0, 240 Та 480; 30, 270 та 510; . . . 210, 450 та 690 градусів відповідно.

Далі будуємо графік суми сил трьох пар циліндрів у масштабі µ_p=0,05 МПа/мм і µ_α =4 º/мм., при побудові графіка видно, що графік повторюється через кожні 240º повороту КВ, так як цьому положенню відповідає зміщення циклу циліндрів одного ряду.

4.7. Визначення середнього крутного моменту двигуна.

Середнє значення крутного моменту визначаємо через середнє за цикл значення Т_ср сумарної тангенціальної сили Т_Σ. Найпростішим способом її знаходження є підрахування площі F_д під кривою Т_Σ і ділення її на довжину діаграми L_д з урахуванням масштабу μ_P побудови графіка Т_Σ :

Т_ср = (F_д·μ_P/L_д). Н∙м (4.12)

При цьому площу під віссю абсцис вважаємо від'ємною. Підрахунок площі не викликає труднощів, так як графік Т_Σ побудований в програмі AutoCAD, за допомогою операції (площадь) визначаємо площу, яка дорівнює

F_д=3485,13 мм²., тоді з 4.11 маємо:

Т_ср=3485,13∙0,05/180= 0,968.

Визначивши Т_ср одержуємо значення середнього крутного моменту двигуна за формулою:

М_кр = (F_д·μ_P/L_д)·(πD²/4)·r·10⁶ = T_cр·(πD²/4)·r·10⁶, Н∙м (4.13)

М_кр=0,968∙3,14∙0,135²/4∙0,06∙10⁶=831 Н∙м.

Визначене за формулою 4.13 значення крутного моменту не враховує величини втрат на тертя (індикаторний крутний момент), які у тепловому розрахунку визначені через механічний ККД η_м. З урахуванням механічного ККД ефективний момент на колінчастому валу двигуна буде рівним:

М_е = М_КР·η_М, Н∙м. (4.14)

М_е=831∙0.7918=658 Н∙м.

4.8 Зі сторони шатуна на шатунну шийку діє сила Р_ш , яку розкладають на дві складові: тангенціальну Т_S, яку ми вже визначили, та нормальну Z_S, що діє вздовж осі кривошипа:

Z_S = P_с·cos(α + β)/cosβ, МПа (4.15)

Цю силу знайдемо за допомогою ЕОМ.

До сили Z_S додається сила інерції від обертання маси m_ш нижньої головки шатуна Р_S, що також діє вздовж осі (по радіусу) кривошипа і яку будемо знаходити за формулою:

P_S = – (1 – ľ)·m_ш·r·ω²·10^-6, МПа (4.16)

де (1 – ľ)·m_ш – частина маси шатуна, віднесена до нижньої головки. Позначення інших величин відповідає формулам 4.6 та 4.7.

Сили Z_S та P_S діють по одній лінії і тому їх можна сумувати з урахуванням знаку. Їх алгебраїчна сума позначена Р_шш = Z_S + P_S і складає колонку P_шш таблиці 7.

4.9 Результуюче навантаження на шатунну шийку з боку шатуна може бути знайдене, як векторна сума сил Т_S та P_шш, кут між якими завжди дорівнює 90° і тому величина сумарної сили визначається як:

, МПа (4.17)

Знайдені значення навантажень на шатунну шийку з боку шатуна заносимо до таблиці 7.

Таблиця 7

Результати динамічного розрахунку двигуна

α ºПКВ	Pj МПа	Рг МПа	Рс МПа	N МПа	Ts МПа	Pшш МПа	Rшш МПа	Sx мм	Tsп+ Тsл	Т∑ МПа
0	-0,6243	0,1380	-0,5863	0,0000	0,0000	-1,0312	1,0312	0,0000	0,1581	-0,5620
10	-0,6094	0,1380	-0,5714	-0,0236	-0,1225	-1,0035	1,0110	1,3147	0,1023	-0,9767
20	-0,5658	0,1380	-0,5278	-0,0431	-0,2210	-0,9261	0,9521	5,1963	0,0394	-0,9871
30	-0,4967	0,1380	-0,4587	-0,0550	-0,2770	-0,8147	0,8605	11,4616	-0,0106	-0,2949
40	-0,4071	0,1380	-0,3691	-0,0572	-0,2811	-0,6909	0,7459	19,8200	-0,0333	1,7659
50	-0,3033	0,1380	-0,2653	-0,0492	-0,2348	-0,5777	0,6236	29,8951	-0,0234	2,3793
60	-0,1921	0,1380	-0,1541	-0,0325	-0,1497	-1,0312	1,0312	41,2500	0,0146	2,0579

