Расчет дизельного двигателя мощностью 90кВт
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 02 Ноября 2014 в 17:04, курсовая работа
Описание работы
Современные наземные виды транспорта обязаны своим развитием
главным образом применению в качестве силовых установок поршневых
двигателей внутреннего сгорания. Именно поршневые ДВС до настоящего
времени являются основным видом силовых установок, преимущественно
используемых на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-
транспортных и строительных машинах.
Содержание работы
ВВЕДЕНИЕ
……………………………………………………………..…...4
1 Тепловой расчет двигателя...............................................................................6
2 Тепловой баланс..............................................................................................18
3 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя ...............................20
4 Кинематика......................................................................................................25
5 Динамика .........................................................................................................29
6 Расчет поршневого пальца дизельного двигателя.........................................41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................44
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ........................
Файлы: 1 файл
2
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
……………………………………………………………..…...4
1 Тепловой расчет двигателя...............................................................................6
2 Тепловой баланс..............................................................................................18
3 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя ...............................20
4 Кинематика......................................................................................................25
5 Динамика .........................................................................................................29
6 Расчет поршневого пальца дизельного двигателя.........................................41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................44
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ............................................46
4
ВВЕДЕНИЕ
Современные наземные виды транспорта обязаны своим развитием
главным образом применению в качестве силовых установок поршневых
двигателей внутреннего сгорания. Именно поршневые ДВС до настоящего
времени являются основным видом силовых установок, преимущественно
используемых на автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных, дорожно-
транспортных и строительных машинах.
Являясь достаточно сложным агрегатом, любой двигатель должен
вбирать в себя многие достижения постоянно развивающихся различных
направлений и отраслей науки: химии и физики, гидравлики и аэродинамики,
теплотехники и электроники, металлургии и сопротивления материалов,
математики и вычислительной техники и т. д. и т. п.
Выполнение сегодняшних задач и движение к прогрессу требует от
специалистов, связанных с производством и эксплуатацией автомобильных
двигателей, глубоких знаний теории, конструкции и расчета двигателей
внутреннего сгорания.
Прогресс в автомобильной промышленности, дальнейшее увеличение
грузооборота автомобильного транспорта предусматривает не только
количественный рост
автопарка,
но и значительное
улучшение
использования
имеющихся
автомобилей,
повышение,
культуры
эксплуатации, увеличение межремонтных сроков службы.
Тепловой расчет позволяет с достаточной степенью точности
аналитическим
путем
определить
основные
параметры
вновь
проектируемого двигателя, а также проверить степень совершенства
действительного цикла реально работающего двигателя.
В данном учебном пособии основное внимание уделено расчету вновь
проектируемого двигателя. В связи с этим приводятся основные положения,
необходимые для выбора исходных параметров, которые используются при
выполнении как теплового, так и последующих расчетов двигателя.
5
При расчете двигателя обычно задаются величиной номинальной
мощности или определяют ее с помощью тяговых расчетов. Номинальной
мощностью (N
е
) называют эффективную мощность, гарантируемую заводом
изготовителем для определенных условий работы. В автомобильных и
тракторных двигателях номинальная мощность равна максимальной
мощности при нормальной частоте вращения коленчатого вала. Выбор или
задание номинальной мощности определяется прежде всего назначением
двигателя (для легкового или грузового автомобилей, трактора); его типом
(бензиновый - карбюраторный или двигатель с впрыском топлива, газовый,
дизель); условиями эксплуатации и т.д. Мощность современных
автомобильных и тракторных двигателей колеблется в очень широких
пределах – 15 – 500 кВт.
Другим важнейшим показателем двигателя является частота вращения
коленчатого вала, характеризующая тип двигателя и его динамические
качества. На протяжении длительного времени существовала тенденция
повышения частоты вращения коленчатого вала. Результатом этого являлось
снижение основных размеров двигателя, его массы и габаритов. Однако с
увеличением частоты вращения возрастают инерционные силы, ухудшается
наполнение цилиндров, возрастает токсичность продуктов сгорания,
повышается износ деталей и узлов двигателя, снижается его срок службы. В
связи с этим в 60- 80-х годах частота вращения коленчатого вала двигателей
практически стабилизировалась, а для отдельных типов автомобильных
двигателей даже снижалась. Однако применение бензиновых двигателей с
впрыском топлива во впускную систему и непосредственно в цилиндр
позволило значительно увеличивать частоту вращения коленчатого вала при
снижении токсичности отработавших газов.
6
1 Тепловой расчет двигателя
Таблица 1 - Исходные данные
Тип двигателя
Дизель
Количество цилиндров
4
Расположение цилиндров
Рядный
Частота вращения КВ, (n,мин
-1
)
4100
Эффективная мощность, (N
e
, КВт)
96
Степень сжатия, (ε)
19
Коэффициент избытка воздуха, (α) 1,4
Коэффициент избытка воздуха у дизельных двигателей варьируется в
пределах 1,2-7,0. Для турбированных двигателей коэффициент избытка
воздуха варьируется 1,3-2,2. В расчете принимаем коэффициент избытка
воздуха 1,4.
В соответствии с ГОСТ 305 – 82 для рассчитываемого двигателя
принимаем дизельное топливо (для работы в летних условиях – марки Л и
для работы в зимних условиях – марки А).
1.1 Топливо
В соответствии с ГОСТ 305-82 для рассчитываемого двигателя
принимаем дизельное топливо (для работы в летних условиях – марки Л и
для работы в зимних условиях – марки З). Цетановое число не менее 45.
Средний элементарный состав дизельного топлива:
Углерод: C=0,870; Водород: H2=0,126; Кислород: O2=0,004.
Низшая теплота сгорания топлива:
и
= 33,91С + 125,6 − 10.89( − ) − 2,51(9 + )
= 33,91 ∗ 0,87 + 125,6 ∗ 0,126 − 10,89 ∗ (0,004 − 0,2) − 2,51
∗ (9 ∗ 0,126) = 42,4374Мдж/кг
7
1.2 Параметры рабочего тела
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг
топлива.
=
1
0,208
∗
12
+
4
−
32
=
1
0,208
∗
0,87
12
+
0,126
4
−
0,004
32
= 0,4994 кмоль/кмоль
где: 0,208 – объемное содержание кислорода в 1кмоль воздуха.
=
1
0,23
∗
8
3
+ 8 −
=
1
0,23
∗
8
3
∗ 0,87 + 8 ∗ 0,126 − 0,004 = 14,452 кмоль/кмоль
где: 0,23 – массовое содержание кислорода в 1кг воздуха.
Коэффициент избытка воздуха.
Уменьшение коэффициента избытка воздуха до возможных пределов
уменьшает размеры цилиндра и, следовательно, повышает литровую
мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает тепло
напряжённость
двигателя,
особенно деталей поршневой группы,
увеличивается дымность выпускных газов. На дизельных двигателях
применяют неразделённые камеры сгорания и разделенные с предкамерой.
Для нашего случая мы применим турбонаддув, так как с помощью него
можно достичь наибольшего коэффициента избытка воздуха = 1,3 − 2,2 .
Принимаем: = 1,4
Количество свежего заряда:
=
= 1,4 ∗ 0,4993 = 0,699 кмоль св. зар/кг топл.
При сгорании топлива продукты сгорания представляют собой смесь
углекислого газа СО
2
, водяного пара Н
2
О, кислорода О
2
и азота N
2
.
8
Количество отдельных компонентов продуктов сгорания жидкого
топлива:
Углекислого газа:
=
12
=
0,87
12
= 0,0725 кмоль
кг
топлива
Водяного пара:
=
2
=
0,126
2
= 0,063 кмоль O/кг топлива
Кислорода:
= 0,208( − 1)
= 0,208 ∗ (1,4 − 1) ∗ 0,4993 = 0,042 кмоль /кг топлива
Азота:
= 0,798
= 0,798 ∗ 1,4 ∗ 0,4993 = 0,554 кмоль /кг топлива
Общее количество продуктов полного сгорания топлива:
=
+
+
+
= 0,073 + 0,063 + 0,042 + 0,554 = 0,731кмоль пр. сг/кг топл.
1.3 Параметры окружающей среды и остаточные газы
Атмосферные условия
= 0,1МПа Т = 293К.
Двигатель имеет турбонаддув, степень давления наддува принимается
1,6 .
к
= 1,6 = 1,6 ∗ 0,1 = 0,16МПа
На двигателе установлен центробежный нагнетатель,
к
принимаем
1,4.
Температура окружающей среды:
Т
к
= Т (
к
/ )
(
к
)/
к
Т
к
= 293(0,1,4/0,1)
( ,
)/ ,
= 335
к
− давление на выходе из компрессора;
9
Т
к
− температура на выходе из компрессора
к
− показатель политропы сжатия в компрессоре, принимаем 1,4
т.к. используем центробежный нагнетатель с интеркуллером.
1.4 Температура и давление остаточных газов:
Температура остаточных газов:
Т = 800
Давление остаточных газов:
= 0,95
= 0,87 ∗ 0,16 = 0,152 Мпа
1.5 Процесс впуска
Температура подогрева свежего заряда:
Для двигателей с наддувом ∆ = (−5) ÷ (+10)°С
Принимаем ∆ = −5°
Плотность заряда на впуске:
к
=
к
∗ 10 /(
в
)
к
= 0,16 ∗ 10 /(287 ∗ 335) = 1,664кг/м
где:
в
– удельная газовая постоянная воздуха
в
=
в
=
8315
28,96
= 287 Дж/(кг ∗ град)
где: R=8315 Дж/(кмоль*град) – универсальная газовая постоянная
Потеря давления на впуске в двигателе:
∆
= (
+
вп
)
вп х
∆
= 2,7 ∗ 70 ∗ 1,664 ∗ 10 = 0,011Мпа
По опытным данным в современных двигателях на номинальном
режиме (
+
вп
) = 2,5 ÷ 4,0 и
вп
= 50 ÷ 130м/с
- коэффициент затухания скорости движения заряда в
расматриваемом сечении цилиндра
вп
- коэффициент сопротивления впускной системы, отнесенный к
наиболее узкому ее сечению.
Принимаем (
+
вп
) = 2,7
10
вп
-средняя скорость движения заряда в наименьшем сечении
впускной системы. Принимаем
вп
= 70 м/с
Давление в конце впуска:
=
к
− ∆
= 0,16 − 0,011 = 0,149МПа
Коэффициент остаточных газов:
=
+ ∆
∗
−
=
+ ∆
∗
−
=
335 − 5
800
∗
0,152
19 ∗ 0,149 − 0,152
= 0,023
Температура в конце впуска:
= (
к
+ ∆ +
)/(1 + )
=
335 − 5 + 0,023 ∗ 800
1 + 0,023
= 341
Коэффициент наполнения:
=
к
(
− )/[(
к
+ ∆ )( − 1)
к
]
=
335(19 ∗ 0,149 − 0,152)
(335 − 5)(19 − 1)0,16
= 0,944
1.6 Процесс сжатия
для дизеля с наддувом при = 19 и = 341К
= 1,367
= 1,367
Давление и температура в конце такта сжатия:
=
=
= 0,147 ∗ 19
,
= 8,341МПа
= 335 ∗ 19
,
= 1004К
Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:
воздуха
(
) = 20,6 + 2,638 ∗ 10
= 20,6 + 2,638 ∗ 10 ∗
731 = 22,529 кДж/(кмоль ∙ град)
где:
=
− 273 = 1004 − 273 = 731℃
11
остаточных газов: для дизеля с наддувом при = 1,4 при = 731℃
(
) = 24,463кДж/(кмоль ∙ град)
рабочей смеси:
(
,
) = [1/(1 + )] (
) + (
)
(
,
) = [1/(1 + 0,023)][22,529 + 0,023 ∗ 24,463]
= 22,573кДж/(кмоль ∙ град)
1.7 Процесс сгорания
Относительное изменение объема при сгорании характеризуется
величиной химического коэффициента молекулярного изменения свежей
смеси:
=
=
0,731
0,699
= 1,045
Коэффициент молекулярного изменения рабочей смеси:
=
+
1 +
=
1,045 + 0,023
1 + 0,023
= 1,044
Теплота горение рабочей смеси:
раб.см
=
и
+
=
и
/[ (1 + )]
раб.см
=
42,4374
0,699(1 + 0,023)
= 59,309
кДж
кмоль
раб. см
Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания в дизелях:
(
,,
) = (
1
)
,,
+
,,
+
,,
+
,,
12
(
,,
) =
1
0,731
[0,0725(39,123 + 0,003349 )
+ 0,063(26,67 + 0,004438 ) + 0,042(23,723 + 0,00155 )
+ 0,554(21,951 + 0,001457 )] = 23,847 + 0,00183
,,
= 23,847 + 0,00183 + 8,315 = 32,162 + 0,00183
Коэффициент использования теплоты для современных двигателей с
хорошо организованным смеси образованием и из-за использования
турбонаддува, повышенной теплонапряженностью двигателя и созданием
более
благоприятных
условий
для
протекания
процесса
= 0,88
Степень повышения давления в основном зависит от величины
цикловой подачи топлива. С целью снижения газовых нагрузок на детали
КШМ целесообразно принять =1,5.
Температура в конце видимого процесса сгорания:
раб.см.
+ (
,
) + 8,315
+ 2270( − ) =
,,
0,88 ∗ 59,309 + [22,529 + 8,315 ∗ 1,5]731 + 2270(1,5 − 1,044)
= 1,044(32,126 + 0,00183 )
33,584 + 0,001911
− 78857 = 0
=
−33,584 + 33,584 + 4 ∗ 0,001911 ∗ 78857
2 ∗ 0,001911
= 2097℃
=
+ 273 = 2097 + 273 = 2370
Максимальное давление сгорания:
= = 1,5 ∗ 8,341 = 12,51Мпа
Степень предварительного расширения:
=
/(
с
)
=
1,044 ∗ 2370
1,5 ∗ 1004
= 1,64
13
1.8 Процесс расширения
Степень последующего расширения:
= =
19
1,64
= 11,563
Средние показатели адиабаты и политропы расширения:
при: = 11,563;
= 2370К; = 1,4
= 1,2792
= 1,26
Давление и температура в конце расширения:
=
=
2370
11,563
,
= 1255
=
=
12,51
11,563
,
= 0,573Мпа
Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:
=
=
1255
0,573
0,152
= 807
∆=
100(800 − 807)
800
= 0,875%
1.9 Индикаторные показатели рабочего цикла
Теоретическое среднее индикаторное давление
1
1
1
2
/
1
2
1
1
1
1
1
1
1
)1
(
1
n
n
c
i
n
n
P
P
=
8,345
19 − 1
1,5(1,64 − 1) +
1,5 ∙ 1,64
1,26 − 1
∙ 1 −
1
11,563
,
−
1
1,367 − 1
∙ 1 −
1
19
,
= 1,681Мпа
Среднее индикаторное давление:
=
и
= 0,95 ∙ 1,681 = 1,597Мпа
где:
и
= 0,95 – коэффициент полноты диаграммы
Индикаторный КПД:
к
u
V
o
i
i
Н
l
P
14
=
1,681 ∙ 1,4 ∙ 14,452
42,44 ∙ 1,664 ∙ 0,944
= 0,485
Индикаторный удельный расход топлива:
=
3600
∙ Н
и
=
3600
42,44 ∙ 0,485
= 175 г/кВт ∙ ч
1.10 Эффективные показатели двигателя
Среднее давление механических потерь для дизельных двигателей
м
= 0,089 + 0,0118
ср.п
= 0,089 + 0,0118 ∙ 12 = 0,23Мпа
где: средняя скорость поршня предварительно принята
ср.п
= 12м/с
Среднее эффективное давление и механический КПД
е
=
−
м
= 1,597 − 0,23 = 1,367Мпа
м
=
е
=
1,367
1,597
= 0,856
Эффективный КПД и эффективный удельный расход топлива:
е
=
м
= 0,485 ∙ 0,856 = 0,415
е
=
3600
е
∙ Н
и
=
3600
42,44 ∙ 0,415
= 205 г/кВт ∙ ч
1.11 Основные параметры цилиндра и двигателя
Литраж двигателя:
л
=
30
=
30 ∙ 4 ∙ 96
1,367 ∙ 4100
= 2,06л
Рабочий объем цилиндра:
=
л
=
10,49
4
= 0,515л
Диаметр и ход поршня выполняем в соотношении: S/D=1
15
= 100 ∙
4
= 100 ∙ 4 ∙
0,515
3,14 ∙ 1
= 86,84мм
Окончательно принимаем D=S=87мм
По окончательно принятым параметрам D и S определяются новые
параметры и показатели двигателя:
л
=
4 ∙ 10
=
3,14 ∙ 87 ∙ 87 ∙ 4
4 ∙ 10
= 2,07л
П
=
4
= 3,14 ∙
87
4
= 5942мм = 59,4см
ср.п
=
3 ∙ 10
= 11,89м/с
что достаточно близко (ошибка 0,91%) к ранее принятому значению
υ
ср.п
= 12
=
е
∙
л
∙
30
= 1,367 ∙ 2,06 ∙
4100
30 ∙ 4
= 96,5 кВт
= 3 ∙ 10 ∙
∙
= 3 ∙ 10 ∙
96,5
3,14 ∙ 4100
= 225 H ∙ м
Т
=
= 225 ∙ 0,205 = 19,75 кг/ч
Л
=
л
=
96,5
2,07
= 46,69 кВт/дм
1.12 Построение индикаторной диаграммы
Масштабы индикаторной диаграммы:
масштаб хода поршня -
= 2 мм в мм
масштаб давлений -
р
= 0,1МПа в мм
Приведенные величины рабочего объема цилиндра и объема камеры
сгорания соответственно:
АВ =
=
87
1
= 87мм
ОА =
АВ
− 1
=
87
19 − 1
= 4,83мм
16
Максимальная высота диаграммы (точки z и z’) и положение точки z по
оси абсцисс
=
12,51
0,1
= 125,11мм
=
( − 1) = 4,83(1,64 − 1) = 3,1мм
Ординаты характерных точек:
=
0,1
0,1
= 1мм;
=
0,152
0,1
= 1,52мм;
=
8,345
0,1
= 83,45мм;
=
0,16
0,1
= 1,6мм;
=
0,149
0,1
= 1,49мм;
=
0,573
0,1
= 5,73мм;
Построение политроп сжатия и расширения проводится графическим
методом см. рисунок 1.
для луча ОС принимаем угол =15
0
= (1 +
) − 1 = (1 + 15)
,
− 1 = 0,3794 = 20°42′
= (1 +
) − 1 = (1 + 15)
,
− 1 = 0,3519 = 19°08′
Теоретическое среднее индикаторное давление
=
= 1523 ∙ 0,1/87 = 1,75Мпа
Погрешность с расчетным 3,94%.
1.13 Скругление индикаторной диаграммы
Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании
следующих соображений и расчётов. Фазы газораспределения необходимо
установить с учётом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших
газов и обеспечения до зарядки в пределах, принятых в расчёте. В связи с
этим начало открытия впускнова клапана (точка r) устанавливается за 25 до
прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка a) – через 60 после прохода
поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b) принимается
17
за 60 до прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка а) – через 25 после
прохода поршнем в.м.т. f=(20-8). Данные углы взяты по справочным
данным прототипа двигателя. В соответствии с принятыми фазами
газораспределения и углом опережения зажигания определяют положение
точек r, a, a, c, и b по формулам для перемещения поршня:
2
cos
1
4
cos
1
2
АВ
АХ
где - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. Принимаем =
0,27
Расчеты ординат точек r, a, a, c, и b сведены в табл. 3
Таблица 2 – Скругление индикаторной диаграммы
Обозначение
точек
Положение
точек
2
cos
1
4
cos
1
Расстояние
точек от
в.м.т.(АХ),мм
b
60до
н.м.т.
120
-0,5
69,65
r
25до
в.м.т.
25
0,906
5,14
a
25после
в.м.т.
25
0,906
5,14
a
60после
н.м.т.
120
-0,5
69,65
c
20до
в.м.т.
20
0,9396926
3,31
f
20-8до
в.м.т.
14
0,978147
1,20
Положение точек c˝ и определяются из выражения:
= 1,15 ∙
= 1,15 ∙ 8,341 = 9,59Мпа
=
9,59
0,1
= 95,9мм
18
2 Тепловой баланс
По данным теплового расчёта сосчитаем тепловой баланс, который
позволяет определить тепло, превращённое в полезную эффективную работу,
т.е. установить степень достигнутого совершенства теплоиспользования и
наметить пути уменьшения имеющихся потерь.
Общее количество теплоты, введенной в двигатель при номинальном
скоростном режиме (все данные взяты из теплового расчета):
=
и
3,6
= 42437 ∙
19,75
3,6
= 232767
Дж
с
Теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя за 1 с.
= 1000
= 1000 ∙ 96,5 = 96500 Дж/с
Теплота, передаваемая охлаждающей среде:
в
=
1
= 0,53 ∙ 4 ∙ 8,7
∙ ,
4100
,
1
1,4
= 71477Дж/
где: C=0,53 – коэффициент пропорциональности для 4-х тактных
двигателей,
I – число цилиндров,
m=0,68– эмпирический коэффициент,
D
– диаметр цилиндра, см,
n – частота вращения коленчатого вала,
Теплота, унесенная с отработавшими газами:
= (
3,6
) ∙ (
−
)
=
19,75
3,6
∙ (0,731 ∙ 31,985 ∙ 534 − 0,699 ∙ 29,124 ∙ 62) = 61477Дж/с
Неучтенные потери теплоты:
ост
=
о
− (
е
+
в
+
)
ост
= 232767 − (96500 + 71477 + 61477) = 3266 Дж/с
19
Составляющие теплового баланса дизельного двигателя без наддува
представлены в табл. 3
Таблица 3 – Тепловой баланс
Составляющие теплового баланса
Дизель
Q, Дж/с
q, %
1. Теплота, эквивалентная эффективной работе
96500
41,5
2. Теплота, передаваемая охлаждающей среде
71477
30,7
3. Теплота, унесённая с отработавшими газами
61477
26,4
4. Неучтённые потери теплоты
3266
1,4
5. Общее кол-во теплоты, введённое в двигатель с
топливом
232767
100
20
21
3 Расчет внешней скоростной характеристики двигателя
С
достаточной степенью
точности внешнюю
скоростную
характеристику можно построить по результатам теплового расчета
проведенного для четырёх режимов работы двигателя.
На основании теплового расчёта, проведённого для режима
номинальной мощности, получены следующие параметры, необходимые для
расчёта и построения внешней скоростной характеристики дизеля:
1. Эффективная мощность
= 96,5кВт,
2. Частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности,
= 4100об/мин,
3. Тактность двигателя
4
,
4. Удельный эффективный расход топлива
= 205 г/кВт ∙ ч
Максимальная частота вращения коленчатого вала ограничивается:
условиями качественного протекания рабочего процесса, термическим
напряжением деталей, допустимой величиной инерционных усилий и т. д.;
минимальная - определяется условиями устойчивой работы двигателя при
полной нагрузке.
Расчетные точки кривой эффективной мощности определяются через
каждые 300 мин
-1
.
Расчётные точки скоростной характеристики принимаем
= 550об/мин
= 4700об/мин
Для рассмотрения произведём расчёт только для одной точки
=
550об/мин, а результаты расчёта для других точек занесём в табл.4.
