Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчёт систем и механизмов автотракторной техники поршневой двигатель. В 2 частях. Ч.1. Лабораторный практикум
.pdf
В механизме без рычагов и коромысел масса (
4
30
π
т
) всего механизма
кл.м
складывается из масс отдельных деталей: клапана, тарелки пружины, замка,
половины массы пружины (справедливо для цилиндрических пружин с одинаковым шагом витков и для пружин с симметричным относительно середины
расположением витков, а в случае конических пружин с витками, сближающимися к одному концу, принимают от 1/2 до 1/3 массы пружины) и массы толкателя в сборе. В зависимости от типа механизма газораспределения он имеет
следующие значения:
− для механизма с нижними клапанами – g
− для механизма с верхними клапанами и нижним расположением вала –
g
= 23…30 г/см2;
кл.м
− для механизма с верхними клапанами и верхним расположением вала –
g
= 18…23 г/см2.
кл.м
fг – площадь горловины клапана, м2,
j2 – ускорение клапана во втором периоде, [м/с],
l
к
где
– отношение длины плеча, обращенного к клапану, к длине плеча, обра-
l
т
щенного к толкателю,
= 22…36 г/см2;
кл.м
2
dfπ
г
= ;
г
l
к
jj = , (2.10)
т
22
l
т
l
к
=
1,2...1,8; jт2 – ускорение толкателя во втором перио-
l
т
де, определяемое по выражению
здесь ω
где
п
рп
2
Dj , (2.11)
пр
кт2
–
угловая скорость кулачка распредвала
к
=ω , (2.12)
к
–
частота вращения распределительного вала, об/мин
βω−= cos
:
n
рп
У двухтактных двигателей в течение одного рабочего цикла распредели
тельный вал вращается с той же частотой, что и коленчатый
тактных
ленчатый вал
передаточное отношение
–
распределительный вал за цикл должен сделать один оборот, а ко
–
два оборота. Поэтому привод распределительного вала имеет
1:2.
.
(1:1), а у
четырёх
-
-
-
31
Наибольших значений ускорение
=
2
16
dDРπ
(jт2)
достигнет при β
= 0.
Для выполнения поставленного выше условия необходимо, чтобы сила
пружины
на любом возможном скоростном режиме работы двигателя
где
k
если есть
(
Р
)
оставалась больше приведённой силы инерции
пр
Р
k
заппр
, (2.13)
2
j
–
коэффициент запаса
зап
Р
.
Если на двигателе нет регулятора частоты оборотов, то
– k
= 1,25…1,60.
зап
Желательно, чтобы величина
:
(k
(
Р
)
механизма
j2
k
= 2,30…2,35,
зап
)
оставалась по
зап
стоянной на протяжении всего периода движения клапана, так как в этом слу
чае усилие пружины будет минимальным
При расчёте пружины принимают (рис
оси пружины и создаёт относительно витка скручивающий момент
.
. 2.3),
что сила
(
Р
)
направлена по
пр
:
D
РМ = . (2.14)
пр
пр
Напряжение кручения, вызываемое этим моментом, считается равномер
-
-
-
но распределённым по сечению витка и составляет
М
=τ , (2.15)
о
W
р
где
Wр –
d = 3…6 мм –
момент сопротивления кручению. Для круглого сечения
диаметр проволоки, см
Следовательно
,
.
8
=τ . (2.16)
о
прпр
3
:
3
= ,
р
dWπ
где
Рис. 2.3. Расчётная схема пружины
32
В действительности напряжение распределяется по поперечному сечению
d
π
χ
d
d
витка неравномерно. Из-за кривизны витка наибольшее напряжение возникает
в точках сечения, ближайших к оси пружины. Кроме того, сила
(Рпр)
вызывает
срезывающее напряжение. Поэтому при определении напряжения в формулу
D
d
пр
(2.16)
вводят поправочный коэффициент (χ
т.е. считают, что
Для пружин с малым углом подъёма витка
),
зависящий от отношения
8
=χτ=τ . (2.17)
о
D
Р
прпр
3
(α < 10°), к
которым относятся
клапанные пружины, величина коэффициента (χ) с достаточной точностью оп
ределяется по формуле
D
пр
d
=χ
D
пр
5,0
+
. (2.18)
75,0
−
,
-
шение
На рисунке
D
пр
для клапанных пружин лежит в пределах
d
2.4
изображён график (χ) в функции отношения
.12...5пр=
D
D
пр
.
Отно
d
-
D
Рис. 2.4. Зависимость поправочного коэффициента (χ) от отношения
пр
d
33
Задаваясь допускаемым напряжением кручения
(τ
доп
), в
соответствии
с характеристикой стали, выбранной для пружины, и величиной коэффициента
(χ)
определяют диаметр проволоки
Для пружинных сталей
τ
:
8πτχ
3
=
d . (2.19)
= 3500…6000 кг/
доп
Р
max
доп
D
пр
см
2
.
Величиной (χ) задаются, исходя из предполагаемого значения отношения
D
дывается в сравнительно узкие пределы
= 1,24…1,17,
χ
пр
.
Учитывая, что для большинства автомобильных двигателей оно укла
d
можно в качестве первого приближения принять среднее значение
= 1,2.
При этом формула
Найденное значение
(2.13)
(d)
(6…8),
принимает более простой вид
3
45,1τ=DРd . (2.20)
для которых соответственно χ
:
прmax
доп
=
округляют до ближайшего стандартного размера
-
,
D
d
пр
и
величину коэффициента (χ) и определяют запас
уточняют отношение
прочности пружины. Необходимые для этого значения максимального и мини
мального напряжений (при открытом и закрытом клапане) определяют по фор
муле
(2.11), в
делении
(τ
Число рабочих витков пружины
формации
где
G –
модуль упругости второго рода. Для пружинных сталей
×105 кг/
см
Число рабочих витков лежит в пределах
(i)
принимается на
которую подставляют соответствующие значения
) Рпр = Р
max
f
max
2
.
= fo + h
max
max
и
при определении
:
i = , (2.21)
р
8 DP
(τ
) Рпр = Рo.
min
(iр)
определяется по максимальной де
4
fGd
max
3
прmax
iр = 5…12.
2…3
витка больше числа рабочих витков, т.е
(Рпр)
при опре
G = (8,0…8,3)×
Полное число витков
., i = iр + (2…3).
-
-
-
-
Этим учитывается, что концевые витки, лежащие на тарелках или опорных по
верхностях головки (или блока) и частично прилегающие один к другому, при
деформации пружины не скручиваются
34
.
-
Шаг витка
∆+=
max
min
o
+
=
oomax
min
св
+=+
=
(t)
выбирают с таким расчётом, чтобы при полностью откры
-
том клапане между рабочими витками пружины оставался зазор
0,9 мм.
Для клапанных пружин быстроходных двигателей рекомендуется выби
∆
min
= 0,5…
рать меньший зазор, чтобы уменьшить их вибрацию. Шаг витка свободной
пружины определяется из соотношения
dt . (2.22)
Высота пружины при полностью открытом клапане
Высота пружины при закрытом клапане
Высота свободной пружины
:
f
max
i
∆++=
min
р
:
iidH . (2.23)
minрmin
:
hHH
. (2.24)
fHfHH
. (2.25)
Во время работы двигателя клапанные пружины совершают вынужден
-
-
ные колебания. Если число свободных колебаний пружины становится равным
или кратным числу её вынужденных колебаний, то наступает резонанс. При ре
зонансных колебаниях запас прочности пружины значительно уменьшается
что может привести к её поломке. Число свободных колебаний клапанных пру
жин современных автомобильных двигателей изменяется в пределах от
20 000
колебаний в минуту
.
8000 до
,
-
35
Лабораторная работа 3
РАСЧЁТ СИСТЕМЫ ТОПЛИВОПОДАЧИ
БЕНЗИНОВЫХ (КАРБЮРАТОРНЫХ) ДВИГАТЕЛЕЙ
Цель работы:
дику расчёта системы питания бензиновых (карбюраторных) двигателей
Оборудование:
ния бензиновых (карбюраторных) двигателей
изучить особенности устройства, принцип работы и мето
.
