Курсовая работа: Разработка четырехтактного автомобильного двигателя Проведение расчета

💣 👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего
Брянский государственный технический университет
По дисциплине "Автомобили и двигатели"
тема проекта: "Разработать четырехтактный автомобильный двигатель"
1.1Выбор параметров к тепловому расчету
1.6 Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя
1.7 Эффективные показатели основные размеры цилиндра и двигателя
1.8 Построение индикаторной диаграммы
2.1 Приведение масс кривошипно-шатунного механизма
2.2 Построение диаграммы удельных сил инерции
2.4 Построение диаграммы изменения сил,
2.5 Построение полярной диаграммы сил,
2.6 Построение диаграммы предполагаемого износа
2.7 Расчет сил и моментов, действующих на коленчатый вал
3.Расчет деталей двигателя на прочность
3.2 Расчет поршневого пальца на прочность
3.3.1 Расчет поршневой головки шатуна
3.3.2 Расчет кривошипной головки шатуна
3.4 Расчет коленчатого вала на прочность
Основными направлениями развития двигателестроения являются повышение удельных мощностей за счет газотурбинного наддува и применение более высоко калорийных топлив, повышение экономичности, надежности и ресурса двигателя, снижение металлоемкости.
Требование повышения мощности двигателя связано с повышением производительности труда, с ростом энерговооруженности средств производства. Так же всвязи с непрерывным ростом сложности топлива и масла значимость параметров g е
и g м
также возрастает. Поэтому при создании двигателя следует стремиться к оптимальным расходам топлива и масла. Однако возможности снижения g е
и g м
связаны со схемой, быстроходностью и другими параметрами двигателя.
При оценке требований к новому двигателю и выборе значений, определяющих параметры, необходимо учитывать развитие существующих двигателей с учетом времени, необходимого на создание нового двигателя (5-7 лет) и срока его службы не менее 15 лет.
В представленном курсовом проекте приведен расчет 4-х тактного 8-ми цилиндрового V-образного бензинового двигателя, за прототип принят двигатель автомобиля ГАЗ-53.
Частота вращения коленчатого вала: n = 4000 об/мин.;
Мощность прототипа: 84.56 кВт (115л.с.);
Коэффициент избытка воздуха α = 0,92;
-коэффициент остаточных газов γ = 0,07;
Коэффициент использования тепла в точке Zдля n = 4000 об/мин.:
Коэффициент скругления индикаторной диаграммы φ д
= 0,96;
Теплотворная способность топлива Hu=44000 кДж/кг топлива
Теоретически необходимое количества воздуха для сгорания 1 кг топлива:
где δ-коэффициент гидравлических потерь (δ=0,15).
где =15 К – подогрев заряда от стенок цилиндра,
=1,11 – коэффициент, учитывающий разницу в теплоёмкостях остаточных газов и свежей смеси.
Принятое значение γ практически совпадает с расчётным.Для дальнейших расчетов принимаем γ=0,07.
Давление в цилиндре в конце наполнения с учётом коэффициента дозарядки:
Показатель политропы сжатия определяется через показатель адиабаты сжатия , рассчитываемого по уравнению:
Давление и температура в конце процесса сжатия:
Действительно необходимое количество воздуха для сгорания топлива:
Теоретический коэффициент молекулярного изменения свежей смеси:
Действительный коэффициент молекулярного изменения
Температура газов в конце видимого сгорания:
Решая уравнение относительно Тz, определяем
где - коэффициенты использования теплоты в начале процесса сгорания,
- потери тепла от неполного сгорания топлива
Показатель политропы расширения n 2
находим по показателю адиабаты расширения К 2
, для которого известно уравнение:
Давление и температура в конце расширения
Среднее теоретическое и действительное индикаторное давление:
где -коэффициент скругления индикаторной диаграммы
Индикаторный удельный расход топлива
Эффективный КПД и эффективный расход топлива
Диаметр и ход поршня принимаем из условия S/D=0,87
Окончательно принимаем D = 102,71мм, S = 102,71∙0,87 = 89.358 мм.
По окончательно принятым значениям D и S определяются основные параметры и показатели двигателя:
· Мощность двигателя при принятых размерах цилиндра:
Исходные данные к построению диаграммы:
Составляем таблицу ординат линий сжатия и расширения.
Теперь наносим на координатное поле все характерные точки, затем наносим по табличным данным точки линий сжатия и расширения. Соединяем точки плавными линиями в нужной последовательности. В результате получается индикаторная диаграмма.
Масса поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава )
Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:
Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:
Масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов ( )
Массы, совершающие возвратно-поступательные движения:
Массы совершающие вращательное движение:
1) Определение удельных сил инерции:
Построение диаграммы удельных сил инерции производят методом Толе.
1)Удельная сила инерции поступательно движущихся масс
3) Силы инерции вращающихся масс шатуна
После построения индикаторной диаграммы и диаграммы удельных сил инерции строят диаграмму изменения сил, действующих в КШМ. Для этого индикаторную диаграмму "разворачивают" по методу Брикса, получая развернутую индикаторную диаграмму. Данный метод заключается в следующем: под индикаторной диаграммой проводят горизонтальную прямую АВ, равную ходу поршя. Из середины отрезка АВ проводят окружность радиуса R=S/2=118/2=58мм на расстоянии ОО1=Rλ/2=58×0,28/2=8,12 мм получают центр О1, из которого проводят лучи до пересечения с окружностью через углы . Из точек пересечения лучей с окружностью восстанавливают перпендикуляры к АВ, продолжая их до пересечения с индикаторной диаграммой. Точки пересечения перпендикуляров с соответствующими кривыми давления дают значения давления при соответствующих углах поворота кривошипа. Полная сила, действующая на поршень включает силу давления газов и силу инерции ,ее определяют аналитически . Найденное значение для каждого угла поворота КВ сносим в табл.2.1. Затем соединяем плавной кривой полученные точки, определяющие искомую диаграмму.
По найденным значениям для каждого угла поворота КВ определяют все остальные силовые факторы, действующие в КШМ:
- удельная сила, действующая вдоль шатуна:
- удельная сила, действующая по радиусу кривошипа:
Значения всех расчетов сводим в табл.2.1 . Графики зависимости представлены на лист 1.
Диаграмма одновременно в соответствующем масштабе является диаграммой крутящего момента создаваемого 1 цилиндром.
Для определения крутящего момента строим диаграмму суммарной силы .
По среднему крутящему моменту определяем индикаторную мощность
Определим мощность и сравним ее с результатом теплового расчета
На шатунную шейку воздействуют силы, вызванные давлением газов и силой инерции поступательно движущихся масс, а так же силой инерции ращающихся масс шатуна. Для проведения расчета результирующей силы, действующей на шатунную шейку двигателя, составляем таблицу (табл.1)
Суммарная сила, действующая на шатунную шейку, находится по формуле: Результирующая сила , действующая на шатунную шейку, подсчитывается графическим сложением векторов сил T , Z и Р R
Ш
при построении полярной диаграммы. При построении предполагается, что шейка неподвижна, а ось цилиндра вращается вокруг нее. Для построения выбираем полюс диаграммы (т.О) и проводим систему координат T-Z, причем плюсовая координата Т - вправо, Z - вниз. Для заданного угла поворота коленчатого вала из табл.2.1 откладываем по соответствующим осям в принятом масштабе значение сил T и Z. Соединяя последовательно точки плавной кривой, получаем полярную диаграмму без учета силы Р R
Ш.
Для ее учета из точки О в положительном направлении Z откладываем ее величину в принятом масштабе и получаем точку - действительный полюс диаграммы. Для получения действующей результирующей силы, действующей на шатунную шейку, полюс соединяют вектором с точкой полярной диаграммы, соответствующей этому углу поворота. Полученный вектор определяет и величину, и направление действующей силы.
Диаграмма нагрузки на шатунную шейку в прямоугольных координатах представлена в приложении 1.
На основании имеющейся полярной диаграммы нагрузок, действующих на шейку, можно построить диаграмму предполагаемого износа шатунной шейки. Принимают следующие допущения:
- износ шейки прямо пропорционален действующей силе;
-действие силы распространяется от точки ее приложения по дуге в 60˚, в обе стороны по поверхности шейки.
Способ построения состоит в следующем: в т.О проводят окружность произвольного радиуса и делят ее на равные части. Из т.А окружности откладывают отрезок и т.д. От каждой точки А1,А2…Аn (n=24) в обе стороны по поверхности шейки откладываем угол 60˚. Затем строят новую окружность и делят ее на такое же количество частей и в определенном масштабе в направлении к центру окружности откладывают суммарную толщину полос; соединяя полученные точки определяем диаграмму предполагаемого износа шейки.
Вид предполагаемого износа представлен на листе 1, а его построение и приложении 2; при этом на диаметральных линиях диаграммы указаны суммарные толщины.
Полученная диаграмма дает возможность определить положение масляного отверстия – самое не нагруженное место шейки. Для нашего расчета .
Кривошип коленчатого вала многоцилиндрового двигателя нагружен силами и крутящим моментом, который включает две составляющие: момент, обусловленный силой Т данного цилиндра, и момент от предыдущих цилиндров. Коленчатый вал рассчитываемого двигателя – полноопорный с кривошимами, расположенными под углом . Порядок работы двигателя 1-5-4-2-6-3-7-8. Схема коленчатого вала представлена на рис. 2.1.
Для наглядного представления о совместной работе цилиндров строят диаграмму совместной работы цилиндров, которая представляет собой ряд чередующихся циклов работы каждого цилиндра в зависимости от угла поворота коленчатого вала.
Диаграмма совместной работы цилиндров
Построенная диаграмма позволяет определить угол поворота любого кривошипа при положении первого кривошипа в 0˚.
Через шейки коленчатого вала от первого до последнего цилиндра передается крутящий момент свой от каждого цилиндра. Следовательно, в любой момент времени крутящий момент на каждой шейке оказывается различным. Для выполнения расчетов на прочность и оценки крутящего момента на каждой шейке, строят таблицу набегающих моментов.
Таблица набегающих моментов показывает изменение крутящего момента на каждой шейке коленчатого вала по мере перемещения от первой до последней шейки в зависимости от угла поворота. Последний столбец таблицы представляет собой изменение полного (суммарного) момента на выходе из двигателя. Моменты на промежуточных шейках отличается от полного, как по величине, так и по направлению.
Расчет тангенциальных сил (а следовательно и моментов) для V-образного двигателя представлен в табл. 2.2.
Изменение набегающих моментов представлено в табл. 2.3. и 2.4.
Таблица 2.2.Расчет тангенцальных сил для V-образного двигателя (Н)
Таблица 2.3. Таблица набегающих моментов на шатунные шейки (Н)
Таблица 2.4. Таблица набегающих моментов на коренные шейки (Н)
Поршень работает в тяжелых условиях, так как подвергается воздействию как механических нагрузок от давления газов и сил инерции, так и термических из-за необходимости отвода теплоты от нагретой газами головки в охлаждающую среду. Кроме того, направляющая часть работает на износ при высоких температурах. Основные требования к материалу поршня:
- малые значения коэффициента линейного расширения;
- высокая механическая прочность и жаростойкость;
Для уменьшения износа юбка поршня имеет бочкообразный профиль по образующей и овальный профиль в поперечном сечении. Днище поршня имеет выемку, а в бобышках сделаны отверстия для прохода масла к поршневому пальцу. Материал поршня – алюминиевый сплав.
Напряжения, возникающие по контору заделки
где t – радиальный зазор маслосъемного кольца (t = 3,225 мм);
∆t – радиальный зазор компрессионного кольца (∆t = 0,8 мм).
Напряжения в верхней кольцевой перемычке.
Удельное давление на стенку цилиндра
Во время работы двигателя поршневой палец подвергается воздействию переменных нагрузок, приводящих к возникновению напряжений изгиба, сдвига, смятия и овализации.Поршневой палец - стальной, трубчатого сечения. Для повышения износостойкости его наружную поверхность цементируют и закаливают.
Материал пальца – Ст15Х ГОСТ 4543-71
Внутренний диаметр пальца d в
=18мм
Расстояние между торцами бобышек b=36мм
Расчетная сила, действующая на поршневойпалец:
Рис.3.2. Расчетная схема поршневого пальца а- распределение нагрузки, б- эпюры напряжений
где k=0,83 – коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца
Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна
Удельное давление пальца на бобышки
Напряжение изгиба в среднем сечении пальца
Касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна.
Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации
Напряжение овализации на внешней поверхности кольца в горизонтальной плоскости (т.1 j=0°)
В вертикальной плоскости (т.3, j=9°)
Напряжение овализации на внутренней поверхности кольца в
горизонтальной плоскости (т.2, j=°)
В вертикальной плоскости (т.4, j=9°)
Наибольшие напряжения овализации возникают на внешней поверхности пальца в вертикальной плоскости. Они не должны превышать 300-350 МПа.
Шатун подвергается воздействию знакопеременных газовых инерционных сил. Помимо напряжения сжатия в стержне шатуна возникают напряжения изгиба и растяжения.
Для изготовления шатуна должны быть выбраны высококачественные материалы, обладающие высокой прочностью, относительным удлинением, сопротивлением удару, пределом усталости.
Необходимо также учитывать одно из основных требований к конструкции шатуна – получение минимальной массы при необходимой прочности и надежности.
Шатун стальной, кованный, двутаврового сечения. В нижней головке шатуна выполнено отверстие, через которое масло разбрызгивается на поверхность цилиндра.
Материал шатуна: Ст 45Г2 ГОСТ 4543-71
Масса поршневой группы m п
=0,99337кг
Коэффициент приведения цикла при изгибе a σ
=0,17
Коэффициент приведения цикла при растяжении-сжатии a σ
=0,12
Рис.3.3. Расчетная схема шатунной группы Расчет сечения I-I
Максимальное напряжение пульсирующего цикла
Среднее напряжение и амплитуда напряжения.
-коэффициент поверхностной чувствительности (чистое обтачивание внутренней поверхности головки)
то запас прочности в сечении I-I определяем по пределу усталости
Напряжения от запрессованной втулки:
удельное давление на поверхности соприкосновения втулки с головкой
где - коэффициент Пуассона; - суммарный натяг.
Напряжения от суммарного натяга на внешней поверхности головки
напряжения от суммарного натяга на внутренней поверхности головки
Рис.3.4. Расчетная схема головки шатуна а- при растяжении; б- при сжатии
Расчет на усталостную прочность сечения перехода головки шатуна в стержень.
-Максимальная сила, растягивающая головку
-Нормальная сила и изгибающий момент в верхней частишатуна
-Нормальная сила и изгибающий момент в расчетном сечении от растягивающей силы
-Напряжения на внешнем волокне от растягивающей силы
Нормальная сила и изгибающий момент в расчетном сечении от сжимающей силы.
-Напряжение на внешнем волокне от сжимающей силы
-Максимальное и минимальное напряжение асимметричного цикла
-Среднее напряжение и амплитуда напряжений
то запас прочности в сечении перехода головки шатуна в стержень определяем по пределу текучести
Масса шатунной группы: m ш
= 1,245 кг
Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца m шп
= 0,342 кг
Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа m шк
= 0,903 кг
Масса крышки кривошипной головки m кр
= 0,25 m ш
=0,311 кг
Толщина стенки вкладыша t b
= 3,14 мм
Расстояние между шатунными болтами с б
= 77 мм
Длина кривошипной головки l k
= 27 мм
Момент сопротивления расчетного сечения:
Напряжения изгиба крышки и вкладыша.
Размеры сечения шатуна: b ш
=15,75 мм, a ш
=7,5 мм, t ш
=4мм, h ш
=30 мм
Внутренний диаметр головки d 1
=67мм
Площадь и момент инерции расчетного сечения В – В
Максимальное напряжение от сжимающей силы в плоскости качания шатуна
В плоскости перпендикулярной плоскости качания шатуна
L 1
– длина стержня шатуна между расточками верхней и нижней головок шатуна.
L 0
– расстояние между осями головок шатуна.
Минимальное напряжение осей растягивающей силы
Средние напряжения и амплитуды цикла:
- эффективный коэффициент концентрации напряжений;
запас прочности в сечении определяется по пределу усталости
Из расчета кривошипной головки шатуна имеем: максимальная сила инерции, растягивающая кривошипную головку и шатунный болт P jp
=0,0122МH
материал болта Сталь 40Х ГОСТ4543 – 71
где х = 0,2 – коэффициент основной нагрузки резьбового соединения
Максимальное и минимальное напряжение, возникающее в болтах:
Среднее напряжение и амплитуда цикла
то запас прочности определяется по пределу текучести
Коленчатый вал – наиболее сложная в конструктивном отношении и наиболее напряженная деталь двигателя, воспринимающая периодические нагрузки от сил давления газов, сил инерции и их моментов.
Коэффициент приведения цикла при изгибе a σ
=0,18
Коэффициент приведения цикла при растяжении-сжатии a σ
=0,14
Коэффициент приведения цикла при кручении
Момент сопротивления коренной шейки кручению
Максимальное и минимальное касательное напряжения знакопеременного цикла для наиболее нагруженной 3-й коренной шейки (см. табл. 2.4)
Среднее напряжение и амплитуда напряжений:
коэффициент концентрации напряжений
-коэффициент поверхностной чувствительности
q=0.71- коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений
то запас прочности коренной шейки определяют по пределу усталости:
Момент сопротивления кручению шатунной шейки
Максимальное и минимальное касательное напряжения знакопеременного цикла для наиболее нагруженной 3-й шатунной шейки (см. табл. 2.3)
Среднее напряжение и амплитуда напряжений:
коэффициент концентрации напряжений
-коэффициент поверхностной чувствительности
q=0.71- коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений
то запас прочности коренной шейки определяют по пределу усталости:
Моменты, изгибающие шатунную шейку однопролётного коленчатого вала в плоскости, перпендикулярной плоскости кривошипа:
Масляное отверстие на шатунной шейке целесообразно сделать в горизонтальной плоскости (φм=45˚)
расчет моментов приведен в табл.3.1.
