Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Двигатель ИЖ-Планета-5 - файл 1.doc


Двигатель ИЖ-Планета-5
скачать (692 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc692kb.01.12.2011 14:50скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...

Содержание:




Содержание:

I.Тепловой расчет двигателя

II.Построение индикаторной диаграммы

III.Кинематический расчет КШМ

IV.Динамический расчет КШМ

V.Уравновешивание двигателя

VI.Расчет на прочность основных деталей КШМ

Литература:

  1. Тепловой расчет двигателя

Задание:


В курсовом проекте рассматривается двухтактный карбюраторный двухцилиндровый мотоциклетный двигатель ИЖ-Планета-5

Рабочий объем двигателя W = 346 см3.

Количество цилиндров i = 2;

Диаметр цилиндра D = 72 мм = 0,072 м;

Ход поршня S = 85 мм = 0,085 м;

Наклон цилиндров 15 к вертикали;

Обороты максимальной мощности: ;

Геометрическая степень сжатия: ;

Доля хода, занятая продувочными окнами: .

^

Выбор и обоснование исходных данных:


Давление и температура окружающей среды:

; .

Коэффициент избытка воздуха для сгорания:

.

Коэффициенты полезного тепловыделения, для карбюраторных двигателей выбираются из интервала 0,85…0,95 [4]:

; .

Коэффициент остаточных газов – отношение количества оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла газов к количеству поступившего свежего заряда. Для двухтактного двигателя с петлевой продувкой . Двигатели большей быстроходности характеризуются большим значением [4]. Принимаем: .

Давление и температура остаточных газов:

; .

Подогрев заряда от стенок – температура подогрева за счет тепла стенок цилиндра, которых касается газ при наполнении цилиндра, и температуры остаточных газов. Для карбюраторных двигателей [4]. Принимаем: .

Коэффициент скругления индикаторной диаграммы: меньшие значения выбирают для дизелей, большие – для двигателей с электрическим зажиганием) [2]. Принимаем: .

Средняя молекулярная теплоемкость газов при постоянном объеме:

  • топливная смесь [4];

  • остаточные газы [4].

Механический к.п.д.:

.

^

Предварительный расчет:


Действительная степень сжатия:

. В дальнейшем при расчетах будем пользоваться действительной степенью сжатия.

Давление продувки (после компрессора – кривошипной камеры):

.

Показатель политропы сжатия в нагнетателе:

.

Коэффициент, учитывающий неодинаковость теплоемкостей смеси и остаточных газов:

.

Наполнение:


Температура воздуха перед впускными органами:

К.

Давление в начале сжатия:

.

Коэффициент наполнения:



Коэффициент наполнения, отнесенный к полному ходу поршня:

.

Температура рабочего тела в начале сжатия:



Сжатие:


Находим показатель политропы сжатия из уравнения:

, где ; ,

используя программу MathCAD .

Давление в конце сжатия:

.

Температура в конце сжатия:

.

Средняя теплоемкость при сжатии:

.

Сгорание:


Количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания:



где С, Н, О определяются из среднего элементарного состава 1 кг бензина (кг) или количество воздух в кг:

.

Молекулярный вес топлива:



Количество свежего заряда:

.

Количество продуктов сгорания (при ):



Теоретический коэффициент молекулярного изменения:

.

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

.

Коэффициент молекулярного изменения в точке z:

.

Низшая теплотворная способность бензина:



Потери от неполноты сгорания:



Находим среднюю мольную теплоемкость и температуру продуктов сгорания (при ) из системы уравнений:

где

используя программу MathCAD ; .

Степень повышения давления:



Теоретическое максимальное давление:

.

– действительное значение давления, в дальнейшем при расчетах будем брать .

Расширение:


Степень предварительного расширения для карбюраторных двигателей:

.

Степень последующего расширения для карбюраторных двигателей:

.

Показатель политропы расширения определяем по формуле НАТИ:



Температура в конце расширения:

.

Давление в конце расширения:

.
Проверка по формуле Е.К. Мазинга: температура остаточных газов (относительная ошибка должна быть менее 15%):

– ошибка составила 1,7%.

  1. ^

    Построение индикаторной диаграммы



Площадь поршня:

.

Часть рабочего хода занята продувочными окнами (). Полный ход поршня S = 58 мм. Тогда угол поворота, соответствующий открытию продувочного окна найдем из уравнения:

, используя программу MathCad получим , тогда:

- расширение;

- выпуск.

- впуск;

- сжатие;
А) процесс впуска:

;
Б) процесс сжатия:

;

– действительная степень сжатия;

где – рабочий объем цилиндра;

– полный объем цилиндра;

– объем камеры сгорания;

– текущий объем цилиндра;
В) сгорание:

.
Г) расширение:

.

По результатам расчетов строим индикаторную диаграмму в координатах . Полученные значения заносим в таблицу.

^

Индикаторные показатели:


Среднее индикаторное давление теоретического цикла:



Среднее индикаторное давление действительного цикла для двухтактного двигателя:

.

Индикаторный к.п.д.:

.

Удельный индикаторный расход топлива:

.

^

Эффективные показатели:


Среднее эффективное давление и к.п.д.:

.

.

Удельный эффективный расход топлива:

.

Эффективная номинальная мощность:



где в МПа; W в л; m – коэффициент тактности (для двухтактных двигателей m = 2).

л.с.

^

Внешние скоростные характеристики:


Максимальные развиваемые обороты двигателя:

.

Произведем расчет для диапазона оборотов:

.

Эффективная мощность двигателя:

, результаты в таблицу [1].

Удельный расход топлива:

, результаты в таблицу [1].

Крутящий момент:

, результаты в таблицу [1].
  1. ^

    Кинематический расчет КШМ






S – ход поршня (58 мм);

s – путь поршня;

 – угол поворота коленчатого вала;

 - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра;

R – радиус кривошипа (28 мм);

lш – длина шатуна;

– отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

п – угловая скорость вращения коленчатого вала.

Задача кинематического расчета – нахождение перемещений, скоростей и ускорений в зависимости от угла поворота коленчатого вала. На основе кинематического расчета проводятся динамический расчет и уравновешивание двигателя.
^

Перемещение поршня:


шаг 10.

, данные в таблицу [2].
^

Скорость поршня:


, данные в таблицу [2].

Определяем среднюю и максимальную скорости:

.

.

^

Ускорение поршня:


, данные в таблицу [2].


  1. Динамический расчет КШМ

Приведение масс деталей КШМ:

^

Приведение масс деталей поршневой группы:


Конструктивная масса поршневой группы:

;

масса поршневой группы (массы собственно поршня, поршневых колец, поршневого пальца и заглушки):

.

^

Приведение масс деталей шатунной группы:


Конструктивная масса шатуна:

;

Масса шатуна:

.

Длина шатуна:

, принимаем.

Зная длину шатуна определяем длину от оси нижней головки шатуна до центра тяжести из соотношения:

;

, принимаем .

Длина от оси верхней головки шатуна до центра тяжести:

.

Заменим массу шатуна на две эквивалентные массы, сосредоточенные на концах шатуна. Тогда масса шатуна:

.

Найдем эквивалентные массы из системы соотношений:



В этом случае возникает дополнительный момент от пары сил. Ввиду незначительности дополнительного момента – его учитывать не будем.

^

Приведение масс кривошипа:


Масса кривошипа:

,

где – масса шатунной шейки:

м – диаметр шатунной шейки;

м – длина шатунной шейки;

– плотность материала коленвала;

кг.
– масса щеки:

м – толщина щеки;

м – высота и ширина щеки;

кг.

м – расстояние от оси кривошипа до центра масс щеки.

кг.

^

Эквивалентная схема КШМ:



Вычисляем поступательно и вращательно движущиеся массы:

кг – поступательно движущиеся массы;

кг – вращательно движущиеся массы.

^

Силы и моменты, действующие в КШМ:

Силы инерции:


  1. Сила инерции поступательно движущихся масс:

шаг 10.

, данные в таблицу [2].

где – сила инерции первого порядка;

– сила инерции второго порядка.

Эти силы действуют по оси цилиндра и как и силы давления газов считаются положительными, если направлены к оси коленчатого вала, и отрицательными, если направлены от коленвала.



  1. Сила инерции вращающихся масс:

.

Сила приложена в центре шатунной шейки, постоянна по величине и направлению и направлена по радиусу кривошипа.

^

Силы давления газов:


Силы давления газов в цилиндре двигателя в зависимости от хода поршня определяются по индикаторной диаграмме, построенной по данным теплового расчета.

Сила давления газов на поршень действует по оси цилиндра:

, где

– давление газов в цилиндре двигателя, определяемое для соответствующего положения поршня по индикаторной диаграмме;

– давление в картере;

– площадь поршня.

Результаты заносим в таблицу.
^

Суммарная сила:


Суммарная сила – это алгебраическая сумма сил, действующих в направлении оси цилиндра:

.

^

Сила, действующая вдоль шатуна:


, где

– угол наклона шатуна относительно оси цилиндра.

^

С
ила перпендикулярная оси цилиндра:


Эта сила создает боковое давление на стенку цилиндра.

.
^

Сила, действующая вдоль кривошипа:


.

Сила, создающая крутящий момент:


.
^

Крутящий момент одного цилиндра:


.
Вычисляем силы и моменты, действующие в КШМ через каждые10 поворота кривошипа. Результаты вычислений заносим в таблицу [3], строим графики сил и моментов.

^

Крутящий момент двигателя:


Имеющийся график отнесём к каждому из цилиндров в соответствии с порядком работы. Просуммировав два полученных графика, получаем график суммарного крутящего момента.

^

Опрокидывающий момент:


Момент стремящийся опрокинуть двигатель называется реактивным моментом. Он всегда равен крутящему моменту двигателя но противоположен ему по направлению.


  1. ^

    Уравновешивание двигателя



В уравновешенном двигателе при установившемся режиме работы силы и моменты сил, передаваемые на его опоры, постоянны по величине и направлению или равны нулю.

Уравновешивание можно осуществить двумя способами:

  1. расположение определенным образом цилиндров и выбором такой кривошипной системы коленчатого вала, чтобы переменные силы инерции и их моменты взаимно уравновешивались;

  2. созданием с помощью дополнительных масс (противовесов) новых сил, в любой момент времени равных по величине, но противоположных по направлению основным уравновешиваемым силам.

Динамический расчёт показывает, что на КШМ действуют:

- силы инерции поступательно движущихся масс и ,

- центробежные силы инерции ,

- возникают моменты , , , .

Все эти силы и моменты вызывают неуравновешенность двигателя.

Следует учитывать, что опрокидывающий (крутящий) момент уравновесить невозможно, так как двигатель имеет один коленчатый вал. Следовательно, считаем двигатель уравновешенным, если выполняются следующие условия:

=0, =0,

=0, =0,

=0, =0.

Для двухтактного двухцилиндрового рядного двигателя с кривошипами под углом 180 имеем:

;



.
Уравновешивание оставшихся сил и моментов:

1) Силы инерции второго порядка обоих цилиндров всегда имеют взаимно одинаковое направление и поэтому не уравновешиваются, а дают свободную силу:



или

.

Эта сила действует по оси параллельной осям цилиндров и проходящей через середину коленчатого вала, и может быть уравновешена только противовесами, установленными на дополнительных валах, вращающихся навстречу друг другу с угловой скоростью 2:

радиус вала принимаем ;

Масса противовеса рассчитывается из условия:

;

где л – сила, возникающая при вращении уравновешивающего вала;

– диаметр уравновешивающего вала;

кг – масса противовеса на уравновешивающем валу.
2) Неуравновешенный момент от сил инерции первого порядка вызывает продольные колебания двигателя. Уравновесим этот момент установкой двух валов с противовесами, вращающимися в разные стороны с угловой скоростью .



Момент на одном уравновешивающем валу будет равен:

,где

м – радиус уравновешивающего вала;

м - длина уравновешивающего вала.