плакаты, схемы, отдельные детали и узлы системы пита
.
Порядок выполнения работы
1.
Изучить
детали и узлы системы питания бензиновых
(
карбюратор
ных) двигателей, место их расположения и приёмы проведения эксплуатацион
ных регулировок
2.
Составить
.
отчёт о проделанной работе
.
Краткие теоретические сведения
Система питания бензинового
(
карбюраторного) двигателя включает в
себя следующие основные элементы: топливный бак, топливопроводы, топлив
ный насос, фильтры грубой и тонкой очистки топлива, карбюратор, воздухо
очиститель и выпускной коллектор с глушителем. Топливом для карбюратор
-
-
-
-
-
-
-
ных двигателей является бензин, представляющий собой многокомпонентную
жидкость с температурой конца кипения не более
215 °С, в
зависимости от сор
та бензина. В цилиндры карбюраторных двигателей при впуске подают горю
чую смесь, состоящую из влажных паров топлива, перемешанную с воздухом в
определённых пропорциях. Комплекс процессов, необходимых для образования
горючей смеси и связанных с дозированием топлива, его распыливанием, пере
мешиванием с воздухом и испарением, называется
в котором этот процесс осуществляется
–
карбюратором
карбюрацией
.
, а
прибор
Содержание отчёта
На формате бумаги вычерчивается принципиальная схема системы пита
ния бензинового (карбюраторного) двигателя (модель двигателя выдаётся пре
подавателем, табл
. 3.1), на
которой должны быть показаны общие её элементы
.
Количество воздуха, проходящего через карбюратор и поступающего в
двигатель, определяется рабочим объёмом цилиндров двигателя, частотой вра
-
-
,
-
-
-
щения коленчатого вала и степенью открытия дроссельной заслонки. Секунд
ный расход воздуха, поступающего в двигатель, кг/с
36
:
-
3.1. Исходные данные по карбюраторным двигателям
h
′
120
(
)
Модель
двигателя
ВАЗ-2110 2108-1107010-31, двухкамер-
ный, эмульсионного типа,
с последовательным открытием дроссельных заслонок
ЗМЗ-402.10 К-151, двухкамерный,
с падающим потоком
УМЗ-4178 К-151В, двухкамерный,
с падающим потоком и
балансированной поплавковой
камерой
ЗМЗ-53.11 К-135, двухкамерный,
с падающим потоком
Карбюратор
Рабочий
объём
цилиндров,
V
, л
1,5 3400…3600 4
2,445 2500 4
2,445 2000…2500 4
4,25 2000…2500 8
Частота
вращения
коленчатого
вала,
п, об/мин
Число
цилиндров
двигателя,
i
, шт.
ЗИЛ-508.10 К-90 или К-88АТ,
двухкамерный,
с падающим потоком
6,0 3000…3200 8
1
′
h воздвозд
ν
где
hV′ –
=
рабочий объём цилиндра двигателя, м
воздуха при температуре и давлении окружающей среды
коэффициент наполнения двигателя
ствуют холостому ходу, а большие
ки
); п –
дров двигателя, шт
частота вращения коленчатого вала, об/мин (табл
. (
табл
. 3.1).
, ηv = 0,2…0,8 (
–
полностью открытой дроссельной заслон
Секундный расход воздуха, проходящего через диффузор карбюратора и
далее поступающего в двигатель
, [кг/с]:
niVG
γη
, (3.1)
3
(
табл
. 3.1); γ
меньшие значения соответ
–
возд
, γ
= 1,2 кг/
возд
. 3.1); i –
удельный вес
3
м
; ηv –
число цилин
-
-
-
22 γ∆µ=γ−µ=
р
gF
возддифдифдифвозддифодифдифвозд
где
µ
gFG , (3.2)
–
коэффициент расхода, учитывающий сопротивление воздушного пат
диф
рр
рубка карбюратора и части диффузора до его горловины, в которой замеряется
разрежение. Опыты показывают, что величина этого коэффициента в диапазоне
37
-
разряжений от
4
(
)
120
200 до 1600 мм
вод. ст. остаётся постоянной и находится в пре
-
делах
диффузорам, т.е. без воздушного патрубка карбюратора
бодного падения
диффузора, м
µ
= 0,40…0,75 (
диф
2
.
большие значения относятся к отдельно продуваемым
, g = 9,81 м/
); g –
2
с
; F
диф
–
площадь поперечного сечения горловины
ускорение сво
Площадь горловины диффузора подбирают так, чтобы разрежения в ней
(po –
р
) на
диф
больших числах оборотов не превосходили
2000 мм
величина разряжения соответствует скорости воздуха, близкой
можно определить по формуле
где
d
–
диф
диаметр диффузора, мм
горловины диффузора первой камеры составляет
ЗМЗ
и
26,0;
-402.10 –
для ЗМЗ
соответственно
-53.11 –
соответственно
= , (3.3)
диф
(на
двигателях модели ВАЗ
23,0 и 26,0;
11,0 и 27,0;
2
dFπ
диф
для УМЗ
21,0
-4178 –
ЗИЛ
мм, второй
соответственно
-508.10 –
вод. ст. Эта
150 м/с. Её
-2110
диаметр
– 23,0,
для
23,0
соответствен
-
-
но
8,5 и 28,0 мм); p
2
кг/м
; po –
давление окружающей среды, кг/м
диф
–
абсолютное давление у стенки горловины диффузора
2
.
Уравнение секундного расхода выведено для несжимаемых жидкостей
но разрежения в диффузорах карбюраторов очень редко превышают
вод. ст
ров, так как ошибка при его использовании не превысит
.,
поэтому этим уравнением можно пользоваться при расчёте карбюрато
1…2%.
1000
мм
Воздух проходит через диффузор карбюратора со сравнительно больши
ми скоростями, поэтому давления в нём заметно понижаются. Наименьшее
давление или наибольшее разрежение в горловине диффузора карбюратора на
блюдается при максимальных скоростях и расходах воздуха. Отсюда следует
что разрежения в диффузоре должны возрастать по мере увеличения открытия
дросселя и числа оборотов вала двигателя. Их можно определить, приравнивая
уравнения
(3.1) и (3.2)
секундных расходов воздуха
1
′
ν
h
2
gFniV
:
рр
γ−µ=γη
, (3.4)
возддифодифдифвозд
,
,
-
-
,
откуда
38
Полагая, что
γ
возд
ррр
дифодиф
= 1,2 кг/
=−=∆
3
м
,
получаем
2
n
2
F
2120 µ
g
′
iV
h
диф
2
γ
:
возд
2
η
ν
. (3.5)
2
диф
2
2
′
iVn
h
ррр
=−=∆
дифодиф
4
1024 µ
⋅
F
диф
2
η
ν
. (3.6)
2
диф
Разрежение в диффузоре, равное разности давлений окружающей среды и
в диффузоре
ленчатого вала
(ро – р
(п),
),
увеличивается по мере возрастания числа оборотов ко
диф
степени открытия дроссельной характеристики
(ηv) и
уменьшения площади горловины диффузора при данном рабочем объёме ци
линдров двигателя, обслуживаемых карбюратором
.
Скорости воздуха, протекающего через горловину диффузора, могут быть
определены следующим уравнением в предположении, что воздух представляет
собой несжимаемую жидкость
:
1
( )
или приближенно
где
ϕ
–
диф
коэффициент скорости воздуха в диффузоре, который с очень не
2
g
4 рр −ϕ≈ω , (3.8)
−ϕ=ω рр
дифодифвозд
γ
дифодифвозд
(3.7)
возд
большой долей погрешности может быть принят равным коэффициенту расхо
-
-
-
-
да
(µ
), т.е. µ
диф
диф
= ϕ
= 0,40…0,75.
диф
Протекание воздуха по диффузору карбюратора связано с понижением в
нём давлений вследствие увеличения кинетической энергии движущегося воз
духа и потерь на преодоление сопротивлений. Наибольшее возрастание разре
жений наблюдаётся в наиболее узком месте диффузора, т.е. в его горловине
Максимальные скорости воздуха, протекающего по трубам, всегда наблюда
лись на их геометрической оси и наименьшие
– у
стенок. Однако по опытам
это положение в применении к диффузорам не оказывается справедливым
Вследствие сжатия струи воздуха при входе в воздушный патрубок и в диффу
зор карбюратора, наличия распылителей, представляющих собой своеобразные
стенки, и введения бензина в поток воздуха, наименьшие разрежения оказались
в центре диффузора, а наибольшие
–
около стенок, и только в непосредствен
ной близости их разрежение понижалось. Таким образом, разрежение у распы
лителя всегда меньше, чем разрежение у стенок диффузора
.
В последние годы на многих карбюраторах для улучшения распыливания
-
.
,
.
-
-
-
и перемешивания топлива с воздухом стали устанавливать двойные и даже
тройные диффузоры. При установке малого диффузора наибольшие скорости
воздуха в горловине большого диффузора будут равны скоростям, с которыми
39
воздух выходит из малого диффузора. Однако скорости воздуха в горловине
малого диффузора будут ещё выше из-за его меньшего сечения. Установка двух
и трёх диффузоров, не уменьшая весового наполнения двигателя, позволяет
увеличить скорость, с которой воздух встречает топливо, вытекающее из рас
пылителя, способствуя этим его лучшему распиливанию и более быстрому
испарению
.
Разрежение за дроссельной заслонкой карбюратора в основном определя
ется скоростью, с которой горючая смесь проходит кромками дроссельной за
слонки и стенками смесительной камеры карбюратора. При возрастании скоро
сти смеси разрежение увеличивается и достигает при небольших открытиях
дроссельной заслонки и бóльших числах оборотов вала
4000 мм
вод. ст
.
Положение дроссельной заслонки определяет водитель автомобиля в за
висимости от величины дорожных сопротивлений, нагрузки автомобиля и же
лаемой скорости его движения. Работа двигателя с полностью открытой дрос
сельной заслонкой и возрастающими оборотами вала связана с увеличением
количества смеси, поступающей в двигатель в единицу времени. При этом раз
-
-
-
-
-
-
-
-
режения в диффузоре и за дроссельной заслонкой карбюратора увеличиваются
но в диффузоре они всё время несколько превышают разрежения за дроссель
ной заслонкой, так как площадь диффузора является наименьшей, и скорости
воздуха в ней оказываются наибольшими. Работа двигателя на постоянном чис
ле оборотов вала и постоянно прикрывающейся дроссельной заслонке связана с
уменьшением количества смеси, поступающей в цилиндры двигателя. При этом
разрежения в диффузоре уменьшаются, так как скорости воздуха в нём пони
жаются, а разрежения за дроссельной заслонкой увеличиваются. Это объясня
ется тем, что по мере прикрытия дроссельной заслонки во впускные трубы и
цилиндры двигателя проходит всё меньшее количество горючей смеси, а объё
мы перемещения поршней остаются неизменными. Поэтому расширение горю
чей смеси во впускном трубопроводе и в цилиндрах двигателя неизбежно ведёт
к понижению давлений
.
холостом ходу двигателя и малых оборотах вала в
двигатель поступает минимальное количество горючей смеси. При этом раз
,
-
-
-
-
-
-
-
режение в диффузоре почти отсутствует, а разрежение за дроссельной заслон
кой достигает наибольших значений, числённо равных
лице
3.2
приведены разряжения в диффузоре и за дроссельной заслонкой кар
5000 мм
вод. ст. В таб
бюратора, полученные на разных частотах вращения вала (выраженных в про
центах от максимальных) и разных открытиях дроссельной заслонки
40
.
-
-
-
-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]