Максимальные и минимальные нормальные напряжения ассиметричного цикла в шатунной шейке:
Среднее напряжение и амплитуда напряжений:
- коэффициент концентрации напряжений
-коэффициент поверхностной чувствительности
q=0,71- коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений
Запас прочности шатунной шейки от нормальных напряжений определяется по пределу усталости:
Общий запас прочности шатунной шейки:
Проверка необходимости расчета щеки. Если выполняется условие:
то проводить проверочный расчет щеки нет необходимости:
→ значит проверять щеки на прочность нет необходимости.
1. Воробьев В.И. Автомобильные двигатели. Расчет и конструирование автомобильного двигателя. Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов дневной формы обучения специальности 1505 "Автомобили и автомобильное хозяйство"- Брянск БИТМ – 1990 – 42 с.
2. Колчин А.И. Демидов В.П. Расчет автотракторных двигателей. М, "Высшая школа" 1979, 345 с.
3. Ховак М.С. Маслов Т.С. Автомобильные двигатели изд. 2-е пер. и доп. М "Машиностроение", 1971, 4456 с.
Приложение 1. Развёрнутая диаграмма износа шатунной шейки

Название: Разработка четырехтактного автомобильного двигателя Проведение расчета
Раздел: Рефераты по транспорту
Тип: курсовая работа
Добавлен 11:20:41 15 декабря 2010 Похожие работы
Просмотров: 771
Комментариев: 13
Оценило: 2 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно   Скачать

Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Ребятки, кто на FAST-REFERAT.RU будет заказывать работу до 26го мая - вводите промокод iphone, и тогда будете учавствовать в розыгрыше iphone xs)) сам только что узнал, что у них такие акции бывают (п.с. кстати не удивляйтесь что вас перекидывает на сайт с другим названием, так и должно быть)
Мне с моими работами постоянно помогают на FAST-REFERAT.RU - можете просто зайти узнать стоимость, никто вас ни к чему не обязывает, там впринципе всё могут сделать, вне зависимости от уровня сложности) у меня просто парень электронщик там какой то, тоже там бывает заказывает))
Спасибо, Оксаночка, за совет))) Заказал курсач, отчет по практике, 2 реферата и дипломную на REFERAT.GQ , все сдал на отлично, и нервы не пришлось тратить)
Я обычно любые готовые работы покупаю на сайте shop-referat.tk , и свои все там же на продажу выставляю, неплохой доп.заработок. А если там не нахожу то уже на referat.gq заказываю и мне быстро делают.
Да, но только в случае крайней необходимости.

Курсовая работа: Разработка четырехтактного автомобильного двигателя Проведение расчета
Петров Реферат
Реферат Экономика Скачать
Реферат по теме Организация работы автобусов на городском маятниковом маршруте
Контрольная Работа По Математике 2 Класс Уфа
Реферат: Концепция информационного общества. Понятие мирового информационного порядка
Реферат по теме Оснащение рабочего места семейного врача
Курсовая работа по теме Анализ производственных затрат ОАО 'Волтайр-Пром'
Реферат: «Инновационные информационные технологии в таможенном деле»
Дипломная работа: Налогообложение предприятий малого бизнеса. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Чёрный сентябрь
Нэп: сутнасць і ўрокі.
Доклад по теме Упражнения по теме «Определение понятий»
Реферат: Проблема познания мира в философии
Реферат по теме Экологические проблемы в современной экономике Казахстана
Реферат по теме Специальная лексика в романе И. Ефремова Час Быка
Практическая Работа Лексика
Курсовая работа по теме Методы стратегического планирования Республики Башкортостан
Курсовая работа: Исследование операций. Скачать бесплатно и без регистрации
Сочинение О Медали 2 Класс
Огнестрельные Ранения Челюстно Лицевой Области Реферат
Контрольная работа: Безопасность предприятий в сфере коммерции. Проблема краж и противокражное оборудование на предприятиях торговли
Реферат: Сущность и виды предпринимательских рисков
Контрольная работа: Теории воспроизводства населения