Материал: Расчет конструкции двигателя внутреннего сгорания

Расчет конструкции двигателя внутреннего сгорания

Содержание

1. Кинематика

. Динамика

.1 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

.2 Удельные и полные силы инерции

.3 Удельные суммарные массы

.4 Крутящие моменты

. Поршневая группа

.1 Расчет поршня бензинового двигателя

.2 Расчет кольца поршневого бензинового двигателя

.3 Расчет пальца поршневого бензинового двигателя

. Шатунная группа

.1 Расчёт поршневой головки шатуна бензинового двигателя

.2 Расчёт кривошипной головки шатуна

.3 Расчет стержня шатуна бензинового двигателя

.4 Расчёт шатунного болта

. Расчет коленчатого вала

.1 Расчёт коленчатого вала рядного двигателя

.2 Расчет коренной шейки

.3 Расчет шатунной шейки

.4 Расчет щеки

. Расчёт корпуса двигателя

.1 Гильза цилиндра

.2 Расчет шпильки головки блока цилиндров

Список литературы

Приложение

1. Кинематика

Расчет четырехтактного четырехцилиндрового рядного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания. Данные для расчета в таблице 1.

Таблица 1. Исходные данные

где: n - частота оборотов двигателя, τ - тактность двигателя, V^h - рабочий объем одного двигателя, N^e- мощность двигателя, i - количества цилиндров, p- максимальное давления.

Ход поршня предварительно выбираем:  .

Радиус кривошипа:

R = S/2= R = 38,5 мм. (1.1)

Угловая скорость вращения коленчатого вала:

. (1.2)

Литраж двигателя:

, (1.3)

Среднее эффективное давление:

=, (1.4)

Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят , то:

. (1.5)

Окончательно принимаем: S = , D = , R = .

Основные параметры и показатели двигателя:

площадь поршня:

; (1.6)

- крутящий момент:

; (1.7)

Среднее давление механических потерь:

, (1.8)

где: .

Среднее индикаторное давление:

 (1.9)

Механический КПД:

. (1.10)

В целях уменьшения высоты двигателя без значительного увеличения инерционных и нормальных сил отношение радиуса кривошипа к длине шатуна предварительно было принято . При этих условиях:

. (1.11)

Перемещение поршня:

. (1.12)

Расчёт  производится аналитически через каждые  угла поворота коленчатого вала.

Скорость поршня:

, (1.13)

Ускорения поршня:

. (1.14)

Таблица 2. Скорость, перемещение, ускорение.

Рисунок 1.1 - Перемещение поршня

Рисунок 1.2 - Скорость поршня

Рисунок 1.3 - Ускорение поршня

2. Динамика

.1 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

Для элементов кривошипно-шатунного механизма бензинового двигателя с D=60 мм принимаем следующие конструктивные массы: , , . (2.1)

Масса поршневой группы (поршень из алюминиевого сплава) :

; (2.2)

Масса шатуна (стальной кованный шатун):

; (2.3)

Масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (литой чугунный вал):

; (2.4)

Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

; (2.5)

Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:

; (2.6)

Массы, совершающие возвратно-поступательное движение:

; (2.7)

Массы, совершающие вращательное движение:

 (2.8)

.2 Удельные и полные силы инерции

Удельная сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс:

 (2.9)

Центробежная сила инерции вращающихся масс:

. (2.10)

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна:

. (2.11)

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа:

. (2.12)

2.3 Удельные суммарные массы

Удельная сила, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

. (2.13)

Удельная нормальная сила:

 (2.14)

(значения  берутся по таблице для )

Удельная сила, действующая вдоль шатуна:

. (2.15)

Удельная сила, действующая по радиусу кривошипа:

. (2.16)

Удельная и полная тангенциальные силы:

 (2.17)

. (2.18)

Результаты вычислений заносим в таблицу 5 и таблицу 6.

По данным таблицы строим графики изменения удельных сил  в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала .

Среднее значение тангенциальной силы за цикл:

. (2.19)

.4 Крутящие моменты

Крутящий момент одного цилиндра:

кНм. (2.20)

Период изменения крутящего момента четырёхтактного двигателя с равными интервалами между вспышками:

=180 . (2.21)

Средний крутящий момент двигателя:

. (2.22)

Суммирование значений крутящих моментов всех двух цилиндров двигателя осуществляется табличным методом через каждые  угла поворота коленчатого вала и по полученным данным строится кривая  в масштабе  в .

Таблица 3. Суммирование значений крутящих моментов

Рисунок 2.1 Крутящий момент

Рисунок 2.2. Зависимости сил от угла поворота кривошипа ΔPг − избыточное давление над поршнем, P − удельная суммарная сила, Pj − удельная сила инерции.

Рисунок 2.3 Зависимость сил S и N от угла поворота кривошипа

Сила N, действующая перпендикулярно оси цилиндра, называется нормальной силой и воспринимается стенками цилиндра.

Сила S, действующая вдоль шатуна, воздействует на него и далее передается кривошипу.

Рисунок 2.4. Удельная тангенциальная сила, р^т

Рисунок 2.5. Удельная сила, действующая по радиусу, р^к

Рисунок 2.6 Диаграмма нагрузки на шатунную шейку

Рисунок 2.7 Удельная сила, действующая по радиусу, р^к

3. Поршневая группа

.1 Расчет поршня бензинового двигателя

Диаметр цилиндра , ход поршня , действительное максимальное давление сгорания  при , площадь поршня , наибольшую нормальную силу ,массу поршневой группы , частоту вращения  и .

По таблице принимаем: толщина днища поршня , высота поршня , высота юбки поршня , радиальную толщину кольца , радиальный зазор кольца в канавке поршня , толщина стенки головки поршня , величина верхней кольцевой перемычки , число и диаметр масляных каналов в поршне и . Материал поршня - эвтектический алюминиевый сплав с содержанием кремния около 12%, ; материал гильзы цилиндра - серый чугун, .