Расчет и конструирование автомобильного двигателя

Министерство образования  Российской Федерации

 

Кубанский государственный  технологический университет 

 

Кафедра технологии машиностроения

 

 

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная  записка

 

К курсовой работе по автомобильным  двигателям

 

На тему: Расчет и конструирование автомобильного двигателя

 

 

 

Выполнил студент группы 04-ЗМ-АА1

 

Асанов Сергей Александрович

 

Курсовая работа допущена к защите «_____» _____________2008г.

 

Руководитель       ____________        Ниров А.Д.

 

Нормоконтролер _____________        _________________

                                                (подпись)                                  (Ф.И.О.)

Работа защищена _______________ Оценка ________________

 

Члены комиссии __________________________________________

_________________________________________________________

 

 

 

Реферат

 

Курсовая работа –  страниц 38, иллюстраций 6, таблиц 11, библиографических названий 4, 2 лист графической части.

 

Расчет и  конструирование автомобильного двигателя. В курсовой работе выполнены расчеты рабочих процессов ДВС, теплового баланса, внешних скоростных характеристик (с построением), кинематики и динамики кривошипно-шатунного механизма. Рассчитаны основные детали поршневой группы: поршня, поршневого пальца, кольца. На чертеже представлены: развертка индикаторной диаграммы и построение кривых удельных сил и суммарного крутящего момента.

В расчетно-пояснительной  записке обоснованы основные параметры  двигателя и даны необходимые  описания и пояснения.

Разработанная конструкция  двигателя позволяет выполнить  требования к нему как к энергетической установке автомобиля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение ……………………………………………………................................4

1 Тепловой расчет ДсИЗ  ………………………………………………………...5

Этап 1 Расчет параметров рабочего тела ……………………………………....6

Этап 2 Процесс впуска …………………………………………………………..9

Этап 3 Процесс сжатия …………………………………………………………10

Этап 4 Процесс сгорания ……………………………………………………….13

Этап 5 Процесс расширения и выпуска ……………………………………….14

Этап 6 Индикаторные показатели расчетного цикла …………………………15

Этап 7 Эффективные показатели двигателя …………………………………..16

Этап 8 Основные параметры  цилиндра и двигателя ………………………….17

Этап 9 Построение индикаторной диаграммы ………………………………..18

2 Построение внешней  скоростной характеристики двигателя ……………...23

3 Расчет кинематики кривошипно-шатунного механизма …………………...26

3.1 Перемещение поршня ………………………………………………………26

3.2 Скорость поршня ……………………………………………………………26

3.3 Ускорение поршня …………………………………………………………..26

4 Расчет динамики кривошипно-шатунного  механизма ……………………..27

4.1 Сила давления газов ………………………………………………………...27

4.2 Приведение масс частей КШМ …………………………………………….27

4.3 Удельные и полные силы инерции ………………………………………..28

4.4 Суммарные силы и моменты,  действующие в КШМ …………………….28

4.5 Равномерность крутящего момента и равномерность хода двигателя ….29

4.6 Расчет маховика ……………………………………………………………..29

5 Расчет и конструирование основных  групп деталей двигателя ……………30

5.1 Расчет поршневой  группы ………………………………………………….30

Расчет поршня бензинового  двигателя ………………………………………..30

Расчет поршневого кольца ……………………………………………………..30

Расчет поршневого пальца ……………………………………………………..31

5.2 Расчет шатунной  группы …………………………………………………...32

Расчет поршневой головки  шатуна ……………………………………………32

Расчет кривошипной головки  шатуна …………………………………………32

Расчет стержня шатуна …………………………………………………………33

Расчет шатунного болта ………………………………………………………...34

5.3 Расчет масляного насоса ……………………………………………………34

5.4 Расчет элементов  системы охлаждения …………………………………...35

Расчет жидкостного  насоса …………………………………………………….35

Расчет жидкостного  радиатора ………………………………………………...35

Расчет вентилятора ……………………………………………………………...36

Заключение………………………………………………………………………37

Список использованной литературы …………………………………………..38

 

Введение

 

Основой любого транспортного  средства, в том числе наземного, является силовая установка – двигатель, преобразующий различные виды энергии в механическую работу.

Принципы преобразования тепловой энергии топлива в механическую работу являются одинаковыми для  всех поршневых двигателей. Рабочий  цикл любого поршневого двигателя состоит из семи последовательно протекающих процессов: заполнения цилиндра двигателя свежим зарядом; приготовления топливовоздушной смеси; сжатия топливовоздушной смеси (или воздуха); воспламенения смеси; сгорания топливовоздушной смеси; расширения сгоревшей смеси (рабочий ход); выпуска отработавших газов. При этом последовательность протекания процессов зависит от места приготовления топливовоздушной смеси – вне цилиндра (двигатель с внешним смесеобразованием), или непосредственно в цилиндре (двигатель с внутренним смесеобразованием).

Теория двигателей внутреннего  сгорания основана на использовании  термодинамических зависимостей и  приближения их к действительным условиям путем учета реальным факторов. Поэтому глубокое изучение теоретических циклов, основанное на знании термодинамики, является необходимым условием успешного изучения процессов, происходящих в цилиндрах реальных автомобильных и тракторных двигателей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Тепловой расчет ДсИЗ

Рассчитать четырехтактный карбюраторный двигатель. Назначение: легковой (грузовой) автомобиль. Мощность двигателя N_e при частоте вращения коленчатого вала n, числе цилиндров i = 4 с рядным расположением. Система охлаждения жидкостная закрытого типа. Степень сжатия ε.