продовження таблиці 7

α ºПКВ	Pj МПа	Рг МПа	Рс МПа	N МПа	Ts МПа	Pшш МПа	Rшш МПа	Sx мм	Tsп+ Тsл	Т∑ МПа
70	-0,0805	0,1380	-0,0425	-0,0098	-0,0433	-0,4503	0,4524	53,4171	0,0681	1,5068
80	0,0253	0,1380	0,0633	0,0153	0,0649	-0,4490	0,4536	65,9267	0,1210	0,9612
90	0,1201	0,1380	0,1581	0,0387	0,1581	-0,4837	0,5088	78,3333	0,1581	0,5641
100	0,2004	0,1380	0,2384	0,0575	0,2248	-0,5429	0,5876	90,2374	0,1686	0,2033
110	0,2644	0,1380	0,3024	0,0694	0,2604	-0,6136	0,6666	101,2999	0,1480	0,2408
120	0,3121	0,1380	0,3501	0,0738	0,2663	-0,6839	0,7339	111,2500	0,0982	0,9122
130	0,3450	0,1380	0,3830	0,0710	0,2477	-0,7455	0,7856	119,8853	0,0268	2,8581
140	0,3654	0,1380	0,4034	0,0625	0,2115	-0,7941	0,8218	127,0662	-0,0555	3,2795
150	0,3767	0,1380	0,4147	0,0497	0,1643	-0,8289	0,8450	132,7051	-0,1372	2,7434
160	0,3819	0,1380	0,4199	0,0343	0,1114	-0,8512	0,8584	136,7533	-0,2084	2,0343
170	0,3838	0,1380	0,4218	0,0175	0,0561	-0,8633	0,8651	139,1878	-0,2635	1,4554
180	0,3842	0,1380	0,4222	0,0000	0,0000	-0,8671	0,8671	140,0000	-0,3032	1,0611
190	0,3838	0,1390	0,4228	-0,0175	-0,0562	-0,8643	0,8661	139,1878	-0,3365	0,8129
200	0,3819	0,1422	0,4240	-0,0346	-0,1125	-0,8552	0,8626	136,7533	-0,3808	0,6382
210	0,3767	0,1477	0,4243	-0,0509	-0,1681	-0,8378	0,8545	132,7051	-0,4603	0,4567
220	0,3654	0,1560	0,4214	-0,0653	-0,2209	-0,8097	0,8393	127,0662	-0,6013	0,1976
230	0,3450	0,1678	0,4128	-0,0766	-0,2670	-0,7689	0,8139	119,8853	-0,8224	-0,1837
240	0,3121	0,1842	0,3964	-0,0835	-0,3015	-0,7154	0,7764	111,2500	-1,1081	-0,5620
250	0,2644	0,2069	0,3713	-0,0852	-0,3198	-0,6520	0,7262	101,2999	-1,3340	-0,9767
260	0,2004	0,2385	0,3389	-0,0817	-0,3195	-0,5843	0,6659	90,2374	-1,1553	-0,9871
270	0,1201	0,2832	0,3032	-0,0743	-0,3032	-0,5192	0,6013	78,3333	-0,3032	-0,2949
280	0,0253	0,3477	0,2730	-0,0658	-0,2803	-0,4624	0,5407	65,9267	1,8648	1,7659
290	-0,0805	0,4440	0,2635	-0,0605	-0,2683	-0,4116	0,4914	53,4171	2,5214	2,3793
