Тепловой и динамический расчет двигателя ЗМЗ-53

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 01 Июля 2013 в 16:05, курсовая работа

Описание работы

Задачей настоящего курсового проекта является рассмотрение методики выполнения теплового и динамического расчетов двигателя и ознакомление с основными сведениями, необходимыми для конструирования и расчета деталей, узлов и двигателя в целом. Исходные данные для выполнения работы используются из задания «Теория автомобиля и трактора». Курсовая работа включает расчётно-графический материал и конструкторскую часть (продольный и/или поперечный разрез двигателя).

Содержание работы

Введение 2
1. Исходные данные для теплового расчета поршневого двигателя внутреннего сгорания 4
2. Тепловой расчет и определение основных размеров двигателя 5
2.1 Процесс наполнения 5
2.2 Процесс сжатия 6
2.3 Процесс сгорания 6
2.4 Процесс расширения 8
2.5 Процесс выпуска 9
2.6 Индикаторные показатели 10
2.7 Эффективные показатели 10
2.8 Размеры двигателя 11
3. Динамический расчет 14
3.1 Построение индикаторной диаграммы 14
3.2 Построение диаграмм сил 16
3.3 Построение диаграммы суммарного крутящего момента 20
4. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя 22
5. Система питания 25
Заключение 32
Литература 33

Файлы: 1 файл

Тепловой и динамический расчет двигателя ЗМЗ-53.docx

— 612.78 Кб (Скачать файл)

     (2.39)

- литровая мощность, кВт/л

    (2.30)

,

- площадь поршня мм2

    (2.31) 

 

 

3. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ.

3.1 Построение индикаторной диаграммы

При построении индикаторной диаграммы масштаб выберем с  таким расчетом, чтобы высота диаграммы  была больше основания в 1,7…2,0 раза.

Построение индикаторной диаграммы производится в следующей  последовательности:

 

- по оси абсцисс откладываем  отрезок АВ=120 (в мм), величина которого с учетом выбранного масштаба 1:1.5 соответствует рабочему объему цилиндра =0,45 или ходу поршня .=80 мм. Тогда величина отрезка ОА, соответствующая объему камеры сгорания, определяется из соотношения

=120/(8,5-1)=16мм.

ОВ=120+16=136мм.

- по оси ординат в  выбранном масштабе  МПа в 1 мм, откладываем значения давлений в характерных точках диаграммы ;

 

- линию, соответствующую  атмосферному давлению  , проведем в виде тонкой горизонтали.

  = 0.1Мпа 

При  аналитическом методе построения политроп сжатия и расширения вычислим ряд точек для промежуточных  объемов, расположенных между  и и между и по следующим формулам:

- для политропы сжатия 

где и - давление и объем в искомой точке сжатия и расширения.

Отношение изменяется в пределах .

 

Остальные значения политропы сжатия приведены в таблице 5.1.

- для политропы расширения 

где и - давление и объем в искомой точке сжатия и расширения.

Отношение изменяется в пределах .

Остальные значения политропы расширения приведены в таблице 2.

Таблица 2– Расчетные точки политроп сжатия и расширения для построения индикаторной диаграммы

 

 

     

Политропа сжатия

 

Политропа расширения

N точки

ОХ, мм

ОВ/ОХ

(OB/OX)n1

Рх/mp

Рх

(OB/OX)n2

Px/mp

Рх

0

16

8,5

17,59

57.2

1,49

15,14

245.6

6.14

1

17

8

16.22

55.2

1,38

14.02

227.2

5.68

2

19.4

7

13.56

46

1,15

11.83

191.6

4.79

3

22.6

6

11.03

37.6

0,94

9.73

157.6

3.94

4

27.52

5

8.64

29.2

0,73

7.72

124.8

3.12

5

34

4

6.4

20.2

0,54

5.81

94

2.35

6

45.3

3

4.35

14.8

0,37

4.03

65.2

1.63

7

68

2

2.53

8.4

0,21

2.41

38.8

0.97

8

136

1

1

3.4

0,085

1

16.2

0.405


 

После построения политропы  сжатия и расширения производим скругление индикаторной диаграммы с учетом предварения открытия выпускного клапана, опережения зажигания и скорости нарастания давления, а также наносим  линии впуска и выпуска. Для этой цели под осью абсцисс проводим на длине хода поршня S как на диаметре полуокружность радиусом R=S/2. Из геометрического центра О' в сторону н.м. т. откладываем отрезок

                              ,

Значения λ для двигателя ЗМЗ-53 принимаем 0,256.

                             

Величина О'О'1 представляет собой поправку Брикса. Из точки О1' под углом γ0=50° (угол предварения открытия выпускного клапана, выбирается из таблицы или по прототипу) проводим луч О1В1. Полученную точку В1, соответствующую началу открытия выпускного клапана, сносим на политропу расширения (точка b1).

Луч О11 проводим под углом Θ0, соответствующим углу опережения зажигания (Θ0= 20° ПКВ до в. м. т.), а точку С1 сносим на политропу сжатия, получая точку с1' . На линии в.м.т. находим точку с'' из соотношения pc''=1,2pc. Соединяем точки с1' и с'' плавной кривой из точки с'' проводим плавную кривую до серидины отрезка z'z.  Из середины отрезка проводим кривую с плавным переходом в кривую политропы расширения. Затем проводим плавную кривую b1'b'' изменения линии расширения в связи с предварительным открытием выпускного клапана. При этом можно считать, что точка b'' находится на середине расстояния ba.

В результате указанных построений получаем действительную индикаторную диаграмму.

3.2 Построение диаграмм сил

 

 

Динамический расчет кривошипно-шатунный механизм выполняется с целью  определения суммарных сил и  моментов, возникающих от давления газов и от сил инерции. Результаты динамического расчета используются при расчете деталей двигателя  на прочность и износ.

В течении каждого рабочего цикла силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме,  непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому  для характера изменения  сил  по углу поворота коленчатого вала их величины определяют для ряда различных  положений вала через каждые 10…30 град ПКВ. В отдельных случаях  через 5…10 град ПКВ.

Последовательность выполнения расчета следующая:

1)     Перестраиваем  индикаторную диаграмму, выполненную  по результатам теплового расчета,  в координаты р-φ.

2)   Определяем силу  давления газов на днище поршня  для положений коленчатого вала, отстоящих друг от друга на 10…30° ПКВ в пределах (0…720)°  ПКВ.

За начало отсчета принимаем  такое положение кривошипа когда  поршень находится в начале такта  впуска.

Силу давления газов на днище поршня определяем по формуле:

                    

                                 (3.1)

Результаты расчета заносятся  в табл. 5.

3) Определяем силу инерции  от возвратно-поступательно движущихся  масс:

                  

                        (3.2)

Масса поступательно движущихся частей КШМ определяется из выражения:

               

,                                                (3.3)

где χ - доля массы шатуна, отнесенная к возвратно-поступательно движущимся массам

χ=0,25…0,275

  Принимаем χ=0,25

Значения mп и mш берутся из справочника.

mп = 0,56745 кг, mш=0,56745 кг.

Угловая скорость ω,  входящая в формулу (2):

 

                                        

,                                             (3.4)

 

При известной величине хода поршня S радиус кривошипа

 

                          

                                              (3.5)

4) Находим суммарную силу, действующую в кривошипно-шатунном  механизме. Определение этой силы  ведем путем алгебраического  сложения сил давления газов  и сил инерции возвратно-поступательно  движущихся масс:

 

                                (3.6)

     результаты  определения РΣ, а также Рг и Рj заносятся в табл.3

5) Определяем нормальную  силу К, направленную по радиусу  кривошипа (см. рис. 1):

                                         

                                                           Рис. 1

 

                     

.                                         (3.7)                                            

 

6) Определяем тангенциальную  силу Т, направленную по касательной  к окружности радиуса кривошипа  (см. рис. 1):

 

                                 

.                                        (3.8)

 

Результаты определения  К и Т заносим в таблицу  4.

 

Таблица 3  

 

Результаты расчета  Рг, Рj, Р

f, град

Рг

Рг, Мпа

Рг, Н

cosf+lcosf

Знак силы

Рj, H

Знак силы

Ps, H

Знак силы

1

мм

2

3

4

5

6

7

8

9

0

4,8

0,12

113,49

1,256

-

-5989,53374

-

-5876,04

-

30

3,4

0,085

-85,11753

0,995

-

-4744,893368

-

-4830,01

-

60

3,4

0,085

-85,11753

0,372

-

-1773,970184

-

-1859,09

-

90

3,4

0,085

-85,11753

-0,256

-

1220,796686

+

1135,679

+

120

3,4

0,085

-85,11753

-0,622

-

2966,154447

+

2881,037

+

150

3,4

0,085

-85,11753

-0,737

-

3514,559209

+

3429,442

+

180

3,4

0,085

-85,11753

-0,744

-

3547,940368

+

3462,823

+

210

3,4

0,085

-85,11753

-0,737

-

3514,559209

+

3429,442

+

240

3,4

0,085

-85,11753

-0,622

-

2966,154447

+

2881,037

+

270

5,40

0,135

198,6076

-0,256

+

1220,796686

+

1419,404

+

300

12,40

0,31

1191,645

0,372

+

-1773,970184

-

-582,325

-

330

31,5

0,7875

3901,22

0,995

+

-4744,893368

-

-843,673

-

360

152,5

3,8125

21066,59

1,226

+

-5846,471628

-

15220,12

+

370

208,6

5,215

29025,08

1,208

+

-5760,634361

-

23264,44

+

390

133

3,325

18300,27

0,995

+

-4744,893368

-

13555,37

+

420

51

1,275

6667,54

0,372

+

-1773,970184

-

4893,569

+

450

24

0,6

2837,251

-0,256

+

1220,796686

+

4058,048

+

480

18,70

0,4675

2085,379

-0,622

+

2966,154447

+

5051,534

+

510

14,50

0,3625

1489,557

-0,737

+

3514,559209

+

5004,116

+

540

9,80

0,245

822,8028

-0,744

+

3547,940368

+

4370,743

+

570

6,30

0,1575

326,2838

-0,737

-

3514,559209

+

3840,843

+

600

5,80

0,145

255,3526

-0,622

-

2966,154447

+

3221,507

+

630

4,81

0,12025

114,9087

-0,256

-

1220,796686

+

1335,705

+

660

4,81

0,12025

114,9087

0,372

-

-1773,970184

-

-1659,06

-

690

4,81

0,12025

114,9087

0,995

-

-4744,893368

-

-4629,98

-

720

4,81

0,12025

114,9087

1,256

-

-5989,53374

-

-5874,63

-


.

 

 

Таблица 4

Результаты расчета  К, Т

 

cos(f+b)/cosb

K, H

Знак силы

sin(f+b)/cosb

T, H

Знак силы

   

-5876,04

-

0

0

+

   

-3873,67

-

0,612

-2955,97

-

   

-561,444

-

0,98

-1821,91

-

90

-0,266

-302,091

-

1

1135,679

+

120

-0,697

-2008,08

-

0,752

2166,54

+

150

-0,931

-3192,81

-

0,388

1330,623

+

180

-1

-3462,82

0

1

0

+

210

-0,931

-3192,81

30

0,802

-1330,62

-

240

-0,697

-2008,08

60

0,302

-2166,54

-

270

-0,266

-377,562

-

-1

-1419,4

-

300

0,302

-175,862

-

-0,98

570,6783

-

330

0,802

-676,626

+

-0,612

516,3281

-

360

1

15220,12

+

0

0

+

370

0,977

22729,36

+

0,218

5071,648

+

390

0,802

10871,41

+

0,612

8295,889

+

420

0,302

1477,858

+

0,98

4795,698

+

450

-0,266

-1079,44

-

1

4058,048

+

480

-0,697

-3520,92

-

0,752

3798,753

+

510

-0,931

-4658,83

-

0,388

1941,597

+

540

-1

-4370,74

-

0

0

+

570

-0,931

-3575,82

-

-0,388

-1490,25

-

600

-0,697

-2245,39

-

-0,752

-2422,57

-

630

-0,266

-355,298

-

-1

-1335,71

-

660

0,302

-501,037

-

-0,98

1625,88

-

690

0,802

-3713,25

-

-0,612

2833,551

-

720

1

-5874,63

-

0

0

+


 

 

3.3 Построение диаграммы суммарного крутящего момента

Для двигателя с равными  интервалами между вспышками  суммарный крутящий момент будет  периодически повторятся:

для четырехтактного двигателя  через:

 

Масштаб крутящего момента:

 

где - масштаб силы, H/мм.

График крутящих моментов строим на листе 1 графической части  работы.

Средний крутящий момент определяется по площади, лежащей под кривой графика суммарного , Нм:

 

где - соответственно положительная и отрицательная площади под кривой суммарного момента;

L – длина интервала между вспышками по диаграмме крутящего момента, мм.

По данным теплового расчета ,Нм

4. Расчет и построение  внешней скоростной характеристики  двигателя

 

Внешняя скоростная характеристика, представляет собой зависимость  основных показателей двигателя  от частоты вращения n вала двигателя при полной подаче топлива, является основной характеристикой двигателя.

Кривые Ne= f1(n) и ge = f2(n) для карбюраторных двигателей строят с использованием эмпирических формул:

= ,

,

где Ne max – максимальная мощность ДВС, кВт, при частоте   вращения nN ;

Ne – мощность, кВт, при расчетной частоте n;

qe – удельный эффективный расход топлива, г/(кВтּч), при частоте n;

qeN – удельный расход топлива, г/(кВтּч), при Ne max;

Рассчитаем:

 = /0,93=90/0,93=96,7 кВт

=0,85* 3800=3230 мин-1

Пример расчета для  частоты вращения n = 800 мин-1

 

 

 

Остальные величины рассчитываются аналогично и представлены в таблице 6.1

Удельный эффективный  расход топлива, ge (г/кВт∙ч) при частоте n

где geN – удельный расход топлива, при Nemax

С = 1,2, D = 1, E = 0,8.

Пример расчета для  частоты вращения n = 800 мин-1

 

 

Остальные величины рассчитываются аналогично и представлены в таблице  Эффективный крутящий момент (H∙м)

Пример расчета для  частоты вращения n = 800 мин-1

 

 

Остальные величины рассчитываются аналогично и представлены в таблице  Часовой расход топлива (кг/ч)

Информация о работе Тепловой и динамический расчет двигателя ЗМЗ-53