Мощность в расчётных точках, кВт
= (
) ∙ (0,87 +
1,13
−
)
=
96,5 ∙ 550
4100
∙ 0,87 +
1,13 ∙ 550
4100
−
550
4100
= 13кВт
22
Эффективный крутящий момент, Нм
=
∙ 3 ∙ 10 / (
) = 9554
/
= 13 ∙ 3 ∙ 10 /(3,14 ∙ 550) = 9554 ∙
13
550
= 235,2 ∙ м
Среднее эффективное давление, МПа:
=
30
л
=
13 ∙ 30 ∙ 4
2,06 ∙ 550
= 1,37Мпа
Средняя скорость поршня, м/с:
ср.п
=
3
∙ 10 = 87 ∙
550
30000
= 1,595 м/с
Среднее давление механических потерь, МПа:
= 0,089 + 0,0118
ср.п
= 0,089 + 0,0118 ∙ 1,595 = 0,107 МПа
Среднее индикаторное давление:
=
+
= 1,37 + 0,107 = 1,48 Мпа
Индикаторный крутящий момент, H*м:
=
л
10
=
1,48 ∙ 2,06 ∙ 10
3,14 ∙ 4
= 243,4 ∙ м
Удельный эффективный расход топлива для дизелей, г/кВтч:
=
(1,55 − 1,55 ∙
+
)
= 205 ∙ 1,55 − 1,55 ∙
550
4100
+
550
4100
= 278,2 г/кВт ∙ ч
Часовой расход топлива, кг/ч:
= 10
23
= 10 ∙ 278,2 ∙ 13 = 3,61 кг/ч
Коэффициент избытка воздуха:
= 0,74
= 0,74 ∙ 1,4 = 1,036
Коэффициент наполнения:
=
/(3600 ∙ )
= 1,37 ∙ 14,45 ∙ 1,036 ∙
278,2
3600 ∙ 1,664
= 0,954
Коэффициент приспосабливаемости:
=
=
277,8
234,4
= 1,185
Параметры внешней скоростной характеристики
По
скоростной
характеристике
определяют
коэффициент
приспособляемости К, представляющий собой отношение максимального
крутящего момента к крутящему моменту при номинальной мощности. Этот
коэффициент служит для оценки приспособляемости двигателя к изменению
внешней нагрузки и характеризует способность двигателя преодолевать
кратковременные нагрузки.
Таблица 4 – Параметры внешней скоростной характеристики
Частота вращения коленчатого вала, об/мин
Пара-
метры
550
850
1150
1450
1750
2050 2350
2650
2950
3250
3550
3850
4100
4450
4700
13,0 21,2
30,0
39,1
48,2
57,2
65,8
73,8
81,0
87,0
91,8
95,1
96,5
96,24 94,21
Nex
235,2 248,8 259,8 268,3 274,3 277,8 278,7 277,2
273,2
266,6
257,5
246,0
234,4
215,3 199,5
Mex
1,37 1,45
1,51
1,56
1,60
1,62
1,63
1,62
1,59
1,55
1,50
1,43
1,37
1,26
1,16
p ex
1,60 2,47
3,34
4,21
5,08
5,95
6,82
7,69
8,56
9,43
10,30
11,17
11,89
12,91 13,63
v п.ср
0,108 0,118 0,128 0,139 0,149 0,159 0,169 0,180
0,190
0,200
0,210
0,221
0,229
0,24
0,25
p mx
1,48 1,57
1,64
1,70
1,75
1,78
1,79
1,80
1,78
1,75
1,71
1,65
1,60
1,50
1,41
p ix
243,4 258,1 270,3 280,2 287,6 292,7 295,3 295,5
293,3
288,7
281,7
272,3
262,6
246,2 232,5
M ix
278,2 260,1 244,2 230,5 219,0 209,6 202,5 197,6
194,8
194,2
195,9
199,7
204,5
213,9 222,4
g ex
3,6
5,5
7,3
9,0
10,6
12,0
13,3
14,6
15,8
16,9
18,0
19,0
19,7
20,58 20,95
G tx
0,95 0,97
0,98
0,98
0,98
0,97
0,97
0,96
0,96
0,95
0,95
0,95
0,94
0,93
0,91
n Vx
1,036 1,066 1,096 1,127 1,157 1,187 1,218 1,248
1,278
1,309
1,339
1,369
1,4
1,43
1,46
a
26
4 Кинематика
4.1 Выбор и длинны шатуна L
ш
.
В целях уменьшения высоты двигателя с учетом опыта отечественного
дизелестроения оставляем значение = 0,270, как уже было принято в
тепловом расчете. В соответствии с этим:
ш
=
=
43,5
0,27
= 161мм
4.2 Перемещение поршня.
Изменение хода поршня по углу поворота коленчатого вала строятся в
масштабе М
s
= 2мм в мм и М = 4
0
в мм через каждые 30
0
. Поправка Брикса:
2
= 43,5 ∙
0,27
2 ∙ 2
= 2,94мм
Угловая скорость вращения коленчатого вала:
=
30
= 3,14 ∙
4100
30
= 429,35 рад/с
4.3 Скорость поршня.
изменение скорости поршня по углу поворота коленчатого вала строят
в масштабе М
υ
= 0,8 м/с:
= 429,35 ∙ 0,0435/0,8 = 23,35мм
∙ 2
= 429,35 ∙ 0,0435 ∙
0,27
0,8 ∙ 2
= 3,15мм
±
п.
≅
1 +
±
п.
≅ 429,35 ∙ 0,0435 1 + 0,27 = 18,86 м/с
27
4.4 Ускорение поршня
Изменение ускорения поршня по угла поворота коленчатого вала
строят в масштабе М
J
= 300 м/с
2
в мм:
= 429,35 ∙
0,0435
300
= 26,73мм
= 429,35 ∙ 0,27 ∙
0,0435
300
= 7,2мм
=
(1 + ) = 429,35 ∙ 0,0435 ∙ (1 + 0,27) = 10184м/с
= −
+
1
8
= 429,35 ∙ 0,0435 ∙
1
8 ∙ 0,27
= 5877м/с
При j=0,
п.
= ±18,86м/с, а точки перегиба s соответствуют
повороту кривошипа на 76 и 284
0
.
Таблица 5 - Кинематика
°
s, мм
П
,м/с
, м/с
0
0
0
10184
30
5,65
10,59
8913
60
21,93
17,48
4795
90
49,23
18,51
2350
120
65,07
14,58
-4533
150
81,81
7,9
-5464
180
87
0
-5878
210
81,18
-7,9
-5464
240
65,07
-14,58
-4533
270
49,23
-18,51
-2350
300
21,93
-17,48
4795
330
5,65
-10,59
8913
360
0
0
10184
28
29
5 Динамика
5.1 Силы давления газов
Индикаторная
диаграмма
полученная
в
тепловом
расчете,
развертывается по углу поворота кривошипа по методу Брикса.
Масштабы развернутой диаграммы: хода поршня М
S
= 1,25мм в мм,
давление М
р
= 0,1Мпа в мм; сил М
р
= М
р
F
п
=0,1*0,005945=0,0005945 МН в мм
или М
р
= 0,5945 кН в мм, угла поворота кривошипа М = 2,5
0
в мм или
М =
4
= 4 ∙
3,14
288
= 0,0449 рад в мм
где: ОВ – длина развернутой индикаторной диаграммы, мм
Поправка Брикса:
2 ∙
= 43,5 ∙
0,27
2 ∙ 1,25
= 4,696мм
По развернутой индикаторной диаграмме через каждые 10
0
угла
поворота кривошипа определяются значения ∆
г
=
г
−
и заносятся в
табл. 6.
Таблица 6 – Развернутая индикаторная диаграмма
°
∆
г
,мм
, м/с
, МПа
, МПа
0
0,064
10184
-3,488
-3,424
10
0,058
9786
-3,352
-3,293
20
0,054
9411
-3,223
-3,169
30
0,052
8913
-3,053
-3,001
40
0,052
8143
-2,789
-2,737
50
0,052
6849
-2,346
-2,294
60
0,052
4795
-1,642
-1,590
70
0,052
1683
-0,576
-0,524
80
0,052
-878
0,301
0,353
90
0,052
-2350
0,805
0,857
100
0,052
-3332
1,141
1,193
110
0,052
-4015
1,375
1,427
120
0,052
-4533
1,553
1,605
130
0,052
-4930
1,688
1,740
140
0,052
-5235
1,793
1,845
150
0,052
-5464
1,871
1,923
160
0,052
-5618
1,924
1,976
170
0,052
-5709
1,955
2,007
30
Продолжение таблицы 6
180
0,052
-5878
2,013
2,065
190
0,054
-5709
1,955
2,009
200
0,060
-5618
1,924
1,984
210
0,068
-5464
1,871
1,939
220
0,074
-5235
1,793
1,867
230
0,087
-4930
1,688
1,776
240
0,107
-4533
1,553
1,660
250
0,135
-4015
1,375
1,510
260
0,170
-3332
1,141
1,312
270
0,218
-2350
0,805
1,023
280
0,285
-878
0,301
0,586
290
0,384
1683
-0,576
-0,192
300
0,562
4795
-1,642
-1,081
310
0,887
6849
-2,346
-1,459
320
1,436
8143
-2,789
-1,353
330
2,284
8913
-3,053
-0,769
340
3,454
9396
-3,218
0,236
350
5,437
9786
-3,352
2,085
360
9,412
10184
-3,488
5,924
370
12,100
9786
-3,352
8,748
380
12,084
9411
-3,223
8,861
390
7,329
8913
-3,053
4,276
400
3,906
8143
-2,789
1,116
410
2,872
6849
-2,346
0,526
420
2,218
4795
-1,642
0,576
430
1,724
1683
-0,576
1,148
440
1,348
-878
0,301
1,649
450
1,078
-2350
0,805
1,882
460
0,898
-3332
1,141
2,040
470
0,774
-4015
1,375
2,149
480
0,675
-4533
1,553
2,228
490
0,583
-4930
1,688
2,272
500
0,500
-5235
1,793
2,293
510
0,426
-5464
1,871
2,298
520
0,368
-5618
1,924
2,292
530
0,321
-5709
1,955
2,276
540
0,278
-5878
2,013
2,291
550
0,242
-5709
1,955
2,198
560
0,210
-5618
1,924
2,134
570
0,182
-5464
1,871
2,053
580
0,161
-5235
1,793
1,954
590
0,146
-4930
1,688
1,834
31
Продолжение таблицы 6
600
0,134
-4533
1,553
1,686
610
0,122
-4015
1,375
1,498
620
0,115
-3332
1,141
1,256
630
0,102
-2350
0,805
0,907
640
0,094
-878
0,301
0,394
650
0,084
1683
-0,576
-0,492
660
0,074
4795
-1,642
-1,568
670
0,066
6849
-2,346
-2,280
680
0,058
8143
-2,789
-2,732
690
0,052
8913
-3,053
-3,001
700
0,052
9396
-3,218
-3,166
710
0,052
9786
-3,352
-3,300
720
0,064
10184
-3,488
-3,424
5.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма
С учетом диаметра цилиндра, отношения S/D, рядного расположения
цилиндров и достаточно высокого значения p
z
устанавливаются:
масса поршневой группы (для поршня из алюминиевого сплава
принято
П
,
= 100кг/м )
П
=
П
,
П
= 260 ∙ 0,005945 = 1,545кг
масса шатуна (для стального кованого шатуна принято
Ш
,
=
300кг/м
Ш
=
Ш
,
П
= 300 ∙ 0,005945 = 1,783кг
масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов
(для стального кованного вала
К
,
= 320кг/м )
К
=
К
,
П
= 300 ∙ 0,005945 = 1,902кг
Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:
Ш.П.
= 0,275
Ш
= 0,275 ∙ 1,783 = 0,490кг
Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:
Ш.К.
= 0,725
Ш
= 0,725 ∙ 1,783 = 1,293кг
Массы, совершающие возвратно-поступательные движение:
=
П
+
Ш.П.
= 1,545 + 0,490 = 2,036кг
32
Массы совершающие вращательное движение:
=
К
+
Ш.К.
= 1,902 + 1,293 = 3,195кг
5.3 Удельные и полные силы инерции
Из таблицы 5 переносят значения j в гр.3 в таблицу 6 и определяют
значения удельной силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс
гр.4:
= −
п
= − ∙ 2,036 ∙
10
0,005945
= −342,55 ∙ 10 Мпа
Центробежная сила инерции вращающихся масс:
= −
= −3,195 ∙ 0,0435 ∙ 429,35 = −25,622кН
Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна:
ш
= −
Ш.К
= −1,293 ∙ 0,0435 ∙ 429,35 = −10,368кН
Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа:
к
= −
К
= −1,902 ∙ 0,0435 ∙ 429,35 = −15,254кН
5.4 Удельные суммарные силы
Удельная сила (МПа), сосредоточенная на оси поршневого пальца
(гр.5): ∆ = ∆
Г
+ .
Удельная нормальная сила (МПа)
= ∙
. Значения tg
определяют для =0,270 и заносят в гр.6, а значения
– в гр.7.
Удельная сила (МПа), действующая по радиусу кривошипа (гр.9):
= (1/
).
Удельная сила (МПа), действующая по радиусу кривошипа (гр.11):
к
=
( + )/
.
Удельная (гр.13) и полная (гр.14) тангенциальные силы (МПа и кН):
Т
=
( + )
и =
П
=
∙ 0,005945 ∙ 10
По данным таблицы 7 строят графики изменения удельных сил
,
p, , ,
к
, и
Т
в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала
через каждые 10
0
.
Таблица 7 – Динамические параметры турбодизеля
°
∆
г
,
мм
,
м/с
,
МПа
,
МПа
, МПа
1
,
МПа
( + )
к
,
МПа
( + )
,
МПа
T, кН
М
кр.ц
∙ м
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
0,064 10184 -3,488 -3,424
0
0
1
-3,424
1
-3,424
0
0
0
0
10
0,058 9786
-3,352 -3,293 0,047
-0,155
1,001 -3,218
0,977
-3,218
0,22
-0,725 -4,438 -193,0
20
0,054 9411
-3,223 -3,169 0,093
-0,295
1,004 -2,877
0,908
-2,877
0,429
-1,359 -8,337 -362,6
30
0,052 8913
-3,053 -3,001 0,136
-0,408
1,009 -2,395
0,798
-2,395
0,618
-1,854 -11,39 -495,5
40
0,052 8143
-2,789 -2,737 0,176
-0,482
1,015 -1,787
0,653
-1,787
0,777
-2,127 -13,10 -570,1
50
0,052 6849
-2,346 -2,294 0,21
-0,482
1,022 -1,106
0,482
-1,106
0,901
-2,067 -12,82 -557,7
60
0,052 4795
-1,642 -1,590 0,239
-0,380
1,028 -0,466
0,293
-0,466
0,985
-1,566 -9,897 -430,5
70
0,052 1683
-0,576 -0,524 0,26
-0,136
1,033 -0,051
0,098
-0,051
1,029
-0,540 -3,819 -166,1
80
0,052
-878
0,301
0,353 0,273
0,096
1,037 -0,034
-0,095
-0,034
1,032
0,364 1,550 67,4
90
0,052 -2350
0,805
0,857 0,278
0,238
1,038 -0,238
-0,278
-0,238
1
0,857 4,499 195,7
100
0,052 -3332
1,141
1,193 0,273
0,326
1,037 -0,529
-0,443
-0,529
0,937
1,118 6,089 264,9
110
0,052 -4015
1,375
1,427
0,26
0,371
1,033 -0,836
-0,586
-0,836
0,851
1,215 6,714 292,1
120
0,052 -4533
1,553
1,605 0,239
0,383
1,028 -1,134
-0,707
-1,134
0,747
1,199 6,681 290,6
130
0,052 -4930
1,688
1,740
0,21
0,365
1,022 -1,399
-0,804
-1,399
0,631
1,098 6,153 267,7
140
0,052 -5235
1,793
1,845 0,176
0,325
1,015 -1,622
-0,879
-1,622
0,508
0,937 5,269 229,2
150
0,052 -5464
1,871
1,923 0,136
0,262
1,009 -1,796
-0,934
-1,796
0,382
0,735 4,141 180,1
160
0,052 -5618
1,924
1,976 0,093
0,184
1,004 -1,919
-0,971
-1,919
0,255
0,504 2,844 123,7
170
0,052 -5709
1,955
2,007 0,047
0,094
1,001 -1,993
-0,993
-1,993
0,127
0,255 1,440 62,6
180
0,052 -5878
2,013
2,065
0
0
1
-2,065
-1
-2,065
0
0
0
0
190
0,054 -5709
1,955
2,009 -0,047
0,094
1,001 -1,995
-0,993
-1,995
-0,127
-0,255 -1,441 -62,7
200
0,060 -5618
1,924
1,984 -0,093
0,185
1,004 -1,927
-0,971
-1,927
-0,255
-0,506 -2,856 -124,2
210
0,068 -5464
1,871
1,939 -0,136
0,264
1,009 -1,811
-0,934
-1,811
-0,382
-0,741 -4,177 -181,7
220
0,074 -5235
1,793
1,867 -0,176
0,329
1,015 -1,641
-0,879
-1,641
-0,508
-0,948 -5,336 -232,1
230
0,087 -4930
1,688
1,776 -0,21
0,373
1,022 -1,428
-0,804
-1,428
-0,631
-1,120 -6,285 -273,4
240
0,107 -4533
1,553
1,660 -0,239
0,397
1,028 -1,173
-0,707
-1,173
-0,747
-1,240 -6,926 -301,3
250
0,135 -4015
1,375
1,510 -0,26
0,393
1,033 -0,885
-0,586
-0,885
-0,851
-1,285 -7,135 -310,4
34
Продолжение таблицы 7
260
0,170 -3332
1,141
1,312 -0,273
0,358
1,037
1,360
-0,443 -0,581
-0,937
-1,229 -6,749 -293,6
270
0,218 -2350
0,805
1,023 -0,278
0,284
1,038
1,062
-0,278 -0,284
-1
-1,023 -5,489 -238,8
280
0,285
-878
0,301
0,586 -0,273
0,160
1,037
0,607
-0,095 -0,056
-1,032
-0,604 -2,979 -129,6
290
0,384
1683
-0,576 -0,192 -0,26
-0,050
1,033 -0,199
0,098
-0,019
-1,029
0,198 1,788 77,8
300
0,562
4795
-1,642 -1,081 -0,239 -0,258
1,028 -1,111
0,293
-0,317
-0,985
1,064 6,914 300,7
310
0,887
6849
-2,346 -1,459 -0,21
-0,306
1,022 -1,491
0,482
-0,703
-0,901
1,314 8,348 363,1
320
1,436
8143
-2,789 -1,353 -0,176 -0,238
1,015 -1,373
0,653
-0,884
-0,777
1,051 6,712 292,0
330
2,284
8913
-3,053 -0,769 -0,136 -0,105
1,009 -0,776
0,798
-0,613
-0,618
0,475 3,191 138,8
340
3,454
9396
-3,218
0,236 -0,093
0,022
1,004
0,237
0,908
0,214
-0,429
-0,101 -0,347 -15,1
350
5,437
9786
-3,352
2,085 -0,047
0,098
1,001
2,087
0,977
2,037
-0,22
-0,459 -2,596 -112,9
360
9,412 10184 -3,488
5,924
0
0,000
1
5,924
1
5,924
0
0
0
0
370 12,100 9786
-3,352
8,748 0,047
0,411
1,001
8,757
0,977
8,547
0,22
1,925 11,31 492,0
380 12,084 9411
-3,223
8,861 0,093
0,824
1,004
8,896
0,908
8,045
0,429
3,801 22,34 971,9
390
7,329
8913
-3,053
4,276 0,136
0,582
1,009
4,315
0,798
3,412
0,618
2,643 15,34 667,4
400
3,906
8143
-2,789
1,116 0,176
0,197
1,015
1,133
0,653
0,729
0,777
0,868 4,695 204,2
410
2,872
6849
-2,346
0,526
0,21
0,111
1,022
0,538
0,482
0,254
0,901
0,474 2,283 99,3
420
2,218
4795
-1,642
0,576 0,239
0,138
1,028
0,592
0,293
0,169
0,985
0,567 2,788 121,3
430
1,724
1683
-0,576
1,148
0,26
0,298
1,033
1,186
0,098
0,112
1,029
1,181 6,409 278,8
440
1,348
-878
0,301
1,649 0,273
0,450
1,037
1,710
-0,095 -0,157
1,032
1,701 9,501 413,3
450
1,078 -2350
0,805
1,882 0,278
0,523
1,038
1,954
-0,278 -0,523
1
1,882 10,60 460,9
460
0,898 -3332
1,141
2,040 0,273
0,557
1,037
2,115
-0,443 -0,904
0,937
1,911 10,80 470,0
470
0,774 -4015
1,375
2,149
0,26
0,559
1,033
2,220
-0,586 -1,259
0,851
1,829 10,36 450,9
480
0,675 -4533
1,553
2,228 0,239
0,532
1,028
2,290
-0,707 -1,575
0,747
1,664 9,449 411,0
490
0,583 -4930
1,688
2,272
0,21
0,477
1,022
2,322
-0,804 -1,826
0,631
1,433 8,146 354,3
500
0,500 -5235
1,793
2,293 0,176
0,404
1,015
2,327
-0,879 -2,015
0,508
1,165 6,622 288,1
510
0,426 -5464
1,871
2,298 0,136
0,313
1,009
2,319
-0,934 -2,146
0,382
0,878 4,991 217,1
520
0,368 -5618
1,924
2,292 0,093
0,213
1,004
2,301
-0,971 -2,226
0,255
0,584 3,323 144,5
530
0,321 -5709
1,955
2,276 0,047
0,107
1,001
2,279
-0,993 -2,260
0,127
0,289 1,643 71,5
35
Продолжение таблицы 7
540
0,278 -5878
2,013
2,291
0
0
1
2,291
-1
-2,291
0
0
0
0
550
0,242 -5709
1,955
2,198 0,047
0,103
1,001
2,200
-0,993 -2,182
-0,127
-0,279 -1,584 -68,9
560
0,210 -5618
1,924
2,134 0,093
0,198
1,004
2,142
-0,971 -2,072
-0,255
-0,544 -3,083 -134,1
570
0,182 -5464
1,871
2,053 0,136
0,279
1,009
2,071
-0,934 -1,918
-0,382
-0,784 -4,435 -192,9
580
0,161 -5235
1,793
1,954 0,176
0,344
1,015
1,983
-0,879 -1,717
-0,508
-0,992 -5,598 -243,5
590
0,146 -4930
1,688
1,834
0,21
0,385
1,022
1,874
-0,804 -1,475
-0,631
-1,157 -6,504 -282,9
600
0,134 -4533
1,553
1,686 0,239
0,403
1,028
1,733
-0,707 -1,192
-0,747
-1,260 -7,044 -306,4
610
0,122 -4015
1,375
1,498
0,26
0,389
1,033
1,547
-0,586 -0,878
-0,851
-1,274 -7,070 -307,6
620
0,115 -3332
1,141
1,256 0,273
0,343
1,037
1,303
-0,443 -0,557
-0,937
-1,177 -6,441 -280,2
630
0,102 -2350
0,805
0,907 0,278
0,252
1,038
0,942
-0,278 -0,252
-1
-0,907 -4,799 -208,8
640
0,094
-878
0,301
0,394 0,273
0,108
1,037
0,409
-0,095 -0,037
-1,032
-0,407 -1,806 -78,5
650
0,084
1683
-0,576 -0,492
0,26
-0,128
1,033 -0,509
0,098
-0,048
-1,029
0,507 3,623 157,6
660
0,074
4795
-1,642 -1,568 0,239
-0,375
1,028 -1,612
0,293
-0,459
-0,985
1,544 9,766 424,8
670
0,066
6849
-2,346 -2,280
0,21
-0,479
1,022 -2,330
0,482
-1,099
-0,901
2,054 12,75 554,6
680
0,058
8143
-2,789 -2,732 0,176
-0,481
1,015 -2,772
0,653
-1,784
-0,777
2,122 13,08 568,9
690
0,052
8913
-3,053 -3,001 0,136
-0,408
1,009 -3,028
0,798
-2,395
-0,618
1,854 11,39 495,5
700
0,052
9396
-3,218 -3,166 0,093
-0,294
1,004 -3,179
0,908
-2,875
-0,429
1,358 8,330 362,3
710
0,052
9786
-3,352 -3,300 0,047
-0,155
1,001 -3,303
0,977
-3,224
-0,22
0,726 4,446 193,4
720
0,064 10184 -3,488 -3,424
0
0
1
-3,424
1
-3,424
0
0
0
0
Среднее значение тангенциальной силы за цикл:
по данным теплового расчета
Т
СР
=
2
=
2 ∙ 1,597
3,14 ∙ 4
= 0,254Мпа
по площади, заключенной под кривой Р
Т
:
Т
СР
=
( − ) ∙
=
(1875 − 1167) ∙ 0,1
288
= 0,245Мпа
ошибка
∆=
(0,254 − 0,245)100
0,245
= 3,67%
5.5 Крутящие моменты
Крутящий момент одного цилиндра (гр.15):
М
кр.ц
=
= ∙ 0,0435 кН ∙ м
Период изменения крутящего момента четырёхтактного двигателя с
равными интервалами между вспышками:
Ө =
720
=
720
4
= 180°
Суммирование значений крутящих
моментов четырех цилиндров
двигателя осуществляется табличным методом в таблице 8, через 10° угла
поворота коленчатого вала и по полученным данным строится кривая М
кр
в
масштабе М
М
= 20 Н ∙ м в мм.
Средний крутящий момент двигателя:
по данным теплового расчета
М
кр.ср
=
=
м
= 262,6 ∙ м
по площади
м
, заключенной под кривой М
кр.
:
М
кр.ср
=
( − ) ∙
М
А
=
(2064 − 895) ∙ 20
90
= 259,8 ∙ м
ошибка
∆=
(262,6 − 259,8)100
259,8
= 1,08%
37
Максимальное и минимальное значение крутящего момента двигателя:
М
кр.
= 1540 ∙ м
М
кр.
= 1015 ∙ м
Таблица 8 – Крутящие моменты
°
Цилиндры
М
кр.
,
Н ∙ м
1-й цилиндр
2-й цилиндр
3-й цилиндр
4-й цилиндр
°
криво
-
шипа
М
кр.ц
,
Н ∙ м
°
криво
-
шипа
°
криво
-
шипа
°
криво
-
шипа
М
кр.ц
,
Н ∙ м
°
криво
-
шипа
М
кр.ц
,
Н ∙ м
0
0
0
180
0
360
0
540
0
0
10
10
-193
190
-63
370
492
550
-69
167
20
20
-363
200
-124
380
972
560
-134
351
30
30
-496
210
-182
390
667
570
-193
-203
40
40
-570
220
-232
400
204
580
-244
-841
50
50
-558
230
-273
410
99
590
-283 -1015
60
60
-431
240
-301
420
121
600
-306
-917
70
70
-166
250
-310
430
279
610
-308
-505
80
80
67
260
-294
440
413
620
-280
-93
90
90
196
270
-239
450
461
630
-209
209
100
100
265
280
-130
460
470
640
-79
527
110
110
292
290
78
470
451
650
158
978
120
120
291
300
301
480
411
660
425
1427
130
130
268
310
363
490
354
670
555
1540
140
140
229
320
292
500
288
680
569
1378
150
150
180
330
139
510
217
690
496
1032
160
160
124
340
-15
520
145
700
362
615
170
170
63
350
-113
530
71
710
193
215
180
180
0
360
0
540
0
720
0
0
5.6 Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала
Для
проведения расчета результирующей силы, действующей на
шатунную шейку рядного двигателя, составлены в таблице 9, в которую из
таблицы 7 переносят значения силы Т.
Суммарная сила, действующая на шатунную шейку по радиусу
кривошипа:
Р
к
= К + К
Ш
= (К − 10,37)кН
38
где: К = р
к п
= р
к
∙ 0,005945 ∙ 10 кН
Таблица 9 – Силы действующие на шатунную шейку
°
Полные силы
Т
К
К
Р
к
Р
к
ш.ш
0
0
-20,949
-46,572
-31,317
30,7
30
-11,391
-14,709
-40,332
-25,077
26,5
60
-9,897
-2,944
-28,567
-13,312
16,09
90
4,499
-1,251
-26,873
-11,619
12,81
120
6,681
-6,323
-31,946
-16,692
18,51
150
4,141
-10,124
-35,747
-20,492
21,475
180
0,000
-11,682
-37,304
-22,050
22,62
210
-4,177
-10,213
-35,836
-20,581
21,585
240
-6,926
-6,555
-32,177
-16,923
18,83
270
-5,489
-1,526
-27,148
-11,894
13,485
300
6,914
-2,057
-27,679
-12,425
13,77
330
3,191
-4,121
-29,743
-14,489
14,27
360
0
34,622
8,999
24,254
10,38
390
15,342
19,811
-5,812
9,443
18,59
420
2,788
0,829
-24,793
-9,539
9,935
450
10,596
-2,946
-28,568
-13,314
17,5
480
9,449
-8,943
-34,565
-19,311
22,05
510
4,991
-12,203
-37,825
-22,571
23,69
540
0
-13,023
-38,645
-23,391
23,97
570
-4,435
-10,844
-36,466
-21,212
22,24
600
-7,044
-6,666
-32,289
-17,035
18,98
630
-4,799
-1,334
-26,957
-11,702
13,015
660
9,766
-2,905
-28,528
-13,273
15,835
690
11,391
-14,709
-40,332
-25,077
26,51
720
0
-20,949
-46,572
-31,317
30,7
Результирующая сила
ш.ш
действующая на шатунную шейку,
подсчитывается графическим сложением векторов сил Т и Р
к
при построении
полярной диаграммы. Масштаб сил на полярной диаграмме для суммарных
сил
= 0,5 кН в мм. Значения
ш.ш
для различных заносят в таблицу 9 и
по ним строят диаграмму
ш.ш
в прямоугольных координатах.
По развернутой диаграмме
ш.ш
определяется:
ш.ш.ср
= ∙
= 8106 ∙
0,5
216
= 18,76 кН
39
ш.ш.
= 30,7 кН
ш.ш.
= 0,5 кН
где: ОВ – длина диаграммы, мм; F- площадь под кривой
ш.ш
,мм
По полярной диаграмме строят диаграмму износа шатунной шейки.
Сумму сил
ш.ш
, действующих по каждому лучу износа (от 1 до 12),
определяют с помощью таблицы 9. По данным таблицы 10 в масштабе
М
р
= 25 кН в мм по каждому лучу откладывают величины суммарных сил
ш.ш
от окружности к центру по лучам 5 и 6 силы
ш.ш
не действуют.
По диаграмме износа определяют расположение оси масляного
отверстия (
м
= 67°).
Таблица 10 – Результирующие силы износа
ш.ш
Значение
ш.ш
,кН, для лучей
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ш.ш
30,7 30,7 30,7
-
-
-
-
-
-
-
30,7 30,7
ш.ш
26,5 26,5 26,5
-
-
-
-
-
-
-
-
26,5
ш.ш
16,1 16,1 16,1 16,1
-
-
-
-
-
-
-
-
ш.ш
12,8 12,8
-
-
-
-
-
-
-
-
12,8 12,8
ш.ш
18,5 18,5
-
-
-
-
-
-
-
-
18,5 18,5
ш.ш
21,5 21,5
-
-
-
-
-
-
-
-
21,5 21,5
ш.ш
22,6 22,6 22,6
-
-
-
-
-
-
-
22,6 22,6
ш.ш
21,6 21,6 21,6
-
-
-
-
-
-
-
-
21,6
ш.ш
18,8 18,8 18,8
-
-
-
-
-
-
-
-
18,8
ш.ш
13,5 13,5 13,5
-
-
-
-
-
-
-
-
13,5
ш.ш
13,8 13,8
-
-
-
-
-
-
-
-
13,8 13,8
ш.ш
14,3 14,3
-
-
-
-
-
-
-
-
14,3 14,3
ш.ш
10,4 10,4 10,4
-
-
-
-
-
-
-
10,4 10,4
ш.ш
-
-
-
-
-
-
18,6 18,6 18,6 18,6
-
-
ш.ш
9,9 9,9
-
-
-
-
-
-
-
-
9,9
9,9
ш.ш
17,5 17,5
-
-
-
-
-
-
-
17,5 17,5 17,5
ш.ш
22,1 22,1
-
-
-
-
-
-
-
-
22,1 22,1
ш.ш
23,7 23,7
-
-
-
-
-
-
-
-
23,7 23,7
ш.ш
24,0 24,0 24,0
-
-
-
-
-
-
-
24,0 24,0
ш.ш
22,2 22,2 22,2
-
-
-
-
-
-
-
-
22,2
ш.ш
19,0 19,0 19,0
-
-
-
-
-
-
-
-
19,0
ш.ш
13,0 13,0 13,0
-
-
-
-
-
-
-
-
13,0
40
Продолжение таблица 10
ш.ш
15,8 15,8
-
-
-
-
-
-
-
15,8 15,8
ш.ш
26,5 26,5
-
-
-
-
-
-
26,5 26,5 26,5
ш.ш
30,7 30,7 30,7
-
-
-
-
-
-
-
30,7 30,7
сумма
465,5 465,5 269,1 16,1
0
0
18,6 18,6 18,6 62,6 314,7 449,4
41
6 Расчет поршневого пальца дизельного двигателя
Принимаем основные параметры поршневого пальца:
Наружный диаметр пальца
п
= 30мм
Внутренний диаметр пальца
в
= 18мм
Длина пальца
п
= 100мм
Длина втулки шатуна
ш
= 35мм
Расстояние между торцами бобышек = 35мм
Материал поршневого пальца – сталь 12ХН3А, Е = 2,2 ∙ 10 МПа.
Палец плавающего типа.
Расчетная сила, действующая на поршневой палец:
газовая
Р
=
∙
п
= 12,51 ∙ 59,45 ∙ 10 = 0,0743МН
инерционная
Р = −
п
(1 +
) = −1,54 ∙ 429,35 ∙ 0,0435 ∙ (1 + 0,27) = −0,0157MH
где: =
= 3,14 ∙
= 429,3 рад/с
расчетная
Р = Р
+ Р = 0,0743 − 0,72 ∙ 0,0157 = 0,0625МН
k = 0,68-0,81=0,72 (принятое).
Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна:
ш
=
п ш
=
0,0625
0,03 ∙ 0,035
= 59,52МПа
Удельное давление пальца на бобышки:
б
=
п
(
п
− )
=
0,0625
0,03(0,07 − 0,035)
= 59,52МПа
Напряжение изгиба в среднем сечении пальца:
из
=
Р(
п
+ 2 − 1,5
ш
)
1,2(1 − )
п
из
=
0,0625(0,07 + 2 ∙ 0,035 − 1,5 ∙ 0,035)
1,2(1 − 0,6) 0,03
= 193,3Мпа
42
где: =
в
/
п
= 18/30 =0,6
Касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и
головкой шатуна:
=
0,85Р(1 + +
)
(1 −
)
п
=
0,85 ∙ 0,0625 ∙ (1 + 0,6 + 0,6 )
(1 − 0,6 ) ∙ 0,03
= 133Мпа
Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при
овализации:
∆
п
=
1,35Р
Е
п
1 +
1 −
[0,1 − ( − 0,4) ]
∆
п
=
1,35 ∙ 0,0625
2,2 ∙ 10 ∙ 0,1
1 + 0,6
1 − 0,6
[0,1 − (0,6 − 0,4) ] = 0,022мм
Напряжения овализации на внешней поверхности пальца:
в горизонтальной плоскости (точки 1, Ѱ = 0°)
°
=
15Р
п п
0,19
(2 + )(1 + )
(1 − )
−
1
1 −
[0,1 − ( − 0,4) ]
°
=
15 ∙ 0,0625
0,07 ∙ 0,03
0,19
(2 + 0,6)(1 + 0,6)
(1 − 0,6)
−
1
1 − 0,6
[0,1 − (0,6 − 0,4) ]
°
= 100,2МПа
в вертикальной плоскости (точки 3, Ѱ = 90°)
°
= −
15Р
п п
0,174
(2 + )(1 + )
(1 − )
−
0,636
1 −
[0,1 − ( − 0,4) ]
°
= −
15 ∙ 0,0625
0,07 ∙ 0,03
0,174
(2 + 0,6)(1 + 0,6)
(1 − 0,6)
−
0,636
1 − 0,6
[0,1 − (0,6 − 0,4) ]
°
= 120,5Мпа
43
Напряжения овализации на внутренней поверхности пальца:
в горизонтальной плоскости (точки 2, Ѱ = 0°)
°
= −
15Р
п п
0,19
(1 + 2 )(1 + )
(1 − )
−
1
1 −
[0,1 − ( − 0,4) ]
°
= −
15 ∙ 0,0625
0,07 ∙ 0,03
0,19
(1 + 2 ∙ 0,6)(1 + 0,6)
(1 − 0,6) ∙ 0,6
−
1
1 − 0,6
[0,1 − (0,6 − 0,4) ]
°
= −195,9МПа
в вертикальной плоскости (точки 4, Ѱ = 0°)
°
=
15Р
п п
0,174
(1 + 2 )(1 + )
(1 − )
−
0,636
1 −
[0,1 − ( − 0,4) ]
°
=
15 ∙ 0,0625
0,07 ∙ 0,03
0,174
(1 + 2 ∙ 0,6)(1 + 0,6)
(1 − 0,6) ∙ 0,6
−
0,636
1 − 0,6
[0,1 − (0,6 − 0,4) ]
°
= 208,12МПа
Чертеж поршневого пальца выполнен в масштабе 2:1
44
45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте представлен расчет, дизельного двигателя
оснащенного системой турбонаддува с центробежным нагнетателем с
промежуточным охладитемел. В ходе расчетов был определен рабочий объем
двигателя, который составляет 2,07 л. Диаметр цилиндра составляет 87 мм, и
ход поршня 87 мм. Двигатель по расчетам получился мощностью 96,5 кВт
при 4100 мин
-1
и крутящем моменте в 234,4Нм. Двигатель имеет высокий
эффективный КПД 41,5%, низкий удельный расход топлива 205 г/кВт*ч.
Часовой расход при номинальном режиме работы составляет 19,75 кг/ч.
Разница в объеме с двигателем-прототипом Volkswagen (1,96TDi) составляет
100мм
3
. Двигатель с такими показателями можно использовать на легковых
автомобилях коммерческого назначения.
46
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1) Колчин А.И. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей:
учебное пособие для вузов/А.И.Колчин, В.П. Демидов – 3-е изд.
перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2002. – 496 с.: ил.
Информация о работе Расчет дизельного двигателя мощностью 90кВт