Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
ФАКУЛЬТЕТ «СПЕЦИАЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ» КАФЕДРА МТ3 «ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ» Домашнее задание №3 по курсу: «Энергетические установки НТТС» Студент группы СМ9-91 Новиков А.Д. (Подпись, дата) Преподаватель Онищенко Д.О. (Подпись, дата)

В качестве объекта исследования был выбран двигатель УЗАМ-412 в модификации УЗАМ-0102 с увеличенным на 5 мм ходом поршня и увеличенной мощностью до 80 л.с. УЗАМ-412 (М-412) — бензиновый четырехцилиндровый рядный верхнеклапанный двигатель объемом 1584 см³, мощностью 80 л.с., с «мокрыми» гильзами, запрессованными в алюминиевый блок, без турбокомпрессора, производства Уфимского завода автомобильных моторов Уфимского моторостроительного производственного объединения, выпускавшийся в 1966—2001 г., и устанавливался в автомобили МЗМА, начиная с «Москвич 412. Изображение двигателя приведено на рисунке 1, а его параметры – в таблице 1.

Рисунок 1 – Двигатель УЗАМ-412

Таблица 1- Исходные параметры двигателя

Параметр	Значение
Топливо	Бензин
Тип	Рядный
Количество цилиндров	4
Рабочий объем двигателя, л	1.584
Диапазон оборотов, об/мин	700 – 6500
Диаметр цилиндра, м	0.082
Ход поршня, м	0.075
Степень сжатия	11.0
R/L	0.264
Сечение выпускного канала, м2	0.0004
Сечение впускного канала, м2	0.0005

1 Расчет четырехцилиндрового двигателя

Максимальные динамические нагрузки коленчатого вала приходятся на режим максимального крутящего момента и максимальной мощности. Расчет проводится в программной среде KVAL. Исходными данными для расчёта являются основные геометрические и массовые характеристики КШМ, а также индикаторные диаграммы двигателя на заданных режимах и порядок чередования вспышек. Задание исходных данных в программе KVAL показано на рисунках 2-6.

Рисунок 2 – Стартовое окно программы KVAL 3.0 Рисунок 3 – Задание компоновки четырехцилиндрового рядного двигателя

Рисунок 4 – Задание общих параметров двигателя

Рисунок 5 – Задание геометрических параметров двигателя

Рисунок 6 – Задание общих параметров исследуемого двигателя

1.1 Расчет коленчатого вала для режима максимального момента

Результаты расчета приведены на рисунках 7 – 12.

Рисунок 7 – Вид зависимости крутящего момента на КШ от угловой

координаты коленвала

Рисунок 8 – Вид зависимости крутящего момента на ШШ от угловой

координаты коленвала

Рисунок 9 – Вид зависимости суммарной действующей силы на ШШ от

угловой координаты коленвала

Рисунок 10 – Вид зависимости боковой силы от угловой координаты

коленвала

Рисунок 11 – Вид зависимости тангенциальной составляющей силы от

угловой координаты коленвала

Рисунок 12 – Коэффициенты запаса прочности элементов коленчатого вала

Полярная диаграмма сил, действующих на шатунную шейку в режиме максимального момента, приведена на рисунке 13. Диаграмма износа шатунной шейки приведена на рисунке 14.

Рисунок 13 – Полярная диаграмма сил, действующих на шатунную шейку в

режиме максимального момента

Рисунок 14 – Диаграмма износа шатунной шейки в

режиме максимального момента

1.2 Расчет коленчатого вала для режима максимальной мощности

Исходные данные аналогичны приведённым ранее, за исключением изменения частоты вращения коленчатого вала и выбора новой индикаторной диаграммы, соответствующей точке максимальной мощности.

Результаты расчета приведены на рисунках 15 – 22.

Рисунок 15 – Вид зависимости крутящего момента на КШ от угловой координаты коленвала

Рисунок 16 – Вид зависимости крутящего момента на ШШ от угловой

координаты коленвала

Рисунок 17 – Вид зависимости суммарной действующей силы на ШШ от угловой координаты коленвала

Рисунок 18 – Вид зависимости боковой силы от угловой координаты

коленвала

Рисунок 19 – Вид зависимости тангенциальной составляющей силы от угловой координаты коленвала

Рисунок 20 – Коэффициенты запаса прочности элементов коленчатого вала

Рисунок 21 – Полярная диаграмма сил, действующих на шатунную шейку в режиме максимальной мощности

Рисунок 22 – Диаграмма износа шатунной шейки в режиме максимальной мощности

Выводы по расчету четырехцилиндрового двигателя

С помощью программного комплекса KVAL были подобраны следующие массово-габаритные характеристики коленчатого вала: масса противовеса коленчатого вала – 0,722 кг/м², угол сектора противовеса – 124°.

В ходе расчёта коленчатого вала двигателя УЗАМ-0102, после проведенной по результатам первого домашнего задания оптимизации рабочего процесса, для режимов максимальной мощности ( ) и максимального крутящего момента ( ) были определены максимальные усилия от давления газов в цилиндрах, максимальные силы, действующие на шатунные и коренные шейки, а также значения крутящих и изгибающих моментов, действующих на коренные и шатунные шейки. Также были получены коэффициенты запаса основных элементов коленчатого вала (коренные шейки, шатунные шейки, щёки и т.п.), указаные на рисунках 12 и 20. Минимальное значение составило 4.16 – суммарный запас щек в режиме максимального момента. На основе проведенных расчетов можно заключить, что в режиме максимального крутящего момента все элементы двигателя подвергаются более высоким нагрузкам, нежели при работе в режиме максимальной мощности. Так же, были построены полярные диаграммы сил, действующих на шатунную шейку первого цилиндра, а также диаграммы ее износа для работы двигателя в режимах максимальной мощности и максимального момента. Значения сил также оказались больше при работе двигателя в режиме максимального крутящего момента. Наибольшие же значения износа наблюдаются в области максимальных значений действующих сил.