300	-0,1921	0,5929	0,3008	-0,0634	-0,2922	-0,3494	0,4555	41,2500	2,1834	2,0579
310	-0,3033	0,8329	0,4297	-0,0797	-0,3804	-0,2298	0,4444	29,8951	1,5742	1,5068
320	-0,4071	1,2365	0,7294	-0,1130	-0,5554	0,0412	0,5569	19,8200	0,9580	0,9612
330	-0,4967	1,9325	1,3357	-0,1602	-0,8066	0,6318	1,0246	11,4616	0,3960	0,5641
340	-0,5658	3,0875	2,4217	-0,1979	-1,0142	1,7631	2,0340	5,1963	-0,0140	0,2033
350	-0,6094	4,6077	3,8984	-0,1613	-0,8358	3,3662	3,4684	1,3147	0,0342	0,2408
360	-0,6243	5,4489	4,7246	0,0000	0,0000	4,2796	4,2796	0,0000	0,7788	0,9122
360	-0,6243	9,2630	8,5387	0,0000	0,0000	8,0938	8,0938	0,0000	0,7788	0,9122
370	-0,6094	10,7143	10,0049	0,4140	2,1451	9,3361	9,5794	1,3147	2,8476	2,8581
374,4	-0,5940	9,2542	8,5602	0,5043	2,6030	7,7255	8,1523	2,6773	-	-
380	-0,5658	7,3270	6,6612	0,5443	2,7897	5,6285	6,2819	5,1963	3,4165	3,2795
390	-0,4967	4,6964	4,0997	0,4916	2,4756	2,8598	3,7824	11,4616	3,0207	2,7434
400	-0,4071	3,0741	2,5670	0,3976	1,9546	1,2660	2,3288	19,8200	2,4117	2,0343
410	-0,3033	2,1128	1,7095	0,3171	1,5134	0,4110	1,5682	29,8951	1,8783	1,4554
420	-0,1921	1,5301	1,2380	0,2609	1,2026	-0,0518	1,2037	41,2500	1,4742	1,0611
430	-0,0805	1,1628	0,9823	0,2255	1,0002	-0,3208	1,0504	53,4171	1,1796	0,8129
440	0,0253	0,9221	0,8474	0,2044	0,8700	-0,4991	1,0030	65,9267	0,9590	0,6382
450	0,1201	0,7587	0,7788	0,1909	0,7788	-0,6358	1,0054	78,3333	0,7788	0,4567
460	0,2004	0,6447	0,7451	0,1797	0,7025	-0,7513	1,0286	90,2374	0,6135	0,1976
470	0,2644	0,5633	0,7278	0,1671	0,6267	-0,8508	1,0567	101,2999	0,4473	-0,1837
480	0,3121	0,5045	0,7167	0,1510	0,5451	-0,9340	1,0815	111,2500	0,3880	-0,5620
490	0,3450	0,4617	0,7067	0,1311	0,4571	-0,9996	1,0991	119,8853	0,2551	-0,9767
500	0,3654	0,4308	0,6962	0,1078	0,3649	-1,0475	1,1093	127,0662	0,1289	-0,9871
510	0,3767	0,4090	0,6856	0,0822	0,2716	-1,0798	1,1134	132,7051	0,0190	-0,2949
520	0,3819	0,3945	0,6764	0,0553	0,1794	-1,0994	1,1139	136,7533	-0,0655	1,7659