Общую массу вала находим из:



кг,

так как масса на валу распределена по его концам на две равные части, то каждая из них равна:

кг.
3) Величина момента от центробежных сил инерции, действующего во вращающей плоскости коленчатого вала:

.

Этот момент может быть полностью уравновешен установкой противовесов с массой на продолжении щек коленвала.

Масса , расположенная на расстоянии от оси коленчатого вала, определяется аналогично предыдущему:



откуда

кг.


  1. ^

    Расчет на прочность основных деталей КШМ



Максимальная сила давления газов на поршень:

, где

– максимальное давление сгорания;

–площадь поршня;

ПОРШЕНЬ


При проектировании геометрические параметры поршня принимают на основе эмпирических зависимостей и статических данных, приведенных в таблице [3].

Затем производим проверочный расчет на прочность и износостойкость элементов поршня.

  1. Напряжение изгиба.

, где

– внутренний диаметр поршня;

– толщина днища.

.

Предельное напряжение изгиба:




  1. Проверочный расчет на сжатие.

, где

– площадь опасного сечения;

– толщина стенки поршня.

.

Предельное напряжение сжатия:




  1. Наибольшее условное давление.

По нему проверяют поверхность отвердения под поршневой палец.

, где

– диаметр поршневого пальца;

– длина пальца в одном приливе.

.

Допустимое удельное давление.

^

ПОРШЕНЕВОЙ ПАЛЕЦ



Во время работы поршневой палец подвергается воздействию переменных по величине нагрузок, носящих большей частью ударный характер. В поршневом пальце появляются напряжения изгиба, среза и овализации, вызывающие его поломку.

  1. Износостойкость пальца оценивают по удельным давлениям между втулкой шатуна и бобышками поршня и опорными поверхностями пальца.

, где

– сила инерции от массы поршневой группы.

– длина втулки шатуна.

.

, где

– сила инерции от массы поршневой группы без массы пальца, действующая на бобышки;

;

– длина пальца в одном приливе.

.

Для современных двигателей:

, .


  1. Напряжение изгиба в среднем сечение пальца:


, где

л – максимальная сила давления газов, передаваемая через поршневой палец на шатун;

– рабочая длина пальца;

– расстояние между бобышкам;

– длина поршневой головки шатуна;

- отношение внутреннего диаметра поршневого пальца к внешнему диаметру.

.

.


  1. Максимальные касательные напряжения:





  1. Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации:


– модуль упругости материала поршневого пальца.

.

^

ПОРШЕНЕВОЕ КОЛЬЦО



Поршневые кольца работают на изгиб как при надевании на поршень, так и в рабочем состоянии.

В свободном состоянии зазор в замке равен: .

В рабочем состоянии зазор в замке уменьшается до . Толщина кольца в радиальном направлении .

Напряжение изгиба в рабочем состоянии:



где – модуль упругости материала (чугун) поршневого кольца.

Напряжение изгиба при надевании:


Допускаемое напряжение .

Удельное давление кольца на стенку цилиндра:



допустимая величина .

ШАТУН



Конструктивные размеры шатуна – ширина поперечного сечения стержня шатуна, – высота поперечного сечения стержня шатуна; – наружный диаметр поршневой головки, –внутренний диаметр поршневой головки.

Стержень шатуна работает в условиях пульсирующего цикла нагрузки.

Максимальное напряжение цикла:

, где

– площадь среднего сечения стержня шатуна;

– коэффициент, соответствующий работе шатуна на сжатие.

.

Минимальное напряжение цикла:

, где

.

.

Среднее напряжение:

.

.
Запас прочности при асимметричном цикле:

, где

– масштабный коэффициент;

Коэффициент: ,

где – предел усталости от растяжения-сжатия при симметричном цикле;

– предел усталости при пульсирующем цикле.

.

Запас прочности должен быть не менее 1,8…2,0.

Проверим запас прочности также по пределу текучести:

.

Верхняя головка шатуна. При расчете шатуна можно ограничится определением относительного уменьшения диаметра верхней головки по формуле:

, где

– сила инерции от массы поршневой группы;

– модуль упругости материала (сталь 40Г) шатуна;

– средний диаметр;

– момент инерции сечения верхней головки.

.

Величина не должна превышать .

^

КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ


Коренные шейки нагружаются главным образом крутящим моментом, поэтому запас прочности оцениваем только по касательным напряжениям.

Диаметр коренной шейки .

л – момент сопротивления кручению шейки.

Максимальные и минимальные касательные напряжения подсчитываются по формулам:



определяем амплитудное и среднее значение в цикле:

.

.

Определяем запас прочности при асимметричном цикле нагружения:


Коэффициент: ,

где – предел выносливости материала (сталь) на кручение при симметричном цикле;

– предел выносливости при пульсирующем цикле.

.

Литература:




  1. Автомобильные и тракторные двигатели. Ч.II. Конструкция и расчет двигателей. Под ред. Ленина И.М.. Учебник для втузов. Изд. 2-е, доп. и перераб. М.: «Высшая школа», 1976. – 280с.

  2. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для втузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / Вырубов Д.Н., Иващенко Н.А., Ивин В.И. и др.; Под ред. Орлина А.С., Круглова. М.Г. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: «Машиностроение», 1983. – 372с.

  3. Моргулис Ю.Б. Двигатели внутреннего сгорания (теория, конструкция и расчет). – М.: «Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы», 1959. – 344с.

  4. Теория двигателей внутреннего сгорания. Под ред. проф. д-ра техн. наук Дьяченко Н.Х. Л.: «Машиностроение», 1974. – 552с.

  5. Хачиян А.С., Морозов К.А., Луканин В.Н. Двигатели внутреннего сгорания: Учебник для вузов. – М.: «Высшая школа», 1978. – 280с.

Таблица 1

n,

Ne,

ge,

Me,

об/мин.

кВт.

кг/(кВт ч).

Н м.

