Расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968М - Реферат

Рис.4.7.Кривая
удельных сил
РК
МР=0,05
Мпа в мм

М=30
в мм

Рис. 4.8.
Кривая удельных
сил РТ
МР=0,0
Мпа в мм

М=30
в мм

Рис. 4.6.
Кривые удельных
сил РS
и PN
МР=0,05
Мпа в мм

М=30
в мм

Рис. 4.9.
Крутящих моментов
МКР
ММ=
5 Н*м в мм

М=
1,20
в мм

Рис. 4.5.
Кривые удельных
сил Р и Pi
МР=0,
Мпа в мм

М=30
в мм

Министерство
образования

Российской
Федерации

Вологодский
государственный

технический
университет

Факультет:
ФПМ

Кафедра:
А и АХ

Дисциплина:
АД

РАСЧЕТНОПОЯСНИТЕЛЬНАЯ
ЗАПИСКА

К
КУРСОВОМУ
ПРОЕКТУ

Тема:
расчет карбюраторного
V-образного
четырехцилиндрового
двигателя

на
шасси автомобиля
ЗАЗ968М

(Ne=60
л.с.
(44,1 кВт),
n=4500
мин-1,
=7,5,
воздушное
охлаждение)

Выполнил:
Дроздов Д. В.

Группа:
МАХ-41

Принял:
к.т.н. Яковицкий
А. А.

Вологда,
2001 г.

Содержание

Введение

Задание
на курсовой
проект

Тепловой
расчет

Построение
внешней скоростной
характеристики
двигателя

Сравнение
параметров
проектируемого
двигателя и
прототипа

Расчет
кинематики
и динамики
двигателя

Кинематический
расчет

Динамический
расчет

Анализ
компьютерного
расчета на ЭВМ

Уравновешивание
двигателя

Расчет
основных деталей
двигателя

Спец.
разработка
( система охлаждения)

Заключение

Список
литературы

ВВЕДЕНИЕ

На наземном
транспорте
наибольшее
распространение
получили двигатели
внутреннего
сгорания. Эти
двигатели
отличаются
компактностью,
высокой экономичностью,
долговечностью
и применяются
во всех отраслях
народного
хозяйства.

В настоящее
время особое
внимание уделяется
уменьшению
токсичности
выбрасываемых
в атмосферу
вредных веществ
и снижению
уровня шума
работы двигателей.

Специфика
технологии
производства
двигателей
и повышение
требований
к качеству
двигателей
при возрастающем
объеме их
производства,
обусловили
необходимость
создания
предполагаемые
показатели
цикла, мощность
и экономичность,
а также давление
газов, действующих
в надпоршневом
пространстве
цилиндра, в
зависимости
от угла поворота
коленчатого
вала. По данным
расчета можно
установить
основные размеры
двигателя
(диаметр цилиндра
и ход поршня)
Успешное применение
двигателей
внутреннего
сгорания, разработка
опытных конструкций
и повышение
мощностных
и экономических
показателей
стали возможны
в значительной
мере благодаря
исследованиям
и разработке
теории рабочих
процессов в
двигателях
внутреннего
сгорания.

Выполнение
задач по производству
и эксплуатации
транспортных
двигателей
требует от
специалистов
глубоких знаний
рабочего процесса
двигателей,
знания их конструкций
и расчета двигателей
внутреннего
сгорания.

Рассмотрение
отдельных
процессов в
двигателях
и их расчет
позволяют
определить
и проверить
на прочность
его основные
детали.

ЗАДАНИЕ НА
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По
заданным параметрам
двигателя
произвести
тепловой расчет,
по результатам
расчета построить
индикаторную
диаграмму,
определить
основные параметры
поршня и кривошипа.
Разобрать
динамику
кривошипно-шатунного
механизма.
Построить
график средних
крутящих моментов.

Параметры
двигателя:

Номинальная мощность, л.с. (кВт)	Число цилиндров, i	Расположение цилиндров	Тип двигателя	Частота вращения коленвала, об/мин-1	Степень сжатия
60 (44,1)	4	V-образное	карбюраторный	4500	7,5

1.ТЕПЛОВОЙ
РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ
[1, с.7294]

1.1.
Выбор исходных
данных

1.1.1.
Топливо

Степень
сжатия проектируемого
двигателя 
=7,5. В качестве
топлива выбираем
бензин марки
А76.

Элементарный
состав топлива:
С+Н+О=1

где
C=0,855;
H=0,145;
О=0.

Молекулярная
масса топлива:
МT=115
кг/кмоль.

Низшая
теплота сгорания
топлива:

Нu=33,91C+125,60H10,89(OS)2,51(9H+W);

Нu=33,910,855+125,600,1452,51(90,145)=43930
кДж/кг.

1.1.2.
Параметры
рабочего тела

Теоретически
необходимое
количество
воздуха для
сгорания 1кг
топлива:

кг возд./кг
топл.

кмоль
возд./кг топл.

Коэффициент
избытка воздуха
α принимаем
равным 0,96 для
получения
оптимального
соотношения
экономичности
и мощности
проектируемого
двигателя.

Количество
горючей смеси:
М1
= Lo+1/
mт
= 0,960,516+1/115=
0,5050 кмоль.

При
неполном сгорании
топлива ( 1
) продукты сгорания
представляют
собой смесь
окиси углерода
(СО), углекислого
газа (СО2)
, водяного пара
(Н2О),
свободного
водорода (Н2)
, и азота (N2)
. Количество
отдельных
составляющих
продуктов
сгорания и их
сумма при К=0,5
(Кпостоянная
зависящая от
отношения
количества
водорода к
окиси углерода,
содержащихся
в продуктах
сгорания):

МСО
=2[(1)/(1+K)]0,208Lo;

МСО
=2[(10,96)/(1+0,5)]0,2080,517=0,0057
кмоль/кг топл.

МСО=С/12-2[(1)/(1+K)]0,208Lo;

МСО=0,855/122[(1-0,96)/(1+0,5)]0,2080,517=0,0655
кмоль/кг
топл.

МН=2К[(1)/(1+K)]0,208Lo;

МН=20,47[(10,96)/(1+0,5)]0,2080,517=0,0029
кмоль/кг
топл.

МНО=Н/22К[(1-)/(1+K)]
0,208Lo;

МНО=0,145/2-20,47[(10,96)/(1+0,5)]0,2080,517=0,0696
кмоль/кг топл.

МN=0,792Lo;

МN=0,7920,960,517=0,393
кмоль/кг топл.

Суммарное
количество
продуктов
сгорания:

М2
=МСО+МСО+МН
+ МНО
+ МN;

М2
=0,0073+0,063+0,0034+0,069+0,388=0,5367 кмоль/кг
топл.

Проверка:

М2
=С/12+Н/2+0,792Lo;

М2=0,855/12+0,145/2+0,7920,960,517=0,5367
кмоль/кг топл.

1.1.3.
Параметры
окружающей
среды и остаточных
газов

Атмосферное
давление и
температура
окружающей
среды: po=0,101
МПа;
To=293
К.
Температуру
остаточных
газов принимаем
на основании
опытных данных
[1,с.43]:

Тr
=1040 К;
pr
=1,16po
=1,160,101=0,11716
МПа.

Давление
остаточных
газов Рr
можно получить
на номинальном
режиме:

РrN=1,18Р0=0,118
Мпа

Ар=(РrN
- Р01,035)
108/(nN2Р0)=0,716

Находим
давление остаточных
газов Рr:

Рr=
Р0
(1.035+ Ар10-8n2)

Рr=0,101
(1,035+0,71610-845002)=0,118
МПа

1.2.
Процесс впуска

Температуру
подогрева
свежего заряда
принимаем на
основании
опытных данных
[1,с.44]: Т=8
0 C.

Плотность
заряда на впуске:
ρо=
р0
106
/(RВTО)
=0,101106/(287293)
=1,189 кг/м3,

где
р0
=0,101 МПа;
Т0
=293 К;
RВ

удельная газовая
постоянная
равная 287 Дж/кг
град.

Давление
заряда в конце
наполнения
Ра
принимаем на
основании
рекомендаций
[1,с.44] в зависимости
от средней
скорости поршня
Сп=Sn/30,
где S

ход поршня,
n-заданная
частота вращения
коленвала
двигателя: Сп
=0,092 4500/30=9,51
м/с.

Принимаем
ра=0,0909
МПа.

Коэффициент
остаточных
газов:

γr=,

где
оч

коэффициент
очистки; доз
коэффициент
дозарядки (без
учета продувки
и

дозарядки
оч=1;
доз=0,95).

γr==0,07.

Температура
заряда в конце
впуска:

Та
=(To
+Т
+ γrТr)/(1+
γr);

Та
=(293+8+0,071040)/(1+0,07)=
349,3 К.

Коэффициент
наполнения:

;

=0,73.

1.3.
Процесс сжатия

Средние
показатели
адиабаты сжатия
при работе
двигателя на
номинальном
режиме определяем
по номограмме
[1,с.48] при 
=7,5 и Та
=349,3 К:
k1=1,3775;
средний показатель
политропы
сжатия принимаем
несколько
меньше k1
: n1=
k1-0,02=1,3575.

Давление
в конце сжатия:

рс
= ра

n
1;

рс
=0,0857,51,3575
= 1,31 МПа.

Температура
в конце сжатия:

Тс
= Та(
n
1-1) ;

Тс
=349,37,5(1,3575-1)
=717,85 К.

tc=Тс
–273;

tc=717,85273=444,85
0C.

Средняя
мольная теплоемкость
в конце сжатия:

свежей
смеси:

(mC)=20,6+2,63810-3tc=20,6+2,63810-3444,85=21,77
кДж/(моль
град


остаточных
газов:

(mC)=23,805
кДж/(моль
град
-определяем
методом экстрополяции
(1, табл.7)

рабочей
смеси:

(mC)=(mC)=1/(1+γr)((mC)+
γr(mC))=21,903
кДж/(моль
град

Число
молей остаточных
газов:

Мr
=rL0;

Мr
=0,960,070,517=0,0347
кмоль/кг
топл.

Число
молей газов
в конце сжатия
до сгорания:

Мс=М1+Мr
;

Мс=0,505+0,0347=0,5397
кмоль/кг
топл.

1.4.
Процесс сгорания

Химический
коэффициент
молекулярного
изменения:

о=М2/М1,

где
М1

количество
горючей смеси,
отнесенное
к 1кг топлива;
М2 
количество
продуктов
сгорания, отнесенное
к 1кг топлива.

о=0,5367
/ 0,505=1,0628.

Действительный
коэффициент
молекулярного
изменения:

=
(о+γr)/(1+γr);

=(1,0628+0,07)/(1+0,07)=1,0587
.

Количество
теплоты, потерянное
вследствие
химической
неполноты
сгорания топлива:

Ни=119950(1)L0;

Ни=119950(10,96)0,517=2480,57
кДж/кг
топл.

Теплота
сгорания рабочей
смеси:

Н
раб.
см.=(НиНи)/М1(1+γr
);

Н
раб.
см.=(439302480,57)/0,505(1+0,07)=76708,5
кДж/кг
топл.

Средняя
мольная теплоемкость
продуктов
сгорания:

(mC)=(1/М2)МCО(mC)+МСО(mC)+МН(mC)+МНО(mC)+

+МN(
mC);

(mC)=(1/0,5367)0,0057(22,49+0,0143tz)+0,0655(39,123+0,003349tz)+0,0029

(19,678+0,001758tz)+0,0699(26,67+0,004438tz)+0,393(21,951+0,001457tz)=

=(24,652+0,002076tz
)
кДж/(моль
град;

Коэффициент
использования
теплоты 
z
определяем
по рис.37 [1,с.77] исходя
из скоростного
режима двигателя:

z
=0,93 .

Температура
в конце видимого
периода сгорания:

 z
Н раб.
см.
+ (mC)
tc=
(mC)tz;

0,9376708,5+21,903445=1,0587(24,652+0,002076tz)tz;;

0,002198

tz2+
26,099
tz
–81085,74=0;

tz
=(26,099+)/(20,002198)=
2556,45 0С;

Tz=
tz+273=2556,45+273
=2829,45 K.

Максимальное
теоретическое
давление в
конце процесса
сгорания:

рz
= pcTz
/Tc;

рz
=1,311,05872829,45
/717,85=5,4665 МПа.

Действительное
максимальное
давление в
конце процесса
сгорания:

рzд
=0,85рz;

рzд
=0,855,4665=4,6465
МПа.

Степень
повышения
давления:

 =рz
/ рс
;


=5,4665/1,31=4,173.

1.5.
Процессы расширения
и выпуска

Средний
показатель
адиабаты расширения
k2
определяем
по номограмме
(см. рис.29 [1,с.57]) при
заданном 
=7,5 для соответствующих
значений Tz
и α , а средний
показатель
политропы
расширения
n2
оцениваем по
величине среднего
показателя
адиабаты k2=1,2511:
n2=1,251.

Давление
и температура
в конце процесса
расширения:

pb=pz
/ε
n2
;

pb=5,7665/7,51,251=0,43957
МПа.

Tb=TZ
/
ε
n2-1;

Tb=2829/7,51,2511=1706
К.

Проверка
ранее принятой
температуры
остаточных
газов:

;

=1100
К.

Погрешность
составит:
Δ=100(1100-1040)/1040=5,65
%.

1.6.
Индикаторные
параметры
рабочего цикла

Теоретическое
среднее индикаторное
давление определяем
по формуле:

МПа.

Для
определения
среднего
индикаторного
давления примем
коэффициент
полноты индикаторной
диаграммы
равным и=0,96
, тогда: рi
=ирi’
=0,961,0406=1,0
МПа.

Индикаторный
к.п.д.:

i
= pi
l0

/ (Ни
0
v
);

i
= (1,0 14,9570,96)/(43,931,1890,73)
=0,3766.

Индикаторный
удельный расход
топлива:

gi
= 3600/( Ниi);

gi
= 3600/( 43,930,3766)=
218 г/(кВт
ч).

1.7.
Эффективные
показатели
двигателя

Среднее
давление механических
потерь для
карбюраторного
двигателя с
числом цилиндров

до
6 и отношением
S/D1:

pм=0,034+0,0113Vп;

Предварительно
приняв ход
поршня S
равным 70 мм,
получим:

Vп=Sn/3104

Vп
=704500/3104=10,35
м/с.

pм=0,034+0,011310,35=0,151
МПа.

Среднее
эффективное
давление и
механический
к.п.д.:

pе=pi

pм
;

pе
=1,00,151=0,849
МПа.

м
= ре
/ рi
;

м
=0,849/1,0=0,849.

Эффективный
к.п.д. и эффективный
удельный расход
топлива:

е=iм
;

е=0,37660,849=0,3198.

ge=3600/(Ние);

ge=3600/(43,930,3198)=256
г/(кВт
ч).

1.8.
Основные параметры
цилиндра и
двигателя

а.
Литраж двигателя:
Vл=30Nе/(ре
n)=30444,1/(0,8494500)=1,3852
л.

б.
Рабочий объем
цилиндра: Vh=Vл
/ i
=1,3852/4=0,3463 л.

в.
Диаметр цилиндра:
D=2103√(Vh/(πS))=2103(0,3463/(3,1470))=96,8
мм.

Окончательно
принимаем: S=70
мм и D=80
мм. Основные
параметры и
показатели
двигателя
определяются
по окончательно
принятым значениям
S
и D:

а.
Литраж двигателя:
Vл=D2Si
/ (4106)
=3,14802
704/(4106)=1,41
л.

б.
Площадь поршня:
Fп=D2
/ 4=3,14802/4=5024
мм2
=50,24 см2.

в.
Эффективная
мощность:
Nе=реVлn/(30)=0,8491,414500/(304)=44,89
кВт.

Расхождение
с заданной
мощностью:
=100(Nе
зNе)/
Nе
з=100(44,1-44,89)/44,89=0,017
.

г.
Эффективный
крутящий момент:
Ме=(3*104/)(Ne/n)=(3104/3,14)(44,89/4500)=95,3
Н
м.

д.
Часовой расход
топлива: Gт=Ne
ge
103
=44,89256103=11,492
кг/ч.

е.
Литровая мощность
двигателя:
Nл=Ne/Vл=44,89/1,41=31,84
кВт/л.

1.9.
Построение
индикаторной
диаграммы

Режим
двигателя:
Ne=44,89
кВт,
n=4500
об/мин.

Масштабы
диаграммы: хода
поршня Ms=0,7
мм
в мм,
давлений Mp=0,035
МПа
в мм.

Величины,
соответствующие
рабочему объему
цилиндра и
объему камеры
сгорания:

АВ=S/Ms=70/0,7=100
мм;

ОА=АВ
/ (1)=100/(7,51)=15,38
мм.

Масштабная
высота диаграммы
(т. Z):

Pz/Мр=5,4665/0,035=156,2
мм.

Ординаты
характерных
точек:

ра
/ Мр=0,085/0,035=2,4
мм;

рс
/ Мр=1,31/0,035=37,4
мм;

рb
/ Мр=0,4395/0,035=12,6
мм;

рr
/ Мр=0,118/0,035
=3,4 мм;

ро
/ Мр=0,1/0,035=2,9
мм.

Построение
политроп сжатия
и расширения
аналитическим
методом:

а.
Политропа
сжатия: рх=ра(Vа
/ Vх
)n1.
Отсюда рх
/ Мр=(ра/Мр)(ОВ/ОХ)n1
мм,

где
ОВ= ОА+АВ=15,38+100=115,38 мм;
n1
1,3575 .

б.
Политропа
расширения:
рх
= рb(Vb
/ Vх)n2.
Отсюда рх
/ Мр=(pb/Мр)(ОВ/ОХ)n2
мм,

где
ОВ=115,38; n2=1,251.

Данные
расчета точек
политроп приведены
в табл.1.1.

Теоретическое
среднее индикаторное
давление:

рi’=F1Mp/AB=29500,035/100=1,0325
МПа,

где
F1=2950
мм2

площадь диаграммы
aczba
на рис.1.1.

Величина
рi’
=1,0325 МПа
полученная
планиметрированием
индикаторной
диаграммы очень
близка к величине
рi’=1,0406
МПа
полученной
в тепловом
расчете.

Таблица
1.1.

№

точек

ОХ,

мм

ОВ/ОХ

Политропа
сжатия

Политропа
расширения

(ОВ/ОХ)1,3575

Рх/Мр,

мм

Рх,МПа

(ОВ/ОХ)1,251

Рх/Мр,

мм

Рх,МПа

15,4

16,5

17,8

19,2

21,0

23,1

25,6

28,9

33,0

38,5

46,2

57,7

76,9

115,4

7,5

6,5

5,5

4,5

3,5

2,5

1,5

15,41

14,04

12,69

11,39

10,12

8,89

7,70

6,57

5,48

4,44

3,47

2,56

1,73

37,0

33,6

30,4

27,4

24,3

21,3

18,5

15,7

13,1

10,7

8,3

6,1

4,2

2,4

1,30

(точка
с)

1,18

1,06

0,96

0,85

0,75

0,65

0,55

0,46

0,37

0,29

0,21

0,15

0,08

(точка
a)

12,44

11,40

10,40

9,41

8,44

7,49

6,56

5,66

4,79

3,95

3,15

2,38

1,66

156,5

143,6

130,6

118,8

106,2

94,3

82,9

71,2

60,3

49,7

39,6

30,0

20,9

12,6

5,48

(точка
z)

5,03

4,57

4,16

3,72

3,30

2,90

2,49

2,11

1,74

1,39

1,05

0,73

0,441

Фазы
газораспределения
двигателя:

открытие
впускного
клапана (точка
r’)
10
до в.м.т.

закрытие
впускного
клапана (точка
a’’)
46
после н.м.т.

открытие
выпускного
клапана (точка
b’)
46
до н.м.т.

закрытие
выпускного
клапана (точка
a’)
10
после в.м.т.

угол
опережения
зажигания
(точка c’)
35
до в.м.т.

В
соответствии
с фазами газораспределения
и углом опережения
зажигания
определяем
положение точек
r’,a'',b',a',c'
и f по формуле
для перемещения
поршня:

AX=
,

где


отношение
радиуса кривошипа
к длине шатуна
(предварительно
принимаем
=0,285).

Расчеты
ординат точек
сведены в табл.
1.2.

Таблица1.2.

Обозначе-ние точек	Положение точек	φ°		AX, мм
Обозначе-ние точек	Положение точек	φ°		AX, мм
r’	10° до в.м.т.	10	0,0195	0,975
a'	10° после в.м.т.	10	0,0195	0,975
a''	46° после н.м.т.	134	1,7684	88,42
c'	35° до в.м.т.	35	0,2245	11,225
f	30° до в.м.т.	30	0,1655	8,275
b'	46° до н.м.т.	134	1,7684	88,42

Положение
точки с’’
определяется
из выражения:

pc’’
=(1,15...1,25)pc;

pc’’
=1,251,31=1,638
МПа;
pc’’/Мp=1,638/0,035=46,8
мм.

Действительное
давление сгорания:

pzд=0,85рz;

pzд=0,855,4665=4,6465
МПа.

pzд/МP=4,6465/0,035=132,8
мм.

1.10.Тепловой
баланс

Общее
количество
теплоты, введенное
в двигатель
с топливом:

Qo=HиGт/3,6;

Qo=4393011,492/3,6=140234
Дж/с.

Теплота,
эквивалентная
эффективной
работе:

Qе=1000Nе;

Qе=100044,89=44890
Дж/с.

Теплота
, передаваемая
охлаждающей
среде:

Qв=c
i D1+2m
nm(Hи-Hи)/(Hи),

где
c=0,5

коэффициент
пропорциональности
для четырехтактного
двигателя;
m=0,62показатель
степени для
четырехтактного
двигателя; i
= 4 
число цилиндров;
n=4500
об/мин

частота
вращения коленвала.

Qв=0,5481+2*0,62
45000,62(43930-2480,54)/(0,9643930)=38144
Дж/с.

Теплота,
унесенная с
отработавшими
газами:

Qг=(Gт/3,6)M2(mC)+8,315tr-M1(mC)+8,315to,

где
(mC)=25,176
кДж/(кмольград)

теплоемкость
остаточных
газов,

(mC)=20,775
кДж/(кмоль
град) 
теплоемкость
свежего заряда
(для воздуха)
определяем
по табл.5,71,с.16,18.

Qг=(11,492/3,6)
0,530725,176+8,3157670,50520,775+8,31520=43071,8
Дж/с.

Теплота,
потерянная
изза
химической
неполноты
сгорания топлива:

Qн.с.=
HиGт/3,6;

Qн.с.=2480,5411,492/3,6=7918
Дж/с.

Неучтенные
потери теплоты:

Qост.=
Q0-(
Qе+
Qв+
Qг+
Qн.с).=6210,2

Составляющие
теплового
баланса представлены
в табл.1.3.

Таблица
1.3.

Составляющие теплового баланса	Q, Дж/с	q,%
Теплота, эквивалентная эффективной работе	44890	32
Теплота, передаваемая охлаждающей среде	38144	27,2
Теплота, унесенная с отработавшими газами	43071	30,7
Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива	7918	5,6
Неучтенные потери теплоты	6210,2	4,5
Общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом	140234	100

2.ВНЕШНЯЯ
СКОРОСТНАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА

ДВИГАТЕЛЯ
[1, с.106112]

Эффективная
мощность двигателя
определяется
по формуле:

Nex=Ne,

где
Ne=44,89
кВт
; nN=4500
об/мин.

