Двигатель легкового двигателя автомобиля малого класса -ПЗ, Чертежи

Содержание

Введение

1 Выбор дополнительных исходных данных

1.1 Выбор конструктивных параметров

1.2 Выбор параметров топлива

1.3 Определение начальных параметров ТВС

1.4 Выбор параметров индикаторной диаграммы

2 Расчет рабочего цикла

2.1 Процесс впуска

2.2 Процесс сжатия

2.3 Процесс сгорания

2.4 Процессы расширения и выпуска

2.5 Индикаторные показатели двигателя

2.6 Эффективные показатели двигателя

2.7 Построение индикаторной диаграммы

3 Расчет динамики двигателя

3.1 Определение параметров расчетной модели

3.2 Расчет сил, действующих между деталями КШМ

3.3 Построение полярной диаграммы сил S и rшш

3.4 Определение индикаторного момента двигателя

3.5 Уравновешивание двигателя

4 Конструкция и расчет основных узлов и систем

4.1 Поршневая группа

4.1.1 Конструкция деталей поршневой группы

4.1.2. Расчет деталей поршневой группы

4.2 Шатунная группа

4.2.1 Конструкция деталей шатунной группы

4.2.2 Расчет деталей шатунной группы

4.3 Группа коленчатого вала

4.3.1 Конструкция деталей группы коленвала

4.3.2 Расчет деталей группы коленвала

4.4 Корпусные детали

4.4.1 Конструкция корпусных деталей

4.4.2 Расчет корпусных деталей

4.5 Газораспределительный механизм

4.5.1 Конструкция ГРМ

4.5.2 Расчет деталей ГРМ

4.6 Система смазки

4.7 Система охлаждения

5 Технико-экономическая оценка спроектированного двигателя

5.1 Построение ВСХ двигателя

5.2 Выбор параметров для определения качества двигателя

5.3 Анализ показателей спроектированного двигателя

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Ведомость проекта (19060165.ДР16КП.00000ВП)

Введение

В данном курсовом проекте проектируется двигатель легкового автомобиля малого класса с принудительным зажиганием. Номинальная мощность проектируемого двигателя 52 кВт при частоте вращения коленчатого вала 5100 об/мин. Дополнительным требованием является легкий пуск при низких температурах (ЛПНТ).

1.2 Выбор параметров топлива

Средний элементарный состав и молекулярная масса топлива (бензин АИ92): С=0,855, Н=0,145 и μт=120 кг/кмоль. Низшая теплота сгорания бензина составляет Нu=44000 кДж/кг.

1.3 Определение начальных параметров ТВС

Так как проектируемый двигатель будет работать без наддува, то в цилиндр воздух поступает из атмосферы. В этом случае при расчете рабочего цикла двигателя давление на впуске принимается равным P0 = 0,1 МПа, а температура Т0 = 293 К.

Коэффициент избытка воздуха устанавливается на основании следующих соображений. На современных двигателях устанавливают многокамерные карбюраторы, обеспечивающие получение почти идеального состава смеси по скоростной характеристике. Возможность применения для рассчитываемого двигателя карбюратора с обогатительной системой и системой холостого хода позволяет получить при соответствующей регулировке как мощностной, так и экономичный состав смеси. Значение коэффициента избытка воздуха α для бензиновых двигателей [1, с.21] находится в пределах 0,80…0,96. Выбираю для проектируемого двигателя α=0,96.

3.5 Уравновешивание двигателя

Рассчитываемый четырехцилиндровый однорядный двигатель имеет порядок работы 1-2-4-3, промежутки между вспышками равные 180˚ и коленчатый вал с кривошипами, расположенными под углом 180˚.

Силы инерции первого порядка и их моменты при указанном расположении кривошипов взаимно уравновешиваются: ΣРJ1=0 и ΣМJ1=0. Силы инерции второго порядка для всех цилиндров равны и направлены в одну сторону. Их равнодействующая ΣРJП=4РJП=4mJR .

Силы инерции второго порядка можно уравновесить лишь с помощью дополнительных валов. Суммарный момент этих сил равен нулю: ΣМJII=0. Центробежные силы инерции для всех цилиндров равны и направлены попарно в разные стороны. Равнодействующая этих сил и момент равны нулю: ΣКR=0 и ΣМR=0.

4.2 Шатунная группа

4.2.1 Конструкция деталей шатунной группы

Для проектируемого двигателя, шатун изготавливаем из высококачественной углеродистой стали 45Г2 (ГОСТ 454371) путем штамповки. Так как поршневой палец плавающего типа, то в верхней головке шатуна запрессована тонкостенная втулка, изготовленная из бронзы БР ОЦС 4-4-2,5 (ГОСТ 501774). Для смазывания поршневого пальца в стенке поршневой головки шатуна предусмотрено отверстие (см. рис. 4.8). Стержень шатуна имеет двутавровое сечение, что обеспечивает большую жесткость. Кривошипная головка шатуна выполнена разъемной, с плоскостью разъема перпендикулярной оси шатуна. Крепление кромки кривошипной головки шатуна осуществляется двумя болтами.

Болты изготовлены из легированной стали 40Х, потому что они подвергаются действию ударных нагрузок сил инерции. Гайки болтов изготовлены из того же материала, а для повышения твердости прочности подвергаются термической обработке.

В кривошипной головке шатуна установлены тонкостенные вкладыши, в качестве антифрикционного слоя применим высококачественный баббит БК2 на свинцовой основе.

Чтобы при сборке не перепутать крышки шатунов, на шатуне и соответствующей ему крышке (сбоку) имеется клеймо номера цилиндра, в которой они устанавливаются. При сборке цифры на шатуне и крышке должны находится с одной стороны.

Там, где нижняя головка шатуна переходит в стержень, имеется отверстие, по которому проходит масло, смазывающее стенки цилиндра. На рисунке 4.6 приведена схема шатуна.

4.3 Группа коленчатого вала

4.3.1 Конструкция деталей группы коленчатого вала

Коленчатый вал – наиболее сложная в конструктивном отношении и наиболее напряженная деталь двигателя, воспринимающая периодические нагрузки от сил давления газов, сил инерции и их моментов.

Коленчатый вал рассчитываемого двигателя выполнен из высокопрочного чугуна ВЧ 60 – 2 (ГОСТ 729370) полноопорным, т.е. с опорами после каждого цилиндра. Вал статически и динамически уравновешен. Поверхности шеек в целях повышения их твёрдости и износостойкости обрабатываются ТВЧ. Угол между кривошипами составляет 1800. Все поверхности скольжения колен вала имеют высокую чистоту, которая достигается суперфинишной обработкой – полированием после шлифования. Вал вращается в коренных подшипниках скольжения. Для обеспечения смазывания трущихся поверхностей коренных и шатунных подшипников, в коленчатом вале предусмотрены масляные каналы. Масло к коренным шейкам подводится от общей магистрали по каналам в стенках верхней половины картера со стороны малонагруженной половины вкладыша подшипника. От коренных шеек оно подводится к шатунным шейкам по просверленным валу каналам. Осевая фиксация колен вала при его тепловом расширении относительно картера осуществляется упорными кольцами и полукольцами.

4.5 Газораспределительный механизм

4.5.1 Конструкция ГРМ

К механизму газораспределения относятся: распределительный вал, шестерня его привода, стакан, впускной и выпускной клапаны, пружины клапанов, направляющие втулки.

Механизм газораспределения верхнеклапанный с верхним расположением распределительного вала.

Распределительный вал – стальной кованый, имеет пять опорных шеек. Шейки опираются на запрессованные в блоки втулки из малоуглеродистой ленты, залитой баббитом. Профили впускного и выпускного кулачков вала одинаковые.

Для повышения износостойкости кулачки, опорные шейки, эксцентрик привода топливного насоса и шестерня привода масляного насоса, выполненные как одно целое с валом, подвергнуты поверхностной закалке.

Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала шестернями с косыми зубьями. На коленчатый вал насажана шестерня, а на распределительный для обеспечения бесшумной работы – текстолитовая с чугунной ступицей. Обе шестерни имеют по два резьбовых отверстия для съемника. Правильность фаз распределения обеспечивается установкой шестерни по меткам, которые совмещаются с риской у впадины зуба на текстолитовой шестерне. Стаканы одинаковые для всех клапанов, стальные.

Выбираем схему с двумя клапанами: впускным и выпускным. Клапаны изготовлены из жаропрочных сталей: впускной клапан – из хромокремнистой, а выпускной – из хромникельмарганцовистой с присадкой азота. На рабочую фаску выпускного клапана дополнительно наплавлен более жаростойкий хромникелевый сплав.

Впускной клапан открывается за 17º до в.м.т. и закрывается 43º после н.м.т. Выпускной клапан открывается за 47º до н.м.т. и закрывается 13º после в.м.т. указанные фазы действительны при зазоре между коромыслами и клапанами, равном 0,35 мм. Зазоры проверяют и устанавливают на холодном (20º С) двигателе. При увеличенных зазорах возникает стук клапанов, а при уменьшении возможно неплотное прилегание клапана к седлу и прогорание клапана. Клапаны работают в металлокерамических направляющих втулках, которые изготовлены прессованием с последующим спеканием смеси из железного, медного и графитового порошков и обработаны окончательно после запрессовки в головку. Антифрикционные качества таких втулок высоки. Для уменьшения количества масла, просасываемого через зазоры между втулкой и стержнем впускного клапана в цилиндр, на стержень клапана под тарелкой пружины надет маслоотражательный колпачок, изготовленный из маслостойкой резины.

4.6 Система смазки

Система смазки служит для подачи масла ко всем трущимся поверхностям деталей двигателя при его работе, вследствие чего снижаются потери мощности на трение между деталями, и уменьшается износ трущихся поверхностей. Кроме того, масло, проходя между трущимися деталями двигателя, охлаждает их и уносит продукты износа.

Система смазки двигателя комбинированная: под давлением и разбрызгиванием. Под давлением смазываются коренные и шатунные подшипники, опоры распределительного вала, втулки шестерни. Маслом, вытекающим из зазоров и разбрызгиваемым движущимися деталями, смазываются стенки цилиндров, поршни с поршневыми кольцами, поршневые пальцы в бобышках поршня и стержни клапанов в их направляющих втулках.

В систему смазки входят: масляный насос, приемный патрубок с фильтрующей сеткой, прикрепленный к корпусу насоса, полнопоточный масляный фильтр, установленный на левой передней стороне двигателя; редукционный клапан давления масла, встроенный в приемный патрубок, датчики указателя и контрольной лампы давления масла. Масляный насос, приводится в движение парой шестерен с винтовыми зубьями. К центральной опоре распределительного вала масло подводится по каналам, просверленным в блоке цилиндров, в головке цилиндров и в корпусе подшипников распределительного вала. В прокладке головки цилиндров имеется окантованное медью отверстие, по которому масло проходит из канала блока в канал головки. В каждом вкладыше первого, второго, четвертого и пятого коренных подшипников имеется по два отверстия, через которые масло попадает в кольцевые канавки на внутренних поверхностях вкладышей. Из канавок часть масла идет на смазывание коренных подшипников, а другая часть по каналам, просверленным в шейках и щеках коленчатого вала, к шатунным подшипникам, и от них через отверстия в нижних головках шатунов струя масла попадает на зеркало цилиндров. Масло, прошедшее к центральной опоре распределительного вала через кольцевую выточку в опорной шейке, попадает в магистральный канал распределительного вала, а из канала через отверстия в кулачках и опорных шейках к рабочим поверхностям кулачков, рычагов и опор вала. Остальные детали смазываются разбрызгиванием и самотеком.

Масляный насос шестеренчатого типа, установлен внутри картера и крепится к блоку цилиндров двумя болтами. Ведущая шестерня насоса закреплена на валике неподвижно, а ведомая шестерня свободно вращается на оси, запрессованной в корпус насоса. Масло поступает в насос по маслоприемному патрубку, пройдя фильтрующую сетку. В корпус маслоприемного патрубка встроен редукционный клапан. При повышении давления в системе смазки выше допустимого масло отжимает редукционный клапан, и избыточное масло перепускается из полости давления в полость маслоприемника. Давление, при котором срабатывает редукционный клапан, обеспечивается пружиной соответствующей упругости.

Масляный фильтр навернут на штуцер и прижат к кольцевому буртику на блоке цилиндров. Герметичность соединения обеспечивается резиновой прокладкой, установленной между крышкой фильтра и буртиком блока. Фильтр имеет противодренажный клапан, предотвращающий отекание масла из системы при остановке двигателя, и перепускной клапан, который срабатывает при засорении фильтрующего элемента и перепускает масло помимо фильтра в магистральный канал. Фильтрация масла производится бумажным элементом.

Для смазки проектируемого двигателя будем использовать моторное всесезонное масло марки М5з/10Г1 либо М6з/12Г1.

Уровень масла определяется с помощью маслоизмерительного щупа.

4.7 Cистема охлаждения

Система охлаждения двигателя воздушного типа. Система охлаждения состоит из следующих элементов: ребра охлаждения на головках блока и на наружной части гильз цилиндров; вентилятор для подачи воздуха; кожух для направления потока воздуха от вентилятора к головкам и блоку.

Вентилятор четырехлопастной. Лопасти вентилятора имеют переменный по радиусу угол установки и для уменьшения шума переменный шаг по ступице. Вентилятор устанавливается на ступицу, напрессованную на шкив коленвала.

Для большей эффективности охлаждения в головках блока предусмотрены полости, предназначенные и для линейного расширения металла.

Заключение

Данный курсовой проект следует рассматривать как первый этап по разработке карбюраторного двигателя, то есть считать его эскизным проектом, который включает в себя только предварительные расчеты и компоновку чертежа.

В результате проделанной работы были рассчитаны индикаторные параметры рабочего цикла двигателя. По этим результатам была построена индикаторная диаграмма тепловых характеристик.

Расчеты динамических показателей дали размеры поршня, в частности его диаметр и ход, радиус кривошипа, были построены графики составляющих сил, а также график суммарных набегающих тангенциальных сил и суммарных набегающих крутящих моментов.

Конечным результатом расчётов стало конструирование деталей двигателя. По полученным размерам приводится чертеж формата А1, на котором изображен поперечный разрез двигателя.