Динамический расчет двигателя 4Ч7 ВАЗ. КП расчет двигателя ваз

Задание

1.Краткое описание двигателя, выбор начальных параметров для получения индикаторной диаграммы;

2. Построение индикаторной диаграммы двигателя;

3. Расчет и построение графиков изменения сил действующих на КШМ одного цилиндра:

- сил инерции;

- сил давления газов;

- движущих сил;

- боковой силы;

- радиальной и касательной силы;

- суммарной касательной силы.

4. Анализ конструкции заданной детали, которая используется в ланной модели – маховик.

6. Выводы

Двигатель

На автомобилях устанавливаются 4тактные поршневые карбюраторные двигатели внутреннего сгорания с верхним расположением распределительного вала.

Блоки цилиндров

Блок цилиндров изготавливается методом литья из специального высокопрочного чугуна. Отверстия под цилиндры растачиваются непосредственно в блоке и никакие дополнительные вставки (гильзы) в цилиндрах не применяются. Для получения высокой степени точности и чистоты поверхности цилиндры хонингуются. По диаметру цилиндры подразделяются на пять классов через 0,01 мм, обозначаемые латинскими буквами А, В, С, D и Е. Класс каждого цилиндра маркируется на нижней плоскости блока цилиндров.

Отверстия под коренные подшипники коленчатого вала растачиваются в сборе с крышками подшипников. Поэтому они невзаимозаменяемы ни между собой, ни с крышками других блоков цилиндров, и, чтобы не перепутать крышки, на них делается маркировка. Крышки подшипников крепятся к блоку цилиндров самоконтрящимися болтами, замена которых на какие-либо иные недопустима.

Валик 6 (см. рис. 2) привода вспомогательных агрегатов вращается в двух втулках, запрессованных в блок цилиндров. Передняя втулка сталеалюминиевая, а задняя — металлокерамическая. В запасные части поставляются втулки номинального и ремонтного размеров с уменьшенным на 0,3 мм внутренним диаметром.

Блоки цилиндров различных моделей двигателей невзаимозаменяемы. Их можно различить по номеру модели, отлитому на левой стороне блока цилиндров.

ШАТУННО-ПОРШНЕВАЯ ГРУППА

Поршень. Поршни 4 и 6 (рис. 3) всех моделей двигателей отлиты из алюминиевого сплава. Наружная поверхность поршня для улучшения ее прирабатываемости к стенкам цилиндра покрыта тонким слоем олова. Для компенсации неравномерного теплового расширения юбка поршня имеет сложную форму. По высоте она коническая, а в поперечном сечении овальная. Поэтому измерять диаметр поршня необходимо только в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу, и на расстоянии 52,4 мм от днища поршня.

По наружному диаметру поршни (так же как и цилиндры) подразделяются на пять классов через 0,01 мм, а по диаметру отверстия под поршневой палец 5 — на три категории 0,004 мм (см. приложение 2). Класс поршня (латинская буква) и категория (цифра) маркируются на днище поршня.

В запасные части поставляются поршни классов А, С, Е, которых вполне достаточно для подбора поршня к любому цилиндру, так как поршни и цилиндры разбиты на классы с некоторым перекрытием размеров.

Отверстие под поршневой палец смещено от оси симметрии на 5 мм в правую сторону двигателя. Поэтому на поршне имеется метка 11 в виде буквы П для правильной ориентировки поршня в цилиндре. Метка, так же как и отверстие 10 на шатуне для выхода масла, должна быть обращена в сторону передней части двигателя.

Поршневые кольца. На поршне установлены два компрессионных кольца 2 и 3 и одно маслосъемное 1. Все они изготовлены из чугуна. Верхнее компрессионное кольцо с бочкообразной хромированной наружной поверхностью. Нижнее компрессионное кольцо скребкового типа, фосфатированное.

Поршневой палец. На всех моделях двигателей устанавливаются одинаковые стальные трубчатые поршневые пальцы 5 (см. рис. 3). Они запрессовываются в верхнюю головку шатуна 7 и свободно вращаются в бобышках поршня. По наружному диаметру пальцы разбиты на три категории через 0,004 мм. Категория пальца маркируется на его торце соответствующим цветом: 1-я — синим, 2-я — зеленым и 3-я — красным.

Шатун. Стальной, кованый, одинаковый для всех моделей двигателей. Нижняя головка шатуна разъемная, в ней устанавливаются шатунные вкладыши 9. Шатун обрабатывается вместе с крышкой 8, и поэтому они невзаимозаменяемы с крышками других шатунов. Чтобы при сборке не перепутать крышки шатунов, на шатуне и его крышке (сбоку) имеется клеймо номера цилиндров, в которой они устанавливаются. При сборке цифры на шатуне и крышке должны находиться на одной стороне.

Коленчатый вал и маховик

Коленчатый вал. Отлит из высокопрочного чугуна и имеет пять опорных (коренных) шеек, закаленных токами высокой частоты на глубину 2— 3 мм. В заднем конце коленчатого вала 1 (рис. 4) имеется гнездо, куда вставляется подшипник ведущего вала коробки передач. Смазочные каналы в шейках коленчатого вала закрыты колпачковыми заглушками, которые запрессованы и для надежности зачеканены в трех точках.

Для продления срока службы коленчатого вала предусмотрена возможность перешлифовки шеек коленчатого вала при износе или повреждении их поверхностей. Шлифованием диаметры шеек уменьшаются на 0,25; 0,5; 0,75 и 1,00 мм.

Осевое перемещение коленчатого вала ограничено двумя упорными полукольцами 3, установленными в блоке цилиндров по обе стороны заднего коренного подшипника. С передней стороны подшипника ставится сталеалюминиевое полукольцо, а с задней — металлокерамическое (желтого цвета). Полукольца изготавливаются нормальной толщины 2,31—2,36 мм и увеличенной (ремонтной) 2,437— 2,487 мм. При сборке двигателя полукольца подбираются по толщине, чтобы осевой свободный ход коленчатого вала был в пределах 0,06—0,26 мм.

Вкладыши коренных и шатунных подшипников. Все они тонкостенные, биметаллические, сталеалюминиевые. Вкладыши 6 для 1, 2, 4 и 5-го коренных подшипников имеют на внутренней поверхности канавку (с 1987 г. нижние вкладыши этих подшипников устанавливаются без канавки). Вкладыш 7 центрального (3-го) коренного подшипника отличается от остальных вкладышей отсутствием канавки на внутренней поверхности и большей шириной. Все вкладыши 2 шатунных подшипников без канавок, одинаковые и взаимозаменяемые. Ремонтные вкладыши изготавливаются увеличенной толщины под шейки коленчатого вала, уменьшенные на 0,25; 0,5; 0,75 и 1 мм.

Маховик. Отливается из чугуна и имеет стальной напрессованный зубчатый венец для пуска двигателя стартером. Маховики 4 на всех моделях двигателей одинаковые и взаимозаменяемые, так как балансируются отдельно от коленчатого вала. Центрируется маховик с коленчатым валом передним подшипником ведущего вала коробки передач.

Маховик крепится к фланцу коленчатого вала шестью самоконтрящимися болтами, под которые подкладывается одна общая шайба 5. Заменять эти болты какими-либо другими недопустимо. Маховик необходимо устанавливать так, чтобы метка — конусообразная лунка А — находилась против шатунной шейки 4-го цилиндра. Метка служит для определения в. м. т. в 1-м и 4-м цилиндрах.

Головки цилиндров и клапанный механизм

Головка цилиндров. Отлита из алюминиевого сплава, имеет камеры сгорания клиновидной формы, запрессованные седла и направляющие втулки клапанов. Седла клапанов изготавливаются из специального чугуна, чтобы обеспечить высокую прочность при воздействии ударных нагрузок. Рабочие фаски седел обрабатываются после запрессовки в сборе с головкой цилиндров 1 (рис. 5), чтобы обеспечить точную соосность фасок с отверстиями направляющих втулок клапанов.

Направляющие втулки клапанов также изготавливаются из чугуна и запрессовываются в головку цилиндров с натягом. На наружной поверхности направляющих втулок имеется проточка, куда вставляется стопорное кольцо. Оно обеспечивает точность положения втулок при запрессовке их в головку цилиндров и предохраняет втулки от возможного выпадания.

Отверстия во втулках обрабатываются после запрессовки их в головку цилиндров. Это обеспечивает узкий допуск на диаметр отверстия и точность его расположения по отношению к рабочим фаскам седла и клапана. В отверстиях направляющих втулок имеются спиральные канавки для смазки. У втулок впускных клапанов канавки нарезаны до половины длины отверстия а у втулок выпускных клапанов — на всей длине отверстия.

Сверху на направляющие втулки надеваются маслоотражательные колпачки 3 из тепломаслостойкой резины со стальным арматурным кольцом. Колпачки охватывают стержень клапана и служат для уменьшения проникновения масла в камеру сгорания через зазоры между направляющей втулкой и стержнем клапана.

Распределительный вал

Распределительный вал. Литой, чугунный, одинаковый для всех моделей двигателей. Опирается на 5 шеек и вращается в алюминиевом корпусе подшипников, установленном на головке цилиндров. К переднему торцу распределительного вала крепится ведомая звездочка. От осевых перемещений распределительный вал удерживается упорным фланцем, помещенным в проточке передней опорной шейки вала.

На автомобилях ВАЗ выпуска до апреля 1982 г. устанавливались распределительные валы с кулачками и опорными шейками закаленными токами высокой частоты (т. в. ч.). С апреля 1982 г. устанавливались азотированные распределительные валы. С 1984 г. на валах маркируется год выпуска. С 1985 г. устанавливаются распределительные валы с отбелом кулачков; эти валы имеют отличительный шестигранный поясок между 3-м и 4-м кулачками.

Система охлаждения

Система охлаждения жидкостная, закрытого типа, с принудительной циркуляцией (рис. 6), Система заполняется охлаждающей жидкостью Тосол А40, представляющей водный раствор антифриза ТосолА (концентрированного этиленгликоля с антикоррозионными и антивспенивающими присадками). Плотность охлаждающей жидкости Тосол А40 составляет 1,078—1,085 г/см . Вместимость системы охлаждения 9,85 л. Для слива жидкости имеются два сливных отверстия, закрываемые пробками: одно отверстие в нижнем бачке радиатора, второе в блоке цилиндров с левой стороны

СМАЗОЧНАЯ СИСТЕМА

Смазочная система комбинированная — под давлением и разбрызгиванием. Под давлением смазываются коренные и шатунные подшипники коленчатого вала, опоры распределительного вала и вала привода вспомогательных агрегатов, кулачки распределительного вала и втулка шестерни привода масляного насоса. Маслом, вытекающим из зазоров и разбрызгиваемым движущимися деталями, смазываются стенки цилиндров, поршни с поршневыми кольцами, поршневые пальцы в бобышках, цепь привода распределительного меха-

Расчет и построение теоретической

индикаторной диаграммы

Расчетную индикаторную диаграмму строят по данным расчета рабочего цикла. В дальнейшем эта диаграмма является исходным материалом для динамического и прочностного расчетов двигателя. Построение диаграммы выполняют аналитическим способом, так как графические методы построения дают большие ошибки.

Ординаты точек политропы сжатия и расширения вычисляют по следующим формулам:

— для процесса сжатия

— для процесса расширения

Использование отношения V/Vc в качестве переменной позволяет упростить вычисления, так как численные значения V/Vc, необходимые для расчетов ординат политроп сжатия и расширения, в основном целые числа (от 1,0 до г — для политропы сжатия, от р до е — для политропы расширения). Удобно также задавать одни и те же значения V/Vc Для вычисления ординат политроп сжатия и расширения. При этом две ординаты политроп сжатия и расширения соответствуют одной абсциссе, что значительно упрощает их построение.

Теоретическая индикаторная диаграмма рабочего цикла в этом случае представляется в системе координат р — V/Vc безразмерной в направлении оси объемов. Абсолютные объемы, соответствующие значениям отношения V/Vc , легко найти, умножив отношение V/Vc на постоянный объем Vc камеры сжатия:

- для четырехтактных ДВС

Вычисление ординат точек политроп сжатия и расширения удобно проводить в табличной форме и в определенном порядке

Значения рс, pа, pz и рь являются контрольными и должны соответствовать полученным в расчете цикла.

Исходные данные для построения индикаторной диаграммы

РS = 0.1013 МПа;

РA = 0.091 МПа;

Рz = 6.485 МПа;

Рс = 1.733 МПа;

= 8.5;

= 1;

n1 = 1.376;

n2 = 1,228.

Построение индикаторной диаграммы

Динамический расчёт двигателя

Силы инерции

Сила инерции поступательно движущихся масс приложена в центре поршневого пальца действует вдоль оси цилиндра и равна:

Выбираем по средним статистическим данным для ВОД ms=0,0025 МПа

r — радиус мотыля;

0— средняя угловая скорость вращения вала;

0 = ⋅n/30=3,14⋅5600/30=586,1с-1

= 0,3 — отношение радиуса мотыля к длине шатуна;

ϕ — угол поворота коленчатого вала, отсчитываемый от положения мотыля

верхней мёртвой точке в сторону вращения вала.

Силы давления газов

На поршень со стороны камеры сгорания действует сила от давления газов в цилиндре двигателя Рг (рис.8.).Она приложена в центре поршневого пальца и действует вдоль оси цилиндра.

Силы давления газов, действуя на поршень Рг и на крышку цилиндра — Рг, взаимоуравновешиваются внутри двигателя и на его опоры не передаются. Вне двигателя силы давления газов проявляются в виде вращающего МВР и опрокидывающего моментов МОПР. Относительное значение силы давления газов в зависимости от угла поворота кривошипа Pг = f(ϕ) определяется аналитически или графически по расчетной или действительной индикаторной диаграмме.

Более целесообразным является аналитическое определение давлений рабочего тела для расчетных положений кривошипа. В этом случае необходимо располагать следующими данными:

и д — условная и действительная степени сжатия;

и — степень предварительного и степень последующего расширения;

Рz и Ра — давления в цилиндре — максимальное и в начале сжатия;

n1 и n2 — показатели политроп сжатия и расширения;

Расчетные положения механизма и соответствующие им величины будем отмечать индексом i; S* и s* без индексов служат для обозначения полного хода поршня.

Текущей степенью сжатия і будем называть отношение объема цилиндра в момент начала сжатия к его текущему объему, равное отношению соответствующих этим объемам перемещений поршней:

Для четырехтактного дизеля , когда S=0,

Текущая степень сжатия может изменяться между единицей и действительной степенью сжатия.

Текущей степенью последующего расширения i, - назовем отношение объема цилиндра в данный момент к его объему в момент конца предварительного расширения. Независимо от тактности двигателя

Давление газов на 1 см2 площади поршня рГ определяется по термодинамическим формулам :

Так как д = 8,5; = 1; Ра = 0,091 МПа; Pz = 6,485 МПа; n1 = 1,376; n2 = 1,228 можем найти значения давления газов в данный момент поворота коленчатого вала

hc = 0.2667; Сч = 2,2667

Абсолютное значение силы давления газов на поршень Рг = pгFn, MН, а относительное значение Рг=р, МПа.

Движущая сила

Движущая сила является результирующей всех сил, действующих на поршень, — силы давления газов в цилиндре Рг, силы давления воздуха в подпоршневой полости Рп.п ,силы инерции ПДМ Рj, силы тяжести и ПДМ Рт и равна их алгебраической сумме, МПа,

На рис.8 показано действие движущей силы в КШМ. Она приложена в центре поршневого пальца и действует вдоль оси цилиндра. Сила Рдв раскладывается на составляющие: нормальную силу, действующую перпендикулярно к оси цилиндра и прижимающую поршень к втулке N = Pдвtg, и силу, действующую по оси шатуна, Q = Pдв/cos.

Силу Q переносим по линии ее действия в центр шатунной шейки и раскладываем на две составляющие: радиальную силу, действующую по кривошипу, Z = Q cos (ϕ + ) = Рдв cos(ϕ + )/ cos и касательную (тангенциальную) силу Т = Q sin(ϕ + ) = =Рдв sin(ϕ + )/cos .

Силы, действующие на КШМ, переменны по величине и направлению, поэтому для удобства анализа их представляют в виде графических зависимостей показывающих изменение сил по углу поворота кривошипа. Кривые периодические, с периодом 360° в двухтактных двигателях и 720° в четырехтактных. Силы считаются положительными, когда Рдв, Pj и Z направлены к центру вращения коленчатого вала, Т — направлена в сторону вращения коленчатого вала, a N - в сторону, противоположную вращению. Угол положителен, когда шатун отклонен в сторону вращения коленчатого вала.

Суммарные касательные силы в

многоцилиндровом двигателе

Суммарные касательные силы в многоцилиндровых двигателях необходимо знать для определения вращающего момента и расчета коленчатого вала на прочность.

Диаграмма суммарных касательных сил Т многоцилиндрового двигателя строится последовательным суммированием кривых касательных сил каждого из цилиндров, смещенных по фазе на угол заклинки ϕз кривошипов. Суммирование можно произвести графически или в табличной форме. Построения Т.

Значения Т получаются суммированием ординат в пределах каждой строки. Значения Тз = Т0 , так как Т - периодическая функция с периодом ϕз. По полученным данным построим зависимость Т = f(ϕ).

По данным таблицы строим диаграмму суммарных касательных сил.

Для построения Тср найдем площадь под кривой Т и разделим на длину отрезка 0180. Тогда получим Тср ≈ 0.721 МПа.

Суммарная касательная сила приложена к фланцу коленчатого вала на радиусе r и определяет суммарный вращающий момент , МН⋅м.

Мвр = Т⋅r⋅Fп

Среднее значение вращающего момента , МН⋅м

Мвр.ср= Тср⋅r⋅Fп

Для двигателя 4Ч 7.6/6.6 Мвр.ср= Тср⋅r⋅Fп = 0.721⋅0,033⋅3,14⋅0,0762/4=0,1078 кН⋅м.

Расчет маховика

Если наш двигатель работает на автотранспорте, то принимаем неравномерность вращения н = 1/100.

Предположив, что весь момент инерции, необходимый для обеспечения заданной степени неравномерности, должен создаваться маховиком, то найдем массу маховика, кг:

Избыточная работа вращающего момента

fизб – площадь наибольшей избыточной площади, если за период изменения Мвр имеются две избыточные площади, мм2;

При = 7800 кг/м3 найдем ширину маховика.

Выводы

В данной работе я построил индикаторную диаграмму для двигателя 4Ч 7,6/6,6, что позволило также найти силы давления газов, силы инерции, движущие силы, радиальную, боковую и касательные силы. Эти силы определяют конструкцию и соответственно массогабаритные показатели дизеля. Нахождение касательных сил позволило найти изменение крутящего момента на фланце двигателя. Так как это транспортный двигатель, то задавшись степенью неравномерности вращения мы можем найти геометрические размеры маховика, используя зависимость изменения суммарной касательной силы от угла поворота коленчатого вала

Список использованной литературы

1. Истомин П.А. Динамика судовых ДВС. Л. Судостроение, 1964.

2. Фомин Ю.А. и др. Судовые ДВС. Л., Судостроение, 1989.

3. Гогин А.Ф. и др. Судовые дизели , М., Транспорт, 1988.

4. Хандов З.А. Судовые ДВС, М., Транспорт, 1968.

5. Ваншейдт В.А. Судовые ДВС, Судостроение, 1962