Расчет привода и поршневого двигателя автомобиля

Введение

Курсовая работа является важным этапом подготовки студентов к решению задач применительно к практике по обработке исходной информации и по обучению оформления технической и нормативной документации в соответствии с ГОСТ и ЕСКД.

Качество выполнения курсовой работы характеризует уровень усвоения дисциплины ВлОсновы функционирования систем сервисаВ», что позволяет оценить готовность студента к самостоятельной работе по выполнению дипломного проекта и к практической деятельности на производстве как будущего специалиста по сервису (Специализация 23.07.12).

1. Приводы автомобиля

Простейшая принципиальная схема привода автомобиля (рис. 1) включает в себя карбюраторный или дизельный многоцилиндровый четырехтактный двигатель с кривошипно-шатунным механизмом тронкового типа 1, маховик 2, фрикционную муфту сцепления 3, коробку перемены передач 4, главную передачу 5 заднего моста автомобиля, дифференциал 6 и полуоси 7.

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

В головке блока размещены впускные и выпускные клапаны.

Маховик 2 во время рабочего хода поршня накапливает запас энергии, за счет которой осуществляется нерабочий ход и повышается равномерность вращения коленчатого вала.

Фрикционная муфта сцепления 3 обеспечивает присоединение или отсоединение трансмиссии (коробки перемены передач) и двигателя внутреннего сгорания.

Коробка перемены передач 4 (КПП) тАУ двухступенчатая и двухскоростная.

Главная передача 5 тАУ коническая, соединена шестернями дифференциала с полуосями заднего моста.

2. Двигатель внутреннего сгорания

Поршневые двигатели внутреннего сгорания являются тепловыми двигателями, у которых химическая энергия топлива преобразуется в механическую работу непосредственно в самом двигателе.

Преобразование химической энергии в тепловую и тепловой тАУ в энергию движения поршня (механическую) происходит практически одновременно, непосредственно в цилиндре двигателя.

В результате сгорания рабочей смеси в цилиндрах двигателя образуются газообразные продукты с высоким давлением и температурой.

Под влиянием давления поршень совершает поступательное движение, которое с помощью шатуна и кривошипа преобразуется во вращение коленчатого вала.

Четырехтактными называют двигатели, у которых один рабочий цикл совершается за четыре хода (такта) поршня, соответствующих двум оборотам коленчатого вала. Схема работы четырехтактного двигателя без наддува представлена на рис.2.

Первый такт тАУ впуск или всасывание горючей смеси тАУ соответствует движению поршня вниз от В.М.Т. до Н.М.Т. За счет движения поршня создается разрежение (около 0,05 тАУ 0,1 н/см²) и горючая смесь через открытый клапан ВлаВ» засасывается в цилиндр. Для достижения максимального наполнения цилиндра впускной клапан открывается несколько раньше положения поршня в В.М.Т. (точка 1) с определенным углом опережения и закрывается с некоторым углом запаздывания после Н.М.Т. (точка 2).

Второй такт тАУ сжатие тАУ соответствует движению поршня вверх от момента закрытия впускного клапана до момента прихода поршня в В.М.Т. Во время такта сжатия все клапаны находятся в закрытом положении.

Поршень сжимает находящуюся в цилиндре горючую смесь, в точке 3 подается искра в свече для воспламенения горючей смеси.

Третий такт тАУ горение и расширение (рабочий ход) тАУ соответствует движению поршня от В.М.Т. к Н.М.Т. под давлением сгорающего топлива и расширяющихся продуктов сгорания. (от точки 4 до точки 5).

Четвертый такт тАУ выпуск отработавших газов тАУ осуществляется при ходе поршня вверх от Н.М.Т. к В.М.Т. Этот ход поршня происходит при открытом выпускном клапане ВлбВ». Для улучшения процесса выпуска клапан открывается несколько раньше Н.М.Т. (точка 5) и закрывается с некоторым запаздыванием (точка 6).

