Проект модернізації конструкції шатуну автомобільного двигуна (стр. 2 из 7)

2.2 Аналіз параметрів теплового та динамічного розрахунку

2.2.1 Тепловий розрахунок

Тепловий розрахунок виконується на ЕОМ ( дивись додаток А), результати розрахунку заносимо в таблицю 2.2

Таблиця 2.2 – Результати теплового розрахунку

Найменування параметрів	Позначення			Значення
1 Вихідні данні
1.1 Ефективна потужність	Nе			37,5
1.2 Кількість обертів колінчастого валу при Ne, хв-1.	n			5600
1.3 Ступінь стиснення	ε			9,5
1.4 Молекулярна вага палива	mт			115
1.5 Низша теплота згорання палива, кДж/кг	Hu			44000
2 Параметри робочого тіла
2.1 Теоретично необхідна кількість повітря для згорання 1 кг палива:	Lo lo			0,5162; 14,9565
айменування параметрів		Позначення	Значення
2.2 Коефіцієнт надлишку повітря		Ά	0,9
2.3 Кількість паливної суміші, кг/кг		М1	0,4733
2.4 Кількість питомих компонентів продуктів згоряння, кмоль/кг
2.4.1 Вуглекислого газу		Мсо2	0,0569
2.4.2 Окису вуглецю		Мсо	0,0143
2.4.3 Водяної пари		Мн2о	0,0653
2.4.4 Водню		Мн2	0,0071
2.4.5 Азоту		МN2	0,368
2.4.6 Загальна кількість продуктів згоряння		М2	0,51175
2.5 Коефіцієнт молекулярної зміни паливної суміші		μ0	1,081
3 Параметри навколишнього середовища і залишкові гази
3.1 Тиск навколишнього середовища, МПа		Рk = P0	0,1
3.2 Температура навколишнього середовища, К		То	293
3.3 Тиск залишкових газів, МПа		Рr	0,116
3.4 Температура залишкових газів, К		Тr	1050
4 Параметри процесу впуску
4.1 Температура підігріву свіжого заряду, К		ΔТ	10
4.2 Тиск наприкінці впуску, МПа		Ра	0,086
4.3 Коефіцієнт залишкових газів		γr	0,047
4.4 Температура наприкінці впуску, К		Та	337,0231
4.5 Коефіцієнт наповнення		ηv	0,798
5 Параметри процесу стиску

Найменування параметрів	Позначення	Значення
5.1 Показник політропи стиснення	n1	1,34
5.2 Тиск наприкінці стиснення, МПа	Рс	1,757522
5.3 Температура наприкінці стиснення, К	Тс	724,579
6 Параметри процесу згорання
6.1 Коефіцієнт молекулярної зміни робочої суміші	М1	1,0774
6.2 Кількість теплоти, загубленої внаслідок хімічної неповноти згорання палива, к·Дж/кг	ΔHu	6192,735
6.3 Теплота згорання робочої суміші, к·Дж/кг	Hрс	76234,75
6.4 Коефіцієнт використання тепла	Ξ	0,85
6.5 Температура наприкінці видимого процесу згорання, К	Тz	2660,801
6.6 Максимальний тиск згорання (теоретичний), МПа	Рz	6,9538
6.7 Ступінь підвищення тиску	Λ	3,9565
7 Параметри процесу розширення
7.1 Показник політропи розширення	n2	1,23
7.2 Тиск наприкінці розширення, МПа	Pb	0,4361
7.3 Температура наприкінці розширення, К	Тb	1585,39
8 Індикаторні параметри робочого циклу
8.1 Теоретично середній індикаторний тиск, МПа	Pіґ	1,112325
8.2 Коефіцієнт повноти діаграми	φи	0,94
8.3 Дійсний середній індикаторний тиск, МПа	Pі	1,045585
8.4 Індикаторний ККД	ηі	0,3371

