Расчет газораспределительного механизма двигателя ВАЗ-2110

Prodolny_razrez_list_1.cdw

Технические требования:
Неуказанные предельные отклонения по СТП 37.101.9677-88.
Шероховатость литых поверхностей.
Шероховатость поверхности юбки контролировать
штрихпунктирной линией.
Маркировать 2112-704015 выпукло
шрифтом 5Пр3 по ГОСТ 26008-85
Маркировать шрифтом 5Пр3 по ГОСТ 26008-85.

ВАЗ2110 (поперечный).cdw

Расчет ВАЗ - 2110.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)»
Курсовая работа по курсу "Конструкция ДВС
Расчет газораспределительного механизма двигателя ВАЗ-2110
Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе
страниц1 таблица5 рисунка3 приложения
КЛАПАНГОРЛОВИНА КЛАПАНАГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМВЫПУКЛЫЙ КУЛАЧЕКПРУЖИНАЖЕСТКОСТЬ ПРУЖИНЫРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ВАЛ.
Произведен расчет ГРМ механизма двигателя ВАЗ-2110: определены размеры проходных сечений в горловинах клапанов произведен расчет пружины на прочность и резонанс определены размеры распределительного вала и. Построены продольный и поперечный разрез данного двигателя.
Расчет механизма газораспределения карбюраторного двигателя 5
1 Основные размеры проходных сечений в горловине клапана 5
2Основные размеры впускного клапана 6
3 Профилирование выпуклого кулачка с плоским толкателем 7
4 Время-сечения клапана 8
Расчет пружины клапана 10
Расчет распределительного вала 15
Расчет элементов системы смазки 16
1 Расчет масляного насоса . . 16
2 Расчет масляного радиатора .. .18
Список используемой литературы 20
Заключительным этапом создания поршневого двигателя внутреннего сгорания является разработка его конструкции. От правильности проведения этого этапа зависит технологичность надежность экономичность компактность создаваемого двигателя.
При проектировании необходимо учитывать тенденции и перспективы развития современных двигателей внутреннего сгорания так как они применяются во многих отраслях народного хозяйстваи еще долго будут являться источником энергии для различных энергетических установок.
Расчет механизма газораспределения карбюраторного двигателя
Из теплового расчета имеем: диаметр цилиндра 80 мм площадь поршня 5024 частоту вращения при номинальной мощности = 5300 угловую частоту вращения коленчатого вала = 554 радс среднюю скорость поршня =1254 мс скорость смеси в проходном сечении седла при максимальном подъеме впускного клапана =100 мс угол предварения открытия впускного клапана = угол запаздывания закрытия впускного клапана = . Механизм газораспределения верхнеклапанный с верхним расположением распределительного вала.
1 Основные размеры проходных сечений в горловине клапана
Площадь проходного сечения клапана при максимальном подъеме
диаметр горловины клапана
где = 112* = 112*63 = 706
Из условия размещения клапана в головке при верхнем их расположении ( камера сгорания клиновидная или плоскоовальная) диаметр горловины может достигать = 30мм;
Максимальная высота подъема клапана при угле фаски клапана α =
Рисунок 1 - Расчетная схема проходного сечения в клапане
Рассчитанная максимальная высота подъема клапана удовлетворяет геометрическим условиям.
2 Основные размеры впускного клапана
Радиус начальной окружности
= (1.3-2.0)* = (1.3-2.0)* 8.32= (108-166) мм
Принимаем для дальнейших расчетов = 16 мм
Максимальный подъем толкателя
= = 832 мм (кулачок находится в непосредственном контакте с толкателем).
3 Профилирование выпуклого кулачка с плоским толкателем
Радиус дуг выпуклого профиля кулачка 1.5 мм тогда для расчетов принимаем = 2 мм.
где а = +- = 16+832-2 = 223 мм
Максимальный угол при подъеме толкателя по дуге радиусом
Подъем толкателя по углу поворота распределительного вала
= ((50 - 16)*(1 - ) =
= a*+-= 223*+2-15 = (223*-13)
Скорость и ускорение толкателя:
= ()** = (50 - 16)*277** = =942* мс
= *a*= 277*223**= 6.18мс
= ()* = (50 - 16)** =
= - *a* = -* = -=171106* м
где = 05*= 05*586 = 277 радс - угловая скорость вращения распределительного вала.
Значения и подсчитанные по полученным выше формулам в зависимости от угла поворота распределительного (и коленчатого) вала приведены в таблице 1. (см. Приложение 1).
По данным таблицы 1 в Приложении 2 приведены диаграммы подъема скорости и ускорения толкателя.
4 Время сечения клапана
Диаграмма подъема толкателя построена в масштабе по оси абсцисс = мм по оси ординат = 0.1 мммм является диаграммой подъема клапана если изменить масштаб по оси ординат на
= = 8.32*0.18.32 = 0.1 мммм
Время-сечение клапана
где = (6*1(6*2800) = 5.952* cмм
= *2.22* = 0.1*2.22*3= 666 мм
Для выпуклого кулачка
dt = 5.952**666*3950 = 1.56 с
где = 3950 - площадь под кривой подъема толкателя (см. Приложение 2) за такт впуска.
Средняя площадь проходного сечения клапана
= dt(* = 666*395090 = 28499 = = 2.849
Средняя скорость потока смеси в канале
= *= 12.54*50242.849 = 131 мс
Полное время-сечения клапана
** = 5.952**666*4420 = 1.18 с
где - площадь под кривой подъема толкателя (см.Приложение 2) от точки А (открытие клапана) до точки В (закрытие клапана).
Значение текущего времени-сечения клапана в зависимости от углов поворота кулачка (распределительного и коленчатого вала) представлено на диаграмме в Приложении 2 для выпуклого кулачка подсчитано и занесено в Табл.1 в Приложении 1.
Расчет пружины клапана
Пружина клапана должна обеспечивать при всех скоростных режимах двигателя:
) плотную посадку клапана в седле и удержание его в закрытом положении в течение всего периода движения толкателя по начальной окружности
) постоянную кинематическую связь между клапаном толкателем и кулачком во время движения толкателя с отрицательным ускорением.
Из расчета газораспределения имеем: частоту = 0.5 = 2700 и угловую скорость вращения = 277 радс распределительного вала максимальную высоту подъема впускного клапана = 832 мм диаметр горловины впускного клапана = 3 см размеры кулачка с выпуклым профилем: = 16 мм =50 мм = 2 мм =832 мм а = +- =223 мм диаграммы подъема скорости и ускорения толкателя ( см Приложения 12). Расположение клапанов верхнее с приводом от распределительного вала размещенного в головке блока. Усилие от кулачка передается непосредственно на коромысло имеющее плоскую поверхность соприкосновения с кулачком. Материал пружин - пружинная сталь = 350 МПа = 1500 МПа.
Для выпуклого кулачка с плоским толкателем характеристику пружины можно подобрать непосредственно по параметрам кулачка:
Максимальная сила упругости пружин
= K**** = 1.4*180*223*432 Н
К =1.4 - коэффициент запаса;
= + + () + = 115 + 0.33*75+40 = 180 г - суммарная масса клапана механизма приведенная к клапану:
= 115 г = + = 55+20 = 75 г - массы соответственно клапана и пружин (наружной и внутренней) принятые по конструктивным соображениям; = ) = 120*) = 40 г - масса коромысла приведенная к оси клапана; = 120 г - масса коромысла.
Минимальная сила упругости пружин
= K* *(* = 1.4*180*(16-2)* =303 Н
с = *К* = 180*1.4* = 21.63 кНм
= + = 14 + 8.32 = 223 мм
Распределение усилий между наружной и внутренней пружинами:
= 0.35* = 0.35*432 = 151 H
= 0.35* = 0.35*303 = 106 H
= - = 431 - 151 = 280 H
= - = 303 - 106 = 196 H
жесткость наружной и внутренней пружин
= = 280223 = 147 кНм
с = + = 147 + 79 = 226 кНм
По найденным значениям
= += 280+151 = 431 H
По найденным значениям сил упругости построена характеристика клапанной пружины (см. Приложение 3)
Размеры пружин ( приняты по конструктивным соображениям):
диаметр проволоки: = 36 мм = 24 мм;
средний диаметр пружин = 24 мм = 15 мм
++2 = 24+14+2 = 18.4 мм = 19 мм
+ ++2 = 19+24+2= 234 мм = 28 мм
где диаметр втулки клапана
Число рабочих витков пружин
где G = 8.3 - модуль упругости второго рода МН
Полное число витков пружин
Длина пружин при полностью открытом клапане
= = 83*3.6+63*0.3 = 32.4 мм
= = 94*2.4+74*0.3 = 25.4 мм
Длина пружин при закрытом клапане
+ = 32.4+8.32 = 40.7 мм
Длина свободных пружин
= + = 32.4+22.3 = 54.7 мм
= + = 25.4+22.3 = 47.7 мм
Максимальные и минимальные напряжения в пружинах:
где = 117 определен при =1924 = 79
где = 118 определен при =2836 = 78
Среднее напряжение и амплитуды напряжений
= 0.5*(650+457) =554 МПа
= 0.5*(05*() = 97 МПа
Так как концентрация напряжений в витках пружины учитывается коэффициентом a ()1 то
= 0.5*(05*(514-361) = 77 МПа
Запасы прочности пружин
= ) = 350(97+02*554) = 167
= ) = 350(77+02*437) = 2.13
Расчет пружин на резонанс
= 217*( = 217**2.4(7.4*19* = =19454.48
= 19454.482700 = 6.95 123 ;
= 217*( = 217**36(6.3*28*) = =15775953
=157759532700 = 563 123 ;
Расчет распределительного вала
Из расчета клапанной пружины и газораспределения имеем: массы подвижных деталей механизма газораспределения = 115 г =75 г = 0 = 0 = 120 г; размеры кулачка = 16 мм =50 мм = 2 мм =832 мм;угловую скорость вращения распределительного вала = 277 радс минимальную силу упругости пружин =303 Н диаметр горловины впускного клапана = 30 мм.
Максимальная сила от выпускного клапана действующая на кулачок:
= (303+ (0445 - 01)*)*1+180**(50 - 16) =1296 Н
где ()= = 33 мм - диаметр тарелки выпускного клапана; = = 1076*3233 = 35 мм - диаметр тарелки впускного клапана;=0445 МПа определяется по индикаторной диаграмме (точка ;
= (++++ = (115+753)*1+0+0+40 = 180 г
= ) = 120*1(3*1) = 40 г
Стрела прогиба распределительного вала
у = 08* = 0.8* = 1.033*
где Е= МПа - модуль упругости стали; = 2= 2*15+2=32 мм -наружный диаметр вала; - внутренний диаметр вала принятый с учетом использования его для подвода смазки к кулачкам и сохранения достаточной жесткости.
= 0418* = =0.418* = 187 МПа
где =25 мм - ширина кулачка.
Допускаемые напряжения смятия [] = 4001200 МПа
Получили напряжение смятия меньше допустимого.
Расчет элементов системы смазки
1 Расчет масляного насоса
Общее количество теплавыделяемого топливом в течение 1 с отпределяется по данным теплового расчета и равно =208129 кДжс.
Количество тепла отводимого маслом от двигателя:
= 002*= 002*208129 = 4371 кДжс.
Теплоемкость масла = 2094 кДж(кг*К)
Плотность масла = 900 кг
Температура нагрева масла в двигателе Δ = 10 К
Циркуляционный расход масла
Циркуляционный расчет с учетом стабилизации давления масла в системе
= 2* = 2*0.000232 = 0000464 с
Объемный коэффициент подачи н = 07
Расчетная производительность насоса
Модуль зацепления зуба m = 45 мм = 00045 м
Высота зуба h = 2*m = 0009 м
Число зубьев шестерни z = 7
Диаметр начальной окружности шестерни
= z*m = 7*00045 = 00315 м
Диаметр внешней окружности
D = m*(z+2) = 00045*(7+2) = 00405 м
Окружная скорость на внешнем диаметре шестерни Uн = 636 мс
Частота вращения шестрени (насоса)
Длина зуба шестерни
Рабочее давление масла в системе P= 4*105 Па
Механический КПД масляного насоса м.н.= 087
Мощностьзатрачиваемая на привод масляного насоса
Мощность затрачиваемая на привод насоса достаточно мала.
2 Расчет масляного радиатора
Количество тепла отводимого маслом от двигателя = 4371 кДжс.
Коэффициент теплоотдачи от масла к стенке радиатора α1= 250 Вт(м2К)
Толщина стенки радиатора = 02 мм = 00002 м
Коэффициент теплопроводности стенки λст = 100 Вт(м*К)
Коэффициент теплоотдачи от стенок радиатора к воде α2 = 3200 Вт( м2К)
Коэффициент теплоотдачи от масла к воде
Км = = = 232 Вт( м2К)
Средняя температура масла в радиаторе Тм.ср.=358 К
Средняя температура воды в радиаторе Твод.ср. = 348 К
Поверхность охлаждения масляного радиатора омываемая водой:
Чем больше Fм тем эффективней радиатор отводит тепло.
Расчет шатунного подшипника
На основании данных расчета шатунного подшипника имеем: диаметр шатунной шейки dшш = 50 мм рабочая ширина шатунного вкладыша l`шш = 22 мм среднее удельное давление на поверхность шейки kш.ш.ср. = 105 МПа частота вращения КВ n=5600 обмин.
Диаметральный зазор
Δ = 0007 = 0007*50=00485 мм
Относительный зазор
Коэффициент учитывающий геометрию шатунной шейки
с = 1+ = 1 + 5022 = 3182
Минимальная толщина масляного слоя
hmin = 55*10-9 = 55*10-9* = 0006 мм
где = 00136 Н*см2 при Т=373 К ( подшипник залит свинцовистой бронзой)
Величина критического слоя масла:
hкр = hв + hп = 00007+00013 = 0002 мм
где hв = 00007 - величина неровностей поверхности шейки после чистового шлифования мм
hп = 00013 - величина неровностей поверхностей вкладыша после алмазного растачивания мм
Коэффициент запаса надежности подшипника
К = = 00060002 = 3 2
По результатам расчета видно что подшипник достаточно надежен.
Разработана конструкция двигателя ВАЗ-2110 построены поперечный и продольный разрезы этого двигателя.
Список используемой литературы
Колчин А.И. Демидов В.П. "Расчет автомобильных и тракторных двигателей"Москва"Высшая школа"2002. -496 с.
Рисунок 2 - диаграмма подъема толкателя
Рисунок 3 - диаграмма скорости толкателя
Рисунок 4 - диаграмма ускорения толкателя
Рисунок 5 - Характеристика совместно работающих двух пружин