- •Методичні вказівки
- •8.05050304 «Двигуни внутрішнього згорання»
- •Введение
- •1 Кинематика кривошипно-шатунного механизма
- •1.1 Минимальная длина шатуна
- •1.2 Перемещение поршня
- •2.1 Сила давления газов
- •2.1.1 Перестроение индикаторной диаграммы свёрнутой в развёрнутую
- •2.1.2 Сила давления газов
- •1.3 Скорость поршня
- •1.4 Ускорение поршня
- •2 Динамика кривошипно-шатунного механизма
- •2.2 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма
- •2.3 Силы инерции
- •2.4 Результирующая сил давления газов и инерции. Силы нормальная, действующая вдоль шатуна, действующие на кривошип радиальная и тангенциальная
- •Сила s действует вдоль шатуна
- •Радиальная сила k направлена вдоль кривошипа
- •2.5 Крутящий момент двигателя
- •Крутящий момент одного цилиндра
- •Среднее значение Mкр ср определяется методом планиметрирования
- •Эффективный (действительный) крутящий момент на валу двигателя
- •2.6 Силы, действующие на шатунную шейку и колено коленчатого вала: полярная и прямоугольная диаграммы
- •2.7 Силы, действующие на коренную шейку коленчатого вала: полярная и прямоугольная диаграммы
- •2.8 Диаграммы износа шеек коленчатого вала
- •3 Расчёт коленчатого вала на прочность
- •3.1 Размеры основных элементов коленчатого вала. Эскизный проект
- •3.2 Расчёт шеек
- •3.2.1 Скручивающие и изгибающие моменты
- •3.2.2 Коренная шейка
- •3.2.3 Шатунная шейка
- •3.3 Расчёт щёк
- •3.4 Эскизный проект коленчатого вала
3.3 Расчёт щёк
Расчёт выполнен для наиболее опасного сечения: переход шейки в щеку (галтель).
Площадь расчётного сечения, момент сопротивления прямоугольного поперечного сечения щеки кручению и изгибу
Fщ = bh = 0.080 0.015 = 1.210-3 м2;
м3;
м3;
коэффициент = 0.295 при b/h = 5.3 1.
Теоретический и действительный коэффициенты концентрации напряжений у галтели при rгал/h = 0.003/0.015 = 0.2, масштабный коэффициент при b = 0.080, коэффициент поверхностной чувствительности 1: к = 1.4, к = 1.4, к = 0.61 + q(к – 1) = 0.61 + 0.4(1.4 – 1) = 0.70, к = 1.16, м = 0.64, м = 0.70, п = 0.75, п = 0.75.
Скручивающий момент, максимальное и минимальное значения, Нм
,
.
Касательные напряжения знакопеременного цикла от скручивания, МПа:
экстремальные
,
;
среднее и амплитуды
,
,
.
Запас прочности щеки при кручении n определён с учётом переменного характера нагрузок.
Т.к.
– запас прочности определяется по
пределу усталости
.
Запас прочности щеки по нормальным напряжениям изгиба и растяжения-сжатия n определён с учётом переменного характера нагрузок.
Максимальное и минимальное значения момента изгибающего и силы растягивающей или сжимающей без учёта влияния противовесов (проект приблизительный)
Нм,
Нм;
=
0.515870
+ (–12300)
= 1880 Н,
=
0.5-2300
+ (–12300)
= 14600 Н.
Нормальные напряжения щеки от изгиба и растяжения-сжатия, МПа:
экстремальные
средние и амплитуды
,
,
.
Т.к.
– запас прочности определяется по
пределу текучести
.
Суммарный запас прочности щеки
.
Щёки проектируемого коленчатого вала отвечают требованиям прочности на кручение, изгиб и растяжение-сжатие (табл. 3.1) – значит размеры выбраны верно.
3.4 Эскизный проект коленчатого вала
Эскизный проект КВ выполнен по размерам по рекомендациям и среднестатистическим ориентирам (§3.1), уточнённым по результатам расчёта на прочность и сравнения с соответствующими размерами прототипа. Заданием не предусмотрено определение фасок, шпоночных пазов, масляных каналов и пр. элементов.
Здесь же показаны: схема взаимного расположения колен и порядка работы цилиндров, расчётная схема для пролёта (силы, моменты, реакции).
Список литературы
1. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей. – М.: Высш. шк., 2003. – 496 с.
2. Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчёт на прочность поршневых и комбинированных двигателей /А.С. Орлин, М.Г. Круглов. – М.: Машиностроение, 1984. – 384 с.
3. Егорова Я.А. Методические указания к тепловому и динамическому расчёту автотракторных двигателей для студентов специальности 0513 «Автомобили и тракторы». – Запорожье, ЗМИ, 1984. –28 с.
Приложение А
Таблица А.1 Исходные данные для расчета рабочего цикла двигателя МеМЗ-245 по программе DVS-2 (номинальный режим)
№ |
Наименование величины |
Обознач. и единицы измерения |
Численные величины |
1 |
2 |
3 |
4 |
I |
Код двигателя (бензиновый – 0, дизель – 1) |
Y |
0 |
II |
Вид расчета (исследовательский – 0, номинальный – 1) |
|
1 |
III |
Тип двигателя |
|
|
|
1. Теплота сгорания топлива |
Hu т, Дж/кг |
44000000 |
|
2. Показатель процесса сгорания |
m1 |
3.6 |
IV |
Конструктивные данные |
|
|
|
3. Количество цилиндров |
і |
1 |
|
4. Рядный (1) |
|
1 |
|
5. Диаметр цилиндра |
D, м |
0.040 |
|
6.Площадь поршня |
Fп, м2 |
0.001256 |
|
7. Радиус кривошипа |
rк, м |
0.016 |
|
8.
Отношение
|
к |
0.27 |
|
9. Площадь теплообмена поршня |
Fп, м2 |
0.001507 |
|
10. Площадь теплообмена крышки |
Fк, м2 |
0.001507 |
|
11. Объем камеры сжатия |
Vc, м3 |
0.00000502 |
V |
Наддув |
|
|
|
12. Давление наддува |
pк, Па |
101325 |
|
13. Температура наддувочного воздуха |
Тк, К |
293 |
VI |
Регулировочные данные |
|
|
|
14. Угол начала сгорания |
с, град |
345 |
|
15. Угол конца сгорания |
z, град |
395 |
1 |
2 |
3 |
4 |
VII |
Режимные данные |
|
|
|
16. Угловая скорость вала |
, рад/с |
1203.67 |
|
17. Коэффициент избытка воздуха |
|
0.95 |
|
18. Цикловая подача топлива |
mтц,кг/цикл |
0.00000134 |
|
19.Средняя температура стенок |
Тw, К |
600 |
VIII |
Начальные условия |
|
|
|
20. Давление |
ра, Па |
91192.50 |
|
21. Температура |
Та, К |
519.31 |
|
22. Масса рабочего тела |
mа, кг/цикл |
0.0000277 |
|
23. Объем рабочей полости |
Va, м3 |
0.0000452 |
IX |
Данные к динамическому расчету |
|
|
|
24. Масса поступательно движущихся частей (приведенная) |
mА, кг |
0.145 |
X |
Расчетный шаг |
|
1 |
Станция – 1
Протокол № 0
Номинальный
РАСЧЁТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО
СГОРАНИЯ АВТОТРАКТОРНОГО ТИПА
Начальные условия – параметры рабочего тела в начале цикла
pа = 9.12Е+04 Та = 5.19Е+02 ma = 2.77Е-05 Va = 4.52Е-05
|
p |
T |
m |
V |
0 |
9.124Е+04 |
5.194Е+02 |
2.770E-05 |
4.525E-05 |
10 |
9.198Е+04 |
5.210Е+02 |
2.770E-05 |
4.503E-05 |
20 |
9.405Е+04 |
5.248Е+02 |
2.770E-05 |
4.436E-05 |
30 |
9.759Е+04 |