Подовження таблиці 2.2

Найменування параметрів	Позначення	Значення
9 Ефективні показники двигуна
9.1 Середній тиск механічних втрат, МПа	Pm	0,1687
9.2 Середній ефективний тиск, МПа	Pe	0,8768
9.3 Механічний ККД	ηm	0,8386
9.4 Ефективний ККД	ηe	0,2827
10 Основні параметри циліндру та двигуна
10.1 Літраж двигуна, л	Vл	0,9084
10.2 Робочий об’єм одного циліндру, см2	Vh	0,2271
10.3 Діаметр циліндру, мм	D	67,5
10.4 Хід поршня, мм	S	63,5
10.5 Відношення ходу поршня до діаметру циліндра	S/D	0,93
10.6 Ефективна потужність, кВт	Nе	37,5
10.7 Ефективний крутячий момент при Ne, Н·м	Mе	63,42493
10.8 Годинна витрата палива, кг/год	Gт	10,7584
10.9 Середня швидкість поршня, м/с	Vп. ср	11,8533
10.10 Питома ефективна витрата палива, г·кВт/г	gе	289,3952
11 Динамічні параметри
11.1 Площа поршня, м2	Fn	0,00357
11.2 Конструктивна вага:- поршневої групи; - групи шатуна;	mn mm	100 150
11.3 Вага:- поршневої групи; - групи шатуна;	mn mm	0,357 0,536

2.2.2 Індикаторна діаграма.

Індикаторна діаграма показує залежність змінювання тиску всередині циліндрів двигуна в залежності від змінювання об’єму циліндру під час роботи. Ця діаграма будується з використанням даних розрахунку робочого процесу.

Параметри для побудування індикаторної діаграми розраховані за допомогою ЕОМ (дивись додаток Б). Для побудування діаграми використовуємо данні таблиці 2.3

Ординати крапок тиску відображені через 30^о кута повороту кривошипу.

2.2.3 Зовнішні швидкісні характеристики.

Зовнішня швидкісна характеристика представляє собою залежність змінювання потужних параметрів від частоти обертів колінчастого валу. Параметри для побудування графіків розраховані за допомогою ЕОМ, для побудування використовуємо дані таблиці 2.4. На графіках крапки перегину відповідають значенням: крутного моменту М_е при n= 2600 хв^-1, ефективній потужності N_е = 37,17 кВт при n = 5600 хв^-1, питомій ефективній витраті палива g_е = 243,4221 г/(кВт∙г) при n = 3100 хв^-1.

2.2.4 Кінематика кривошипно-шатунного механізму

Розрахунок кінематики кривошипно-шатунного механізму зводиться до визначення шляху, швидкості та прискорення поршня. При цьому приймається, що колінчастий вал обертається з постійною кутовою швидкістю ω (у дійсності за рахунок постійно змінюючихся газових навантажень на поршень та деформації колінчастого валу ω ≠ const). Це припущення дозволяє розглядати усі кінематичні величини у вигляді функціональної залежності від кута повороту колінчастого валу φ, який при ω = const пропорційний часу.

Параметри кінематичного аналізу розраховані за допомогою ЕОМ (дивись додаток Г.), для побудування графіків використовуємо дані таблиці 2.5

Для побудування графіків використовуємо данні з таблиці 2.5

Переміщення поршня:

Хід поршня (переміщення) здійснюється в залежності від кута повороту кривошипу та відхилення шатуна. При повороті кривошипа від 0 до 90є поршень проходить проміжок S = 0,0359 м, що більше, ніж при повороті кривошипу від 90є до 180є на ΔS = 0,02755 м.

Швидкість поршня:

При переміщенні поршня швидкість його руху є величиною переміною та при сталої частоті обертання колінчастого валу залежить тільки від змінювання кута повороту кривошипа та відношення λ = R/L_ш.

Максимальна швидкість поршня буде рівною V_max=19,1787 м/с, при φ = 80є. В цьому випадку кут між шатуном та кривошипом буде рівним 90є.

У мертвих точках швидкість поршня дорівнює 0.

Прискорення поршня:

Величина прискорення j_maxпоршня залежить від відношення радіуса кривошипа до довжини шатуна. Максимальне значення j_max= 13807,8 м/с² при φ = 0, тобто у мертвій точці.

2.2.5 Динаміка кривошипно-шатунного механізму

Динамічний розрахунок кривошипно – шатунного механізму заключається у визначенні сумарних сил та моментів, виникаючих від тиску газів та сил інерції. По цим силам розраховують основні деталі на міцність та знос, а також визначають нерівномірність крутячого моменту та ступінь нерівномірності ходу двигуна. Під час роботи двигуна на деталі кривошипно – шатунного механізму діють сили тиску газів в циліндру, сили інерції зворотно-поступових мас, центробіжні сили та тиск на поршень зі сторони картера.

Параметри динамічного аналізу розраховані за допомогою ЕОМ (дивись додаток Д.). Для побудування графіків використовуємо дані таблиці 2.7

Сили та тиски, діючі на деталі КШМ:

ΔP_а – надлишковий тиск під поршнем, МПа;

P_j – удільна сила інерції, МПа;

К_г – центробіжна сила інерції обертаючихся мас, кн.;