|
Расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968МРасчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968ММинистерство образования Российской Федерации Вологодский государственный технический университет Факультет: ФПМ Кафедра: А и АХ Дисциплина: АД РАСЧЕТНО(ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ Тема: расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ(968М (Ne=60 л.с. (44,1 кВт), n=4500 мин-1, (=7,5, воздушное охлаждение) Выполнил: Дроздов Д. В. Группа: МАХ-41 Принял: к.т.н. Яковицкий А. А. Вологда, 2001 г. Содержание Введение Задание на курсовой проект 1. Тепловой расчет 2. Построение внешней скоростной характеристики двигателя 3. Сравнение параметров проектируемого двигателя и прототипа 4. Расчет кинематики и динамики двигателя 1. Кинематический расчет 2. Динамический расчет 5. Анализ компьютерного расчета на ЭВМ 6. Уравновешивание двигателя 7. Расчет основных деталей двигателя 8. Спец. разработка ( система охлаждения) Заключение Список литературы ВВЕДЕНИЕ На наземном транспорте наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания. Эти двигатели отличаются компактностью, высокой экономичностью, долговечностью и применяются во всех отраслях народного хозяйства. В настоящее время особое внимание уделяется уменьшению токсичности выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и снижению уровня шума работы двигателей. Специфика технологии производства двигателей и повышение требований к качеству двигателей при возрастающем объеме их производства, обусловили необходимость создания предполагаемые показатели цикла, мощность и экономичность, а также давление газов, действующих в надпоршневом пространстве цилиндра, в зависимости от угла поворота коленчатого вала. По данным расчета можно установить основные размеры двигателя (диаметр цилиндра и ход поршня) Успешное применение двигателей внутреннего сгорания, разработка опытных конструкций и повышение мощностных и экономических показателей стали возможны в значительной мере благодаря исследованиям и разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания. Выполнение задач по производству и эксплуатации транспортных двигателей требует от специалистов глубоких знаний рабочего процесса двигателей, знания их конструкций и расчета двигателей внутреннего сгорания. Рассмотрение отдельных процессов в двигателях и их расчет позволяют определить и проверить на прочность его основные детали. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ По заданным параметрам двигателя произвести тепловой расчет, по результатам расчета построить индикаторную диаграмму, определить основные параметры поршня и кривошипа. Разобрать динамику кривошипно-шатунного механизма. Построить график средних крутящих моментов. Параметры двигателя: |Номинальная |Число |Расположение |Тип двигателя |Частота |Степень | |мощность, |цилиндров,|цилиндров | |вращения |сжатия | |л.с. (кВт) |i | | |коленвала, | | | | | | |об/мин-1 | | |60 (44,1) |4 |V-образное |карбюраторный |4500 |7,5 | 1.