Исходные данные:

Двигатель карбюраторный  для легкового автомобиля.

N = N_e = 56,0 кВт – эффективная мощность

n = n_N = 5500 мин^-1 – частота вращения коленчатого вала при N_e

 

Двигатель четырехцилиндровый i = 4 с рядным расположением цилиндров. Система охлаждения жидкостная закрытого типа.

Степень сжатия ε = 7,5

Тепловой  расчет выполняется для основных скоростных режимов:

1) режим минимальной  частоты вращения, обеспечивающий  устойчивую работу двигателя, мин^-1:

n_min = 600…1000;

Принимаем n_min = 1000 мин^-1.

2) режим максимального крутящего момента, мин^-1:

n_M = (0,4…0,6)n_N;

Принимаем n_M = 0,6∙5500=3300 мин^-1.

3) режим номинальной (максимальной) мощности n_N, мин^-1;

4) режим максимальной  скорости движения автомобиля, мин^-1:

n_max = (1,05…1,20)n_N.

Принимаем n_max = 1,09∙5500=6000 мин^-1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Этап 1 Расчет параметров рабочего тела

 

1.1 Выбор топлива проводится  в соответствии с заданной  степенью сжатия: при ε = 7,5 октановое число равно 74.

Марка бензина принимается по таблице 1 из условия минимального содержания свинца и серы.

Таблица 1 – Бензины  для ДсИЗ по ГОСТ 2084-77 и ГОСТ Р 51105-97

Показатели	А-72	А-76		Нормаль-80		АИ-91	Регу-ляр-91	АИ-93	АИ-95	Премв-ум-95	Супер 98
		неэтили-рованный	этилированный
Детонационная стойкость: октановое число, не менее:    моторный метод   исследовательский метод	72	76	76	76		82,5	82,5	85	83	85	88
	не нормируется			80		81	91	93	95	95	98
Массовое    содержание    свинца, г/дм3, не более	0,013	0,013	0,17	0,010		0,013	0,010	0,013	0,013	0,010	0,010
Содержание марганца, мг/дм3, не более	—	—	—	50		—	18	—	—	—	—
Содержание  фактических  смол, мг/100 см3, не более	5,0
Индукционный период бензина, мин, не менее	600	1200	900	360	900		360	1200	900	360	360
Массовая доля серы, %, не более	0,10	. 0,10	0,10	0,05	0,10		0,05	0,10	0,10	0,05	0,05
Объемная доля бензола, %, не более	—	—	—	5	—		5	—	—	5	5
Плотность при 15 °С, кг/м3	—	—	. —	700—750	. ■—-		725-780	—	—	750-780
Фракционный состав: температура начала перегонки бензина, °С, не ниже:         летнего зимнего	35	35	35		35			35	30
	не нормируется

 

При ε = 7,5 можно использовать бензин Нормаль-80.

 

1.2 Средний элементный  состав бензина принимается по таблице 2.

Таблица 2 – Средний  элементный состав жидких топлив для ДВС в массовых долях.

 

Жидкое топливо	Содержание, кг
	Углерода gC	Водорода gН	Кислорода gО
Бензин	0,855	0,145	-
Дизельное топливо	0,870	0,126	0,004

 

Принимаем: g_С=0,855; g_H=0,145.

Молекулярная масса  бензина μ_Т=115 кг/моль.

Низшая теплота сгорания бензина Н_u = 43,930 МДж/кг (Н_u=44). [1, стр.105]

 

1.3 Параметры рабочего  тела:

Теоретически необходимое  количество воздуха, кмоль/кг для сгорания 1кг топлива:

;

Теоретически необходимое  количество воздуха, кг возд./кг для  сгорания 1кг топлива:

.

 

1.4 Коэффициент избытка  воздуха, при котором обеспечивается  мощностной и экономический состав  смеси с минимальной токсичностью  продуктов сгорания, принимается  для двигателей с современными  двухкамерными карбюраторами по  рисунку 1:

α = 0,95 … 0,98 – на основных режимах;

α = 0,8 … 0,86 – на минимальной  частоте вращения.

Принимаем: α = 0,96; α_{n min} = 0,86.

Рисунок 1 – Исходные параметры для теплового расчета  карбюраторного двигателя.

 

1.5 Количество горючей  смеси (требуемое количество свежего заряда), кмоль/ кг топл.:

1.6 Количество отдельных  компонентов продуктов неполного  сгорания жидкого топлива:

а) Углекислого газа, кмоль СО₂/кг топл.:

;

где К – постоянная величина, зависящая от отношения количества водорода к оксиду углерода, содержащихся в продуктах сгорания (для бензина К = 0,45 … 0,50).

б) Оксида углерода, кмоль  СО/кг топл.:

;

в) Водяного пара, кмоль  Н₂О/кг топл.:

;

г) Водорода, кмоль Н₂/кг топл.:

;

д) Азота, кмоль N₂/кг топл.: