Исходные
данные
1. Эффективная мощность Nе=95 кВт;
2. Частота вращения коленчатого вала n=6050 об/мин;
3. Давление окружающей среды Ро=0,1 МПа;
4. Температура окружающей среды То=20 ºС;
5. Давление наддува (продувки) Рк= б/н;
6. Степень сжатия ε=10,5;
7. Тип двигателя: бензиновый;
8.Число цилиндров: 4;
9. Расположение цилиндров: Рядное;
10. Вид топлива: бензин.
Введение
Данная работа выполняется с целью углубления и закрепления теоретических знаний по дисциплине «рабочие процессы, конструкция и основы расчёта тепловых двигателей и энергетических установок», освоения методики динамического и кинематического расчёта ДВС, научиться обоснованно выбирать необходимые параметры и анализировать результаты вычислений, усовершенствовать навыки в выполнении расчётно-графических работ.
Целью работы является освоение и практическое применение динамического и кинематического расчёта двигателя, расчёта поршня, системы охлаждения и системы смазки двигателя.
В соответствии с исходными данными за основу для выбора прототипа будет принят бензиновый двигатель.
1. Динамический расчёт двигателя
1.1 Кинематика кривошипно-шатунного механизма
При проведении кинематического исследования кривошипно-шатунного механизма используем уравнения кинематики, полученные для поршневых машин в общем и опубликованные в литературных источниках.
Кинематические исследования проводим исходя из следующих положений:
1. Рассматривается только центральный (аксиальный, нормальный) кривошипно-шатунный механизм, где ось цилиндра пересекается с осью коленчатого вала.
2. Предполагается, что вращение коленчатого вала происходит с постоянной угловой скоростью ω = const на заданном скоростном режиме работы двигателя.
3.
Независимой переменной принимается
угол поворота первого кривошипа
коленчатого вала
(град.) или
(рад), отсчитываемый от положения
кривошипа первого цилиндра, соответствующего
положению поршня в нем в верхней мертвой
точке (ВМТ) такта впуска (для четырехтактных
двигателей) или ВМТ такта сжатия (для
двухтактных двигателей). При этом поворот
коленчатого вала (пкв)
= 0º или
= 0 рад (ГОСТ ДОО 23550 − 79).
4. Основными геометрическими размерами кривошипно-шатунного механизма являются: радиус кривошипа R и длина шатуна L.
5. Характеристикой кривошипно-шатунного механизма двигателя является отношение λ = R/L, которое для современных автотракторных двигателей лежит в пределах: λ = R/L = 0,23...0,31.
При выборе λ для проектируемого двигателя необходимо руководствоваться следующими соображениями: с точки зрения уменьшения нормальных усилий на стенку цилиндра более длинный шатун (т.е. меньшее значение λ) предпочтительнее. Однако с уменьшением значения λ происходит увеличение высоты и массы шатуна, что приводит к росту сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс КШМ . При коротком шатуне возникает опасность задевания шатуна за нижнюю кромку цилиндра, а юбки поршня – за коленчатый вал.
В общих случаях анализа кинематики кривошипно-шатунного механизма принимают λ = 0,3.
6. Кривошипно-шатунный механизм включает три группы движущихся деталей, различающихся характером своего движения:
а) детали, совершающие вращательное движение − кривошип коленчатого вала и т.д.;
б) детали, совершающие прямолинейное движение − поршневая группа;
в) детали, совершающие сложное плоско-параллельное движение − шатунная группа.
7. В кинематическом исследовании выявляются закономерности изменений по углу поворота кривошипа:
а)
перемещения детали
;
б)
скорости детали
;
в)
ускорения детали
.
Радиус кривошипа принимаем в соответствии с принятым прототипом:
R = S/2 = 86/2 = 43 мм.
В целях уменьшения высоты двигателя принимаем l =0,3, как уже было принято в тепловом расчете. Тогда длина шатуна будет:
Lш = R/0,3 = 43/0,3 = 143 мм.
Кривошип коленчатого вала совершает простое вращательное движение.
Поршень совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение.
Перемещение поршня определим по формуле:
Используя данное выражение, аналитическим путём определяем значения перемещения поршня от ВМТ до НМТ для ряда промежуточных значений и результаты заносим в таблицу 1.1.1.
Уравнение текущей скорости поршня может быть получено путём дифференцирования уравнения текущего перемещения поршня по времени. Скорость поршня определим по формуле:
где угловая скорость кривошипа будет:
Результаты значения скоростей поршня для ряда промежуточных значений заносим в таблицу 1.1.
Уравнение текущего ускорения поршня может быть получено путём дифференцирования уравнения скорости по времени (или второй производной от уравнения перемещения по времени). Ускорение поршня вычислим по формуле:
Ускорение
достигает максимальных значений при
положении поршня в ВМТ (
),
а минимальные (наибольшие отрицательные)
значения его имеют место в НМТ (
)
и составляют соответственно:
Результаты значения скоростей поршня для ряда промежуточных значений заносим в таблицу 1.1.
-
НАЗВАНИЕ ДОКУМЕНТА
6 Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
ΦS
V
J
0
0
0
22333,413
10
0,001
6,100
21761,601
20
0,003
11,889
20091,585
30
0,007
17,081
17454,858
40
0,013
21,436
14055,257
50
0,019
24,778
10147,842
60
0,026
27,006
6012,842
70
0,034
28,095
1927,662
80
0,042
28,095
-1859,851
90
0,049
27,116
-5153,865
100
0,056
25,313
-7826,246
110
0,063
22,866
-9823,841
120
0,069
19,961
-11166,707
130
0,074
16,767
-11937,760
140
0,078
13,424
-12265,339
150
0,081
10,036
-12300,993
160
0,084
6,660
-12195,406
170
0,085
3,318
-12075,504
180
0,086
0,000
-12025,684
190
0,085
-3,318
-12075,504
200
0,084
-6,660
-12195,406
210
0,081
-10,036
-12300,993
220
0,078
-13,424
-12265,339
230
0,074
-16,767
-11937,760
240
0,069
-19,961
-11166,707
250
0,063
-22,866
-9823,841
260
0,056
-25,313
-7826,246
270
0,049
-27,116
-5153,865
280
0,042
-28,095
-1859,851
290
0,034
-28,095
1927,662
300
0,026
-27,006
6012,842
310
0,019
-24,778
10147,842
320
0,013
-21,436
14055,257
330
0,007
-17,081
17454,858
340
0,003
-11,889
20091,585
350
0,001
-6,100
21761,601
360
0
-8,63754E-15
22333,413
Таблица 1.1