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ [1, с.72(94] 1.1. Выбор исходных данных 1.1.1. Топливо Степень сжатия проектируемого двигателя ( =7,5. В качестве топлива выбираем бензин марки А(76. Элементарный состав топлива: С+Н+О=1 где C=0,855; H=0,145; О=0. Молекулярная масса топлива: МT=115 кг/кмоль. Низшая теплота сгорания топлива: Нu=33,91C+125,60H(10,89(O(S)(2,51(9H+W); Нu=33,91(0,855+125,60(0,145(2,51(9(0,145)=43930 кДж/кг. 1.1.2. Параметры рабочего тела Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива: [pic] [pic] кг возд./кг топл. [pic] [pic] кмоль возд./кг топл. Коэффициент избытка воздуха ? принимаем равным 0,96 для получения оптимального соотношения экономичности и мощности проектируемого двигателя. Количество горючей смеси: М1 = (Lo+1/ mт = 0,96(0,516+1/115= 0,5050 кмоль. При неполном сгорании топлива ( ((1 ) продукты сгорания представляют собой смесь окиси углерода (СО), углекислого газа (СО2) , водяного пара (Н2О), свободного водорода (Н2) , и азота (N2) . Количество отдельных составляющих продуктов сгорания и их сумма при К=0,5 (К(постоянная зависящая от отношения количества водорода к окиси углерода, содержащихся в продуктах сгорания): МСО =2([(1(()/(1+K)](0,208(Lo; МСО =2([(1(0,96)/(1+0,5)](0,208(0,517=0,0057 кмоль/кг топл. МСО[pic]=С/12-2([(1(()/(1+K)](0,208(Lo; МСО[pic]=0,855/12(2([(1-0,96)/(1+0,5)](0,208(0,517=0,0655 кмоль/кг топл. МН[pic]=2(К([(1(()/(1+K)](0,208(Lo; МН[pic]=2(0,47([(1(0,96)/(1+0,5)](0,208(0,517=0,0029 кмоль/кг топл. МН[pic]О=Н/2(2(К([(1-()/(1+K)] (0,208(Lo; МН[pic]О=0,145/2-2(0,47([(1(0,96)/(1+0,5)](0,208(0,517=0,0696 кмоль/кг топл. МN[pic]=0,792((Lo; МN[pic]=0,792(0,96(0,517=0,393 кмоль/кг топл. Суммарное количество продуктов сгорания: М2 =МСО+МСО[pic]+МН[pic] + МН[pic]О + МN[pic]; М2 =0,0073+0,063+0,0034+0,069+0,388=0,5367 кмоль/кг топл. Проверка: М2 =С/12+Н/2+0,792(((Lo; М2=0,855/12+0,145/2+0,792(0,96(0,517=0,5367 кмоль/кг топл. 1.1.3. Параметры окружающей среды и остаточных газов Атмосферное давление и температура окружающей среды: po=0,101 МПа; To=293 К. Температуру остаточных газов принимаем на основании опытных данных [1,с.43]: Тr =1040 К; pr =1,16(po =1,16(0,101=0,11716 МПа. Давление остаточных газов Рr можно получить на номинальном режиме: РrN=1,18(Р0=0,118 Мпа Ар=(РrN - Р0(1,035) (108/(nN2(Р0)=0,716 Находим давление остаточных газов Рr: Рr= Р0( (1.035+ Ар(10-8(n2) Рr=0,101( (1,035+0,716(10-8(45002)=0,118 МПа 1.2. Процесс впуска Температуру подогрева свежего заряда принимаем на основании опытных данных [1,с.44]: (Т=8 0 C. Плотность заряда на впуске: ?о= р0 (106 /(RВ(TО) =0,101(106/(287(293) =1,189 кг/м3, где р0 =0,101 МПа; Т0 =293 К; RВ ( удельная газовая постоянная равная 287 Дж/(кг( град(. Давление заряда в конце наполнения Ра принимаем на основании рекомендаций [1,с.44] в зависимости от средней скорости поршня Сп=S(n/30, где S ( ход поршня, n-заданная частота вращения коленвала двигателя: Сп =0,092 (4500/30=9,51 м/с. Принимаем ра=0,0909 МПа. Коэффициент остаточных газов: ?r=[pic], где (оч ( коэффициент очистки; (доз (коэффициент дозарядки (без учета продувки и дозарядки (оч=1; (доз=0,95). ?r=[pic]=0,07. Температура заряда в конце впуска: Та =(To +(Т + ?r(Тr)/(1+ ?r); Та =(293+8+0,07(1040)/(1+0,07)= 349,3 К. Коэффициент наполнения: [pic]; [pic]=0,73. 1.3. Процесс сжатия Средние показатели адиабаты сжатия при работе двигателя на номинальном режиме определяем по номограмме [1,с.48] при ( =7,5 и Та =349,3 К: k1=1,3775; средний показатель политропы сжатия принимаем несколько меньше k1 : n1= k1-0,02=1,3575. Давление в конце сжатия: рс = ра( ( n 1; рс =0,085(7,51,3575 = 1,31 МПа. Температура в конце сжатия: Тс = Та((( n 1-1) ; Тс =349,3(7,5(1,3575-1) =717,85 К. tc=Тс –273; tc=717,85(273=444,85 0C. Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия: свежей смеси: (mC[pic])[pic]=20,6+2,638(10-3(tc=20,6+2,638(10-3(444,85=21,77 кДж/(моль( град( ( остаточных газов: (mC[pic])[pic]=23,805 кДж/(моль( град( -определяем методом экстрополяции (1, табл.7) рабочей смеси: (mC[pic])[pic]=(mC[pic])[pic]=1/(1+?r)(((mC[pic])[pic]+ ?r((mC[pic])[pic])=21,903 кДж/(моль( град( Число молей остаточных газов: Мr =(((r(L0; Мr =0,96(0,07(0,517=0,0347 кмоль/кг топл. Число молей газов в конце сжатия до сгорания: Мс=М1+Мr ; Мс=0,505+0,0347=0,5397 кмоль/кг топл. 1.4. Процесс сгорания Химический коэффициент молекулярного изменения: (о=М2/М1, где М1 ( количество горючей смеси, отнесенное к 1кг топлива; М2 ( количество продуктов сгорания, отнесенное к 1кг топлива. (о=0,5367 / 0,505=1,0628. Действительный коэффициент молекулярного изменения: (= ((о+?r)/(1+?r); (=(1,0628+0,07)/(1+0,07)=1,0587 . Количество теплоты, потерянное вследствие химической неполноты сгорания топлива: (Ни=119950((1(()(L0; (Ни=119950((1(0,96)(0,517=2480,57 кДж/кг топл. Теплота сгорания рабочей смеси: Н раб. см.=(Ни((Ни)/(М1((1+?r )(; Н раб. см.=(43930(2480,57)/(0,505((1+0,07)(=76708,5 кДж/кг топл. Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания: (mC[pic])[pic]=(1/М2)((МCО(mC[pic])[pic]+МСО[pic](mC[pic])[pic]+МН[pic]( mC[pic])[pic]+МН[pic]О(mC[pic])[pic]+ +МN[pic]( mC[pic])[pic](; (mC[pic])[pic]=(1/0,5367)((0,0057((22,49+0,0143(tz)+0,0655((39,123+0, 003349(tz)+0,0029( ((19,678+0,001758(tz)+0,0699((26,67+0,004438(tz)+0,393((21,951+0,0014 57(tz)(= =(24,652+0,002076(tz ) кДж/(моль( град(; Коэффициент использования теплоты ( z определяем по рис.37 [1,с.77] исходя из скоростного режима двигателя: ( z =0,93 . Температура в конце видимого периода сгорания: ( z( Н раб. см. + (mC[pic])[pic]( tc=(( (mC[pic])[pic](tz; 0,93(76708,5+21,903(445=1,0587((24,652+0,002076(tz)(tz;; 0,002198 ( tz2+ 26,099( tz –81085,74=0; tz =((26,099+[pic])/(2(0,002198)= 2556,45 0С; Tz= tz+273=2556,45+273 =2829,45 K. Максимальное теоретическое давление в конце процесса сгорания: рz = pc(((Tz /Tc; рz =1,31(1,0587(2829,45 /717,85=5,4665 МПа. Действительное максимальное давление в конце процесса сгорания: рzд =0,85(рz; рzд =0,85(5,4665=4,6465 МПа. Степень повышения давления: ( =рz / рс ; ( =5,4665/1,31=4,173. 1.5. Процессы расширения и выпуска Средний показатель адиабаты расширения k2 определяем по номограмме (см. рис.29 [1,с.57]) при заданном ( =7,5 для соответствующих значений Tz и ? , а средний показатель политропы расширения n2 оцениваем по величине среднего показателя адиабаты k2=1,2511: n2=1,251. Давление и температура в конце процесса расширения: pb=pz /? n2 ; pb=5,7665/7,51,251=0,43957 МПа. Tb=TZ / ? n2-1; Tb=2829/7,51,251(1=1706 К. Проверка ранее принятой температуры остаточных газов: [pic]; [pic]=1100 К. Погрешность составит: ?=100((1100-1040)/1040=5,65 %. 1.6. Индикаторные параметры рабочего цикла Теоретическое среднее индикаторное давление определяем по формуле: [pic][pic] [pic] МПа. Для определения среднего индикаторного давления примем коэффициент полноты индикаторной диаграммы равным (и=0,96 , тогда: рi =(и(рi’ =0,96(1,0406=1,0 МПа. Индикаторный к.п.д.: (i = pi( l0( ( / (Ни( (0 ((v ); (i = (1,0 (14,957(0,96)/(43,93(1,189(0,73) =0,3766. Индикаторный удельный расход топлива: gi = 3600/( Ни((i); gi = 3600/( 43,93(0,3766)= 218 г/(кВт( ч). 1.7. Эффективные показатели двигателя Среднее давление механических потерь для карбюраторного двигателя с числом цилиндров до 6 и отношением S/D(1: pм=0,034+0,0113(Vп; Предварительно приняв ход поршня S равным 70 мм, получим: Vп=S(n/3(104 Vп =70(4500/3(104=10,35 м/с. pм=0,034+0,0113(10,35=0,151 МПа. Среднее эффективное давление и механический к.