продовження таблиці 7

α ºПКВ	Pj МПа	Рг МПа	Рс МПа	N МПа	Ts МПа	Pшш МПа	Rшш МПа	Sx мм	Tsп+ Тsл	Т∑ МПа
530	0,3838	0,3862	0,6700	0,0277	0,0890	-1,1095	1,1131	139,1878	-0,1188	2,3793
540	0,3842	0,3835	0,6677	0,0000	0,0000	-1,1126	1,1126	140,0000	-0,1401	2,0579
550	0,3838	0,3862	0,6700	-0,0277	-0,0890	-1,1095	1,1131	139,1878	-0,1355	1,5068
560	0,3819	0,3945	0,6764	-0,0553	-0,1794	-1,0994	1,1139	136,7533	-0,1178	0,9612
570	0,3767	0,1200	0,3967	-0,0476	-0,1571	-0,8122	0,8273	132,7051	0,0100	0,5641
580	0,3654	0,1200	0,3854	-0,0597	-0,2020	-0,7785	0,8043	127,0662	0,0488	0,2033
590	0,3450	0,1200	0,3650	-0,0677	-0,2361	-0,7314	0,7685	119,8853	0,0587	0,2408
600	0,3121	0,1200	0,3321	-0,0700	-0,2527	-0,6716	0,7176	111,2500	0,0352	0,9122
610	0,2644	0,1200	0,2844	-0,0653	-0,2449	-0,6035	0,6514	101,2999	-0,0164	2,8581
620	0,2004	0,1200	0,2204	-0,0532	-0,2078	-0,5355	0,5744	90,2374	-0,0814	3,2795
630	0,1201	0,1200	0,1401	-0,0343	-0,1401	-0,4792	0,4993	78,3333	-0,1401	2,7434
640	0,0253	0,1200	0,0453	-0,0109	-0,0465	-0,4478	0,4502	65,9267	-0,1690	2,0343
650	-0,0805	0,1200	-0,0605	0,0139	0,0616	-0,4526	0,4567	53,4171	-0,1594	1,4554
660	-0,1921	0,1200	-0,1721	0,0363	0,1672	-0,4996	0,5268	41,2500	-0,1098	1,0611
670	-0,3033	0,1200	-0,2833	0,0525	0,2508	-0,5867	0,6381	29,8951	-0,0303	0,8129
680	-0,4071	0,1200	-0,3871	0,0600	0,2948	-0,7029	0,7622	19,8200	0,0599	0,6382
690	-0,4967	0,1200	-0,4767	0,0572	0,2879	-0,8292	0,8777	11,4616	0,1382	0,4567
700	-0,5658	0,1200	-0,5458	0,0446	0,2286	-0,9425	0,9699	5,1963	0,1853	0,1976
710	-0,6094	0,1200	-0,5894	0,0244	0,1264	-1,0211	1,0289	1,3147	0,1913	-0,1837
720	-0,6243	0,1200	-0,6043	0,0000	0,0000	-1,0492	1,0492	0,0000	0,1581	-0,5620

Далі складаємо таблицю 8 параметрів динамічного розрахунку двигуна і заносимо розраховані параметри в таблицю.

Таблиця 8

Параметри динамічного розрахунку двигуна

№ пп	Параметри	Одиниця виміру	Значення
1	Прийняте відношення, λ = r/ 1ш	–	0.238095
2	Прийнятий хід поршня по ін. діаграмі.Sп , L	мм	140
3	Прийнята відносна маса поршня m’п, mп	кг/ м2	150
4	Прийнята відносна маса шатуна m’ш, mш	кг/ м2	250
5	Неврівноважені маси коліна вала m’к, m	кг/ м2	300
6	Розподілення мас шатуна, ľ	–	0.25
7	Крок побудови діаграми, градусів, t	˚ПКВ	10
8	Відносний дезаксаж КШМ, а	–	–
9	Кут розвалу циліндрів, γ	градуси	90
10	Кут між шийками колінчастого вала, α	градуси	120

Висновок: В результаті динамічного розрахунку двигуна визначили значення сил, що діють на кривошипно – шатунний механізм двигуна залежно від кута повороту колінчастого вала. Побудували відповідні діаграми цих сил, які наглядно відображують параметри розрахунків. Розраховані параметри можуть використовуватися для розрахунків колінчастого вала, шатуна, поршня та інших складових одиниць двигуна.

Розділ 5

Розрахунок і побудова швидкісної характеристики двигуна.

Швидкісна характеристика двигуна необхідна для подальшого проектування автомобіля. На основі швидкісної характеристики визначають тягово-динамічні показники автомобіля, проводять аналіз економічності проектованої машини.

На стадії проектування швидкісну характеристику одержуємо за допомогою методу подібності, враховуючи, що характер протікання процесів (наповнення циліндрів, термічного і механічного ККД, згоряння палива та ін.), які впливають на формування швидкісної характеристики, для однотипних двигунів однаковий, незалежно від номінальної потужності, номінальної частоти обертання KB і т.д. Можна вказати декілька різновидів використання методу подібності при розрахунку зовнішньої швидкісної характеристики:

а). Табличний метод.

