Материал: Динамический расчёт кривошипно-шатунного механизма двигателя

Динамический расчёт кривошипно-шатунного механизма двигателя

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ДВИГАТЕЛЯ

.1 Выбор топлива

.2 Определение свойств рабочего тела

.3 Определение параметров окружающей среды и остаточных газов

.4 Расчёт параметров рабочего тела в конце процесса впуска

.5 Расчёт параметров в конце процесса сжатия

.6 Расчёт параметров процесса сгорания

.7 Расчёт параметров процесса расширения и выпуска

.8 Индикаторные и эффективные параметры рабочего цикла

.9 Построение индикаторной диаграммы

. ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ

.1 Определение силы давления газов на поршень

.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

.3 Расчёт сил инерции

.4 Расчёт суммарных сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

.5 Расчёт сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала

.6 Построение графиков сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме

.7 Построение диаграммы износа шатунной шейки

.8 Построение графика суммарного крутящего момента

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ

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 специализированных моторных заводов. 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 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 (диметр цилиндра и ход поршня ) и проверить на прочность его основные детали .

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ДВИГАТЕЛЯ

.1 Выбор топлива

Для бензинового двигателя в соответствии с заданной степенью сжатия  выбираем марку бензина АИ-98.

Средний элементарный состав бензина:   

Низшую теплоту сгорания топлива определим по формуле:

 (1.1)

.2 Определение свойств рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива определим по формуле:

 (1.2)

 (1.3)

Определим количество горючей смеси M₁:

 (1.4)

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания бензина определяем по формулам:

 (1.5)

 (1.6)

Общее количество продуктов сгорания определяем по формуле:

 (1.7)

(кмоль гор. см./кг топл.)

.3 Определение параметров окружающей среды и остаточных газов

Давление и температуру окружающей среды при работе двигателя принимаем равными  и

Давление остаточных газов определяем по формуле:

 (1.8)

Температуру остаточных газов принимаем равной К.

.4 Расчёт параметров рабочего тела в конце процесса впуска

Давление газов в цилиндре находим по формуле:

 (1.9)

где  - потери давления на впуске.

 (1.10)

Коэффициент остаточных газов определяем по формуле:

 (1.11)

где К для бензинового двигателя.

Температуру в конце впуска определяем по формуле:

 (1.12)

Коэффициент наполнения определяем по формуле:

 (1.13)

.5 Расчёт параметров в конце процесса сжатия

Давление и температуру в конце процесса сжатия определяем по соответствующим формулам:

  (1.14)

Приблизительное значение n₁ определяем по формуле:

 (1.15)

Тогда

1.6 Расчёт параметров процесса сгорания

Коэффициент µ молекулярного изменения рабочей смеси равен:

 (1.16)

Теплота сгорания рабочей смеси равна:

(кДж/кмоль

раб. см.) (1.17)

где  - количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания. При этом:

 (1.18)

Средняя мольная теплоёмкость свежего заряда:

(кДж/кмоль^.град)

Средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания бензина при постоянном объёме определяется по формуле:

 (1.19)

где  - температура в конце видимого процесса сгорания.

Значение  в конце видимого процесса сгорания бензина определим из уравнения процесса сгорания:

 (1.20)

Подставив вышеуказанные выражения в уравнения сгорания, получим квадратичное уравнение

.

Где

 - коэффициент использования тепла.

Корень этого уравнения равен:

Тогда средняя мольная теплоёмкость продуктов сгорания бензина равна:

Давление теоретическое в конце сгорания:

 (1.22)

Действительное давление в конце сгорания бензина:

 (1.23)

.7 Расчёт параметров процесса расширения и выпуска

Приблизительное значение показателя политропы расширения равно:

Давление в конце процесса расширения равно:

 (1.24)

Температура в конце процесса расширения равна:

 (1.25)

Проведём проверку ранее принятой температуры остаточных газов:

 (1.26)

Относительная погрешность составляет:

 (1.27)

.8 Индикаторные и эффективные параметры рабочего цикла

Теоретическое среднее индикаторное давление бензинового двигателя определяется по формуле:

 (1.28)

Действительное среднее индикаторное давление равно:

 (1.29)

где  - коэффициент полноты диаграммы;

Индикаторный коэффициент полезного действия равен:

 (1.30)

где  - плотность заряда на выпуске; .

Удельный индикаторный расход топлива определяется по формуле:

 (1.31)

Среднее давление механических потерь определяется из эмпирического выражения:

 (1.32)

где  - скорость поршня. При этом:

 (1.33)

Тогда

Среднее эффективное давление равно:

 (1.34)

Механический коэффициент полезного действия:

 (1.35)

Литраж двигателя равен:

 (1.36)

Рабочий объём цилиндра равен:

 (1.37)

Диаметр цилиндра равен:

 (1.38)

Ход поршня равен:

 (1.39)

Определим уточнённую скорость поршня:

 (1.40)

 (1.41)

Вычислим основные параметры и показатели двигателя:

- литраж двигателя равен:

 (1.42)

эффективная мощность равна:

 (1.43)

литровая мощность равна:

 (1.44)

эффективный крутящий момент равен:

 (1.45)

эффективный коэффициент полезного действия:

 (1.46)

удельный эффективный расход топлива равен:

 (1.47)

часовой расход топлива равен:

 (1.48)

.9 Построение индикаторной диаграммы

На горизонтальной оси откладываем отрезок АВ = 78.7 мм, соответствующий ходу поршня, взятому в натуральную величину. Далее откладываем отрезок ОА, соответствующий объёму камеры сгорания. Величину отрезка ОА определяем из соотношения:

 (1.49)

Точка О является началом координат P-Vили P-S. Масштаб давления выбираем так, чтобы высота диаграммы превосходила длину в 1.2…1.5 раза. Из точек А и В проводим вертикальные линии, на которых отмечаем значения давлений в характерных точках индикаторной диаграммы . Построение политроп сжатия производим графическим методом. Из начала координат под углом к горизонтальной оси проводим луч ОК. Под углами  и  к вертикальной оси проводим лучи OMиON. Величины этих углов находим следующим образом: