.х.max = 628 рад/c; λ = 0,285. Диаметр шатунной шейки d_ш.ш=48 мм, толщина стенки вкладыша t_В=2мм, расстояние между шатунными болтами С_Б=62мм, длина кривошипной головки l_К=26мм.

2. Максимальная сила  инерции:

3. Момент сопротивления  расчетного сечения:

4. Момент инерции вкладыша  и крышки:

5. Напряжение изгиба  крышки и вкладыша:

где

 

Расчет стержня  шатуна

 

Из динамического расчета  имеем: Р_СЖ=Р_Г+Р_j=0,0145МН при φ=370⁰; Р_Р=-0,0115МН при φ=0⁰; L_Ш=136,8мм. Размеры сечения шатуна: h_ш=23мм; b_ш=16мм; а_ш=3,2мм; t_ш=3,4мм.

1. Площадь и моменты  инерции расчетного сечения:

2. Максимальное напряжение  от сжимающей силы:

в плоскости качания  шатуна:

в плоскости, перпендикулярной плоскости качания:

3. Минимальное напряжение  от растягивающей силы:

4. Среднее напряжение  и амплитуды цикла:

Так как  > и >0,76, то запасы прочности в сечении В-В определяются по пределу усталости:

 

Расчет шатунного  болта

 

Номинальный диаметр  болта d=10мм; шаг резьбы t=1мм; число болтов i_б=2. Материал – сталь 40Х. Предел прочности σ_В=980 МПа, текучести σ_Т=800 МПа; усталости при растяжении-сжатии σ_-1r=300 МПа; α_Б=0,17.

 

1. Сила предварительной  затяжки:

2. Суммарная сила, растягивающая  болт:

3. Максимальные и минимальные  напряжения, возникающие в болте:

4. Среднее напряжение и амплитуды цикла:

Так как  < то запас прочности болта определяется по пределу текучести:

 

5.3 Расчет масляного насоса

 

По тепловому расчету Q₀=221,92кДж/с.

Количество теплоты  отводимой маслом от двигателя:

Теплоемкость масла: ; плотность масла ρ_м=900кг/м³; температура нагрева масла в двигателе ∆Т_м=10К; циркуляционный расход масла с учетом стабилизации давления масла в системе

Объемный коэффициент  подачи: .

Расчетная производительность насоса:

Модуль зацепления зуба m=4,5мм; высота зуба h=2m=9мм; число зубьев шестерни z=7.

 Диаметр начальной  окружности шестерни:

Диаметр внешней окружности шестерни:

Окружная скорость u_н=6,36м/с.

Частота вращения шестерни:

Рабочее давление масла  в системе р=40∙10⁴ Па.

Механический КПД масляного  насоса η_мн=0,87.

Мощность, затрачиваемая  на привод насоса:

Длина зуба шестерни:

 

5.4 Расчет элементов  системы охлаждения

 

Расчет жидкостного  насоса

 

По данным теплового  расчета Q_в=60510Дж/с; средняя теплоемкость жидкости с_ж=4187Дж/(кг∙К); плотность жидкости ρ_ж=1000 кг/м³; напор р_ж=120кПа; частота вращения насоса n_вн=4600 мин^-1.

1. Циркуляционный расход  жидкости в системе охлаждения:

2. Расчетная производительность  насоса:

где η = 0,82 – коэффициент  подачи насоса.

3. Радиус входного  отверстия крыльчатки:

4. Окружная скорость  потока жидкости на выходе  из колеса:

где угол α₂=10⁰, β₂=45⁰; η=0,65 – гидравлический КПД насоса.

5. Радиус крыльчатки  колеса на выходе:

6. Окружная скорость входа потока:

7. Мощность, потребляемая  жидкостным насосом:

где η_м=0,82 – механический КПД жидкостного насоса.

 

Расчет жидкостного  радиатора

 

Количество теплоты, отводимое  двигателю  Дж/с, теплоемкость воздуха с_в=1000Дж/(кг∙К).

1. Количество воздуха,  проходящего через радиатор:

2. Массовый расход  жидкости, проходящий через радиатор:

3. Средняя температура  охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор:

4. Средняя температур  жидкости в радиаторе:

5. Поверхность охлаждения  радиатора:

где К=160 – коэффициент  теплопередачи для радиаторов легковых автомобилей, Вт/(м²∙К).

 

Расчет вентилятора

 

Расход воздуха, подаваемым вентилятором ; средняя температура Т_ср.в=325К; напор, создаваемый вентилятором, принимается ∆р_т=800Па.

1. Плотность воздуха  при средней температуре в  радиаторе:

2. Производительность  вентилятора:

3. Фронтовая поверхность  вентилятора:

4. Диаметр вентилятора:

5. Окружная скорость  вентилятора:

6. Частота вращения вентилятора:

Таким образом, выполнено  условие  (вентилятор и жидкостный насос имеют общий привод).

7. Мощность, затрачиваемая  на привод осевого вентилятора:

где η_В=0,38 – КПД вентилятора.

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В результате выполнения курсовой работы рассчитан и сконструирован автомобильный карбюраторный двигатель. Выполнены расчеты рабочих процессов  ДВС, теплового баланса, внешних  скоростных характеристик (с построением), кинематики и динамики кривошипно-шатунного механизма. Рассчитаны основные детали поршневой группы: поршня, поршневого пальца, кольца. На чертеже представлены: развертка индикаторной диаграммы и построение кривых удельных сил и суммарного крутящего момента.

В данной работе обоснованы основные параметры двигателя и даны необходимые описания и пояснения.

Разработанная конструкция  двигателя позволяет выполнить  требования к нему как к энергетической установке автомобиля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

1. Автомобильные двигатели. Расчет  рабочих процессов ДсИЗ. Учебно-методическое  пособие к курсовой работе  и практическим занятиям по  автомобильным двигателям для  студентов всех форм обучения  специальности 150200 – Автомобили  и автомобильное хозяйство/ Сост.: В.И.Ковалевский; Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. Технологии машиностроения. – Краснодар: Изд. КубГТУ, 2002 – 28с.

2. Автомобильные двигатели. Кинематика  и динамика двигателя. Учебно-методическое  пособие к курсовой работе  и практическим занятиям по автомобильным двигателям для студентов всех форм обучения специальности 150200 – Автомобили и автомобильное хозяйство/ Сост.: В.И.Ковалевский; Кубан. гос. технол. ун-т. Каф. Технологии машиностроения. – Краснодар: Изд. КубГТУ, 2002 – 80с.

3. Колчин А.И., Демиров В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для вузов – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш.шк., 2002. – 496 с.: ил.

4. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых  и комбинированных двигателей: Учебник  для студентов вузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / В.П.Адексеев, В.Ф.Воронин, Л.В.грехов и др.; Под общ.ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 288