5.308Е+02 |
2.770E-05 |
4.324E-05 |
40 |
1.029Е+05 |
5.392Е+02 |
2.770E-05 |
4.167E-05 |
50 |
1.103Е+05 |
5.505Е+02 |
2.770E-05 |
3.966E-05 |
60 |
1.206Е+05 |
5.650Е+02 |
2.770E-05 |
3.723E-05 |
70 |
1.348Е+05 |
5.835Е+02 |
2.770E-05 |
3.442E-05 |
80 |
1.542Е+05 |
6.065Е+02 |
2.770E-05 |
3.127E-05 |
90 |
1.813Е+05 |
6.352Е+02 |
2.770E-05 |
2.786E-05 |
100 |
2.196Е+05 |
6.709Е+02 |
2.770E-05 |
2.428E-05 |
110 |
2.752Е+05 |
7.151Е+02 |
2.770E-05 |
2.066E-05 |
120 |
3.547Е+05 |
7.699Е+02 |
2.770E-05 |
1.712E-05 |
130 |
4.820Е+05 |
8.372Е+02 |
2.770E-05 |
1.381E-05 |
140 |
6.725Е+05 |
9.185Е+02 |
2.770E-05 |
1.086E-05 |
150 |
9.577Е+05 |
1.012Е+02 |
2.770E-05 |
8.403E-06 |
160 |
1.344Е+06 |
1.109Е+03 |
2.770E-05 |
6.561E-06 |
170 |
1.740Е+06 |
1.186Е+03 |
2.770E-05 |
5.417E-06 |
180 |
2.031Е+06 |
1.283Е+03 |
2.774E-05 |
5.030E-06 |
190 |
2.534Е+06 |
1.705Е+03 |
2.806E-05 |
5.417E-06 |
200 |
3.139Е+06 |
2.498Е+03 |
2.872E-05 |
6.561E-06 |
210 |
2.646Е+06 |
2.670Е+03 |
2.902E-05 |
8.403E-06 |
220 |
1.872Е+06 |
2.439Е+03 |
2.904E-05 |
1.086E-05 |
230 |
1.347Е+06 |
2.232Е+03 |
2.904E-05 |
1.381E-05 |
240 |
1.004Е+06 |
2.062Е+03 |
2.904E-05 |
1.712E-05 |
250 |
7.763Е+05 |
1.925Е+03 |
2.904E-05 |
2.066E-05 |
260 |
6.222Е+05 |
1.813Е+03 |
2.904E-05 |
2.428E-05 |
270 |
5.151Е+05 |
1.722Е+03 |
2.904E-05 |
2.786E-05 |
280 |
4.390Е+05 |
1.647Е+03 |
2.904E-05 |
3.127E-05 |
290 |
3.840Е+05 |
1.586Е+03 |
2.904E-05 |
3.442E-05 |
300 |
3.437Е+05 |
1.536Е+03 |
2.904E-05 |
3.723E-05 |
310 |
3.140Е+05 |
1.494Е+03 |
2.904E-05 |
3.966E-05 |
320 |
2.921Е+05 |
1.461Е+03 |
2.904E-05 |
4.167E-05 |
330 |
2.763Е+05 |
1.433Е+03 |
2.904E-05 |
4.324E-05 |
340 |
2.652Е+05 |
1.412Е+03 |
2.904E-05 |
4.436E-05 |
350 |
2.582Е+05 |
1.395Е+03 |
2.904E-05 |
4.503E-05 |
360 |
2.547Е+05 |
1.383Е+03 |
2.904E-05 |
4.525E-05 |
ИНДИКАТОРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЦИКЛА
Li = 2.346Е+01 pi = 5.838Е+05
i = 0.398Е+00 gi = 0.206Е+00
Станция – 1
Протокол № 0
Номинальный
ТАБЛИЦА СИЛ И МОМЕНТОВ, ДЕЙСТВУЮЩИХ В
КРИВОШИПНО-ШАТУННОМ МЕХАНИЗМЕ
|
Р, Н |
N, H |
S, H |
K, H |
T, H |
Mi, Нм |
0 |
+2.89Е+03 |
+1.18Е-04 |
+2.89Е+03 |
-2.89Е+03 |
+3.18Е-04 |
+5.10Е-06 |
20 |
+2.90Е+03 |
-2.69Е+02 |
+2.92Е+03 |
-2.82Е+03 |
-7.40Е+02 |
-1.189Е+01 |
40 |
+2.86Е+03 |
-5.04Е+02 |
+2.90Е+03 |
-2.52Е+03 |
-1.45Е+03 |
-2.32Е+01 |
60 |
