Проектування дизельного двигуна по прототипу Д-37м

МІНІСТЕРСТВО СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Федеральних державних освітніх

УСТАНОВА ВИЩОЇ ОСВІТИ

(ФГТУ ВПО)

Далекосхідного державного АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТРАКТОРИ І АВТОМОБІЛІ

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни «Автомобільні двигуни»

Благовєщенськ 2009

Введення

Особливості та тенденції розвитку конструкцій автомобільних і тракторних двигунів повністю визначаються вимогами, що пред'являються до автомобілів і тракторів промисловістю та сільським господарством. Ці вимоги зводяться до забезпечення максимальної продуктивності автомобіля і трактора, мінімальної вартості перевезень і виконуваних трактором робіт при надійної та безпечної їх роботі. Основні вимоги, які пред'являються до автомобільних і тракторних двигунів, наступні:

1. Розвиток необхідної потужності двигунів при різних швидкостях руху автомобіля (або трактора); володіння хорошою приемистостью при рушанні автомобіля (або трактора) з місця і при зміні його робочих режимів.

2. Максимально можлива економічність на всіх режимах роботи.

3. Простота конструкції, що спрощує умови випуску і наступних ремонтів автомобільних і тракторних двигунів і що полегшує умови їх обслуговування і експлуатації.

4. Низька виробнича вартість, що досягається за рахунок забезпечення технологічності конструкції деталей автомобільних і тракторних двигунів, зниження їх ваги та застосування повноцінних замінників металів.

5. Можливо меншу питому і літровий ваги двигуна, що досягаються без зниження надійності і довговічності його роботи.

6. Малі габарити двигуна.

7. Максимально доцільне урівноваження двигуна і необхідна рівномірність ходу.

8. Зручність в експлуатації, а також простота і зручність ремонту і технічного обслуговування в гаражних, дорожніх та польових умовах.

9. Висока надійність і довговічність роботи.

У відповідності з перерахованими вимогами інструкції вітчизняних автомобільних і тракторних двигунів розвиваються і удосконалюються в напрямках максимального їх відповідності умовам експлуатації, підвищення економічності та зниження собівартості.

Тепловий розрахунок двигуна

1. Вибір вихідних даних

Одним з найважливіших розділів курсової роботи по розрахунку ДВЗ є вибір вихідних даних для теплового розрахунку.

Правильний вибір зазначених даних гарантує малі витрати при його доведенні двигунів і високий рівень техніко-економічних показників при експлуатації.

1.1.1 Ступінь стиснення

Ступінь стиснення в автотракторних дизелях зазвичай знаходиться в межах від 14 до 22 і вибирається з умов забезпечення хороших пускових якостей і надійної експлуатації. Зі збільшенням ступеня стиснення економічність дизеля поліпшується, однак при цьому ростуть теплові навантаження на деталі поршневої групи і збільшуються знос.

Вибір ступеня стиску для дизелів перш за все визначається формою камери згоряння і способом сумішоутворення. Залежно від цих параметрів значення ступеня стиску 8 у дизелів знаходяться за довідковими даними (табл. 1.).

1.1.2 Розміри циліндра і швидкість поршня

Розмірами циліндра - діаметр і хід поршня є конструктивними основними параметрами двигуна. Діаметр циліндра D визначається за нижче наведеною формулою згідно з обраною відносною величиною S / D, безпосередньо пов'язаної зі швидкістю поршня.

S / D = 140/130 = 1.08

Де S - хід поршня, D-діаметр поршня.

Для автомобільних дизелів середня швидкість поршня при оптимальній частоті обертання варіює у таких межах: 6,5 ... 12 м / с. Для даного двигуна вибираємо середню швидкість поршня 10 м / с.

1.2 Процес впуску

1.2.1 Тиск в кінці впуску Ра і Рк

Тиск в кінці впуску Ра - основний фактор, що визначає кількість робочого тіла, що надходить в циліндр двигуна. Велика кількість чинників, що впливають на Ра, ускладнює точне теоретичне визначення цього тиску. Тиск в кінці впуску Ра для двигунів без наддуву з достатнім ступенем точності може бути визначено за формулою:

Ра = Ро (1-0,55 n 10 ^-4) МПа

Ра = 0,1033 (1-0,55 * 2200 * 10 ^-4) = 0,09 МПа

Де Р ₀ - атмосферний тиск, МПа; n - число обертів, об / хв.