б). Аналітичний метод.

в). Метод теплового розрахунку двигуна для різних значень частоти обертання KB.

Розбіжність результатів, одержаних різними методами, відрізняються мало, похибка розрахованої характеристики від одержаної випробуваннями двигуна може становити 5...8%. При проектуванні у курсовому проекті будемо віддавати перевагу методу теплового розрахунку двигуна для різних значень частоти обертання KВ, який дозволяє більш раціонально ( незалежно від швидкісної характеристики двигуна) виконати розрахунок і побудувати швидкісну характеристику проектованого двигуна.

5.1. При використанні аналітичного методу потужність N_х розраховуємо, задаючись частотою обертання n_х, за емпіричною формулою:

(5.1)

де: N_е – номінальна потужність двигуна, розрахована у розділі 3 (N_е=119.3047 кВт);

n_n та n_x – номінальна та поточна частоти обертання KB;

А, Б та В – коефіцієнти, які залежать від типу двигуна, вибираємо згідно з даними таблиці 5.2.[1 ст.48].

Розраховуємо потужність N_х за допомого Excel кроком поточної частоти обертання КВ 100 об/хв., і розраховані дані заносимо до таблиці 9, попередньо прийнявши А=0,87; Б=1,13; В=1.

5.2.Питому витрату палива g_е розраховують за аналогічною емпіричною залежністю [2]:

(5.2)

де: g_е – ефективна питома витрата палива з теплового розрахунку;

Г, Д та Ж – коефіцієнти з таблиці 5.2.[1ст.48].

Г=1,55; Д=1,55; Ж=1; g_е=289,0761 г/(кВт∙год).

Розраховані параметри за формулою 5.2 заносимо до таблиці 9.

5.3. обчислюємо значення крутного моменту М_е та годинної витрати палива G_Т.

M_eх = 9550·N_eх/n_х , Нм (5.3)

g_х = 1000·G_тх/N_eх , г/(кВтгод) (5.4)

де N_eх – поточні значення потужності двигуна в залежності від обертів колінчастого вала,

G_тх – година витрата палива залежно від частоти обертання КВ.

Так як g_х знайдено за формулою 5.2.,то тоді з формули 5.4 маємо:

G_тх= g_х∙ N_eх/1000 (5.5)

Знайдені значення з формул 5.3 і 5.5 заносимо до таблиці 9.

5.4. Для використання методу теплового розрахунку при побудові зовнішньої швидкісної характеристики необхідно знати залежність багатьох коефіцієнтів, що використовуються у тепловому розрахунку (наповнення циліндрів, показники політроп коефіцієнт залишкових газів і т.д.), від частоти обертання двигуна. Ці коефіцієнти можуть бути наближено обчислені через емпіричні залежності, що одержують на основі результатів випробувань багатьох однотипних двигунів і які приводяться в довідковий літературі.

Переваги методу – можливість аналізу факторів, що впливають на протікання характеристики, і, в разі необхідності її коректування для покращення властивостей проектованого автомобіля, можливість вжити відповідних конструктивних заходів ще на стадії проектування машини. Це дозволяє скоротити терміни впровадження нових машин та зменшити затрати коштів при їх впровадженні.

Так як проектований двигун обладнаний все режимним регулятором, координати точки максимальних обертів будуть визначатися за формулою:

частота обертання n_maх = (1,06...1,07)·n_nom,

потужність N_е = 0,

годинна витрата палива G_T = (0,25...0,3)·G_THOM.

Розраховані параметри з пункту 5.4 заносимо до розрахункової таблиці 9.

5.5. Розрахункова циклова подача палива q_ц паливним насосом високого тиску (ПНВТ), розраховується за формулою:

q_ц = (g_е·N_e·1000)/ (30·n·i·γ_п), мм³/цикл (5.6)

де: n – частота обертання KB, об/хв;

і – число циліндрів; (і=6).

γ_п – густина палива, кг/дм³.

Для дизельного пального приймають γ_п = 0,80...0.85, для розрахунку приймаємо γ_п=0,80 кг/дм³. Далі розраховуємо циклову подачу палива за формулою 5.6 і заносимо знайдені параметри до таблиці 9.

Циклову подачу палива на максимальних обертах холостого ходу визначимо за формулою:

q_ц = (G_T ·1000)/ (30·n·i·γ_п)∙1000, мм³/цикл (5.7)

Розраховане значення за 5.7 заносимо до таблиці 9.

Таблиця 9

Результати розрахунку зовнішньої швидкісної характеристики двигуна

Частота обертання КВ об/хв	Потужність кВт	Крутний момент Нм	Витрата палива		Циклова подача мм3/цикл
			годинна (кг/год)	питома (г/кВтгод)
300	19.2801	613.7494	5.5734	384.5273	171.6138
400	26.7135	637.7857	7.7222	366.5501	169.9974
500	34.4764	658.4998	9.9663	350.1745	167.6773
600	42.4644	675.8917	12.2754	335.4003	164.8446
700	50.5731	689.9614	14.6195	322.2278	161.6672
800	58.6981	700.7088	16.9682	310.6567	158.2896
900	66.7351	708.1340	19.2915	300.6872	154.8334
1000	74.5798	712.2370	21.5592	292.3192	151.3966
1100	82.1277	713.0177	23.7412	285.5527	148.0542
1200	89.2745	710.4762	25.8071	280.3878	144.8581
1300	95.9158	704.6124	27.7270	276.8244	141.8368
1400	101.9473	695.4265	29.4705	274.8625	138.9955
1500	107.2646	682.9183	31.0076	274.5022	136.3166
1600	111.7634	667.0878	32.3081	275.7434	133.7588
1700	115.3392	647.9351	33.3418	278.5861	131.2578
1800	117.8878	625.4602	34.0785	283.0303	128.7262
1900	119.3047	599.6631	34.4881	289.0761	126.0531
2014	0	0	10.3800	∞	35.79
μn=10 об/хв	μN=0.8 кВт/мм	μM=4.8 Нм/мм	μG=0.4 (кг/год)/мм	μg=4 (г/кВтгод)/мм	qЦ=1.2 (мм3/цикл)/мм

Висновок: В результаті розрахунку швидкісної характеристики двигуна можна провести аналіз і проаналізувати потужність, крутний момент і економічність проектованого двигуна з максимальними навантаженнями. Також по побудованій зовнішній швидкісній характеристиці двигуна можна визначити коефіцієнт прилаштування, який використовується для оцінки прилаштуванню двигуна до короткочасних перевантажень.

Розділ 6.

Проектування газорозподільного механізму двигуна.

З теплового розрахунку двигуна та вихідним даним по прототипу двигуна маємо:

Діаметр циліндра D=135 мм.,

Площа поршня F=143,06625 см²,

Частота обертання колінчастого вала n=1900 об/хв.,

Кутова частота обертання колінчастого вала ω=198,8667 с^-1,

Середня швидкість поршня w_пср=7,6 м/с,

Швидкість суміші в прохідному перерізі

сідла при максимальному підйомі впускного ω_вп=70 м/с. [3 ст.132]

клапана

Для газообміну в існуючих тракторних та автомобільних двигунах використовують клапанні механізми, виконані в основному по двом конструктивним схемах: з верхнім і нижнім розміщенням клапанів. В наш час найбільшого розповсюдження набули двигуни з верхнім розміщенням клапанів.

При проектуванні газорозподільного механізму у курсовому проекті будимо орієнтуватися на дані газорозподільного механізму прототипу двигуна СМД – 60.

Механізм газорозподілу двигуна СМД – 60 включає по два клапани на кожний циліндр, по одному впускному і випускному на кожний циліндр. При цьому розподільний вал розміщений у просторі між розвалями циліндрів двигуна. Розташування клапанів верхнє, з нижнім розташуванням розподільного вала, при цьому зусилля від кулачка розподільного вала передається через штангу на коромисло, через яке безпосередньо на клапан.

Механізм газорозподілу призначений для впуску в циліндри свіжого повітря, та випуску з них відпрацьованих газів у відповідності з встановленими фазами газорозподілу.