Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Октября 2013 в 17:55, курсовая работа
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.
Введение…………………………………………………………………………5
1 Тепловой расчет рабочего цикла двигателя….………...……………………6
1.1 Рабочее тело и его свойства………………………………………………6
1.2 Процесс впуска……………………………………………………………10
1.3 Процесс сжатия…………………………………………………...……….13
1.4 Процесс сгорания…………………………………..……………………..16
1.5 Процесс расширения………………………………………….…………..19
1.6 Процесс выпуска………………………………………….……………….21
1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла……………………..……….22
1.8 Эффективные показатели двигателя……………………………………..23
1.9 Основные параметры и показатели двигателя……….………………….25
1.10 Тепловой баланс двигателя……………………………..………………28
2 Построение индикаторной диаграммы……………………………...……….32
3 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя….....36
3.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме……………………...…………………………………………………36
3.2 Построение графиков сил и моментов…………………………………..39
4 Расчет внешней скоростной характеристики……………….………………42
5 Оценка надежности проектируемого двигателя………………………….….43
6 Подбор автотранспортного средства к двигателю……………………….….44
7 Порядок Компоновка двигателя……………….………………………….….46
8 Расчет деталей на прочность…..……………….……………………………..50
8.1 Поршень…………………...………………………………………………50
8.2 Поршневое кольцо………..………………………………………………53
8.3 Шатун…………………………………………………………...…………54
Заключение………………………………………………...…………………….59
Список использованных источников…………………………….……...…..…60
8 Расчет деталей на прочность
8.1 Поршень
Таблица 8.1― Размеры элементов поршневой группы
Элементы поршневой группы |
Расчетные зависимости для дизельного двигателя |
Значения размеров, мм |
Высота поршня |
(1,0…1,7)∙D |
140 |
Расстояние от верхней кромки поршня до оси пальца |
(0,6…1,0)∙D |
87 |
Толщина днища поршня |
(0,12…0,20)∙D |
17 |
Высота юбки поршня |
(0,6…1,1)∙D |
80 |
Диаметр бобышки |
(0,3…0,5)∙D |
56 |
Расстояние между торцами бобышек |
(0,3…0,5)∙D |
45 |
Толщина стенки юбки поршня |
2…5 |
3 |
Толщина стенки головки поршня |
(0,05…0,1)∙D |
14 |
Расстояние до первой кольцевой канавки |
(0,11…0,2)∙D |
18 |
Толщина первой кольцевой перемычки |
(0,04…0,07)∙D |
7,3 |
Радиальная толщина кольца |
(0,04…0,05)∙D |
5,5 |
Высота кольца |
3…5 |
5 |
Радиальный зазор кольца в канавке поршня |
0,7…1,1 |
0,8 |
Разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состоянии |
3.1∙t |
16,5 |
Внутренний диаметр поршня |
D-2(s+t+Δt) |
81,4 |
Число масляных отверстий в поршне |
10 |
10 |
Диаметр масляного канала |
(0,3…0,5)∙a |
2 |
Наружний диаметр пальца |
(0,3…0,38)∙D |
37 |
Внутренний диаметр пальца |
(0,5…0,7)∙dn |
20 |
Длина пальца |
(0,8…0,9)∙D |
100 |
Длина втулки шатуна |
(0,33…0,45)∙D |
42 |
Принимаем материал поршня – алюминиевый сплав.
8.1.1 Днище поршня
Максимальное напряжение изгиба в диаметральном сечении днища поршня в МПа:
где МПа.
Днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости, поскольку расчетные напряжение превышает допускаемые 20…25 МПа.
8.1.1 Головка поршня
Головка поршня в сечении , ослабленная отверстиями для отвода масла, проверяется на сжатие и разрыв.
Для определения напряжения сжатия определяем:
- диаметр поршня по дну канавок в м:
- площадь продольного
диаметрального сечения
- площадь сечения головки поршня в м2:
- максимальную сжимающую силу в МН:
Напряжение сжатия в МПа:
Рассчитанное напряжение сжатия не превышает допустимые значения напряжений на сжатие для поршней из алюминиевых сплавов – (30…40)МПа
Для определения напряжения разрыва в сечении определяем:
- максимальную угловую скорость вращения коленчатого вала при холостом ходе в рад∕с:
- массу головки поршня с кольцами в кг:
где кг – масса поршневого комплекта из динамического расчета.
Сила инерции возвратно-
где м ― отношение радиуса кривошипа к длине шатуна из динамического расчета.
Напряжение разрыва в МПа:
Рассчитанное напряжение разрыва не превышает допустимые значения напряжений на разрыв для поршней из алюминиевых сплавов – (4…10) МПа.
8.1.2 Юбка поршня
Юбка поршня проверяется на износостойкость по удельному давлению в МПа на стенку цилиндра от максимальной боковой силы :
Рассчитанное значение удельного давления не превышает допустимые значения напряжений для современных двигателей – (0,33…0,96) МПа
8.2 Поршневое кольцо
Проводим расчет компрессионного кольца. Материал кольца – серый чугун.
Среднее давление в МПа кольца на стенку цилиндра определяется по формуле:
где =1∙105 – модуль упругости чугуна.
Рассчитанное среднее радиальное давление не превышает допустимые значения, которые составляют (0,11…0,37) МПа.
Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии в МПа:
Рассчитанные напряжения при изгибе кольца не превышает допустимые значения, которые составляют (220…450) МПа.
8.3 Шатун
Принимаем материал шатуна – Сталь 40Х.
Материал втулки – Бронза.
Таблица 8.2 ― Размеры элементов шатуна
Элементы шатуна |
Расчетные зависимости для дизельного двигателя |
Значения размеров, мм |
Наружный диаметр пальца |
37 | |
Внутренний диаметр поршневой головки со втулкой |
(1,1…1,25)∙ |
43 |
Наружный диаметр головки |
(1,3…1,7)∙ |
62 |
Минимальная радиальная толщина стенки головки |
(1,16…1,27) ∙ |
9 |
Радиальная толщина стенки втулки |
(0,07…0,085) ∙ |
3 |
Длина втулки шатуна |
(0,33…0,45) ∙D |
42 |
Диаметр шатунной шейки |
(0,64…0,75) ∙D |
78 |
Толщина стенки вкладыша |
(0,03…0,05) ∙ |
3 |
Расстояние между шатунными болтами |
(1,3…1,75) ∙ |
104 |
Длина кривошипной головки |
(0,45…0,95) ∙ |
39 |
Размеры среднего сечения В-В шатуна: - - - - |
(0,5…0,55) ∙ (1,2…1,4) ∙ (0,55…0,75) ∙ 4,0…7,5 |
32 41,6 25,2 7,5 |
8.3.1 Поршневая головка
Минимальная частота вращения коленчатого вала холостого хода в мин-1:
Максимальная угловая скорость вращения коленчатого вала при холостом ходе в рад/с:
Разрывающая сила инерции в Н при :
где ― масса поршневого комплекта, кг,
― масса верхней части головки шатуна, кг.
Площадь в мм2 опасного сечения верхней головки шатуна:
Напряжение разрыва а МПа:
Из условия обеспечения
достаточной жесткости
8.3.2 Кривошипная головка
Максимальная величина силы инерции в МН:
где ― масса отъемной крышки кривошипной головки,
Для определения напряжения изгиба крышки в МПа находим:
- внутренний радиус кривошипной головки в м:
- момент инерции расчетного сечения крышки в м4:
- момент инерции расчетного сечения вкладыша в м4: