2514

Рис. 1.5. Устройство двигателя ВАЗ-2101. Продольный разрез:

1 – коленчатый вал; 2 – шкив коленчатого вала; 3 – блок цилиндров; 4 – цепь распределительного вала; 5 – крышка газораспределительного механизма; 6 – распределительный вал; 7 – клапаны; 8 – головка блока цилиндров; 9 – шатун; 10 – маховик; 11 – масляный поддон

10

Рис. 1.6. Устройство двигателя ВАЗ-2101. Поперечный разрез:

1 – коленчатый вал; 2 – картер; 3 – масляный фильтр; 4 – блок цилиндров; 5 – крыльчатка насоса системы охлаждения; 6 – выпускной трубопровод; 7 – впускной трубопровод; 8 – головка блока цилиндров; 9 – крышка газораспределительного механизма; 10 – распределительный вал; 11 – клапан; 12 – свеча зажигания; 13 – поршень; 14 – шатун; 15 – масляный поддон; 16 – маслоприемник

11

12

Рис. 1.7. Клапан впускной

Лекция 2. Проектирование ДВС. Общая компоновка

Проектирование ДВС начинается с изучения требований потребителей в различных отраслях промышленности: авиации, автомобильном транспорте, судостроении, энергомашиностроении и для агрегатов специального назначения. Обычно свойства ДВС оформляются в виде проспекта (рис. 2.1).

Среди этих свойств отмечаются обычно следующие показатели:

1.Номинальная мощность Nе, кВт.

2.Экономичность или эффективная мощность Nл, кВт.

3.Среднее эффективное давление Ре, МПа.

4.Рабочий объем iVл, л; i – число цилиндров; Vл – рабочий объем одного цилиндра.

5.Частота вращения: а) при полной нагрузке, мин-1;

б) минимальная при холостом ходе, мин-1.

6.Диаметр поршня D, м.

7.Ход поршня S, м, или отношение S/D.

8.Максимальный крутящий момент, Н м.

9.Чистый сухой вес с маховиком, кг; удельная масса mN, кг/кВт.

10.Габариты, мм.

11.Тактность двигателя, .

Кроме этого обязательно учитываются: уменьшение объема и массы, срок службы, снижение расходов и трудоемкости обслуживания.

При любом проектировании решается комплекс проблем и ищется оптимальное решение.

Обычно проектирование начинается с определения основных параметров нового ДВС: номинальной мощности Nе, литровой мощности Nл, поршневой мощности Nп, быстроходности Сm и удельной массы mN.

1. Номинальная мощность равна Nе = pеniVл /30 , кВт, (2.1) ре – среднее эффективное давление, МПа.

Для заданного S/D и Nе можно найти D:

Варьируя i и S/D, изменяют объем двигателя.

2. Очень часто в качестве одного из основных параметров, особенно применительно к быстроходным автомобильным двигателям, рассматривается литровая мощность.

13

15

Рис. 2.1. Проспект двигателя КамАЗ-740 (окончание)

В современных дизелях Nл =70 – 80 кВт/л.

По литровой мощности судят об эффективности использования

рактеризует уровень форсирования двигателя (тепловую напряженность его поршневой группы).

приведены в табл. 2.1.

Отношение S/D хода поршня к диаметру цилиндра определяет протекание важнейших физических процессов в цилиндре, а также габаритные размеры и массу двигателя. В высокооборотных двигателях с принудительным зажиганием при уменьшении S/D до определенного предела (до 1) повышаются технико-экономические показатели двигателя в связи с повышением средней скорости поршня, повышением механического КПД, снижением высоты двигателя, повышением жесткости его элементов, упрощением размещения деталей гидрораспределения в головке цилиндров.

В дизелях отношение S/D увеличилось для обеспечения качественного протекания рабочих процессов из-за более удачных соотношений размеров камеры сгорания и улучшения процессов газообмена, в особенности для двухтактных двигателей. У последних отношение S/D выросло до 4…4,2, что обеспечило существенный рост экономичности.

Для четырехтактных дизелей значение S/D стало несколько вы-

ше единицы (1,05…1,25).

Число цилиндров i связано с диаметром D, т.к. они определяют литраж двигателя и соответственно мощность при заданных эффективном давлении и частоте вращения.

16

Таблица 2.1

Основные показатели, характеризующие конструкцию поршневого двигателя

17

С уменьшением D и увеличением числа цилиндров i можно увеличить частоту вращения n коленвала и снизить массогабаритные показатели, кроме того, улучшается равномерность вращения, но снижается надежность, усложняется техническое обслуживание. У V-образных двигателей специального назначения число цилиндров может доходить до 20.

Выбрав размеры диаметра поршня D и его ход S, приступают к проектированию кривошипного механизма, вычерчивая его схему для поперечного разреза двигателя по оси цилиндра. При этом производится выбор длинновых размеров шатуна и кривошипа с последующим конструктивным оформлением и прочностным расчетом всех элементов.

Выбор отношения =R/l зависит от длины хода поршня S и характеристики рабочего процесса. Обычно назначают в диапазоне от 1/3 до 1/12 с учетом соотношения углов – качания шатуна и – угла

поворота кривошипа: sin = sin , cos 1 2sin 2 . Тогда крутящий момент коленчатого вала, Нм, равен

Мк = RPr sin( ). (2.8) cos

Дальнейшие расчеты проводят по ранее приведенным методи-

кам.

Внастоящее время для проектирования ДВС широко применяют системы автоматизации проектирования (САПР), которые включают модули CAE (расчет и анализ конструкции), CAD (компьютерное конструирование и оформление конструкторской документации)

иCAM (автоматизированная подготовка производства). Управление проектированием двигателя в целом осуществляется программным продуктом PDM, который обеспечивает процесс сквозного проектирования в условиях единого информационного пространства с участием различных предприятий в создании и производстве новых двигателей.

Всоответствии с ЕСКД процесс разработки включает выпуск технического задания, технического приложения, эскизного технического и рабочего конструкторского проекта. После изготовления опытных образцов производятся их испытания и доводочные работы, разрабатываются технические условия на поставку и эксплуатацию.

Техническое задание (ТЗ) составляется разработчиком головного изделия на базе обоснованных технико-экономических требований

18

заказчика или на основе исследований рынка. На основании ТЗ, согласованного с разработчиком ДВС и заводом-изготовителем, составляется договор, в котором указываются этапы выполнения работ. Затем создается конструкторская документация об устройстве двигателя и собираются все необходимые материалы для разработки конструкции, изготовления, контроля, приемки, испытаний, эксплуатации и ремонта.

После утверждения технического задания составляется техническое предложение, которое содержит обоснование и оценку техникоэкономического содержания ТЗ, возможных вариантов, проверку на патентную чистоту и конкурентоспособность и т.п.

Затем выполняются конструкторские эскизный, технический и рабочий проекты.

На каждом этапе производится дальнейшая детализация элементов конструкции и комплектующих узлов предприятий смежников, испытания узлов и снятие их характеристик с последующими уточнениями конструкции.

После изготовления первых образцов ДВС один или несколько ставятся на заводские длительные доводочные испытания. Затем, после доводки, производятся эксплуатационные испытания на заявленный ресурс. И наконец, по завершении последних проводятся приемочные межведомственные или межгосударственные испытания. По итогам этих испытаний утверждаются технические документы для серийного производства.

Далее продолжается изучение опыта эксплуатации, доработка технической документации и дальнейшее совершенствование конструкции двигателя, пока двигатель находится в производстве.

Общие положения по оценке прочности деталей двигателя и обеспечения надежности его узлов

Прочность, в первую очередь теплонапряженных деталей, может быть достаточно точно оценена лишь при учете всей совокупности режимов работы двигателя в эксплуатации, принимая во внимание их продолжительность и чередование, которые существенно различны для отдельных типов двигателей в зависимости от назначения.

Прочность оценивается по напряжениям, возникающим в деталях ДВС. Под напряжениями принято понимать усилия в МПа, возникающие при работе в выбранном сечении детали.

Для всех типов двигателей расчеты теплового и напряженно-

19