п.д.: pе=pi ( pм ; pе =1,0(0,151=0,849 МПа. (м = ре / рi ; (м =0,849/1,0=0,849. Эффективный к.п.д. и эффективный удельный расход топлива: (е=(i((м ; (е=0,3766(0,849=0,3198. ge=3600/(Ни((е); ge=3600/(43,93(0,3198)=256 г/(кВт( ч). 1.8. Основные параметры цилиндра и двигателя а. Литраж двигателя: Vл=30(((Nе/(ре( n)=30(4(44,1/(0,849(4500)=1,3852 л. б. Рабочий объем цилиндра: Vh=Vл / i =1,3852/4=0,3463 л. в. Диаметр цилиндра: D=2(103?(Vh/(?(S))=2(103(((0,3463/(3,14(70))=96,8 мм. Окончательно принимаем: S=70 мм и D=80 мм. Основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям S и D: а. Литраж двигателя: Vл=((D2(S(i / (4(106) =3,14(802 (70(4/(4(106)=1,41 л. б. Площадь поршня: Fп=(D2 / 4=3,14(802/4=5024 мм2 =50,24 см2. в. Эффективная мощность: Nе=ре(Vл(n/(30(()=0,849(1,41(4500/(30(4)=44,89 кВт. Расхождение с заданной мощностью: (=100((Nе з(Nе)/ Nе з=100((44,1- 44,89)/44,89=0,017 (. г. Эффективный крутящий момент: Ме=(3*104/()((Ne/n)=(3(104/3,14)((44,89/4500)=95,3 Н( м. д. Часовой расход топлива: Gт=Ne (ge (10(3 =44,89(256(10(3=11,492 кг/ч. е. Литровая мощность двигателя: Nл=Ne/Vл=44,89/1,41=31,84 кВт/л. 1.9. Построение индикаторной диаграммы Режим двигателя: Ne=44,89 кВт, n=4500 об/мин. Масштабы диаграммы: хода поршня Ms=0,7 мм в мм, давлений Mp=0,035 МПа в мм. Величины, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания: АВ=S/Ms=70/0,7=100 мм; ОА=АВ / (((1)=100/(7,5(1)=15,38 мм. Масштабная высота диаграммы (т. Z): Pz/Мр=5,4665/0,035=156,2 мм. Ординаты характерных точек: ра / Мр=0,085/0,035=2,4 мм; рс / Мр=1,31/0,035=37,4 мм; рb / Мр=0,4395/0,035=12,6 мм; рr / Мр=0,118/0,035 =3,4 мм; ро / Мр=0,1/0,035=2,9 мм. Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом: а. Политропа сжатия: рх=ра((Vа / Vх )n1. Отсюда рх / Мр=(ра/Мр)((ОВ/ОХ)n1 мм, где ОВ= ОА+АВ=15,38+100=115,38 мм; n1 1,3575 . б. Политропа расширения: рх = рb((Vb / Vх)n2. Отсюда рх / Мр=(pb/Мр)((ОВ/ОХ)n2 мм, где ОВ=115,38; n2=1,251. Данные расчета точек политроп приведены в табл.1.1. Теоретическое среднее индикаторное давление: рi’=F1(Mp/AB=2950(0,035/100=1,0325 МПа, где F1=2950 мм2 ( площадь диаграммы aczba на рис.1.1. Величина рi’ =1,0325 МПа полученная планиметрированием индикаторной диаграммы очень близка к величине рi’=1,0406 МПа полученной в тепловом расчете. Таблица 1.1. | | |ОВ/ОХ |Политропа сжатия |Политропа расширения | |№ |ОХ, | | | | |точек|мм | | | | | | | | | | |r’ |10° до в.м.т.|10 |0,0195 |0,975 | |a' |10° после |10 |0,0195 |0,975 | | |в.м.т. | | | | |a'' |46° после |134 |1,7684 |88,42 | | |н.м.т. | | | | |c' |35° до в.м.т.|35 |0,2245 |11,225 | |f |30° до в.м.т.|30 |0,1655 |8,275 | |b' |46° до н.м.т.|134 |1,7684 |88,42 | Положение точки с’’ определяется из выражения: pc’’ =(1,15...1,25)(pc; pc’’ =1,25(1,31=1,638 МПа; pc’’/Мp=1,638/0,035=46,8 мм. Действительное давление сгорания: pzд=0,85(рz; pzд=0,85(5,4665=4,6465 МПа. pzд/МP=4,6465/0,035=132,8 мм. 1.10.Тепловой баланс Общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом: Qo=Hи(Gт/3,6; Qo=43930(11,492/3,6=140234 Дж/с. Теплота, эквивалентная эффективной работе: Qе=1000(Nе; Qе=1000(44,89=44890 Дж/с. Теплота , передаваемая охлаждающей среде: Qв=c( i (D1+2m (nm((Hи-(Hи)/(((Hи), где c=0,5 ( коэффициент пропорциональности для четырехтактного двигателя; m=0,62(показатель степени для четырехтактного двигателя; i = 4 ( число цилиндров; n=4500 об/мин ( частота вращения коленвала. Qв=0,5(4(81+2*0,62 (45000,62((43930-2480,54)/(0,96(43930)=38144 Дж/с. Теплота, унесенная с отработавшими газами: Qг=(Gт/3,6)((M2((mC[pic])[pic]+8,315(tr-M1(((mC[pic])[pic]+8,315(to(, где (mC[pic])[pic]=25,176 кДж/(кмоль(град) ( теплоемкость остаточных газов, (mC[pic])[pic]=20,775 кДж/(кмоль( град) ( теплоемкость свежего заряда (для воздуха) определяем по табл.5,7(1,с.16,18(. Qг=(11,492/3,6) ((0,5307((25,176+8,315((767(0,505((20,775+8,315((20(=43071,8 Дж/с. Теплота, потерянная из(за химической неполноты сгорания топлива: Qн.с.= (Hи(Gт/3,6; Qн.с.=2480,54(11,492/3,6=7918 Дж/с. Неучтенные потери теплоты: Qост.= Q0-( Qе+ Qв+ Qг+ Qн.с).=6210,2 Составляющие теплового баланса представлены в табл.1.3. Таблица 1.3. |Составляющие теплового |Q, Дж/с |q,% | |баланса | | | |Теплота, эквивалентная эффективной |44890 |32 | |работе | | | |Теплота, передаваемая охлаждающей |38144 |27,2 | |среде | | | |Теплота, унесенная с отработавшими |43071 |30,7 | |газами | | | |Теплота, потерянная из-за химической|7918 |5,6 | |неполноты сгорания топлива | | | |Неучтенные потери теплоты |6210,2 |4,5 | |Общее количество теплоты, введенное |140234 |100 | |в двигатель с топливом | | | 2.ВНЕШНЯЯ СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ [1, с.106(112] Эффективная мощность двигателя определяется по формуле: Nex=Ne[pic], где Ne=44,89 кВт ; nN=4500 об/мин. Эффективный крутящий момент: Mex=3(104( Nex/(((nx); Удельный эффективный расход топлива : gex= geN([pic], где geN=256 г/(кВт( ч). Часовой расход топлива: Gтx= gex( Nex(10-3; Значение ( принимаем постоянным ((=0,96) на всех скоростных режимах кроме минимального ((=0,86). Коэффициент наполнения: (vx=pex (lo((x(gex/(3600(( k); Коэффициент приспосабливаемости: k=Me max/Me N=118,2/95,3=1,24. K – коэффициент приспособливаемости, служит для оценки приспособляемости двигателя к изменению внешней нагрузки. Расчеты произведены для всех скоростных режимов двигателя и представлены в табл.2.1. Таблица 2.1. |nx , |Ne , кВт|Me , |ge , |Gt , |(v |( | |об/мин | |Н* м |г/(кВт*ч|кг/ч | | | | | | |) | | | | |1000 |11,70 |111,8 |252 |2,948 |0,8742 |0,86 | |2700 |33,40 |118,2 |215 |7,181 |0,9174 |0,96 | |4500 |44,89 |95,3 |256 |11,492 |0,8752 |0,96 | |5000 |43,82 |83,5 |282 |12,329 |0,8633 |0,96 | По данным табл. 2.1. строим графики зависимости Ne, Me, pe, ge, Gt, (v и ( от частоты вращения коленчатого вала двигателя n (рис.2.1.). 3.СРАВНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЕКТИРУЕМОГО ДВИГАТЕЛЯ И ПРОТОТИПА Основные параметры проектируемого двигателя и прототипа представлены в табл.3.1. Таблица 3.1. |№ |Наименование и размерность |Обознач-ие|Проектируемый|Прототип | | |показателей |показателя|двигатель |(ЗАЗ-968М) | |1 |Диаметр цилиндра, мм |D |80 |76 | |2 |Литраж, л |i*Vh |1,385 |1,197 | |3 |Число цилиндров |i |4 |4 | |4 |Степень сжатия |( |7,5 |7,2 | |5 |Частота вращения коленвала |n |4500 |4400 | | |(номинальный режим), об/мин | | | | |6 |Ход поршня, мм |S |70 |66 | |7 |Максимальная мощность |Ne |44,89 |30,8 | | |(номинальный режим), кВт | | | | |8 |Удельный эффективный расход |ge |256 |- | | |топлива (номинальный режим), | | | | | |г/(кВт* ч) | | | | |9 |Максимальный крутящий момент |Me max |118,2 |92,3 | | |(номинальный режим), Н* м | | | | |10 |Частота вращения коленвала, |nM |2700 |3000 | Страницы: 1, 2 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, сочинения, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое. |
||
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна. |