1.2.2 Температура свіжого заряду Т ^/ ₀

Температура свіжого заряду визначається за формулою:

, Де = 288

T _'0 = 20 +288 = 308 º K

Т ₀ - температура навколишнього середовища, .

- Приріст температури свіжого заряду,

Т ^/ ₀ = 308 Т ₀ = 288

1.2.3 Температура залишкових газів T _r

Ця температура залежить від ряду факторів, у тому числі від складу суміші, частоти обертання, ступеня стиснення і ін При номінальному режимі температура залишкових газів варіює в межах T _r = 700 ... 900

T _r = 800

1.2.4 Тиск в кінці впуску P _r

Це тиск залежить від навантаження, частоти обертання, опору випускної системи газорозподілу та ін З достатнім ступенем точності для двигунів без наддуву P _r можна визначити за формулою:

, МПа

, МПа

1.2.5 Коефіцієнт наповнення

Коефіцієнт наповнення визначає потужності показники двигуна і залежить від особливостей впускної системи.

Для чотиритактних двигунів коефіцієнт наповнення знаходиться за формулою: ;

1.2.6 Коефіцієнт залишкових газів

Коефіцієнт залишкових газів визначається за формулою:

;

1.2.7 Температура кінця впуску Т _a

Температура кінця впуску характеризує дію зовнішніх конструктивних показників на процес впуску свіжої горючої суміші в циліндри двигуна і визначається за формулою:

;

1.3 Процес стиснення

1.3.1 Температура і тиск в кінці стиснення

Стиснення свіжого заряду в циліндрі двигуна внутрішнього згоряння протікає в умовах безперервного теплообміну між зарядом і стінками циліндра і камери згоряння, а також в умовах його витоків через зазори в кільцях. Тиск кінця стиснення підраховується за формулою:

, МПа

А температура кінця стиснення

, До

Де n ¹ - показник політропи стиснення.

1.4 Процес згоряння

1.4.1 Визначення дійсного кількості необхідного повітря

Для визначення параметрів згоряння слід, перш за все, визначити кількість, склад і теплоємність газів до і після згоряння.

Кількість молей газу в кінці такту стиснення складається з свіжого заряду L і залишкових газів M _r.

Вибравши складу палива по С, Н _2, О ₂ у відсотках визначають теоретичні кількість кисню О ^/, необхідне для спалювання 1 кг палива

, Кг

, Кг

Відповідно теоретичне кількість повітря можна висловити за масою і в кіломолях L ₀

, Кг і , Кмоль / кг

, Кг кмоль / кг

Значення для сучасних автотракторних двигунів вибираємо

Дійсне число молей повітря і палива складається:

; , Де m _T - молекулярна маса палива.

Коефіцієнт залишкових газів можна також представити ще як відношення: ;

Де М _r - кількість молей залишкових газів. Тоді число молей перед початком згоряння можна записати

кмоль / кг

Склад продуктів М залежить від коефіцієнта надлишку повітря при

; , Кмоль / кг

= 0,6835625 +0,026 = 0,702

Дійсний (розрахунковий) коефіцієнт молекулярного зміни, що представляє собою відношення числа молей газів в циліндрі після згоряння М _Z і числу молей до згоряння М _З

1.4.3 Рівняння згоряння для дизеля

Приймають, що згоряння протікає при V = const і P = const, а рівняння згоряння має наступний вигляд:

_{Нижча питома теплота згоряння палива}

1.5 Процес розширення

У дійсних циклах двигунів внутрішнього згоряння розширення газів протікає по політропи зі змінним показником політропи розширення на показник політропи впливає низка чинників, найважливішими з яких є: Догорание паливоповітряної суміші, витік газів через кільця, інтенсивність відводу тепла в охолоджуючу середовище тощо

Тиск в кінці розширення визначається за такими формулами для дизеля:

;

_;

ступінь подальшого розширення.

Температура в кінці випуску,

;

1.6 Процес випуску

Під час ходу випуску тиску газів безперервно змінюється. Воно залежить від навантаження, кількості обертів, фаз газорозподіл і ряду інших чинників.

Вплив усіх цих факторів теоретично важко врахувати.

Тому тиск випуску приймають постійним, рівним середньому значенню за випуск.

Температура і тиск кінця випуску визначається за вищенаведеними формулами.

1.7 Розрахунок індикаторних і ефективних показників двигуна

1.7.1 Побудова індикаторної діаграми

Індикаторна діаграма будується у верхньому лівому куті аркуша формату А1.

Спочатку треба вибрати масштаби діаграми з таким розрахунком, щоб відношення висоти діаграми до її ширини було близько до 2:1.

Відрізок , Що відповідає в деякому масштабі ходу поршня або робочому об'єму циліндра, рекомендується відкладати рівним 100 ... 150 мм

Відрізок в мм, відповідний об'єму камери згоряння, знаходять з виразу:

;

Відрізок (В мм) для індикаторної діаграми дизеля визначається з рівняння:

;

Через точки, відповідні обсягами зробити вертикальні лінії. Через точку, що відповідає тиску проводять лінію атмосферного тиску.

Визначити орієнтовний масштаб тисків у МПа / мм для побудови індикаторної діаграми за формулою:

;

1.7.2 Визначення середнього індикаторного тиску

Середнє теоретичне індикаторне тиск можна підрахувати з аналітичної формулою:

Дійсне середнє індикаторне тиск буде дорівнювати

Де - Коефіцієнт, що враховує зкруглення діаграм;

-Втрата середнього індикаторного тиску на вчинення допоміжних ходів.

1.7.3 Середнє ефективне тиск

Середнє ефективне тиск визначається за рівнянням

Середній тиск механічних втрат в двигуні Рт підраховується за такими емпіричними формулами, в МПа для дизеля

, МПа

1.7.4 Коефіцієнти корисної дії

Індикаторний ККД розраховується за формулою:

Де - Повинна бути для двигунів, що працюють на рідкому паливі, в кДж / кг.

Механічний ККД визначається за формулою

Ефективний ККД

1.7.5 Питома і часовий витрати палива

Індикаторний і питома витрати палива підраховуються за формулами:

Часовий витрата палива для двигунів визначається з виразу в кг / год

1.8 Основні розміри циліндра і питомі показники двигуна

Визначаємо одного циліндра в літрах

Вибравши відношення ходу поршня S до діаметру D, визначаємо діаметр циліндра

, Мм

За значеннями S і n перевірити і зіставити середню швидкість поршня з раніше прийнятим значенням за формулою:

Для проектованого двигуна необхідно розрахувати питому поршневу потужність:

Питома літрова потужність

1.9 Тепловий баланс двигуна

Тепловий баланс оцінює розподіл тепла, що вноситься в двигун паливом, що йде на корисну роботу і на втрати.

Кількість теплоти, що виділяється при згорянні вводиться в двигун палива (1 кг).

Тепло, що йде на індикаторну роботу

Тепло, що використовується на ефективну роботу

Тепло, витрачений на роботу тертя і привід допоміжних механізмів

Тепло, понесене з відпрацьованими газами

Тепло, понесене охолоджуючої водою в сумі з необлікового втратами

1.10 Побудова регуляторної характеристики тракторного дизеля

З достатнім ступенем точності ефективної крутний момент на безрегуляторной галузі характеристики тракторного дизеля в залежності від швидкості обертання колінчастого валу може бути описаний таким рівнянням:

Відповідно обчислюємо значення Ме визначаються ефективні потужності N е за формулою:

Максимальне значення частоти обертання холостого ходу

Визначається при максимальному швидкісному режимі за формулою

Значення ефективного питомої витрати палива з прототипу на характеристику проектованого двигуна або шляхом підрахунку цих витрат для прийнятих значень частоти обертання за формулою:

Знаючи , для заданих значень частоти обертання, за безрегуляторной галузі характеристики проектованого двигуна, не важко підрахувати значення годинної витрати палива за формулою:

(62)

кг / год

кг / год

кг / год

кг / год

кг / год

Часовий витрата палива при максимальних неодружених оборотах приймається рівним 30% від витрати при максимальній потужності.

2. Кінематичний розрахунок двигуна

2.1 Кінематика кривошипно-шатунного механізму

Величина інерційних зусиль, а також частково зусиль від тиску газів, знаходиться в залежності від співвідношення розмірів, що характеризують кривошипний механізм. Такими розмірами в центральному кривошипному механізмі є радіус кривошипа r і довжина шатуна l.

При невідомому r і l задаємося величиною

Для сучасних автомобільних і тракторних двигунів змінюється в межах.

або

Для проектованого двигуна значення .

Радіус кривошипа дорівнює м.

2.2 Переміщення (шлях) поршня

Переміщення поршня в метрах, в залежності від кута повороту кривошипа для двигуна з центральним кривошипно-шатунним механізмом з достатньою для практичних розрахунків точністю виражається наступним рівнянням:

(63)

Таблиця 1. Значення виразу

Переміщення поршня дорівнюватиме

м,

м,

м,

м,

м,

м,

м.

2.3 Швидкість поршня

При переміщенні поршня швидкість його руху є величиною переміною і при постійному числі обертів залежить тільки від зміни кута повороту кривошипа і величини .

Взявши похідну від переміщення поршня по куту повороту кривошипа і враховуючи, сто кутова швидкість колінчатого вала є постійною, тобто отримаємо:

. (64)

Кутова швидкість дорівнюватиме

рад / с.

Значення множника в рівнянні (64) укладеного в дужки в залежності від наведені в таблиці 2.

Таблиця 2. Значення вираження

Швидкість поршня буде дорівнює

м / с,

м / с,

м / с,

м / с,

м / с,

м / с,

м / с.

4. Прискорення поршня

Прискорення поршня визначається як перша похідна від швидкості за часом:

(65)

Значення множника в рівнянні (65) укладеного в дужки в залежності від наведені в таблиці 3.

Виходячи з формули (65), максимальне значення прискорення поршня м / с ^2, має місце при .

(66)

Користуючись рівнянням (65) даними таблиці 3, аналітичним шляхом визначають значення прискорення поршня для ряду значень кута в інтервалі від 0 до 360 ⁰ і будують криву .

Таблиця 3. Значення виразу

Прискорення поршня дорівнюватиме

м / с ^2,

м / с ^2,

м / с ^2,

м / с ^2,

м / с ^2,

м / с ^2,

м / с ^2.

2. Динамічний розрахунок двигуна

1. Сила тиску газів

Під час роботи двигуна на кривошипно-шатунний механізм діють сили тиску газів і сили інерції. Сили інерції мас кривошипно-шатунного механізму, що рухаються зі змінними за величиною і напрямком швидкостями, виникають на всіх режимах роботи двигуна і для ряду деталей є основними розрахунковими силами.

Для визначення характеру зміни сил за кутом повороту колінчастого вала їх величини визначають для ряду окремих положень валу, звичайно через кожні 30 ^о.

Поправка за методом Брикса:

Сила тиску газів на поршень, Н

, (67)

де - Тиск газів в циліндрі, МПа;

- Тиск навколишнього середовища, МПа;

- Площа поршня, м ^2, м ²

Н

2. Приведення мас кривошипно-шатунного механізму

Маса зворотно-рухомих частин m на підставі зробленого вище припущення представляється сумою

, (68)

де - Маса поршневого комплекту, кг;

- Маса шатуна, зосереджена у верхній голівці і здійснює зворотно-поступальний рух, кг.

Маса неврівноважених обертових частин рівна:

, (69)

де - Неврівноважена і редукована на радіус r маса одного коліна (частина щік шатунной шийки колінчастого валу);

- Маса шатуна, зосереджена в нижній головці і здійснює обертальний рух.

кг / м ^2, кг;

кг / м ^2, кг;

кг / м ^2, кг.

При розрахунках маси можна прийняти:

кг,

кг

Маса зворотно-рухомих частин

кг

Маса неврівноважених обертових частин рівна:

кг

3. Сили інерції

Сили інерції, що діють в кривошипно-шатунний механізм, відповідно до характеру руху наведених мас на сили інерції поступального рухомих мас і відцентрової сили інерції обертових мас .

Сила інерції від зворотно-поступально рухомих мас визначається

, (70)

або

. (71)

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н.

Неврівноважені обертові частини дають відцентрову силу інерції

(72)

Н

4. Сумарні сили, що діють в кривошипно-шатунном механізмі

Сумарні сили, що діють в кривошипно-шатунном механізмі, визначаються шляхом алгебраїчного додавання газових сил і сил інерції зворотно-поступально рухомих мас.

. (73)

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н

Сила Т, спрямована по дотичній до траєкторії центру шийки кривошипа:

. (74)

Чисельне значення тригонометричної функції, що входить в рівняння тангенціальною сили Т, для різних λ і кутів повороту колінчастого валу α наведені в таблиці 4.

Таблиця 4. Значення виразу

,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

Н,

,

4. Розрахунок маховика

Для автомобільних двигунів, що працюють зазвичай з великою недовантаженням, характерний полегшений розгін машини і тому маховик автомобільного двигуна, як правило. має мінімальні розміри.

Розрахунок маховика зводиться до визначення моменту інерції J _м маховика, махового моменту m _м D ² _ср, основних розмірів і максимальної окружної швидкості.

m = 70 кг-маса маховика.

D _ср - середній діаметр маховика.

За величиною махового моменту проводиться підбір основних розмірів маховика, керуючись в основному міркуваннями конструктивного характеру. Так, діаметр маховика вибирають з урахуванням габаритів двигуна, можливості розміщення механізму зчеплення.

Для наближених розрахунків можна прийняти

м

м

За умовами міцності зовнішній діаметр D _м маховика повинен бути обраний з урахуванням забезпечення допустимих окружних швидкостей

м / сек

м / с

Окружна швидкість:

Для сталевих маховиків м / сек.

Висновок

У даному курсовому проекті був запроектований дизельний двигун по прототипу Д-37м.

_{У результаті розрахунків були визначені основні параметри двигуна:}

_{- Ефективна потужність двигуна N e = 140 кВт;}

_{- Частота обертання колінчастого вала при номінальній потужності двигуна n g = 2200 об / хв;}

_{- Питома витрата палива при номінальній потужності двигуна g e = 257 р. / кВт.год;}

_{- Годинна витрата палива при номінальній потужності двигуна G т = 11,55 кг / ч.}

_{А також:}

- Виробив розрахунки процесів впуску, згоряння, стиснення, розширення, випуску;

- Розрахував основні розміри циліндра і поршня;

- Побудував регулювальну характеристику дизеля;

- Виробив кінематичний розрахунок двигуна;

- Розрахував маховик.

Список використаної літератури

1. Артамонов, М.Д. Теорія, конструкція та розрахунок автотракторних двигунів / М.Ц. Артамонов, Т.Г. Панкратов. - М.: - Машгиз, 1963. - 520 с.

2. Болтінскій, В.М. Теорія, конструкція та розрахунок тракторних та автомобільних двигунів / В.М. Болтінскій. - М.: Изд-во с.-г. літ-ри і плакатів, 1962. - 388 с.

3. Віхерт, М.М. Конструкція і розрахунок автотракторних двигунів / М.М. Віхерт, Р.В. Доброгаев, - М.: Машгиз, 1967. - 604 с.

4. Желєзко, Б.Є. Розрахунок і конструювання автомобільних і тракторних двигунів / Б.Є. Желєзко. - Мінськ: Вища школа, 1987. - 246 с.

5. Колчин, А.І. Розрахунок автомобільних і тракторних двигунів / А.І. Колчин, В.П. Демидов. - М.: Вища школа, 1971. - 344 с.

6. Колчин, А.І. Розрахунок автомобільних і тракторних двигунів / А.І. Колчин, В.П. Демидов. - М.: Вища школа, 2003. - 496 с.

7. Конкс, Г.А., поршневі ДВЗ / Г.А. Конкс, В.А. Лашко / / Хабаровськ, видавництво тогу, 2006. - 559 с.

8. Ленін, І.М. Автомобільні та тракторні двигуни / І.М. Леніен, К.Г. Попик. - М.: Вища школа, 1969. - 368 с.

9. Лишевскій, А.С. Проектування двигунів внутрішнього згорання / А.С. Лишевскій А.А. Кутько. - Новочеркаськ, 1971. - 334 с.

10. Ніколаєнко, А.В. Теорія, конструкція та розрахунок автотракторних двигунів / О.В. Ніколаєнко. - М.: Колос, 1992. - 335 с.

11. Орлін, А.С. Двигуни внутрішнього згоряння / А.С. Орлін, Л.М. Вирубок. - М.: Машгиз, - 1982. Т. 2.-с. 6-36.

12. Попик, К.Г. Динаміка автомобільних і тракторних двигунів / Г.К. Попик. - М.: Вища школа, 1970. - 380 с.

13. Попик. К.Г. Конструювання і розрахунок автомобільних і тракторних двигунів / К.Г. Попик. - М.: Вища школа, 1968. - 383 с.