1000

3.697

0.3449

35.3110

1500

5.786

0.3253

36.8369

2000

7.916

0.3105

37.7977

2500

9.998

0.3007

38.1933

3000

11.945

0.2957

38.0238

3500

13.666

0.2957

37.2891

4000

15.074

0.3007

35.9892

4500

16.079

0.3105

34.1242

5000

16.594

0.3253

31.6940

5500

16.528

0.3449

28.6987

6000

15.794

0.3695

25.1382

Таблица 2

, град

S, м

V,м/с

j,м/с2

Pi, Па

0

0

0

11007

4787689

10

0.0006

3.4984

10731

4335883

20

0.0022

6.8222

9925.2

3362214

30

0.0049

9.8105

8651.1

2426174

40

0.0085

12.328

7005.5

1735101

50

0.0127

14.274

5109.4

1269079

60

0.0176

15.591

3095.7

960359

70

0.0227

16.261

1096.7

753532

80

0.0279

16.308

-769.3

612037

90

0.0331

15.792

-2408

513067

100

0.038

14.796

-3756

442468

110

0.0425

13.418

-4786

411000

120

0.0466

11.761

-5504

411000

130

0.05

9.9199

-5946

411000

140

0.0529

7.9735

-6169

411000

150

0.0551

5.9812

-6243

411000

160

0.0567

3.98

-6236

411000

170

0.0577

1.9861

-6206

411000

180

0.058

0

-6191

411000

190

0.0577

-1.986

-6206

130000

200

0.0567

-3.98

-6236

130000

210

0.0551

-5.981

-6243

130000

220

0.0529

-7.974

-6169

130000

230

0.05

-9.92

-5946

130000

240

0.0466

-11.76

-5504

130000

250

0.0425

-13.42

-4786

130000

260

0.038

-14.8

-3756

147683

270

0.0331

-15.79

-2408

172735

280

0.0279

-16.31

-769.3

208191

290

0.0227

-16.26

1096.7

259457

300

0.0176

-15.59

3095.7

335392

310

0.0127

-14.27

5109.4

450488

320

0.0085

-12.33

7005.5

627277

330

0.0049

-9.811

8651.1

894471

340

0.0022

-6.822

9925.2

1263432

350

0.0006

-3.498

10731

1653712

360

0

0

11007

1836642

Таблица 3

, град

Pj, Н

P, Н

S, Н

K, Н

T, Н

N, Н

Mкр,

Н м

Pг, Н

0

-3890.854

10257.684

10257.684

10257.684

0.000

0.000

0.000

14148.538

10

-3793.345

8991.160

9001.807

8778.562

1992.330

437.681

57.778

12784.505

20

-3508.411

6336.520

6365.777

5745.877

2740.075

609.623

79.462

9844.931

30

-3058.046

3960.914

4000.311

3150.230

2465.469

560.044

71.499

7018.959

40

-2476.365

2456.196

2496.971

1592.682

1923.077

449.406

55.769

4932.560

50

-1806.105

1719.503

1760.477

816.010

1559.938

377.609

45.238

3525.607

60

-1094.303

1499.257

1545.379

425.099

1485.762

374.735

43.087

2593.560

70

-387.650

1581.485

1639.245

135.603

1633.626

431.308

47.375

1969.135

80

271.952

1813.904

1887.065

-197.464

1876.705

520.351

54.424

1541.953

90

851.124

2094.279

2181.540

-610.831

2094.279

610.831

60.734

1243.154

100

1327.639

2357.649

2452.740

-1075.460

2204.386

676.334

63.927

1030.010

110

1691.648

2628.074

2724.057

-1572.367

2224.443

716.737

64.509

936.426

120

1945.427

2881.853

2970.509

-2064.734

2135.603

720.310

61.932

936.426

130

2101.697

3038.123

3110.518

-2463.959

1898.481

667.183

55.056

936.426

140

2180.772

3117.198

3168.946

-2754.525

1566.784

570.349

45.437

936.426

150

2206.921

3143.347

3174.612

-2944.441

1186.772

444.446

34.416

936.426

160

2204.413

3140.839

3155.341

-3054.772

790.280

302.173

22.918

936.426

170

2193.754

3130.180

3133.887

-3109.085

393.491

152.374

11.411

936.426

180

2188.606

3125.032

3125.032

-3125.032

0.000

0.000

0.000

936.426

190

2193.754

2300.796

2303.520

-2285.290

-289.230

-112.001

-8.388

107.041

200

2204.413

2311.454

2322.127

-2248.115

-581.595

-222.380

-16.866

107.041

210

2206.921

2313.962

2336.978

-2167.539

-873.638

-327.177

-25.335

107.041

220

2180.772

2287.813

2325.793

-2021.636

-1149.914

-418.597

-33.347

107.041

230

2101.697

2208.738

2261.370

-1791.317

-1380.210

-485.047

-40.026

107.041

240

1945.427

2052.468

2115.610

-1470.512

-1520.986

-513.008

-44.109

107.041

250

1691.648

1798.689

1864.381

-1076.149

-1522.439

-490.545

-44.151

107.041

260

1327.639

1467.672

1526.868

-669.490

-1372.264

-421.028

-39.796

140.033

270

851.124

1066.792

1111.241

-311.148

-1066.792

-311.148

-30.937

215.667

280

271.952

594.663

618.647

-64.736

-615.251

-170.590

-17.842

322.711

290

-387.650

89.836

93.117

7.703

-92.798

-24.500

-2.691

477.486

300

-1094.303

-387.562

-399.485

-109.889

384.074

96.870

11.138

706.741

310

-1806.105

-751.881

-769.797

-356.814

682.108

165.116

19.781

1054.224

320

-2476.365

-888.404

-903.153

-576.072

695.576

162.550

20.172

1587.960

330

-3058.046

-663.407

-670.005

-527.627

412.937

93.801

11.975

2394.639

340

-3508.411

0.149

0.149

0.135

-0.064

-0.014

-0.002

3508.560

350

-3793.345

893.497

894.555

872.370

-197.988

-43.495

-5.742

4686.842

360

-3890.854

1348.264

1348.264

1348.264

0.000

0.000

0.000

5239.119



Скачать файл (692 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации