Основы расчёта и проектирования двигателя внутреннего сгорания

Такая подача обеспечивает нормальное давление в системе при увеличении зазоров в сопряжениях по мере изнашивания деталей двигателя:Определяем теоретическую подачу насоса:, (6.29 [1])где ηн – механический КПД насоса (0,6...0,8).Принимаем допустимую окружную скорость шестерни на внешнем диаметре υ2 = 6 м/с, т.к. υ2< 8...10 м/с. выбираем частоту вращения вала насоса nн (мин-1) с учетом того, что отношение частот вращения коленчатого вала и ведущей шестерни насоса для дизеля лежит в пределах 0,7 – 1.Определяем наружный диаметр шестерен насоса:, (6.30 [1])Задаем стандартный модуль зацепления:m = 4,5 мм, (m = 3,5...5 мм), число зубьев Z = 9, (Z = 7...12). Уточняем Dш.Определяем требуемую длину (мм) зубьев:, (6.32 [1])Мощность (кВт), затрачиваемая на привод насоса:, (6.33 [1])где ηнм – механический КПД насоса (0,85...0,9) Рн – давление, развиваемое насосом (Рн = 0,7 Мпа – см. описание системы смазывания).Вместимость системы смазывания:6.2 Расчет центрифугиЦентрифуга представляет собой центробежный фильтр тонкой очистки масла от механических примесей. Качественная очистка масла возможна лишь в случае, если привод центрифуги будет обеспечивать:а) высокие угловые скорости ротора (5000...7000 мин-1)б) частоту вращения ротора, не зависящую от скоростного режима двигателя.в) простоту конструкции, длительный срок службы.Центрифуга – полнопоточная, привод гидрореактивный двухсопловый.Частота вращения ротора центрифуги:, (6.36 [1])где Vцр – расход масла ч/з сопла центрифуги;Vцр = 0,2Vц = 0,2·0,214 = 0,0428 м/сR – расстояние от оси сопла до оси вращения ротора (R = 20 мм); ε = 1 – коэффициент сжатия струи в отверстии сопла.Вместимость ротора 0,8 л соответствует а = 0,8 Нмм, b = 0,52·10-2 Нмм/мин-1Диаметр сопла dс = 1,5 ммПлощадь сечения отверстия сопла:Для расчета давления масла на входе в центрифугу выбираем коэффициент расхода μ = 0,84 и коэффициент гидравлических потерь Ψ =0,3.6.3 Расчет радиатораРасчет масляного радиатора заключается в определении площади его охлаждающей поверхности.Q'м – количество теплоты, отдаваемой радиатором должно составлять 50...75 % теплоты Qм, отводимой маслом от двигателя. Циркуляционный расход масла через радиатор: Vрад = Vц = 0,214 л/с.Температура масла на выходе из радиатора, tрад.вых = 80 ºС.Средняя температура масла:Средняя температура охладителя:,где ∆tохл – температура охладителя на входе в радиатор, для вохдушно-масляных радиаторов (3...5 ºС);tохл.вх – температура охладителя на входе в радиатор, для воздуха (40 ºС).Площадь (м2) поверхности радиатора, омываемой охлаждающим телом:где kж – полный коэффициент теплопередачи от масла к охладительному телу. В результате экспериментальных исследований найдено, что для радиаторов тракторов kж находится в пределах 25...70 Вт/м2 ºСТолщина стенки радиаторных трубок:Скорость масла в них – 0,1...0,5 м/с.6.4 Расчет шатунного подшипника скольженияДиаметр шатунной шейки: dшш = 68 мм;Длина подшипника: lш = 38 мм;Диаметральные зазоры: ∆min= 0,057 мм; ∆max = 0,131 мм;Радиальные зазоры: δmin = 0,0285 мм; δmax = 0,0655 мм.Относительные зазоры:Рис. 20. Положение вала в подшипнике.Минимальная толщина масляного слоя:где kшш = Rшср/lшdм = 11745/68·38 = 4,55 МПа. μ – вязкость масла М – 10Г2 при 110 ºС μ = 0,00657 Нс/м2Величина критического слоя масла:Коэффициент запаса надежности подшипников:Во втором случае подшипник обладает недостаточным запасом надежности и возможен переход на сухое трение.Список использованных источников1.А.И. Колчин. Расчет автомобильных и тракторных двигателей - М: Высшая школа, 2002.2. Двигатели внутреннего сгорания / под ред. В.Н. Луканина,М.Г. Шатрова. Т.1,2. - М: Высшая школа, 2005.Приложение А.Исходные данныеСтепень сжатия, e =16,4Количество цилиндров, i =4Эффектиная мощность, Ne =54КВтЧастота вращения, n =2500мин(-1)Индикаторная диаграммаАтмосферное давление, p0 =0,1МПаДавление, pA =0,0920МПаПоказатель политропы сжатия, n1 =1,371Показатель политропы расширения, n2 =1,291Давление, рС =4,4760МПаДавление, рС' =5,1474МПа(1,15…1,25)pCКоэффициент, l =2Давление, pZ =8,9520МПаСтепень предварительного расширения, r =1,3000Степень последующего расширения, d =13,0800Давление, pB =0,3240МПаДавление, pB' = МПаДавление, pB" =0,2120МПаОтношение R/L, l2 =0,27jexВпускjexСжатиеjexСгораниеjexРасширениеjexВыпуск010,10018016,40,09236014,4760   54016,40,2120101,150,09219016,30,09336015,14743741,299,04655016,30,1201,590,09220016,10,0953741,2895619,0463801,5866,92556016,10,1302,290,09221015,60,098   3902,2914,30657015,60,1403,230,092220150,104   4003,2312,764580150,1504,360,09223014,30,111   4104,3611,87759014,30,1605,630,09224013,30,122   4205,631,34960013,30,1706,980,09225012,30,137   4306,9841,02261012,30,1808,370,092260110,158   4408,3710,809620110,1909,740,0922709,740,188   4509,740,6656309,740,1100110,0922808,370,231   46011,050,5656408,370,111012,30,0922906,980,297   47012,250,4956506,980,112013,30,0923005,630,399   48013,330,4436605,630,113014,30,0923104,360,566   49014,260,4076704,360,1140150,0923203,230,853   50015,030,3806803,230,115015,60,0923302,291,367   51015,630,3616902,290,116016,10,0923401,592,263   52016,060,3497001,590,117016,30,0923501,153,524   53016,310,3427101,150,118016,40,09236014,259   54016,40,21272010,1Рисунок 1 – Индикаторная диаграмма двигателяПриложение Б.Индикаторные параметры рабочего цикла.Среднее теоретическое индикаторное давление, pi' =1,036МПаКоэффициент полноты диаграммы, j и =0,950Среднее индикаторное давление, pi =0,984МПаИндикаторный КПД, h i =0,4620Индикаторный удельный расход топлива, gi =184г/(кВт ч)Эффективные показатели двигателяСредняя скорость поршня, Vп ср =7,92м/сОтношение хода поршня к его диаметру, S/D =0,9948Давление механических потерь, pм =0,182МПаСреднее эффективное давление, pe =0,802МПаМеханический КПД, h м =0,815Эффективный КПД, h e =0,377Удельный расход топлива, g e =225г/(кВт ч)Основные размеры двигателяЛитраж двигателя, Vл =3,23ЛРабочий объем цилиндра, Vh =0,81ЛДиаметр цилиндра, D =101,21ммХод поршня, S =100,68ммПринимаем, D =95,5ммПринимаем, S =95ммПлощадь поршня, Fп =71,6см2Уточненный литраж двигателя, Vл =2,72ЛЭффективная мощность, Ne =45,45кВтЛитровая мощность двигателя, Nл =16,71кВт/ЛЭффективный крутящий момент, Mе =173,61Н мЧасовой расход топлива, Gт =10,23кг/часСредняя скорость поршня, Vпср =7,92м/cВнешняя скоростная характеристика двигателяn, об/минПараметры внешней скоростной характеристикиNe, кВтge, г/(кВт ч)Мe, Н мGт, кг/ч60011,820445,41188,1215,26150032,397639,00206,24620,70250045,450922,50173,60641,93260045,547954,81167,28543,49Рисунок 2 - Внешняя скоростная характеристикаПриложение В.Кинематика кривошипно-шатунного механизмаХод поршня, S =0,095м =95ммОтношение R/L, 0,27Радиус кривошипа, R =0,0475м =47,5ммДлина шатуна, L =0,1759м =175,9ммУгловая скорость,  =262с(-1)Перемещение поршня, Sx Скорость поршня, VпУскорение поршня, jSxVпj1j2jградусымм / cм / c2м / c2м / c200,00000,0032618804141100,00092,7432118274038200,00365,3430646743738300,00807,6828244403264400,01389,6524981532651500,020711,192096-1531943600,028612,231630-4401190700,036912,771115-674441800,045512,83566-827-261900,053912,450-880-8801000,062011,68-566-827-13931100,069410,61-1115-674-17891200,07619,32-1630-440-20701300,08187,88-2096-153-22491400,08656,34-2498153-23451500,09024,77-2824440-23841600,09293,18-3064674-23901700,09451,59-3211827-23841800,09500,00-3261880-23811900,0945-1,59-3211827-23842000,0929-3,18-3064674-23902100,0902-4,77-2824440-23842200,0865-6,34-2498153-23452300,0818-7,88-2096-153-22492400,0761-9,32-1630-440-20702500,0694-10,61-1115-674-17892600,0620-11,68-566-827-13932700,0539-12,450-880-8802800,0455-12,83566-827-2612900,0369-12,771115-6744413000,0286-12,231630-44011903100,0207-11,192096-15319433200,0138-9,65249815326513300,0080-7,68282444032643400,0036-5,34306467437383500,0009-2,74321182740383600,00000,00326188041413700,00092,74321182740383740,00183,80316477739413800,00365,34306467437383900,00807,68282444032644000,01389,65249815326514100,020711,192096-15319434200,028612,231630-44011904300,036912,771115-6744414400,045512,83566-827-2614500,053912,450-880-8804600,062011,68-566-827-13934700,069410,61-1115-674-17894800,07619,32-1630-440-20704900,08187,88-2096-153-22495000,08656,34-2498153-23455100,09024,77-2824440-23845200,09293,18-3064674-23905300,09451,59-3211827-23845400,09500,00-3261880-23815400,09500,00-3261880-23815500,0945-1,59-3211827-23845600,0929-3,18-3064674-23905700,0902-4,77-2824440-23845800,0865-6,34-2498153-23455900,0818-7,88-2096-153-22496000,0761-9,32-1630-440-20706100,0694-10,61-1115-674-17896200,0620-11,68-566-827-13936300,0539-12,450-880-8806400,0455-12,83566-827-2616500,0369-12,771115-6744416600,0286-12,231630-44011906700,0207-11,192096-15319436800,0138-9,65249815326516900,0080-7,68282444032647000,0036-5,34306467437387100,0009-2,74321182740387200,00000,0032618804141Приложение Г.