В дизель, в отличие от карбюраторного двигателя, при движении поршня от В.М.Т. к Н.М.Т. засасывается через впускной клапан атмосферный воздух, на такте сжатия повышается давление и температура, при впрыске через форсунку топливо самовоспламеняется и сгорает, газы расширяясь давят на поршень, совершая рабочий ход, при движении поршня из Н.М.Т. к В.М.Т. через открытый выпускной клапан отработанные газы выталкиваются в атмосферу.

При дальнейшем движении поршня вниз начинается новый рабочий цикл, такты которого повторяются в перечисленной ранее последовательности.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя изображается диаграммами в виде замкнутой (рис. 3) и развернутой (рис. 4).

Исходные данные для кинематического и динамического (силового) анализа кривошипно-шатунного механизма представлена в таблице 1.

3. Обозначения

К тАУ карбюраторный двигатель

Д тАУ дизель

В.М.Т. тАУ верхняя мертвая точка

Н.М.Т. тАУ нижняя мертвая точка

П_ведом тАУ ведомый вал

П_д тАУ частота вращения двигателя (ведущего вала), об/мин;

П_п тАУ частота вращения промежуточного вала КПП, об/мин;

П_кпп тАУ частота вращения выходного вала КПП, об/мин;

П_в тАУ частота вращения ведомого вала главной передачи, об/мин;

R тАУ радиус кривошипа, мм;

l - постоянная кривошипно-шатунного механизма;

l = R / L = 0,25

где L тАУ длина шатуна, мм;

Р₁, Р₂, Р₃, Р₄ тАУ давление газов в цилиндре двигателя, МПа;ВаВаВаВаВаВаВаВаВа (см. Индикаторная диаграмма Рис. 3)

Z₁ тАж. Z₆ тАУ число зубьев шестерен и колес в коробке перемен передач и в главной передаче;

Р_ш тАУ сила, направленная по оси шатуна, Н; (см. рис. 5)

Р_г тАУ сила давления газов на поршень, Н;

Р_н тАУ сила, направленная перпендикулярно оси цилиндра, Н;

Р_р тАУ радиальная сила, действующая по радиусу кривошипа, Н;

Pт тАУ тангенциальная сила, действующая по касательной к окружности

4. Исходные данные (l=0,25)

Таблица 1

5. Содержание курсовой работы

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части в виде принципиальной схемы привода автомобиля (рис. 1), схемы работы четырехтактного двигателя (рис. 2), замкнутой и развернутой индикаторной диаграммы (рис. 3, рис.4), схемы кривошипно шатунного механизма и действия сил давления газов на поршень (рис.5), графика зависимости пути ВлSВ», скорости ВлnВ» и ускорения ВлаВ» поршня от угла ВлaВ» поворота коленчатого вала(рис. 6), графика зависимости усилий Р_ш, Р_н,Р_р, Р_т и крутящего момента М_кр на валу двигателя от угла ВлaВ» поворота коленчатого вала.

По исходным данным вначале построить индикаторные диаграммы (рис.3, рис.4).

Расчетно-пояснительная записка включает титульный лист (см. Приложение), исходные данные на выполнение курсовой работы и следующие разделы:

1. Привод автомобиля.

2. Двигатель внутреннего сгорания.

3. Обозначение:

4. Исходные данные (Таблица 1).

5. Содержание курсовой работы.

6. Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма.

7. Динамический анализ кривошипно-шатунного механизма.

8. Силовой расчет трансмиссии автомобиля.

9. Прочностной расчет поршня и поршневого пальца двигателя.

6. Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма

6.1 Выражение для определения перемещения ВлSВ» поршня в зависимости от угла поворота кривошипа ВлaВ» запишется в виде (рис. 5)

S = (R + L) тАУ (R*Cosa + L*Cosb) = R (1 тАУ Cosa) + L (1 тАУ Cosb) = R (1 тАУ Cosa) + L (1 тАУ 1 - l² * Sin²a )

Величина R (1 тАУ Cosa) тАУ определяет путь, который прошел бы поршень, если шатун был бы бесконечно длинным,

а величина L (1 тАУ 1 - l² * Sin²a ) тАУ есть поправка на влияние конечной длины шатуна.

Используя формулу Бинома Ньютона выражение для вычисления тАЬ S тАЬ упрощается:

S = R (1 тАУ Cosa + ( l/2)* Sin²a ).

S = 75*(1 тАУ Cos0 + ( l/2)* Sin²0 )=0

S = 75*(1 тАУ Cos30 + ( l/2)* Sin²30 )=12.392

S = 75*(1 тАУ Cos60 + ( l/2)* Sin²60 )=44.531

S = 75*(1 тАУ Cos90 + ( l/2)* Sin²90 )=84.375

S = 75*(1 тАУ Cos120 + ( l/2)* Sin²120 )=119.531

S = 75*(1 тАУ Cos150 + ( l/2)* Sin²150 )=142.296

S = 75*(1 тАУ Cos180 + ( l/2)* Sin²180 )=150

S = 75*(1 тАУ Cos210 + ( l/2)* Sin²210 )=142.296

S = 75*(1 тАУ Cos240 + ( l/2)* Sin²240 )=119.531

S = 75*(1 тАУ Cos270 + ( l/2)* Sin²270 )=84.357

S = 75*(1 тАУ Cos300 + ( l/2)* Sin²300 )=44.531

S = 75*(1 тАУ Cos330 + ( l/2)* Sin²330 )=12.392

S = 75*(1 тАУ Cos360 + ( l/2)* Sin²360 )=0

Расчеты внесем в табл.2 и построим график зависимости

S = f (a)тАж (рис.6)

6.2 Скорость поршня изменяется во время ВлtВ», т.е.

n = ds / dt = (ds / da) * (da / dt),

где da / dt = w - угловая частота вращения.

ds / da = R* d/da (1 тАУ Cosa + ( l/2)* Sin²a) =

= R (Sina + ( l/2)* Sin2a)

n = w * R (Sina + (l/2)* Sin2a).

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin0 + (l/2)* Sin2*0)=0

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin30 + (l/2)* Sin2*30)=11936.97

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin60 + (l/2)* Sin2*60)=19120.22

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin90 + (l/2)* Sin2*90)=19625ВаВаВаВаВаВа

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin120 + (l/2)* Sin2*120)=14871.28

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin150 + (l/2)* Sin2*150)=7688.03

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin180 + (l/2)* Sin2*180)=0

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin210 + (l/2)* Sin2*210)= -7688.03

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin240 + (l/2)* Sin2*240)= -14871.28

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin270 + (l/2)* Sin2*270)= -19625

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin300 + (l/2)* Sin2*300)= -19120.22

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin330 + (l/2)* Sin2*330)= -11936.97

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin360 + (l/2)* Sin2*360)=0

Расчеты внесем в табл. 2 и построим график зависимости

n = f (a) тАж (рис. 6)

6.3 Ускорение поршня изменяется во времени t , т.е.

а = dn / dt = (dn / da) * (da / dt) = (dn / da) * w.

dn / da = w * R * d/ da (Sina + ( l/2)* Sin2α) =

= w * R * (Cosa + l * Cos2α).

а = w * (dn / da) = w² * R * (Cosa + l * Cos2α).

а = (3.14*3400/30)² * 45 * (Cos0 + l * Cos2*0)=6419010.4

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos30 + l * Cos2*30)=5089121.91

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos60 + l * Cos2*60)=1925703.125

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos90 + l * Cos2*90)= -1283802.1

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos120 + l * Cos2*120)= -3209505.2

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos150 + l * Cos2*150)= -3805319.82

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos180 + l * Cos2*180)= -3851406.25

а = (3.14*3400/30)²* 45 * (Cos210 + l * Cos2*210)= -3805319.82

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos240 + l * Cos2*240)= -3209505.2

а = (3.14*3400/30)² * 45 * (Cos270 + l * Cos2*270)= -1283802.1

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos300 + l * Cos2*300)=1925703.125

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos330 + l * Cos2*330)=5089121.91

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos360 + l * Cos2*360)=6419010.4

Расчеты занесем в табл.2 и построим график зависимости

а = f (a) тАж (рис. 6).

Таблица 2