Эффективный
крутящий момент:

Mex=3104
Nex/(nx);

Удельный
эффективный
расход топлива
:

gex=
geN,

где
geN=256
г/(кВт
ч).

Часовой
расход топлива:

Gтx=
gex
Nex10-3;

Значение

принимаем
постоянным
(=0,96)
на всех скоростных
режимах кроме
минимального
(=0,86).

Коэффициент
наполнения:

vx=pex
loxgex/(3600
k);

Коэффициент
приспосабливаемости:

k=Me
max/Me
N=118,2/95,3=1,24.

K
– коэффициент
приспособливаемости,
служит для
оценки приспособляемости
двигателя к
изменению
внешней нагрузки.

Расчеты
произведены
для всех скоростных
режимов двигателя
и представлены
в табл.2.1.

Таблица
2.1.

nx , об/мин	Ne , кВт	Me , Н м	ge , г/(кВтч)	Gt , кг/ч	v	
1000	11,70	111,8	252	2,948	0,8742	0,86
2700	33,40	118,2	215	7,181	0,9174	0,96
4500	44,89	95,3	256	11,492	0,8752	0,96
5000	43,82	83,5	282	12,329	0,8633	0,96

По
данным табл.
2.1. строим графики
зависимости
Ne,
Me,
pe,
ge,
Gt,
v
и 
от частоты
вращения коленчатого
вала двигателя
n (рис.2.1.).

3.СРАВНЕНИЕ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ПРОЕКТИРУЕМОГО
ДВИГАТЕЛЯ
И ПРОТОТИПА

Основные
параметры
проектируемого
двигателя и
прототипа
представлены
в табл.3.1.

Таблица
3.1.

№	Наименование и размерность показателей	Обознач-ие показателя	Проектируемый двигатель	Прототип (ЗАЗ-968М)
1	Диаметр цилиндра, мм	D	80	76
2	Литраж, л	i*Vh	1,385	1,197
3	Число цилиндров	i	4	4
4	Степень сжатия		7,5	7,2
5	Частота вращения коленвала (номинальный режим), об/мин	n	4500	4400
6	Ход поршня, мм	S	70	66
7	Максимальная мощность (номинальный режим), кВт	Ne	44,89	30,8
8	Удельный эффективный расход топлива (номинальный режим), г/(кВт* ч)	ge	256	-
9	Максимальный крутящий момент (номинальный режим), Н* м	Me max	118,2	92,3
10	Частота вращения коленвала, соответствующая максимальному моменту, об/мин	nM	2700	3000
11	Среднее эффективное давление (номинальный режим), МН/м2	Pe	0,849	0,7
12	Литровая мощность, кВт/л	Ne л	31,84	25,73
13	Минимальный удельный эффективный расход топлива, г/(кВт* ч)	ge min	215	333

При
сравнении
показателей
двигателей
видно, что
разрабатываемый
двигатель
имеет большую
мощность и
крутящий момент,
более высокую
частоту вращения
коленчатого
вала и более
экономичен.

4.КИНЕМАТИКА
И ДИНАМИКА [1,
с.115173]

4.1.Кинематический
расчет двигателя

Перемещение
поршня рассчитывается
по формуле:

Sx
=R,

где
Rрадиус
кривошипа (R=35
мм),


отношение
радиуса кривошипа
к длине шатуна
(=0,285),

  угол
поворота коленчатого
вала.

Расчет
производится
через каждые
10° угла поворота
коленчатого
вала.

Угловая
скорость вращения
коленчатого
вала:

=n/30=3,144500/30=471
рад/с.

Скорость
поршня:

Vп=R(sin+
sin2)=4710,035
(sin+
sin2)
м/с.

Ускорение
поршня:

j=2R(cos+
cos2)=47120,0,35(cos+0,285
cos2)
м/с2.

Результаты
расчетов занесены
в табл.4.1.

Таблица
4.1.

°		Sx, мм		Vn, м/с	cos+cos2	j, м/с2
0	0	0	0	0,0000	1,2850	9977
10	0,0195	0,6821	0,2224	3,6660	1,2526	9726
20	0,0770	2,6942	0,4336	7,1482	1,1580	8991
30	0,1696	5,9360	0,6234	10,2769	1,0085	7831
40	0,2928	10,2492	0,7831	12,9098	0,8155	6332
50	0,4408	15,4292	0,9064	14,9417	0,5933	4607
60	0,6069	21,2406	0,9894	16,3108	0,3575	2776
70	0,7838	27,4334	1,0313	17,0008	0,1237	960
80	0,9646	33,7594	1,0335	17,0380	-0,0942	-731
90	1,1425	39,9875	1,0000	16,4850	-0,2850	-2213
100	1,3119	45,9148	0,9361	15,4311	-0,4415	-3428
110	1,4679	51,3748	0,8481	13,9809	-0,5603	-4351
120	1,6069	56,2406	0,7426	12,2420	-0,6425	-4989
130	1,7264	60,4244	0,6257	10,3148	-0,6923	-5375
140	1,8249	63,8723	0,5025	8,2829	-0,7166	-5564
150	1,9017	66,5578	0,3766	6,2081	-0,7235	-5618
160	1,9564	68,4727	0,2504	4,1282	-0,7214	-5601
170	1,9891	69,6187	0,1249	2,0591	-0,7170	-5567
180	2,0000	70,0000	0,0000	0,0000	-0,7150	-5552
190	1,9891	69,6187	-0,1249	-2,0591	-0,7170	-5567
200	1,9564	68,4727	-0,2504	-4,1282	-0,7214	-5601
210	1,9017	66,5578	-0,3766	-6,2081	-0,7235	-5618
220	1,8249	63,8723	-0,5025	-8,2829	-0,7166	-5564
230	1,7264	60,4244	-0,6257	-10,3148	-0,6923	-5375
240	1,6069	56,2406	-0,7426	-12,2420	-0,6425	-4989
250	1,4679	51,3748	-0,8481	-13,9809	-0,5603	-4351
260	1,3119	45,9148	-0,9361	-15,4311	-0,4415	-3428
270	1,1425	39,9875	-1,0000	-16,4850	-0,2850	-2213
280	0,9646	33,7594	-1,0335	-17,0380	-0,0942	-731
290	0,7838	27,4334	-1,0313	-17,0008	0,1237	960
300	0,6069	21,2406	-0,9894	-16,3108	0,3575	2776
310	0,4408	15,4292	-0,9064	-14,9417	0,5933	4607
320	0,2928	10,2492	-0,7831	-12,9098	0,8155	6332
330	0,1696	5,9360	-0,6234	-10,2769	1,0085	7831
340	0,0770	2,6942	-0,4336 D>	-7,1482	1,1580	8991
350	0,0195	0,6821	-0,2224	-3,6660	1,2526	9726
360	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	1,2850	9977

По
данным табл.4.1.
строим графики
зависимости
перемещения,
скорости и
ускорения
поршня от угла
поворота коленчатого
вала (см. рис.4.1.,
4.2., 4.3.).

4.2.Динамический
расчет двигателя

4.2.1.Силы
давления газов

Используя
метод Брикса
производим
развертывание
индикаторной
диаграммы по
углу поворота
коленчатого
вала (рис.4.4.). Поправка
Брикса:
R/(2MS)=350,285/(21)=4,98
мм,

где
MS=1
мм в мм

масштаб хода
поршня на
индикаторной
диаграмме
(масштаб изменен
для удобства).

Масштабы
развернутой
диаграммы:
давлений и
удельных сил
MP
=0,04 МПа
в мм;
угла поворота
кривошипа М=2°
в мм,
или М’=4/ОВ=43,14/360=0,0349
рад
в мм,
где ОВ
длина развернутой
индикаторной
диаграммы в
мм.

По
развернутой
индикаторной
диаграмме через
каждые 30° угла
поворота кривошипа
(на участках
резкого изменения
давления интервал
сокращается
до 10°) определяем
значение 
pГ
и заносим в
гр.2 сводной
табл.4.2. динамического
расчета.

4.2.2.Приведение
масс частей
кривошипно-шатунного
механизма

По
табл.21 1,с.127
с учетом диаметра
цилиндра, отношения
S/D
и V-образного
расположения
цилиндров
устанавливаем:

а.
масса поршневой
группы (для
поршня из
алюминиевого
сплава принято
m’п=100
кг/м2):

mп=m’пF
п=1000,005024=0,5024
кг;

б.
масса шатуна
(для стального
кованного шатун
принято m’ш=150
кг/м2):

mш=
m’ш
F
п=1500,005024=0,7536
кг;

в.
масса неуравновешенных
частей одного
колена вала
без противовесов
(для чугунного

литого
вала принято
m’к=180
кг/м2):
mк=
m’к
F
п=1800,005024=0,9043
кг.

Масса
шатуна, сосредоточенная
па оси поршневого
пальца:

mшп=0,275mш=0,2750,7536=0,207
кг.

Масса
шатуна, сосредоточенная
на оси кривошипа:

mшк=0,725mш=0,7250,7536=0,546
кг.

Массы,
совершающие
возвратно-поступательные
движения:

mj=mп+mшп=0,5024+0,207=0,709
кг.

Массы,
совершающие
вращательное
движение:

mR=mк+mшк=0,904+0,546=1,45
кг.

4.2.3.Удельные
и полные силы
инерции

Из
табл.4.1. переносим
значения j
в гр.3 табл. 4.2. и
определяем
значения удельной
силы инерции
возвратно-поступательно
движущихся
масс (гр.4):

pj=jmj/Fп=j0,709106/0,005024=j135,3106
МПа.

Центробежная
сила инерции
вращающихся
масс:

KR=mRR2=1,450,0354712103=11,258
кН.

Центробежная
сила инерции
вращающихся
масс шатуна:

KRш=mшкR2=0,5460,0354712103=4,239
кН.

Центробежная
сила инерции
вращающихся
масс кривошипа:

KRк=mкR2=0,9040,0354712103=7,019
кН.

4.2.4.Удельные
суммарные силы

Удельная
сила, сосредоточенная
на оси поршневого
пальца (гр.5
табл.4.2.): p=pг+
рj.

Удельная
нормальная
сила (гр.7 табл.
4.2.):
pN=ptg,

где
значения tg
определяем
для =0,285
по табл.22 1,с.130
и заносим в
гр.6.

Удельная
сила, действующая
вдоль шатуна
(гр.9 табл. 4.2.):
ps=p(1/cos).

Удельная
сила, действующая
по радиусу
кривошипа
(гр.11 табл. 4.2.):
pк=pcos(+)/cos.

Удельная
тангенциальная
сила (гр.13 табл.
4.2.): pT=
psin(+)/cos.

Полная
тангенциальная
сила (гр.14):
T=pTFП=pT0,0073898103.

Таблица
4.2.

0	РГ	I, м/с2	Рi , МПа	Р, МПа	tg 	PN, МПа	1/cos	PS, МПа	cos+/cos	рК, МПа	sin+/cos	РТ, МПа	Т, кН	МКР. Ц., Н*м
0	0,05	9977	-1,408	-1,358	0	0	1	-1,358	1	-1,358	0	0	0	0
30	-0,08	7831	-1,105	-1,185	0,143	-0,169	1,01	-1,197	0,794	-0,941	0,624	-0,739	-3,715	-130,03
60	-0,1	2776	-0,392	-0,492	0,253	-0,124	1,031	-0,507	0,281	-0,138	0,993	-0,488	-2,453	-85,86
90	-0,05	-2213	0,312	0,262	0,295	0,077	1,043	0,274	-0,285	-0,075	1	0,262	1,318	46,12
120	-0,03	-4989	0,704	0,674	0,252	0,170	1,031	0,695	-0,719	-0,485	0,74	0,499	2,506	87,70
150	-0,02	-5618	0,793	0,773	0,145	0,112	1,01	0,781	-0,938	-0,725	0,375	0,290	1,456	50,96
180	0	-5552	0,783	0,783	0	0	1	0,783	-1	0,783	0	0	0	0
210	0,05	-5618	0,793	0,843	-0,143	-0,121	1,01	0,851	-0,938	-0,791	-0,375	-0,316	-1,588	-55,57
240	0,08	-4989	0,704	0,784	-0,253	-0,198	1,031	0,808	-0,719	-0,564	-0,74	-0,580	-2,915	-102,02
270	0,1	-2213	0,312	0,412	-0,295	-0,122	1,043	0,430	-0,285	-0,118	-1	-0,412	-2,071	-72,5
300	0,2	2776	-0,392	-0,192	-0,252	0,048	1,031	-0,198	0,281	-0,054	-0,993	0,190	0,956	33,48
330	0,52	7831	-1,105	-0,585	-0,145	0,085	1,01	-0,591	0,794	-0,465	-0,624	0,365	1,834	64,2
360	1,25	9977	-1,408	-0,158	0	0	1	-0,158	1	-0,158	0	0	0	0
370	4,65	9726	-1,373	3,277	0,049	0,161	1,001	3,281	0,976	3,199	0,222	0,728	3,655	127,94
390	2,8	7831	-1,105	1,695	0,143	0,242	1,01	1,712	0,794	1,346	0,624	1,058	5,314	185,97
420	1,24	2776	-0,392	0,848	0,253	0,215	1,031	0,875	0,281	0,238	0,993	0,842	4,232	148,12
450	0,68	-2213	0,312	0,992	0,295	0,293	1,043	1,035	-0,285	-0,283	1	0,992	4,985	174,48
480	0,45	-4989	0,704	1,154	0,252	0,291	1,031	1,190	-0,719	-0,830	0,74	0,854	4,290	150,16
510	0,3	-5618	0,793	1,093	0,145	0,158	1,01	1,104	-0,938	-1,025	0,375	0,410	2,059	72,06
540	0,16	-5552	0,783	0,943	0	0	1	0,943	-1	0,943	0	0	0	0
570	0,08	-5618	0,793	0,873	-0,143	-0,125	1,01	0,882	-0,938	-0,819	-0,375	-0,327	-1,644	-57,55
600	0,05	-4989	0,704	0,754	-0,253	-0,191	1,031	0,777	-0,719	-0,542	-0,74	-0,558	-2,803	-98,11
630	0,032	-2213	0,312	0,344	-0,295	-0,102	1,043	0,359	-0,285	-0,098	-1	-0,344	-1,730	-60,54
660	0,02	2776	-0,392	-0,372	-0,252	0,094	1,031	-0,383	0,281	-0,104	-0,993	0,369	1,854	64,91
690	0,012	7831	-1,105	-1,093	-0,145	0,158	1,01	-1,104	0,794	-0,868	-0,624	0,682	3,427	119,94
720	0,005	9977	-1,408	-1,403	0	0	1	-1,403	1	-1,403	0	0	0	0

По
данным табл.
4.2. строим графики
изменения
удельных сил
pj
, p
, ps
, pN
, pK
и pT
в зависимости
от угла поворота
коленчатого
вала 
(рис. 4.5., 4.6., 4.7, 4.8.).

Среднее
значение
тангенциальной
силы за цикл:

а.
по данным
теплового
расчета:

Тср=2106РiFп/()=210610,005024/(3,144)=800
Н

б.
по площади,
заключенной
между кривой
РТ
и осью абцисс
(рис. 4.8.):

РТср
=(F1
-F2)Мр/ОВ=(3493-2073)0,04/360=0,1585

Тср=
РТср

Fп=0,15850,005024106=795,1
Н

Ошибка:
=(800-795,1)/800=0,6
%

4.2.5.Крутящие
моменты

Крутящий
момент одного
цилиндра (гр.15
табл.4.2.):

Мкр.ц=ТR=T0,046103
Н
м.

Период
изменения
крутящего
момента четырехтактного
двигателя с
равными интервалами
между вспышками:
θ=720/i=720/4=180°.

Суммирование
значений крутящих
моментов всех
четырех цилиндров
двигателя
осуществляется
табличным
методом (табл.
4.3.) через каждые
30° угла поворота
коленчатого
вала и по полученным
данным строится
кривая Мкр
(рис. 4.9.).

Таблица
4.3.

0	цилиндры								МКР, Н*м
	1-й		2-й		3-й		4-й
	0 кривошипа	МКР. Ц., Н*м	0 кривошипа	МКР. Ц., Н*м	0 кривошипа	МКР. Ц., Н*м	0 кривошипа	МКР. Ц., Н*м
0	0	0	180	0	360	0	540	0	0
30	30	-130,032	210	-55,574	390	185,974	570	-57,552	-57,2
60	60	-85,860	240	-102,017	420	148,116	600	-98,113	-137,9
90	90	46,120	270	-72,496	450	174,483	630	-60,539	87,6
120	120	87,703	300	33,477	480	150,162	660	64,907	336,2
150	150	50,958	330	64,197	510	72,059	690	119,937	307,2
180	180	0	360	0	540	0	720	0	0

Средний
крутящий момент
двигателя:

по
данным теплового
расчета:

Мкр.
ср=Мi=Ме/м=95,3/0,849=112,2
Н
м.

по
площади, заключенной
под кривой Мкр
(рис.4.7.):

Мкр.ср=Мм==111,02
Н
м.

Погрешность
составит:=100(112,2111,02)/112,2=1,05
%.

Максимальный
и минимальный
крутящие моменты
(рис.4.9.):

Мкр.max=
336,2 Н
м; Мкр.min=
-137,9 Н
м.

4.2.6.Силы,
действующие
на шатунную
шейку коленчатого
вала

Для
проведения
расчета результирующей
силы, действующей
на шатунную
шейку двигателя,
составляем
табл.4.4.

Суммарная
сила, действующая
на шатунную
шейку по радиусу
кривошипа:

Рк=К+КRш=(К4,239)
кН,
где К=ркFп=рк0,005024103
кН.

Результирующую
силу Rш.ш
, действующую
на шатунную
шейку, определяем
графическим
сложением
векторов сил
Т и Рк
при построении
полярной диаграммы
(рис.4.10.). Масштаб
сил на полярной
диаграмме
Мр=0,1
кН
в мм.
Значения Rш.ш
для различных

заносим в табл.4.4.
и по ним строим
диаграмму RШ.Ш.
в прямоугольных
координатах
(рис.4.11.).

Таблица
4.4.

°

Полные
силы, кН

Pк

Rш.ш

KРк

Rк

0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
370
390
420
450
480
510
540
570
600
630
660
690
720

-6,823

-11,062

11,06

-18,081

18,08

-3,715

-4,727

-8,966

9,83

-15,985

16,45

-2,453

-0,694

-4,933

5,45

-11,952

12,05

1,318

-0,376

-4,615

4,75

-11,634

11,63

120

2,506

-2,435

-6,674

7,17

-13,693

13,94

150

1,456

-3,642

-7,881

7,79

-14,900

14,85

180

-3,936

-8,175

8,11

-15,194

15,05

210

-1,592

-3,972

-8,211

8,30

-15,230

15,21

240

0,000

-2,832

-7,071

7,52

-14,090

14,32

270

-2,071

-0,590

-4,829

5,18

-11,848

11,91

300

0,956

-0,271

-4,510

4,58

-11,529

11,51

330

1,834

-2,334

-6,573

6,7

-13,592

13,85

360

0,000

-0,794

-5,033

5,03

-12,052

12,03

370

3,655

16,071

11,832

0,75

4,813

6,03

380

5,216

10,901

6,662

6,30

-0,357

5,24

390

5,314

6,761

2,522

5,85

-4,497

6,85

420

4,232

1,198

-3,041

4,72

-10,060

9,89

450

4,985

-1,421

-5,660

7,50

-12,679

13,51

480

4,290

-4,169

-8,408

9,41

-15,427

15,97

510

2,059

-5,150

-9,389

9,50

-16,408

16,45

540

-4,740

-8,979

8,98

-15,998

16,03

570

-1,644

-4,113

-8,352

8,41

-15,371

15,31

600

-2,803

-2,724

-6,963

7,45

-13,982

14,04

630

-1,730

-0,493

-4,732

5,06

-11,751

11,81

660

1,854

-0,525

-4,764

5,17

-11,783

11,91

690

3,427

-4,360

-8,599

9,21

-15,618

15,91

720

-7,049

-11,062

11,06

-18,307

18,08

По
развернутой
диаграмме Rш.ш
определяем:

Rш.ш
ср=FМр/ОВ=175000,1/240=8,125
кН,

где
ОВдлина
диаграммы,
Fплощадь
под кривой Rш.ш
, мм.

Rш.ш
max=11,0,6
кН
Rш.ш min=0,45
кН.;

По
полярной диаграмме
строим диаграмму
износа шатунной
шейки (рис. 4,12).
Сумму сил Rш.ш
,действующих
по каждому лучу
диаграммы
износа, определяем
с помощью табл.4.5..
По данным табл.4.5.
в масштабе
Мр=25
кН
в мм
по каждому лучу
откладываем
величины суммарных
сил 
Rш.ш
от
окружности
к центру.

По
диаграмме
износа определяем
положение оси
масляного
отверстия
(м=67°).

Таблица
4.5.

Rшшi	Значения Rшшi, кН, для лучей
Rшшi	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Rшш0	11,06	11,06	11,06								11,06	11,06
Rшш30	9,83	9,83	9,83									9,83
Rшш60	5,45	5,45	5,45									5,45
Rшш90	4,75	4,75									4,75	4,75
Rшш120	7,17	7,17									7,17	7,17
Rшш150	7,79	7,79									7,79	7,79
Rшш180	8,11	8,11	8,11								8,11	8,11
Rшш210	8,30	8,30	8,30									8,30
Rшш240	7,52	7,52	7,52									7,52
Rшш270	5,18	5,18	5,18									5,18
Rшш300	4,58	4,58									4,58	4,58
Rшш330	6,7	6,7									6,7	6,7
Rшш360	5,03	5,03	5,03								5,03	5,03
Rшш390								5,85	5,85	5,85	5,85
Rшш420									4,72	4,72	4,72	4,72
Rшш450	7,50									7,50	7,50	7,50
Rшш480	9,41	9,41									9,41	9,41
Rшш510	9,50	9,50									9,50	9,50
Rшш540	8,98	8,98	8,98								8,98	8,98
Rшш570	8,41	8,41	8,41									8,41
Rшш600	7,45	7,45	7,45									7,45
Rшш630	5,06	5,06	5,06									5,06
Rшш660	5,17	5,17									5,17	5,17
Rшш690	9,21	9,21									9,21	9,21
Rшш	162,16	154,66	90,38					5,85	10,57	18,07	115,53	161,43

4.2.7.Силы,
действующие
на колено вала

Суммарная
сила, действующая
на колено вала
по радиусу
кривошипа:

КРк=Рк+КRк=Рк7,019
кН.

Результирующую
силу, действующую
на колено вала
Rк=Rшш+КРк,
определяем
по диаграмме
Rш.ш
(рис.4.10.).
Векторы из
полюса Ок
до соответствующих
точек на полярной
диаграмме в
масштабе Мр=0,15
кН
в мм
выражают силы
Rк
, значение которых
для различных

заносим в табл.4.4.

5. Анализ
компьютерного
расчета на ЭВМ

При
выполнении
курсового
проекта мы
использовали
программу
расчета на ЭВМ.
При ручном
расчете получили
несколько
отличающиеся
данные параметров
двигателя.
Сравнение
данных представлены
в таблице 5.1. Данные
компьютерного
расчета представлены
в таблицах
5.2., 5.3., 5.4., 5.5., 5.6., 5.7., 5.8., 5.9.

Таблица
5.1.

№

Обсуждение:

comments powered by Disqus

Название реферата: Расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968М

Слов:	12156
Символов:	119147
Размер:	232.71 Кб.

Вам также могут понравиться эти работы: