Тепловой и динамический расчет двигателя ВАЗ-2106
align="BOTTOM" border="0" />,
МПа
,
МПа
,
мм
|
| 1 |
10,7 |
8,5 |
19,04 |
32,4 |
1,62 (точка
с) |
14,55 |
132,4 |
6,62 (точка
z) |
| 2 |
11,3 |
8 |
17,52 |
29,8 |
1,49 |
13,48 |
122,7 |
6,135 |
| 3 |
12,9 |
7 |
14,58 |
24,7 |
1,23 |
11,41 |
103,8 |
5,19 |
| 4 |
18,1 |
5 |
9,17 |
15,5 |
0,77 |
7,490 |
68,2 |
3,41 |
| 5 |
22,7 |
4 |
6,74 |
11,5 |
0,58 |
5,66 |
51,5 |
2,57 |
| 6 |
30,2 |
3 |
4,54 |
7,7 |
0,385 |
3,953 |
36 |
1,8 |
| 7 |
45,4 |
2 |
2,59 |
4,4 |
0,22 |
2,380 |
21,658 |
1,083 |
| 8 |
60,5 |
1,5 |
1,74 |
3,0 |
0,15 |
1,661 |
15,1 |
0,755 |
| 9 |
90,7 |
1 |
1 |
1,7 |
0,085 (точка
а) |
1 |
9,1 (точка
b) |
0,455 |
Теоретическое
среднее индикаторное
давление
,
где
мм2-
площадь диаграммы
aczba. Это близко
к рассчитанному.
В соответствии
с принятыми
фазами газораспределения
и углом опережения
зажигания
определяют
положение точек
r', а', а", с', f
и b' по формуле
для перемещения
поршня:
,
где λ
— отношение
радиуса кривошипа
к длине шатуна.
Выбор величины
λ
производится
при проведении
динамического
расчета, а при
построении
индикаторной
диаграммы
предварительно
принимается
λ =
0,285.
Расчеты
координат точек
r', а', а", с', f и
b' сведены
в табл.
| Обозначение
точек |
Положение
точек
|
|
|
Расстояние
точек от в.м.т.
(AX),
мм |
|
|
 до
в.м.т.
|
18 |
0,0655 |
2,6 |
|
|
 после
в.м.т.
|
25 |
0,1223 |
4,8 |
|
|
 после
в.м.т.
|
120 |
1,6069 |
62,5 |
|
|
 до
в.м.т.
|
35 |
0,2313 |
9,0 |
|
|
 до
в.м.т.
|
30 |
0,1697 |
6,6 |
|
|
 до
в.м.т.
|
125 |
1,6667 |
65,0 |
Положение
точки
определяется
по формуле:
МПа;
мм.
Действительное
давление сгорания
МПа;
мм.
Соединяя
плавными кривыми
точки r с
а', с' с с" и далее
с zд и кривой
расширения,
b' с b"
(точка b"
располагается
обычно между
точками b
и а) и линией
выпуска b"r'r, получим
скругленную
действительную
индикаторную
диаграмму
ra'ac'fc" zдb'b"r.
| Параметры
внешней скоростной
характеристики |
|
|
|
|
|
|
|
| 56,89 |
325 |
100 |
18,49 |
0,879 |
0,96 |
Тепловой
баланс
Общее количество
теплоты, введенной
в двигатель
с топливом:
Q0
= HuGт/3,6
= 43930Gт/3,6= 12203 Gт
| GT |
18,488 |
кг/ч |
| Q0 |
225609 |
Дж/с |
Теплота,
эквивалентная
эффективной
работе за 1 с:
Qe = 1000Ne,
Теплота,
передаваемая
охлаждающей
среде:
Qв=
ciDl+2mnm
(Hu -
∆Нu)/(αНu)
где с — 0,45 - 0,53 —
коэффициент
пропорциональности
для четырехтактных
двигателей.
В расчете принято
с = 0,5; i — число
цилиндров; D —
диаметр цилиндра,
см; n — частота
вращения коленчатого
вала двигателя,
об/мин; m =
0,6 - 0,7 — показатель
степени для
четырехтактных
двигателей.
В расчете принято
при n= 900 об/мин
m = 0,6, а на всех
остальных
скоростных
режимах — m
= 0,65.
Qв=
0,5·4·7,9l+2·0,65·54000,65
(43930 - 2476)/(0,96·43930)=60836 Дж/с;
Теплота,
унесенная с
отработанными
газами:
Qr = (18,488/3,6) {0,536·[25,043+
8,315] 897 —0,5041 · [20,775+
+8,315]Ч 20} = 72240Дж/с,
Теплота,
потерянная
из-за химической
неполноты
сгорания топлива:
Qн.c = ∆НuGт/3,6
Qн.c =2476 • 18,488/3,6 =12716
Дж/с;
Неучтенные
потери теплоты
Qocт
=Q0-(Qe+Qв+Qr +
Qн.c)
Qост = 225609—(56887
+ 60836 + 72240 + 12715) = 22931 Дж/с;
Расчёт кинематики
и динамики
двигателя
Кинематика
Выбор λ
и длины
Lш
шатуна. В
целях уменьшения
высоты двигателя
без значительного
увеличения
инерционных
и нормальных
сил отношение
радиуса кривошипа
к длине шатуна
предварительно
было принято
в тепловом
расчете λ
= 0,285. При этих
условиях
мм.
Устанавливаем,
что ранее принятые
значения Lш
и λ
обеспечивают
движение шатуна
без задевания
за нижнюю кромку
цилиндра.
Следовательно,
перерасчета
величин Lш
и λ
не требуется.
Сравнивая Lш
рассчитанную
и Lш
прототипа
делаем вывод
что мы можем
принять λ=0,285
так как
погрешность
не превышает
10%, ∆Lш=0,2
.
Перемещение
поршня
мм
Расчет sx
производится
аналитически
через каждые
10° угла поворота
коленчатого
вала. Значения
для
при
различных φ
взяты из
таблицы как
средние между
значениями
при λ=0,28
и 0,29 и занесены
в гр. 2 расчетной
таблицы (для
сокращения
объема значения
в таблице даны
через 30°).
Угловая
скорость вращения
коленчатого
вала
рад/с.
Скорость
поршня
м/с
Значения
для
взяты из таблицы
и занесены в
гр. 4, а рассчитанные
значения vп
— в гр. 5 таблицы.
Ускорение
поршня
=
м/с2
Значения
для
взяты из таблицы
и занесены в
графу 6, а рассчитанные
значения
- в гр. 7 таблицы.
| 1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
| 0 |
0,0000 |
0,0 |
0,0000 |
0,0 |
+1,2860 |
+16420 |
| 30 |
+0,1697 |
6.8 |
+0,6234 |
+14 |
+1,0085 |
+12877 |
| 60 |
+0,6069 |
24.0 |
+0,9894 |
+22.4 |
+0,3575 |
+4565 |
| 90 |
+1,1425 |
45.7 |
+1,0000 |
+22.6 |
-0,2850 |
-3639 |
| 120 |
+1,6069 |
64.3 |
+0,7426 |
+16.8 |
-0,6425 |
-8204 |
| 150 |
1,9017 |
76.0 |
+0,3766 |
+8.5 |
-0,7235 |
-9238 |
| 180 |
+2,0000 |
80 |
0,0000 |
0,0 |
-0,7150 |
-9129 |
| 210 |
+1,9017 |
76.0 |
-0,3766 |
-8.5 |
-0,7235 |
-9238 |
| 240 |
+1,6069 |
64.3 |
-0,7426 |
-16.8 |
-0,6425 |
-8204 |
| 270 |
+1,1425 |
45.7 |
-1,0000 |
-22.6 |
-0,2850 |
-3639 |
| 300 |
+0,6069 |
24.0 |
-0,9894 |
-22.4 |
+0,3575 |
+4565 |
| 330 |
+0,1697 |
6.8 |
-0,6234 |
-14 |
+1,0085 |
+12877 |
| 360 |
+0,0000 |
0,0 |
-0,0000 |
0,0 |
+1,2850 |
+16408 |
По данным
таблицы построены
графики
в масштабе
мм
в мм,
-
в масштабе
м/с в мм,
- в масштабе
м/с2
в мм. Масштаб
угла поворота
коленчатого
вала
в мм.
При
,
а на кривой
- это точка перегиба.
Динамика
Силы давления
газов
мм,
где Мs
— масштаб
хода поршня
на индикаторной
диаграмме.
Масштабы
развернутой
диаграммы:
давлений и
удельных сил
МПа в мм; полных
сил
МН
в мм, или Mp=245
Н в мм, угла поворота
кривошипа
Mφ=3°в
мм, или
рад в мм,
где OB— длина
развернутой
индикаторной
диаграммы, мм.
По развернутой
диаграмме через
каждые 10° угла
поворота кривошипа
определяют
значения ∆pг
и заносят в гр.
2 сводной таблицы
динамического
расчета (в таблице
значения даны
через 30° и точка
при φ=370°).
Приведение
масс частей
кривошипно-шатунного
механизма
С учетом
диаметра цилиндра,
отношения
,
рядного расположения
цилиндров и
достаточно
высокого значения
рz
устанавливаются:
масса поршневой
группы (для
поршня из
алюминиевого
сплава принято
=80
кг/м2)
кг;
масса шатуна
(для стального
кованого шатуна
принято
кг/м2)
кг;
масса неуравновешенных
частей одного
колена вала
без противовесов
(для литого
чугунного вала
принято
кг/м2)
кг.
Масса шатуна,
сосредоточенная
на оси поршневого
пальца:
кг.
Масса шатуна,
сосредоточенная
на оси кривошипа:
кг.
Массы, совершающие
возвратно-поступательное
движение:
кг.
Массы, совершающие
вращательное
движение:
кг.
Удельные
и полные силы
инерции.
Из таблицы
переносят
значения j
в гр. 3 таблицы
и определяют
значения удельной
силы инерции
возвратно-поступательно
движущихся
масс (гр. 4):
Мпа
Центробежная
сила инерции
вращающихся
масс.
кН
Центробежная
сила инерции
вращающихся
масс шатуна:
кН
Центробежная
сила инерции
вращающихся
масс кривошипа:
кН
Удельные
суммарные силы.
Удельная сила
(МПа), сосредоточенная
на оси поршневого
пальца (гр. 5):
Удельная
нормальная
сила (МПа)
.
Значения tgβ
определяют
для λ=0,285
по таблице
и заносят в гр.
6, а значения
pN — в
гр. 7.
Удельная
сила (МПа), действующая
вдоль шатуна
(гр. 9):
Удельная
сила (МПа), действующая
по радиусу
кривошипа (гр.
11):
Удельная
(гр.13) и полная
(гр.14) тангенциальные
силы (МПа и кН):
и
По данным
таблицы строят
графики изменения
удельных сил
pj, p,
ps,
pN, pK
и рT в
зависимости
от изменения
угла поворота
коленчатого
вала φ.
Среднее
значение
тангенциальной
силы за цикл:
по данным
теплового
расчета
Н;
Крутящие
моменты. Крутящий
момент одного
цилиндра
Н·м
Период изменения
крутящего
момента четырехтактного
двигателя с
равными интервалами
между вспышками
Суммирование
значений крутящих
моментов всех
четырех цилиндров
двигателя
осуществляется
табличным
методом через
каждые 10° угла
поворота коленчатого
вала и по полученным
данным строится
кривая Мкр
в масштабе ММ=
10 Н·м в мм.
Средний
крутящий момент
двигателя:
По данным
теплового
расчета
Н·м;
Максимальный
и минимальный
крутящие моменты
(рис. 10.2, д)
Mкp.max=500
Н·м; Мкр.min=
-212 Н·м.
Графики
динамического
расчёта карбюраторного
двигателя:
|
φ°
|
Цилиндры |
Мкр.ц,
Н·м
|
|
1-й |
2-й |
3-й |
4-й |
|
|
φ°
криво-
шипа
|
Мкр.ц,
Н·м
|
φ°
криво-
шипа
|
Мкр.ц,
Н·м
|
φ°
криво-
шипа
|
Мкр.ц,
Н·м
|
φ°
криво-
шипа
|
Мкр.ц,
Н·м
|
|
| 0 |
0 |
0 |
180 |
0 |
360 |
0 |
540 |
0 |
0 |
| 30 |
30 |
-180 |
210 |
-75 |
390 |
240 |
570 |
-78 |
-93 |
| 60 |
60 |
-103 |
240 |
-133 |
420 |
161 |
600 |
-137 |
-212 |
| 90 |
90 |
77 |
270 |
-84 |
450 |
221 |
630 |
-83 |
131 |
| 120 |
120 |
132 |
300 |
71 |
480 |
199 |
660 |
97 |
499 |
| 150 |
150 |
75 |
330 |
90 |
510 |
97 |
690 |
176 |
438 |
| 180 |
180 |
0 |
360 |
0 |
540 |
0 |
720 |
0 |
0 |
ВЫВОД: Вследствие
применения
новых более
лёгких конструкционных
материалов
мы получили
улучшенные
параметры сил
и моментов,
действующих
на кривошипно-шатунный
механизм. После
чего можно
предположить,
что повысится
степень уравновешенности
двигателя.
Конструирование
и расчёт на
прочность
деталей двигателя
Расчет поршня
бензинового
двигателя
На основании
данных расчетов
(теплового,
скоростной
характеристики
и динамического)
получили: диаметр
цилиндра D =79 мм,
ход поршня
S=80, действительное
максимальное
давление сгорания
Рд=6,233
МПа при nм=3000
об/мин, площадь
поршня Fп=
48,99 см2
, наибольшую
нормальную
силу Nmax=
0,0044 МН при φ=370°,
массу
поршневой
группы mn=
0,3916 кг, частоту
вращения nx.x
max=6000 мин-1 и
λ=0,285.
В соответствии
с существующими
аналогичными
двигателями
и с учетом
соотношений,
принимаем
толщину днища
поршня δ=7,5
мм, высоту поршня
Н= 88 мм; высоту
юбки поршня
hю=58 мм,
радиальную
толщину кольца
t=3,5 мм, радиальный
зазор кольца
в канавке поршня
∆t=0,8 мм, толщину
стенки головки
поршня S=5 мм,
величину верхней
кольцевой
перемычки
hп=3,5 мм,
число и диаметр
масляных каналов
в поршне
=10
и dм=1
мм. Материал
поршня — эвтектический
алюминиевый
сплав -
1/К; материал
гильзы цилиндра
— серый чугун,
1/К.
Напряжение
изгиба в днище
поршня:
МПа,
Где
мм.
Днище поршня
должно быть
усилено ребрами
жесткости.
Кроме того, в
целях повышения
износо- и термостойкости
поршня целесообразно
осуществить
твердое анодирование
днища и огневого
пояса, что