Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Октября 2013 в 17:55, курсовая работа
Современные наземные виды транспорта обязаны своим развитием главным образом применению в качестве силовых установок поршневых двигателей внутреннего сгорания. Именно поршневые ДВС до настоящего времени являются основным видом силовых установок, преимущественно используемых на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-транспортных и строительных машинах. Являясь достаточно сложным агрегатом, любой двигатель должен вбирать в себя многие достижения постоянно развивающихся различных направлений и отраслей науки: химии и физики, гидравлики и аэродинамики, теплотехники и электроники, металлургии и сопротивления материалов, математики и вычислительной техники и т. д. и т. п.
Введение…………………………………………………………………………5
1 Тепловой расчет рабочего цикла двигателя….………...……………………6
1.1 Рабочее тело и его свойства………………………………………………6
1.2 Процесс впуска……………………………………………………………10
1.3 Процесс сжатия…………………………………………………...……….13
1.4 Процесс сгорания…………………………………..……………………..16
1.5 Процесс расширения………………………………………….…………..19
1.6 Процесс выпуска………………………………………….……………….21
1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла……………………..……….22
1.8 Эффективные показатели двигателя……………………………………..23
1.9 Основные параметры и показатели двигателя……….………………….25
1.10 Тепловой баланс двигателя……………………………..………………28
2 Построение индикаторной диаграммы……………………………...……….32
3 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя….....36
3.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме……………………...…………………………………………………36
3.2 Построение графиков сил и моментов…………………………………..39
4 Расчет внешней скоростной характеристики……………….………………42
5 Оценка надежности проектируемого двигателя………………………….….43
6 Подбор автотранспортного средства к двигателю……………………….….44
7 Порядок Компоновка двигателя……………….………………………….….46
8 Расчет деталей на прочность…..……………….……………………………..50
8.1 Поршень…………………...………………………………………………50
8.2 Поршневое кольцо………..………………………………………………53
8.3 Шатун…………………………………………………………...…………54
Заключение………………………………………………...…………………….59
Список использованных источников…………………………….……...…..…60
(1.58)
Ход поршня двигателя в мм определяется по формуле:
Полученные значения S и D округляются в большую сторону до чисел чётных или кратных пяти.
Окончательно принимаем мм.
Окончательная средняя скорость поршня в м/с определяется по формуле:
,
Расхождение между рассчитанным значением по формуле (1.60) и принятым значением средней скорости поршня при оценке механических потерь в пункте (1.8.1) не должно превышать 5 %. В противном случае производится перерасчет средней скорости поршня по полученному значению.
Ошибка составляет: , что допустимо.
По принятым значениям D и S определяют окончательные основные параметры и показатели двигателя.
Рабочий объём одного цилиндра в дм3 определяется по формуле:
Литраж двигателя в дм3 определяется по формуле:
Объём камеры сгорания в дм3 определяется по формуле:
Полный объём цилиндра в дм3 определяется по формуле:
Мощность двигателя в кВт определяется по формуле:
Литровая мощность двигателя в кВт/дм3 определяется по формуле:
Эффективный крутящий момент в Нм определяется по формуле:
Часовой расход жидкого топлива в кг/ч определяется по формуле:
1.10 Тепловой баланс двигателя
Для определения характера теплоиспользования и путей его улучшения при расчете двигателя необходимо определить составляющие теплового баланса.
Уравнение теплового баланса имеет вид:
(1.69)
где - общее количество теплоты, введённое в цилиндр, Дж/с;
- теплота, эквивалентная
- теплота, отданная окружающей среде, Дж/с;
- теплота, уносимая из двигателя с отработавшими газами, Дж/с;
- теплота, потерянная при
- неучтённые потери теплоты, Дж/с.
Общее количество теплоты в Дж/с определяется по формуле:
Теплота , эквивалентная эффективной работе, в Дж/с определяется по формуле:
Теплота , отданная окружающей среде, в Дж/с определяется по формулам:
при жидкостном охлаждении дизельных двигателей:
где D - диаметр цилиндра, см;
с - коэффициент пропорциональности, который принимается из интервала с = 0,45...0,53;
Принимаем с = 0,52
т - показатель степени, который принимается из интервала т=0,6...0,7;
Принимаем т= 0,67
Дж/с
Теплота , унесённая из
двигателя с отработавшими
(1.73)
где - температура остаточных газов, °С; .
- теплоёмкость остаточных газов в кДж/(кмоль град), которую
можно определить по формуле (1.27) для дизельных двигателей при подстановке в данную формулу значения температуры остаточных газов;
- теплоёмкость свежего заряда в кДж/(кмоль град), которую можно определить по формуле (1.26) при подстановке в данную формулу значения температуры tк = 20 °С.
Дж/с
Теплота , потерянная при неполном сгорании топлива, в Дж/с определяется по формуле:
Неучтённые потери теплоты в Дж/с определяются по формуле:
(1.75)
Если значение , то необходимо пересчитать величину , уменьшив значения коэффициента с и (или) показателя т.
Дж/с
Тепловой баланс определяется также в процентах от всего количества введённой теплоты по следующим формулам:
,
,
,
,
Очевидно, что должно выполняться условие
Рассчитанные значения составляющих теплового баланса необходимо сравнить со значениями у современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представленных в таблице 1.9
Таблица 1.9 - Значения составляющих теплового баланса в процентах
Тип двигателя |
|
|
|
|
|
|
Дизельный с наддувом |
35…40 |
20…35 |
25…30 |
0 |
2…5 |
Рассчитываемый двигатель |
39,3 |
23,2 |
31,2 |
0 |
4,1 |
2 Построение индикаторной диаграммы
Индикаторная диаграмма строится с использованием результатов теплового расчета.
Определяется отрезок АВ в мм, соответствующий рабочему объёму двигателя , по величине равный ходу поршня S в масштабе в мм/мм. Масштаб принимают равным 1,0; 1,5 или 2,0. При этом длина отрезка должна войти в рекомендуемый диапазон 70...100 мм.
мм
Отрезок ОА в мм соответствует объёму камеры сгорания Vс, и определяется из выражения .
мм
Отрезок, соответствующий полному объему цилиндра,
По оси ординат откладывается отрезок ОД, соответствующий макси-мальному давлению сгорания, в масштабе в МПа/мм так, чтобы отношение ОД/АВ=1,2...1,7, а масштаб давления принимал одно из рекомендуемых значений 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07; 0,10.
МПа/мм
Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в масштабе величины давлений ра, рс, рz, рb, рr соответствующих характерным точкам: а; с; z; b; r. Между точками А и В проводятся прямые линии, параллельные оси абсцисс, ординаты которых соответствуют давлениям ра, рr, р0.
Отрезок z z' в мм для дизелей определяется из выражения
мм
Построение политроп сжатия и расширения проводится аналитическим методом. Для этого вычисляется ряд промежуточных точек (от 8 до 12) для интервала объёмов (Vc ...Va) и (Vz ... Vb) по уравнению политропы .
Для политропы сжатия откуда определяется давление в МПа по формулам:
,
.
где и - давление и объём в расчетной точке процесса сжатия;
ОВ - отрезок, соответствующий полному объему цилиндра, мм;
ОХ- абсцисса расчетной точки, мм.
Аналогично для политропы расширения определяется давление рх в МПа по формулам:
Результаты расчета заносятся в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 - Результаты расчетов политроп сжатия и расширения
№ точки |
ОХ, мм |
ОВ/ОХ |
, МПа |
, мм |
, МПа |
, мм |
1 |
5,15 |
16,79 |
7,84 |
78,33 |
18,67 |
186,67 |
2 |
6,78 |
12,76 |
5,39 |
53,86 |
11,76 |
117,6 |
3 |
15 |
5,77 |
1,83 |
18,26 |
4,81 |
48,13 |
4 |
25 |
3,46 |
0,91 |
9,11 |
2,52 |
25,18 |
5 |
35 |
2,47 |
0,58 |
5,76 |
1,64 |
16,44 |
6 |
45 |
1,92 |
0,41 |
4,09 |
1,20 |
11,95 |
7 |
55 |
1,57 |
0,31 |
3,11 |
0,93 |
9,27 |
8 |
65 |
1,33 |
0,25 |
2,48 |
0,75 |
7,50 |
9 |
75 |
1,15 |
0,20 |
2,04 |
0,63 |
6,25 |
10 |
86,48 |
1,00 |
0,17 |
1,68 |
0,52 |
5,22 |