+2.55Е+03 |
-6.13Е+02 |
+2.62Е+03 |
-1.81Е+03 |
-1.90Е+03 |
-3.04Е+01 |
80 |
+1.77Е+03 |
-4.87Е+02 |
+1.83Е+03 |
-7.86Е+02 |
-1.65Е+03 |
-2.65Е+01 |
100 |
+4.67Е+02 |
-1.29Е+02 |
+4.84Е+02 |
-4.58Е+01 |
-4.82Е+02 |
-7.72Е+00 |
120 |
-1.13Е+03 |
+2.72Е+02 |
-1.16Е+03 |
-3.29Е+02 |
+1.11Е+03 |
+1.78Е+01 |
140 |
-2.51Е+03 |
+4.43Е+02 |
-2.55Е+03 |
-1.64Е+03 |
+1.95Е+03 |
+3.13Е+01 |
160 |
-3.00Е+03 |
+2.78Е+02 |
-3.01Е+03 |
-2.72Е+03 |
+1.29Е+03 |
+2.06Е+01 |
180 |
-2.62Е+03 |
+2.14Е-04 |
-2.62Е+03 |
-2.62Е+03 |
+1.01Е-03 |
+1.61Е-05 |
200 |
-7.39Е+02 |
-6.86Е+01 |
-7.43Е+02 |
-6.71Е+02 |
-3.17Е+02 |
-5.08Е+00 |
220 |
-1.01Е+03 |
-1.77Е+02 |
-1.02Е+03 |
-6.56Е+02 |
-7.82Е+02 |
-1.25Е+01 |
240 |
-3.17Е+02 |
-7.62Е+01 |
-3.26Е+02 |
-9.24Е+01 |
-3.12Е+02 |
-5.00Е+00 |
260 |
+9.73Е+02 |
+2.68Е+02 |
+1.01Е+03 |
-9.53Е+01 |
+1.00Е+03 |
+1.61Е+01 |
280 |
+2.12Е+03 |
+5.86Е+02 |
+2.20Е+03 |
-9.46Е+02 |
+1.99Е+03 |
+3.18Е+01 |
300 |
+2.83Е+03 |
+6.80Е+02 |
+2.91Е+03 |
-2.00Е+03 |
+2.11Е+03 |
+3.38Е+01 |
320 |
+3.10Е+03 |
+5.46Е+02 |
+3.15Е+03 |
-2.72Е+03 |
+1.57Е+03 |
+2.52Е+01 |
340 |
+3.12Е+03 |
+2.89Е+02 |
+3.13Е+03 |
-3.03Е+03 |
+7.95Е+02 |
+1.27Е+01 |
360 |
+3.09Е+03 |
-1.99Е-05 |
+3.09Е+03 |
-3.09Е+03 |
-5.39Е-05 |
-8.62Е-07 |
(Mi)ср =
Станция – 1
Протокол № 0
Номинальный
ТАБЛИЦА НАБЕГАЮЩИХ КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ, Нм
|
М1 |
Мсум |
0 |
+5.10Е-06 |
+5.10Е-06 |
20 |
-1.189Е+01 |
-1.189Е+01 |
40 |
-2.32Е+01 |
-2.32Е+01 |
60 |
-3.04Е+01 |
-3.04Е+01 |
80 |
-2.65Е+01 |
-2.65Е+01 |
100 |
-7.72Е+00 |
-7.72Е+00 |
120 |
+1.78Е+01 |
+1.78Е+01 |
140 |
+3.13Е+01 |
+3.13Е+01 |
160 |
+2.06Е+01 |
+2.06Е+01 |
180 |
+1.61Е-05 |
+1.61Е-05 |
200 |
-5.08Е+00 |
-5.08Е+00 |
220 |
-1.25Е+01 |
-1.25Е+01 |
240 |
-5.00Е+00 |
-5.00Е+00 |
260 |
+1.61Е+01 |
+1.61Е+01 |
280 |
+3.18Е+01 |
+3.18Е+01 |
300 |
+3.38Е+01 |
+3.38Е+01 |
320 |
+2.52Е+01 |
+2.52Е+01 |
340 |
+1.27Е+01 |
+1.27Е+01 |
360 |
-8.62Е-07 |
-8.62Е-07 |
СРЕДНИЙ ЗА ЦИКЛ ИНДИКАТОРНЫЙ МОМЕНТ
ДЛЯ ОДНОГО ЦИЛИНДРА (Mi)ср, Нм 3.723E+00
СРЕДНИЙ ЗА ЦИКЛ ИНДИКАТОРНЫЙ МОМЕНТ
ДЛЯ ВСЕГО ДВИГАТЕЛЯ (Mi)ср, Нм 3.723E+00
СРЕДНИЙ ЗА ЦИКЛ ЭФФЕКТИВНЫЙ МОМЕНТ
ДЛЯ ВСЕГО ДВИГАТЕЛЯ
(С УЧЁТОМ МЕХАНИЧЕСКОГО КПД) (Me)ср, Нм 3.053E+00
ЭФФЕКТИВНЫЙ КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ НА ВАЛУ
(ПО ДАННЫМ ТЕПЛОВОГО РАСЧЁТА) Me, Нм 3.063E+00
Приложение Б
