Быстрый поиск

Курсовая работа: Автомобильные двигатели

2. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Динамический расчет автомобильного двигателя производится на режиме максимальной мощности по результатам теплового расчета. В результате расчета необходимо определить следующие силы и моменты, действующие в кривошипно-шатунном механизме двигателя:

- избыточное давление газов над поршнем , МПа;

- удельную суммарную силу, действующую на поршень, МПа;

- удельную суммарную силу, воспринимаемую стенками цилиндра (нормальное давление) , МПа;

- удельную силу инерции от возвратно-поступательно движущихся масс , МПа

- удельную силу, действующую вдоль шатуна, МПа;

- удельную силу, дейст-вующую вдоль кривошипа , МПа;

- удельную силу, направ-ленную по касательной к окружности радиуса криво-шипа , МПа;

- крутящий момент от одного цилиндра , Нм;

- крутящий момент от i цилиндров , Нм;

- удельную центробежную силу инерции от неуравно-вешенных вращающихся масс, сосредоточенных на радиусе кривошипа, МПа;

- удельную силу, дей-ствующую на шатунную шейку, МПа.

2.1. Расчет сил, действующих в КШМ

2.1.1. Построение развернутой индикаторной диаграммы в координатах р-α.

Перестройку индикаторной диаграммы из p-V в развернутую диаграмму удельных давлений (в координатах р-α), действующих на поршень, проще выполнить графическим методом Брикса. Метод Брикса заключается в том, что на длине хода поршня построенной индикаторной диаграммы в координатах p-V описывают полуокружность с центром в точке О.

Для учета влияния длины шатуна откладывают от центра полуокружности (точки О) по направлению нижней мертвой точки бицентровую поправку Брикса в масштабе диаграммы:

a= ход поршня (мм)(по заданию) / ход поршня(мм) (по индикаторной диаграмме)=70/176=0,398

Тогда:

где - радиус кривошипа;

- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Из точки O1 проводим ряд лучей под углами до пересечения с полуокружностью. Проекции концов этих лучей на линии процесса всасывания, сжатия, расширения и выпуска указывают, какие точки рабочего процесса соответствуют тем или иным углам поворота коленчатого вала.

2.1.2. Рассчитываем избыточное давление газов над поршнем:

при α=370°

2.1.3. Определяем удельное значение силы инерции от возвратно-поступательного движения масс поршневой группы:

при α=370°

Здесь , где конструктивные массы:

- поршневой группы ( поршень из алюминиевого сплава),

- шатуна ,

- неуравновешенные части одного колена вала без противовесов (чугунный литой вал с полыми шейками).

2.1.4. Рассчитываем удельную суммарную силу, действующую вдоль оси цилиндра: ,

при α=370°

2.1.5. Рассчитываем удельную суммарную силу, действующую на стенку цилиндра: ,

при α=370°

2.1.6. Рассчитываем удельную суммарную силу, действующую вдоль шатуна:

при α=370°

2.1.7. Определяем удельную силу, действующую вдоль кривошипа:

при α=370°

2.1.8. Рассчитываем удельную суммарную силу, действующую по касательной к кривошипу: ,

при α=370°

2.1.9. Определяем крутящий момент от одного цилиндра: ,

где - площадь цилиндра,

при α=30°

Результаты расчета суммарного крутящего момента (порядок работы цилиндров 1342)

α, град	Цилиндры								, Нм
	1		2		3		4
	α°	М, Нм	α°	М, Нм	α°	М, Нм	α°	М, Нм
0	0	0	540	0	180	0	360	0	0
30	30	-201,25	570	-91	210	-85,75	390	320,3	-57,75
60	60	-117,3	600	-159	240	-154	420	126	-304,5
90	90	85,75	630	-99,75	270	-106,8	450	211,75	91
120	120	148,75	660	103,25	300	68,25	480	206,5	526,75
150	150	85,75	690	192,5	330	119	510	112	509,25
180	180	0	720	0	360	0	540	0	0

2.1.10. Определяем средний индикаторный момент:

2.1.11. Рассчитываем удельную центробежную силу инерции от вращающейся массы шатуна, сосредоточенной на радиусе кривошипа:

где

2.1.12. Рассчитываем силу, действующую на поверхность шатунной шейки:

при α=370 ,

2.2. Построение полярной диаграммы сил, действующей на шатунную шейку

2.3.1. Строим координатную системуи с центром в точке 0, в которой отрицательная ось направлена вверх.

2.3.2. В таблице результатов динамического расчёта каждому значению α=0, 30°, 60°…70° соответствует точка с координатами. Наносим на плоскостьи эти точки. Последовательно соединяя точки, получим полярную диаграмму. Вектор. соединяющий центр 0 с любой точкой диаграммы, указывает направление вектора и его величину в соответствующем масштабе.

2.3.3. Строим новый центр отстоящий от 0 по оси на величину удельной центробежной силы от вращающейся массы нижней части шатуна. В этом центре условно располагают шатунную шейку с диаметром .

2.3.4. Вектор, соединяющий центр с любой точкой построенной диаграммы, указывает направление действия силы на поверхность шатунной шейки и ее величину в соответствующем масштабе.

2.3.5. Касательные линии из центра к верхней и нижней частям полярной диаграммы отсекают наиболее нагруженную от наименее нагруженной части поверхности шатунной шейки.

2.3.6. Масляное отверстие располагают в середине наименее нагруженной части поверхности шатунной шейки, для чего восстанавливают перпендикуляр к хорде, соединяющей точки пересечения касательных к верхней и нижней частям полярной диаграммы.

3. РАСЧЁТ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ НА ПРОЧНОСТЬ

Рассчитываем на прочность четыре детали: поршень, поршневые кольца, поршневой палец, стержень шатуна. Все расчёты производим на основе данных теплового и динамического расчётов.

3.1. Расчёт поршня

3.1.1. Рассчитываем напряжение изгиба на днище поршня от газовой силы:

где

принимаем относительную толщину стенки головки поршня ; относительную радиальную толщину кольца ; радиальный зазор кольца в канавке поршня ; относительную толщину днища поршня .