Проект модернізації конструкції шатуну автомобільного двигуна (стр. 3 из 7)
Кгш та Кгк - центробіжні сили інерції обертаючихся мас шатуна та кривошипа, кН;
Р – удільна сила, зосереджена на осі поршневого пальця, МПа;
Ps – удільна сила, діюча вздовж тіла шатуна, МПа;
Pп – удільна нормальна сила, МПа;
Pтта Т – удільна та тангенціальна (повна) сили, МПа та кН;
Pк – удільна сила, діюча по радіусу кривошипа, МПа;
Величини сил Р, Ps, Pп, Pт, Pк дорівнюються нулю, коли кут між шатуном та кривошипом дорівнює 90є. Максимальні значення сил Р, Ps, Pк достигають під час запалювання робочої суміші при φ = 360є. При цьому збільшується тиск на поршень, що призводить до інтенсивного зносу корінних підшипників.
2.3 Аналіз потужних ефективних параметрів проектованого двигуна та порівняння з ефективними показниками базового двигуна
Параметри, які характеризують конструктивні особливості двигуна
Кількість та розташування циліндрів впливає на розміри циліндрів, урівноваженість двигуна, рівномірність ходу, теплову напругу теплової групи, знос двигуна, вартість виробництва, вартість експлуатації.
В проектуємому двигуні і=4; D= 67,5; S= 63,5 що дозволило створити камеру згорання більш кращої форми, підвищити ступінь стиснення ε = 9,5 , а також й економічність двигуна.
При малому діаметрі поршня зменшена вага шатунно-поршневої групи,
сили інерції зворотно-поступових мас зі збільшенням числа циліндрів зменшується, що дозволяє знизити знос двигуна та збільшити обороти колінчастого валу, при цьому збільшується потужність двигуна та зменшується його питома вага.
Відношення ходу поршня до діаметру циліндра.
Параметр, впливаючий на конструкцію двигуна, в базовому двигуні, що дозволяє віднести двигун до швидкохідних.
Використання короткохідної конструкції дозволило:
- трохи збільшити довжину двигуна та довжину колінчастого валу;
- зменшити тепловіддачу стінки циліндрів;
- зменшити середню швидкість поршня та впливаючий від неї знос та збільшити пробіг двигуна до капітального ремонту;
- збільшити термін служби шатунно-поршневої групи, циліндра, колінчастого валу.
Відношення радіусу кривошипу до довжини
В базовому двигуні:
(5)де R – радіус кривошипу, мм;
L – довжина шатуна, мм;
Відношення радіусу кривошипу до довжини впливає на тертя та знос двигуна.
Параметри потужності двигуна:
Літрова потужність характеризує ступінь використання робочого об’єму, та визначається за формулою:
(6)де Ne – ефективна потужність, кВт;
Vh – робочий об’єм одного циліндра, л.;
і – кількість циліндрів
Для базового двигуна:
кВт/лДля проектованого двигуна:
кВт/лПоршнева потужність:
Поршнева потужність визначає питоме навантаження на поршень і характеризує теплове та динамічне навантаження та розраховується за формулою:
( 7)де Ne – ефективна потужність, кВт;
Fn – площа поршня, м2;
і – кількість циліндрів;
Для базового двигуна:
кВт/дм2Для проектованого двигуна:
кВт/дм2Питома потужність визначається за формулою:
(8 )де Ne – ефективна потужність, кВт;
Ga – вага автомобіля, кг.;
Для базового двигуна:
кВт/кгДля проектованого двигуна:
кВт/кгЛітрова вага розраховується за формулою:
(9)де Gдвс – вага двигуна, кг.;
Vh – робочий об’єм одного циліндра, л.;
і – кількість циліндрів;
Для базового двигуна:
кг/лДля проектованого двигуна:
кг/лЛітрова вага оцінює вдосконаленість конструкції двигуна та якість їдучих на нього виготовлення матеріалів.
Питома вага визначається за формулою:
(10)де Gдвс – вага двигуна, кг.;
Ne – ефективна потужність, кВт;
Для базового двигуна:
кг/кВтДля проектованого двигуна:
кг/кВтПитома вага оцінює легкість конструкції та ступінь форсування двигуна.
Таблиця 2.7 – Ефективні параметри базового та проектованого двигуна
| Найменування | Позначення | Значення | ||
| Базового | Проектованого | |||
| 1 Параметри робочого процесу | ||||
| 1.1 Ступінь стиснення | ε | 9,5 | 9,5 | |
| 1.2 Середній ефективний тиск, МПа | Ре | 0,79 | 0,8768 | |
| 1.3 Число тактів | τ | 4 | 4 | |
| 2 Динамічні параметри | ||||
| 2.1 Число обертів колінчастого валу, хв.-1 | n | 5600 | 5600 | |
| 2.2 Середня швидкість поршня, м/с | Vп.ср | 12,8 | 10,75 | |
| 3 Параметри, які характеризують особливості двигуна | ||||
| 3.1 Кількість циліндрів | і | 4 | 4 | |
| 3.2 Відношення ходу поршня до діаметру циліндра, мм | S/D | 0,93 | 0,93 | |
| 3.3 Відношення радіусу кривошипу до довжини шатуна, мм | λ = R/L | 0,28 | 0,26 | |
| Найменування | Позначення | Значення | ||
| Базового | Проектованого | |||
| 4 Потужністні параметри | ||||
| 4.1 Ефективна потужність, кВт | Ne | 37,5 | 37,5 | |
| 4.2 Літрова потужність, кВт/л | Nл | 34,4 | 41,29 | |
| 4.3 Поршнева потужність, кВт/ дм2 | Nп | 23,81 | 26,26 | |
| 4.4 Питома потужність, кВт/кг | Ng | 0,0528 | 0,0535 | |
| 5 Економічні параметри | ||||
| 5.1 Питома ефективна витрата палива, г/(кВт·год) | gе | 287 | 289,39 | |
| 5.2 Годинна витрата палива, кг/год | Gт | 12,8 | 10,75 | |
| 6 Вагові параметри | ||||
| 6.1 Питома вага, кг/кВт | GN | 2,626 | 2,36 | |
| 6.2 Літрова вага, кг/л | Gл | 90,39 | 97,46 | |
2.4 Розрахунок основних конструкційних розмірів елементів деталей (поршня, поршневих кілець, поршневого пальця, шатуна, колінчастого валу, клапана).
Основні розміри елементів деталей визначаємо із конструктивних відношень. Результати обчислень заносимо в таблицю 2.8 – 2.12
Таблиця 2.8 – Основні розміри елементів поршня
| Найменування | Позначення | Співвідношення | Значення |
| 1 Товщина днища, мм | δ | ( 0,05 – 0,10 )D | 6,7 (3,35 – 6,7) |
| 2 Висота поршня, мм | Н | ( 0,8 – 1,3 )D | 68 (53,6 – 87,1) |
| 3 Висота верхньої частини поршня, мм | h1 | ( 0,45 – 0,75 )D | 36 (30,15 – 51,25) |
| 4 Висота юбки поршня, мм | hю | ( 0,45 – 0,75 )D | 45 (30,15 – 51,25) |
| 5 Товщина стінки головки поршня, мм | S | ( 0,05 – 0,10 )D | 7 (3,35 – 6,7) |
| 6 Товщина стінки юбки поршня, мм | δю | 1,5 – 4,5 | 2 |
| 7 Висота жарового поясу, мм | e | ( 0,06 – 0,12 )D | 9 (4,02 – 8,04) |
| 8 Висота першої кільцевої перемички, мм | HH | ( 0,03 – 0,05 )D | 4 (2,01 – 3,35) |
| 9 Відстань від нижньої кромки поршня до вісі пальця, мм | H1 | ( 0,41 – 0,61 )D | 30 (27,47 – 40,87) |
| 10 Зовнішній діаметр пальця, мм | dH | ( 0,24 – 0,28 )D | 19 (16,08 – 18,76) |
| 11 Відстань між бобишками, мм | b | ( 0,3 – 0,5 )D | 26 (20,1 – 33,5) |
| 12 Діаметр бобишек, мм | dб | ( 0,3 – 0,5 )D | 30 (20,1 – 33,5) |
| 13 Кількість масляних отворів у поршні, шт. | nм | 6 – 12 | 8 |
| 14 Діаметр масляних отворів в поршні, мм | dм | ( 0,3 – 0,4 )а | 1,6 (1,05 – 1,4) |
| 15 Висота кільця, мм | а | 2 – 4 | 3,5 |
Розрахунок основних конструкторських розмірів поршневого пальця приведені в таблиці 2.9
Таблиця 2.9 – Основні розміри поршневого пальця
| Найменування | Позначення | Співвідношення | Значення |
| 1 Зовнішній діаметр пальця, мм | dп | (0,22 – 0,28) D | 19 (14,74 – 18,76) |
| 2 Внутрішній діаметр пальця, мм | dв | (0,65 – 0,73)dп | 11,5 (12,35 – 13,87) |
| 3 Довжина плаваючого пальця, мм | lп | (0,73 – 0,88) D | 58 (48,91 – 58,96) |
Розрахунок основних конструктивних розмірів поршневих кілець приведені в таблиці 2.10
Таблиця 2.10 - Основні розміри поршневих кілець
| Найменування | Позначення | Співвідношення | Значення |
| 1 Радіальна товщина кільця, мм:Компресійного Маслозємного | Т | (0,04 – 0,045)D (0,038 – 0,043) D | 3 (2,78 – 3,06) 2,8 (2,622 – 2,967) |
| 2 Висота кільця, мм | А | 2 – 4 | 3,5 (2 – 4) |
| 3 Різниця між величинами зазорів замка кільця в вільному та робочому стані, мм | А | (2,8 – 4,0) t | 8,4 (8,4 – 12) |
| Найменування | Позначення | Співвідношення | Значення |
| 4 Радіальний зазор кільця, мм: Компресійного: Маслоз’ємного: | Δt | 0,7 – 0,95 0,9 – 1,1 | 0,8 (0,7...0,95 0,95 (0,9...1,1) |
Розрахунок основних конструкторських розмірів елементів шатуна приведені в таблиці 2.11