Расчет ДВС УЗАМ-3318

график ДВС УЗАМ.frw

Развёрнутая диаграмма нагрузок
Индикаторная диаграмма
Диаграмма нормальной (N)
и сжимающей (S) силы
Диаграмма радиальной (К)
и тангенциальной (Т) силы
Суммарный крутящий момент
Графики удельных сил

А1 график УЗАМ.cdw

Развёрнутая диаграмма нагрузок
Индикаторная диаграмма
Диаграмма нормальной (N)
и сжимающей (S) силы
Диаграмма радиальной (К)
и тангенциальной (Т) силы
Суммарный крутящий момент
Графики удельных сил

УЗАМ-3318.docx

Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра транспортных и технологических машин
Расчет ДВС прототип УЗАМ-3318
номер группы зачётной книжки
Задание на курсовую работу3
Тепловой расчет двигателя УЗАМ-33183
1 Свежий заряд и продукты сгорания3
5 Процесс расширения6
6 Индикаторные показатели рабочего цикла7
7 Эффективные показатели рабочего цикла8
8 Основные размеры двигателя9
9 Построение индикаторной диаграммы11
Динамический расчет13
1 Силы давления газов15
3 Суммарная сила и ее составляющие18
5 Силы действующие на шатунные шейки коленвала22
Конструкционный расчет23
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ28
Задание на курсовую работу
По заданным параметрам двигателя произвести тепловой расчёт динамический и конструктивный по результатам расчётов построить индикаторную диаграмму определить основные параметры поршня и кривошипа. Разобрать динамику кривошипно-шатунного механизма определить радиальные тангенциальные нормальные и суммарные набегающие силы действующие на кривошипно-шатунный механизм построить график средних крутящих моментов для карбюраторного двигателя УЗАМ-3318.
Таблица 1 - Исходные данные
Тепловой расчет двигателя УЗАМ-3318
Тепловой расчет является начальный этапом всех работ связанных с проектированием двигателя. При проведении расчетов необходимо сравнить данные отдельных его этапов с соответствующими параметрами существующих двигателей. Если обнаружится ошибка – проверить поворотным расчетом или изменить численные значения отдельных принятых величин.
В соответствии с типом двигателя (дизельный или с зажиганием от искры) выбрать необходимый сорт топлива – дизельное с цетановым числом не менее 45 или бензин. Марка бензина зависит от степени сжатия которая определяет мощность двигателя. Для высокооборотных двигателей следует применять повышенную степень сжатия.
Один из основных показателей топлив – низшая теплота сгорания Нu кДжкг. Для всех сортов бензина Нu=44000 кДжкг.
1 Свежий заряд и продукты сгорания
Количество свежего заряда или горючей смеси для карбюраторных ДВС кмолькг топлива
где α – коэффициент избытка воздуха: α=094.
т – молекулярная масса паров топлива кгкмоль: т=115.
L0 – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива кмолькг: L0=0512.
Количество продуктов сгорания М2 подсчитывается как сумма отдельных составляющих смеси кмолькг.
При неполном сгорании (в карбюраторных ДВС α1)
Здесь К – отношение числа киломолей водорода к окиси углерода составляющее 047.
Общее количество продуктов неполного сгорания кмолькг
Теоретический коэффициент молекулярного изменения
Действительный коэффициент молекулярного изменения:
где γ – коэффициент остаточных газов его значение 007.
Расчет процесса впуска заключается в определении величин давления Pa МПа температуры Та К конца впуска и коэффициента наполнения V Потери давления на впуске Ра МПа Р0=01:
где – потеря давления на впуске.
Давление Р0 и температуру Т0 окружающей среды обычно принимают Р0=01 МПа и Т0=293 К. Степень сжатия принять по данным двигателя прототипа. Температура подогрева заряда Т= 10 К. Температура остаточных газов Тr= 950 К. Давление остаточных газов Рr= (1175)Р0 = 012 МПа.
где – давление остаточных газов.
Параметры рабочего тела в конце процесса сжатия – давление Рс МПа и температуру Тс К определяют по уравнениям политропного процесса по формулам:
где n1 – средний показатель политропы сжатия величина которого зависит от многих факторов. Для приближенных расчетов его значение имеет следующие величины: n1=136.
Расчет процесса сгорания заключается в определении максимальных значений температуры Тz и давления Pz в цилиндре двигателя. Однако подсчет величины Тz представляет определенные трудности и ее принимают по опытным данным:
Давление конца сгорания в карбюраторных двигателях МПа
Вследствие потерь в карбюраторных ДВС действительное давление конца сгорания МПа
5 Процесс расширения
Расчет процесса расширения заключается в определении давления Рв МПа и температуры Тв К по уравнениям политропного процесса:
где n2 – средний показатель политропы расширения. Эту величину принимают по опытным данным в пределах n2=125.
6 Индикаторные показатели рабочего цикла
Теоретическое среднее индикаторное давление для карбюраторных двигателей МПа:
где λ=32 – 42 – степень повышения давления.
Действительное среднее индикаторное давление:
где φn=095 – коэффициент полноты индикаторной диаграммы.
где ρ0 – плотность заряда на впуске кгм3. l0=1496
где В=287 Джкгград – удельная газовая постоянная для воздуха.
Индикаторный удельный расход топлива гкВт ч
Величину Нu в выражениях (1.31) и (1.33) следует принять в МДжкг.
7 Эффективные показатели рабочего цикла
Среднее эффективное давление МПа
где Рм — среднее давление механических потерь которое подсчитывают с учетом средней скорости поршня мс. Для современных двигателей величину принимают 13 мс для ДВС с воспламенением от искры легковых автомобилей.
Для современных двигателей величину принимают в пределах:
n=12 – 15 для ДВС с воспламенением от искры легковых автомобилей
n=9 – 12 для ДВС с воспламенением от искры грузовых автомобилей.
Эффективный удельный расход топлива гкВтч.
Здесь Нu принять в МДжкг.
8 Основные размеры двигателя
Литраж двигателя л дм3
где =4 – тактность современных транспортных двигателей.
Рабочий объем одного цилиндра дм3.
где i – число цилиндров.
Диаметр цилиндра и ход поршня мм:
где SD – отношение хода поршня к диаметру цилиндра которое по опытным данным имеет следующие значения: SD=08.
Полученные значения D и S округляют до целого четного числа и по полученным величинам подсчитывают показатели двигателя.
Эффективная мощность кВт
Числовой расход топлива кгч
Средняя скорость поршня мс
Разница между полученным значением и заданным рассчитывается по модулю как
Используя параметры основных процессов рабочего цикла построить индикаторную диаграмму.
9 Построение индикаторной диаграммы
Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится с использованием данных расчета рабочего процесса.
При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом чтобы получить высоту равную 12 – 17 ее основания.
В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок АВ соответствующий рабочему объему цилиндра т.е. по величине равной ходу поршня в масштабе Мs в зависимости от него масштаб принять 1:1 15:1 или 2:1.
Отрезок ОА мм соответствующий объему камеры сгорания определяется из соотношения:
Масштабы диаграммы.хода поршня - Мs = 1 мм в мм; масштаб давлений - Mp= 004 МПа в мм.
Приведенные величины рабочего объёма цилиндра и объема камеры сгорания соответственно:
При построении диаграммы рекомендуется выбирать следующий ряд масштабов давлений: Мр=002; 0025; 004; 005; 007 – 010 МНм2 на 1 мм чертежа.
Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках: а с z’ z b r.
Построение политроп сжатия и расширения можно производить графическим или аналитическим методами.
По наиболее распространенному графическому методу Брауэра политропы сжатия и расширения строят следующим образом.
Из начала координат проводят луч ОС под произвольным углом α к оси абсцисс (для получения достаточного количества точек па политропах рекомендуется α=15°). Далее из начала координат проводят луч OD и OE под определенными углами 1 и 2 к оси ординат. Эти углы определяют из соотношений:
где n1 и n2 – соответственно показатели политроп.
Максимальная высота диаграммы (точка z):
Ординаты характерных точек:
Положение точки Рс’’ определим из выражения:
Действительное давление сгорания.
Соединяя плавными кривыми точки rca' c' cc'' и далее z и кривой расширения b' cb'' и далее r' и r получаем скругленную индикаторную диаграмму ra'ac''zb'b''r по которой можно определить величину теоретического индикаторного давления Р' МНм2:
где F' – площадь скругления диаграммы aczb''а мм2.
Значение р' должно быть равно значению р' полученному в результате теплового расчета (ошибка 5%).
Действительное индикаторное давление отличается от расчетного так как в реальном двигателе за счет опережения зажигания или подачи топлива (точка с') рабочая смесь воспламеняется до прихода поршня в ВМТ (точка ) и повышает давление в конце процесса сжатия (точка с''). Процесс видимого сгорания происходит при изменяющемся объеме и протекает по кривой c''z а непо прямой сz. Открытие выпускного клапана до прихода поршня в НМТ (точка b') снижает давление в конце расширения (точка b'' располагается между точками b и a). В этих точках производят скругление индикаторной диаграммы.
Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма (КШМ) заключается в определении суммарных сил и моментов возникающих от давления газов и от сил инерции.
Во время работы двигателя на детали КШМ действуют:
- силы давления газов в цилиндре;
- силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс;
- центробежные силы.
В течение каждого рабочего цикла силы действующие в КШМ непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для определения характера изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для различных положений кривошипа через 30°. Результата динамического расчета сводятся в таблицы.
За время полного рабочего цикла сила от давления газов силы инерции и эффективный крутящий момент изменяются по величине и направлению. Центробежная сила от вращающихся масс изменяется только по направлению. В многоцилиндровых двигателях возникают продольные моменты от сил инерции возвратно-поступательно и вращательно движущихся масс (рис. 1).
Рис. 1 Схема сил и моментов действующих в КШМ
Основные исходные данные для динамического расчета – ход поршня диаметр цилиндра и индикаторная диаграмма – получают в тепловом расчете. Дополнительно необходимо выбрать и обосновать длину шатуна массы поршневой и шатунной групп.
Для определения длины шатуна пользуются величиной λ=RLш равной отношению радиуса кривошипа R (половина хода поршня S) к длине шатуна. Для предварительных расчетов принимаются λ=025 – 030.
Р – суммарная сила; N – нормальная сила; S – сила действующая по шатуну; К – сила направленная по радиусу кривошипа; Т – тангенциальная сила; – угловая скорость; α – угол поворота кривошипа; – угол наклона шатуна от оси цилиндра.
Массы поршневой группы mши неуравновешенных частей кривошипа mk (кг) принимают по заданным удельным конструктивным массам приходящимся на единицу площади поршня Fn.
п = 125000650 = 081 кг
ш = 160000650 = 104 кг
к = 160000650 = 104 кг
Удельная масса поршня m’n=100 – 150 кгм2
Удельная масса шатуна m’ш=120 – 200 кгм2
Удельная масса m’k=150 – 200 кгм2
Большие значения m’ соответствуют двигателям с большим диаметром цилиндра. V – образные двигатели с двумя шатунами на шатунной шейке имеют большие значения m’k.
1 Силы давления газов
Силы давления газов действующих на поршень условно заменяют одной силой приложенной к оси поршневого пальца и направленной по оси цилиндра. Определяется эта сила для каждого значения угла поворота кривошипа α по индикаторной диаграмме рассчитанной для нормального режима работы двигателя. Для этого полученную при тепловом расчете диаграмму в координатах P – V перестраивают методом проф. Ф.А. Брикса в развернутую с координатами Р – α. Для этого под индикаторной диаграммой строят полуокружность радиусом R=S2. Далее от центра полуокружности (точка 0) в сторону нижней мертвой точки откладывается поправка Брикса равная Rλ2. Полуокружность из центра 0 делят лучами на шесть частей а из центра 0’ проводят линии параллельные этим лучам. Точки полученные на полуокружности соответствуют определенным углам положения кривошипа.
Справа от индикаторной диаграммы наносят координаты Р – α. При этом ост абсцисс располагают на уровне линии атмосферного давления Р0 так как давление на диаграмме Р – α изображается избыточное давление над поршнем. Ось абсцисс на диаграмме Р – α делят вертикальными линиями на отрезки через 30° угла поворота кривошипа и обозначают точки соответствующими значениями угла.
Развертку индикаторной диаграммы начинается от верхней мертвой точки процесса впуска. Для чего величины давлений полученные пресечением вертикальных линий с контуром диаграммы Р – V переносят на соответствующие линии диаграмма Р – α. Следует учесть что давление процесса впуска на диаграмме Р – α должны быть отрицательными. Точку Zg действительного давления конца сгорания отмечают на развернутой диаграмме отдельно так как ее положение соответствует 370° угла поворота кривошипа. Полученные точки соединяют плавной кривой.