Силовой анализМасса поршня, Mп =0,481кгМасса шатуна, Mш =1,256кгМасса кривошипа, Mк' =3,645кгДиаметр цилиндра, D =95,5ммПлощадь поршня, =0,007163м2Радиус кривошипа, R =47,5мм =0,0475мДлина шатуна, L =175,9ммРасстояние от центра поршневой головки до центрамасс шатуна, Lшп =116,03ммРасстояние от центра коренной шейки до центрамасс кривошипа, 16,32ммПриведенная масса поршня, Mj =0,908кгПриведенная масса кривошипа, Mк =2,081кгСила давления газов на поршень, FrСила инерции поршня I порядка, jIСила инерции поршня II порядка, jIIСила инерции поршня порядка, jСуммарная сила, действующая на поршень, FjУгол наклона шатуна, Нормальная составляющая силы, действующей на поршень, FnПродольная составляющая силы, действующей на поршень, FsРадиальная сила кривошипа, FrТангенциальная сила кривошипа, FtСила инерции кривошипа, к =-6,79кНjqFгFjIFjIIFjFjbFnFsFrFtградусыМПакНкНкНкНкНградусыкНкНкНкН00,1000,000-2,961-0,799-3,760-3,7600,000,00-3,76-3,760,00100,092-0,057-2,916-0,751-3,667-3,7242,69-0,17-3,73-3,64-0,82200,092-0,057-2,782-0,612-3,394-3,4515,30-0,32-3,47-3,13-1,48300,092-0,057-2,564-0,400-2,964-3,0217,76-0,41-3,05-2,41-1,87400,092-0,057-2,268-0,139-2,407-2,46410,00-0,43-2,50-1,61-1,92500,092-0,057-1,9030,139-1,764-1,82111,94-0,39-1,86-0,88-1,64600,092-0,057-1,4800,400-1,080-1,13713,52-0,27-1,17-0,33-1,12700,092-0,057-1,0120,612-0,400-0,45714,70-0,12-0,47-0,04-0,47800,092-0,057-0,5140,7510,2370,18015,420,050,19-0,020,19900,092-0,0570,0000,7990,7990,74215,670,210,77-0,210,741000,092-0,0570,5140,7511,2651,20815,420,331,25-0,541,131100,092-0,0571,0120,6121,6241,56714,700,411,62-0,921,331200,092-0,0571,4800,4001,8801,82313,520,441,87-1,291,361300,092-0,0571,9030,1392,0421,98511,940,422,03-1,601,251400,092-0,0572,268-0,1392,1292,07210,000,372,10-1,821,051500,092-0,0572,564-0,4002,1642,1077,760,292,13-1,970,801600,092-0,0572,782-0,6122,1702,1135,300,202,12-2,050,541700,092-0,0572,916-0,7512,1652,1082,690,102,11-2,090,271800,092-0,0572,961-0,7992,1622,1050,000,002,11-2,110,001900,093-0,0502,916-0,7512,1652,115-2,69-0,102,12-2,10-0,272000,095-0,0362,782-0,6122,1702,134-5,30-0,202,14-2,07-0,542100,098-0,0142,564-0,4002,1642,150-7,76-0,292,17-2,01-0,822200,1040,0292,268-0,1392,1292,158-10,00-0,382,19-1,90-1,102300,1110,0791,9030,1392,0422,121-11,94-0,452,17-1,71-1,342400,1220,1581,4800,4001,8802,038-13,52-0,492,10-1,44-1,522500,1370,2651,0120,6121,6241,889-14,70-0,501,95-1,11-1,612600,1580,4150,5140,7511,2651,680-15,42-0,461,74-0,75-1,572700,1880,6300,0000,7990,7991,429-15,67-0,401,48-0,40-1,432800,2310,938-0,5140,7510,2371,175-15,42-0,321,22-0,12-1,212900,2971,411-1,0120,612-0,4001,011-14,70-0,271,050,10-1,043000,3992,142-1,4800,400-1,0801,062-13,52-0,261,090,31-1,053100,5663,338-1,9030,139-1,7641,574-11,94-0,331,610,76-1,423200,8535,394-2,268-0,139-2,4072,987-10,00-0,533,031,95-2,323301,3679,076-2,564-0,400-2,9646,112-7,76-0,836,174,88-3,783402,26315,494-2,782-0,612-3,39412,100-5,30-1,1212,1510,99-5,193503,52424,526-2,916-0,751-3,66720,859-2,69-0,9820,8820,37-4,593605,14736,152-2,961-0,799-3,76032,3920,000,0032,3932,390,003749,04664,080-2,916-0,751-3,66760,4133,753,9660,5457,6618,463806,92548,888-2,782-0,612-3,39445,4945,304,2245,6941,3119,533904,30630,128-2,564-0,400-2,96427,1647,763,7027,4221,6716,794002,76419,082-2,268-0,139-2,40716,67510,002,9416,9310,8812,974101,87712,729-1,9030,139-1,76410,96511,942,3211,215,279,894201,3498,947-1,4800,400-1,0807,86713,521,898,092,307,764301,0226,604-1,0120,612-0,4006,20414,701,636,410,596,394400,8095,079-0,5140,7510,2375,31615,421,475,51-0,525,494500,6654,0470,0000,7990,7994,84615,671,365,03-1,364,854600,5653,3310,5140,7511,2654,59615,421,274,77-2,054,314700,4952,8291,0120,6121,6244,45314,701,174,60-2,623,784800,4432,4571,4800,4001,8804,33713,521,044,46-3,073,234900,4072,1991,9030,1392,0424,24111,940,904,33-3,412,675000,3802,0062,268-0,1392,1294,13510,000,734,20-3,642,105100,3611,8702,564-0,4002,1644,0347,760,554,07-3,771,545200,3491,7842,782-0,6122,1703,9545,300,373,97-3,841,015300,3421,7332,916-0,7512,1653,8982,690,183,90-3,870,505400,2120,8022,961-0,7992,1622,9640,000,002,96-2,960,005500,1000,0002,916-0,7512,1652,165-2,69-0,102,17-2,15-0,285600,1000,0002,782-0,6122,1702,170-5,30-0,202,18-2,11-0,555700,1000,0002,564-0,4002,1642,164-7,76-0,292,18-2,02-0,835800,1000,0002,268-0,1392,1292,129-10,00-0,382,16-1,87-1,085900,1000,0001,9030,1392,0422,042-11,94-0,432,09-1,64-1,296000,1000,0001,4800,4001,8801,880-13,52-0,451,93-1,33-1,406100,1000,0001,0120,6121,6241,624-14,70-0,431,68-0,96-1,386200,1000,0000,5140,7511,2651,265-15,42-0,351,31-0,56-1,196300,1000,0000,0000,7990,7990,799-15,67-0,220,83-0,22-0,806400,1000,000-0,5140,7510,2370,237-15,42-0,070,25-0,02-0,246500,1000,000-1,0120,612-0,400-0,400-14,700,10-0,41-0,040,416600,1000,000-1,4800,400-1,080-1,080-13,520,26-1,11-0,321,076700,1000,000-1,9030,139-1,764-1,764-11,940,37-1,80-0,851,596800,1000,000-2,268-0,139-2,407-2,407-10,000,42-2,44-1,571,876900,1000,000-2,564-0,400-2,964-2,964-7,760,40-2,99-2,361,837000,1000,000-2,782-0,612-3,394-3,394-5,300,31-3,41-3,081,467100,1000,000-2,916-0,751-3,667-3,667-2,690,17-3,67-3,580,817200,1000,000-2,961-0,799-3,760-3,7600,000,00-3,76-3,760,00Приложение ДСилы действующие на шейки коленчатого вала.Сила, действующая на шатунную шейку в системе координат, связанной с шейкой, FшПроекция этой силы на горизонтальную ось, FшxПроекция этой силы на вертикальную ось, FшyПорядок работы цилиндров 1-3-4-2.Проекции силы, действующей на 1(5) коренную шейку, Fк(1)x и Fк(1)yПроекции силы, действующей на 2(4) коренную шейку, Fк(2)x и Fк(2)yПроекции силы, действующей на 3 коренную шейку, Fк(3)x и Fк(3)yСреднее значение силы, действующей на 3 коренную шейку, F(3)ср =8,32кНУгловая скорость коленчатого вала,  =262c-1Параметры противовеса, mxr =0,0606кг мПринимаемМасса противовеса, m =1,5500кгРадиус установки противовеса, r =35,0000ммДисбаланс, mxr =0,0543кг м