Численное значение величины силы давления газов на поршень (кН) определяют по формуле:
где Мg – масштаб давления; Мg = 004 мм; Fп – площадь поршня Fп = 000650 м2.
Мр = 103004 000650 = 026 мм
Шкалу сил наносят на оси ординат развернутой диаграммы. Составляют сводную таблицу величин определяемых в динамическом расчете. В графу 1 записывают значения угла поворота кривошипа от 0 до 720 через принятый интервал 30. Отдельно помечают угол 370 которому соответствует максимальное давление газа.
По развернутой диаграмме для каждого угла поворота кривошипа определяют значения силы давления газа Рг и заносят в графу 2 с соответствующим знаком. Силы считаются положительными если они направлены к оси коленчатого вала.
Силы инерции действующие в КШМ разделяются на 2 группы. К первой группе относятся силы инерции Рj кН масс соответствующих возвратно – поступательное движение. Это массы поршневой группы п и верхней части шатуна ш которые условно приведены к оси поршневого пальца.
Рj = - 10-3jR2(cosα+λcos2α)(3.4)
где j – масса деталей совершающих возвратно – поступательное движение j = п + 0275шп; j – ускорение поршня;ш – полная масса шатуна;R – радиус кривошипа м. R = 00395 м; = – угловая скорость вращения кривошипа 1с;n – число оборотов коленвала; n = 5300 мин-1.
Знак минус (формула 3.5) показывает что сила инерции направлена в сторону противоположную ускорению.
Значение тригонометрической функции (cosα+λcos2α) в зависимости от λ и α заносят в графу 3 таблицы 2.
j = 081+0275029 = 089 кг
= 5966 = 355931561с2
Рj 370 = - 10-308940 (124) = -1573 кН
Остальные результаты расчетов сил инерции сведем в графу 4 таблицы 3. и по ним строят график изменения этой силы в зависимости от угла поворота на развернутой индикаторной диаграмме в том же масштабе. Силы инерции Рj действуют по оси цилиндра и считаются положительными если они направлены к оси вращения кривошипа.
Ко второй группе относятся силы инерции КR (кН) масс совершающих вращательное движение. Это массы кривошипа и нижней головки шатуна.
Сила КR не изменяется по величине при постоянной угловой скорости действует по радиусу кривошипа и направлена от оси коленчатого вала.
Центробежная сила КR является результирующих двух сил:
Силы инерции вращающихся масс шатуна.
КRш = -шкR210-3(3.6)
где шк – масса шатуна приведенная к оси кривошипа.
шк = 0725ш; шк = 075 кг.
КRш = - 0750043559315610-3 = -1074 кН
Силы инерции вращающихся масс кривошипа.
КRк = - 10400410-3 = -14.81 кН
Тогда суммарная сила инерции вращающихся масс:
КR = -1074+(-1481)= -2554 кН
3 Суммарная сила и ее составляющие
Суммарную силу действующую в кривошипно-шатунном механизме и сосредоточенную на оси поршневого пальца определяют путем алгебраического сложения сил давления газов и силы инерции возвратно – поступательно движущихся масс кН:
Р370 = 3009 + (-1573) = 1435 кН
Результат заносим в графу 5 таблицы 2 затем строят график изменения этой силы на диаграмме Р – α.
Воздействие от силы Р передается на стенки цилиндра перпендикулярно его оси и на шатун по направлению его оси.
Сила N кН действующая перпендикулярно оси цилиндра называется нормальной. Она считается положительной если создаваемый ею момент относительно оси кривошипа будет направлен в сторону противоположную направлению вращения коленвала:
N370 = 1435005 = 067 кН
Значения тригонометрических функций в зависимости от угла поворота кривошипа α и λ принимают по таблицам положения заносят в соответствующие графу таблицы. . Подсчитанные силы N записываем в графу 7 и строят график изменения ее по углу поворота в том же масштабе что и для сил Р.
Сила действующая по оси шатуна кН:
S370 =14351 = 1435 кН
Сила считается положительной если сжимает шатун и отрицательной если его растягивает. Подсчитанные величины силы S заносят в графу 9.
Строят график изменения ее в том же масштабе. Для лучшей компоновки графики сил S и N совмещают.
От действия силы S на шатунную шейку возникают две составляющие силы К и Т кН.
Сила направленная по радиусу кривошипа радиальная сила и тангенциальная сила направленная по касательной к окружности радиуса поворота:
К370 = 1435098 = 1407 кН
Т370 = 1435022 = 316 кН
Сила К считается положительной если они сжимает щеки колена. Сила Т положительна если создаваемый ею момент имеет направление совпадающее с направлением вращения коленчатого вала.
Подсчитываем силы К и Т заносим в графы 11 и 13 таблицу 2 строят совмещенный график этих сил зависимости от угла поворота кривошипа.
Таблица 2 – Значения сил действующих в КШМ
Окончание таблицы 2 - Значения сил действующих в КШМ
4 Суммарный крутящий момент
Крутящий момент Мк (Нм) развиваемый в одном цилиндре двигателя определяется как произведение тангенциальной силы Т Н на радиус кривошипа R м.
Величина R постоянна поэтому зависимость крутящего момента от угла поворота кривошипа будет иметь то же характер что и сила Т.
Масштаб крутящего момента:
где Мт – масштаб силы Т.
Для построения кривой суммарного крутящего момента многоцилиндрового двигателя производят графическое суммирование кривых крутящих моментов каждого цилиндра сдвигая одну кривую относительно другой на угол поворота кривошипа между вспышками.
Так как для каждого цилиндра двигателя величина и характер изменения крутящего момента по углу поворота коленчатого вала одинаковы и отличаются лишь угловым интервалом то для подсчета суммарного крутящего момента двигателя достаточно иметь кривую момента одного цилиндра.
Для 4 - тактного двигателя суммарный крутящий момент будет периодически изменяться через:
где – число цилиндров двигателя равное 4.
При графическом построении кривой суммарного крутящего момента кривой силы Т одного цилиндра делится через 10 на число участков равное числу цилиндров. Все участки кривой сводятся в один и графически суммируется.
Результирующая кривая показывает изменения суммарного крутящего момента двигателя в зависимости от угла поворота коленвала.
Суммарный крутящий момент можно определить табличным способом. Для этого составляют суммарную таблицу 3 и записывают в нее величины отрезков соответствующих значений силы Т Н через 10 от 0 до угла чередование вспышек в цилиндрах двигателя. Затем построчно складывают показания для соответствующих значений угла умножают на радиус кривошипа R м. По полученным данным строят кривую изменения суммарного крутящего момента по углу поворота коленвала. В соответствии с масштабом наносят шкалу момента.
На график также наносят значения максимального минимального и среднего крутящих моментов двигателя.
Таблица 3 – Значения силы
где F – площадь мм2 заключенные между кривой Мк и осью абсцисс ОА длина отрезка мм Мм – масштаб момента. Мм = 002 мм.
= 015 КНм = 15155 Нм
Оценивают точность расчетов и графического построения сравнивая подсчитанный Мкср с величиной эффективного крутящего момента полученной в тепловом расчете. Ошибка:
где м – механический КПД двигателя. Ранее был рассчитан в пункте 2.7; м = 1; Ме – крутящий момент Нм. Ранее был рассчитан в пункте 2.8;
Данная ошибка не должна превышать 5%.
5 Силы действующие на шатунные шейки коленвала
Результирующую силу Rшш нагруженную шатунную шейку находят графическим сложением силы S действующей по оси шатуна с центробежной силой инерции вращающихся масс шатуна КRш:
Вначале строят полярную диаграмму силы S так как она является суммирующей двух сил К и Т:
В прямоугольных координатах вправо откладываются положительные значения силы Т вверх – отрицательные значения К. Начинают построение от угла α=0. Отложив в масштабе значения сил Т0 и К0 взятые из таблицы получают точку S1. Точка 2 наносят напротив значения Т30 и К30 т.е. для угла α=30° и т.д. Точки 1 2 и другие соединяют плавной линией в порядке нарастания углов. Полученная диаграмма представляет собой полярную диаграмму изменения силы S. Соединив полюс 0 диаграммы с любой точкой ее контура получим величину силы S для данного угла α например вектор S2 для α=30°.
Затем в полученной полярной диаграмме (рис.5) из полюса 0 в масштабе (М= 04) отрезок равной силе КRш и на оси ординат наносят новый полюс 0ш. Такое сложение векторов возможно так как при постоянной угловой скорости центробежная сила КRш постоянна по величине и всегда направлена по радиусу кривошипа.
Кривая с точками 1 2 и т.д. имеющая полюс в точке 0ш представляет собой полярную диаграмму нагрузки Rшш на шатунную шейку в зависимости от углов поворота коленвала.
Суммарную силу действующую на колено и вызывающую изгиб шатунной шейки определяют как сумму сил
где КRk – сила инерции вращающихся масс кривошипа; КRk = -1870 кН.
Полярную диаграмму достраивают. По вертикали вниз от полюса 0ш величину центробежной силы инерции КRk в масштабе находят новый полюс 0к. При этом диаграмма превращается в полярную для суммарной силы действующей на колено . Векторы соединяющие полюс 0к с соответствующими точками полярной диаграммы в масштабе выражают силы Rк изгибающей шатунные шейки.
Для расчета коленчатого вала на прочность необходимо определить средние Rшш ср. и максимальное Rшш макс. значения сил действующих на шатунную шейку.
Для этого полярную диаграмму с полюсом в точке 0ш перестраивают в прямоугольные координаты. На оси абсцисс наносят точки от 0° до 720° через 30° и через них проводят линии параллельные оси ординат.
На них откладывают величины векторов Rшш от центра 0ш полярной диаграммы в соответствии с определенными углами α. При построении развернутой диаграммы все векторы должны быть положительными. Концы отложенных векторов соединяют плавной линией. На полученном графике наносят максимальное минимальное и среднее значения Rшш. Последнюю определяют по площади заключенной между кривой графика осью абсцисс и ординатами с помощью планиметра. Площадь можно с достаточной точностью подсчитать по клеткам если диаграмма построена на миллиметровке:
где F – площадь диаграммы (мм2); ОА – отрезок от 0° до 720° (мм); ОА = 288 мм; Мр – масштаб давлений.
На диаграмме проводим линию на расстоянии Rшш ср от оси абсцисс.
Конструкционный расчет
Расчеты на прочность деталей двигателей до настоящего времени является приближенным. Применяемые для расчета методы и формулы не дают возможности точно определить действительные напряжения в деталях.
Это объясняется следующим:
Сложность конструктивных форм рассчитываемых деталей;
Трудность определения действительной величины сил нагружающих детали условий работы деталей и расчетных режимов;
Сложность точности учета знакопеременной нагрузки;
Трудность оценки влияния температурных нагрузок.
Отсутствием методики расчета деталей двигателя на жесткость и устойчивость.
В данной курсовой работе представлено описание методики расчета поршня. Некоторые наиболее трудоемкие расчеты сложных деталей упрощены с целью сокращения объема расчетных работ.
Материалами для изготовления поршней служат чугун легкие сплавы и сталь. Чугун и сталь по сравнению с легкими сплавами обладаю более высокой прочностью и износостойкостью а также малый коэффициентом линейного расширения. Преимуществами поршней из легких сплав по сравнению с чугунными является меньшая масса (на 30 – 50%) и более высокая теплопроводность (в 3 – 35 раза) при этом повышается коэффициент наполнения уменьшается вероятность возникновения детонации. Применение поршней из легких сплавов позволяет повысить на 10 - 20% мощность двигателя и уменьшить расход топлива и масла. Поршни изготавливают путем литья и ковки или штамповки. Из легких сплавов применяют преимущественно алюминиевые: АЛ1 АЛ10В АЛ19 и др.
Наибольшее распространение получили кремне-алюминиевые сплавы (13 – 26% кремния) с присадками никеля и меди.
Для штамповки применяют деформируемые алюминиевые сплавы АК-2 и АК-4.
При проектировании поршня его размеры принимают по конструктивным соображениям с учетом прототипа.
Проверочный расчет днища поршня стенки головки и опорной поверхности юбки выполняют для условий действия на поршень постоянных нагрузок. Величина переменных нагрузок учитывается при установлении допустимых напряжений.
Днище поршня рассчитывают на изгиб как круглую пластину защемленную по краям и нагруженную равномерно распределенной нагрузкой.
Напряжение изгиба МНм2 в днище определяется по формуле:
d- толщина днища мм.
из = 5562= 20.57 МНм2
Допускаемые напряжения изгиба для поршней из алюминиевых сплавов [из] = 20-25 МНм2;.
Головку поршня проверяют на сжатие по сечению х – х.
Напряжение сжатия МНм2:
сж = Рzmax Fx-x(4.2)
где Рzmax – максимальная сила давления газов на днище поршня МН:
Рzmax = pzmaxFп(4.3)
где Fп – площадь поршня Fп = 000650 м2.
Рzmax = 556000650 = 004 МН
Площадь сечения с учетом ослабления его масляными отверстиями:
где – диаметр поршня по дну канавок под кольцо; t - Радиальная толщина кольца; Δt – величина радиальный зазор кольца в канавке; пм - Число масляных отверстий в поршне; пм = 9шт; - площадь продольного диаметрального сечения масляного канала; dм - Диаметр масляного канала.
= 91-2 (391+1)=8849 мм
Для расчета натяжения сжатия Fx-x нужно перевести в м2 следовательно Fx-x = 000093 м2.
Допускаемое напряжение на сжатие для алюминиевых сплавов [сж]=30-40 МНм2.
Направляющую часть поршня (юбку) проверяют по удельному давлению на стенки цилиндра Кмах МНм2.
Допускаемые значения удельного давления для современных автомобильных двигателей находятся в пределах Кмах = 06-10 МНм2.
Таблица 4 – Размеры элементов поршня
Для карбюраторных ДВС
Толщина днища поршня
Высота верхней части поршня h1
Высота юбки поршня hю
Расстояние между торцами бобышек В
Внутренний диаметр бобышекdп
Толщина стенки юбки поршня бю
Толщина стенки головки поршня s
Расстояние до первой поршневой канавки е
Толщина первой кольцевой перемычки hп
Внутренний диаметр поршня di
Число масляных отверстий в поршне пм
Диаметр масляного канала dм
Радиальная толщина кольца t:
Радиальный зазор кольца в канавке Δt:
В процессе выполнения курсового проекта было проведено ознакомление с устройством автомобиля. Был выполнен расчёт основных параметров двигателя внутреннего сгорания таких как тепловой расчёт.
В пункте 2 проведен тепловой расчет двигателя: Свежий заряд и продукты сгорания процесс впуска процесс сжатия процесс сгорания процесс расширения индикаторные показатели рабочего цикла эффективные показатели рабочего цикла а также основные размеры двигателя в результате чего сравнивали погрешность между полученный значением Ne и заданной мощностью. Расхождение составило 041%.
Была построена индикаторная диаграмма.
Так же была рассчитана погрешность между значение pi' и pi' полученным в результате теплового расчета. Ошибка составила 442 %.
В пункте 3 проводили динамический расчет кривошипно–шатунного механизма заключенный в определении суммарных сил и моментов возникающих от давления газов и сил инерции. Также в пункте 3.4 оценивают точность расчетов и графического построения сравнивая подсчитанный Мкср с величиной эффективного крутящего момента полученной в тепловом расчете.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача В. В. Нащокин. - М. 1980. - 465 с.
Архангельский В. М. Автомобильные двигагели В. М. Архангельский. - М. : Машиностроение 1977. - 591 с.
Колчин А. И Расчет автомобильных и тракторных двигателей A . И. Колчин В. П. Демидов . - М. : Высш. шк. 1980. - 344 с.
. Двигатели внутреннего сгорания под ред. В. Н. Луканина. - М. : Высш. шк. 1995.-36 8 с.
Льотко В. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания В. Льотко В. Н. Луканин А. С. Хачиян. - М. : МАДИ 2000.-31 0 с.
Райков И. Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания И. Я. Райков. - М. : Высш. шк. 1975. - 320 с.
Морозов К. А. Токсичность автомобильных двигателей К. А. Морозов . - М. : Высш. шк. 2000. - 79 с.
Горбунов В. В. Токсичность двигателей внутреннего сгорания B . В. Горбунов Н. Н. Патрахальцев . - М. : Машиностроение 1998. - 214 с.
Транспортная энергетика. Расчет транспортных двигателей сост. А. А. Мартынов В. А. Зеер. -М: СФУ 2010. - 56 с.