Кинематика и динамика КШМ двигателя

Министерство образования, науки и молодежной политики

Забайкальского края

ГОУ СПО Читинского Политехнического Колледжа.

Специальность 190604. Техническое  обслуживание и ремонт автомобильного транспорта.

 

 

 

 

Дисциплина: Расчетно-графическая работа

Тема: Кинематика и динамика КШМ двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент

Механического отделения

Группы ТО-10 Капустин А.Р

Проверил:  Прокопьев И.В.

 

 

 

Чита 2012

1 Введение

  В качестве энергетических установок для транспорта наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания.

  Особенностью тепловых двигателей этого типа является то, что процесс сгорания топливовоздушной смеси и преобразование тепловой энергии в механическую происходит непосредственно в цилиндре двигателя.

  Анализ развития энергетических установок для автомобильного транспорта показывает, что в настоящее время двигатели внутреннего сгорания являются основными силовыми агрегатами и еще возможно его дальнейшее совершенствование.

  Данная работа позволяет проанализировать особенности кинематики и динамики КШМ современного двигателя.   

 

2 Расчётная часть

 2.1 Исходные данные для расчета

 2.1.1. Марка двигателя ВАЗ-2103

 2.1.2. диаметр цилиндра (мм) 76

 2.1.3. Ход поршня (мм)  80

 2.1.4. Литраж двигателя (л) 1,45

 2.1.5. Степень сжатия  8,50

 2.1.6. Длина шатуна (мм) 140

 2.1.7. Масса поршневого комплекта (кг) 0,40

 2.1.8. Масса шатуна (кг) 0,80

 2.1.9. Масса кривошипа (кг) 1,30

 2.1.10.  Дезаксаж (мм) вправо ось поршневого пальца от оси цилиндра 2

 2.1.11. Частота вращения коленчатого вала (об/мин) 2600 об/мин

 

 

Зависимость перемещения  поршня от угла поворота кривошипа

 

2.2.1 исходная формула для  расчётов

Sn=R* [1+λ/4-(cos φ + λ/4 cos 2 φ)]

где R – радиус кривошипа

   λ – отношение радиуса к длине шатуна

 

2.2.2. расчёт λ

                                    λ =L//S              R=S/2=80/2=40

где L - длинна шатуна(мм)

      S - ход поршня(мм)

λ = 140/40=3.5  

где R-радиус кривошипа

      L-длина шатуна

       λ-отношение радиуса цилиндра к длине шатуна.

 

2.2.3 Расчет зависимости  Sn от - φ

Таблица 1 Результаты расчета зависимости

Sn от φ

φ  | Знак | R | 〔…〕     | Sn      | знак | φ    | 

1 | 2 | 3 | 4                 | 5           | 6     |7     |

0 | + | 40 | 0,0000  | 0          | +      | 360 |

30 | + | 40 | 0,1687  | 6,748    | +     | 330 |

60 | + | 40 | 0,6042  | 24,168  | +      | 300 |

90 | + | 40 | 1,1389  | 45,556  | +     | 270 |

 Продолжение таблицы 1

 120   | + | 40 | 1,6042  | 64,168  | +      | 240 |

150 | + | 40 | 1,9008  | 76,032  | +     | 210 |

180 | + | 40 | 2,0000  | 80    | +      | 180 |

 

2.3 Зависимость  скорости перемещения поршня  от угла поворота кривошипа.

2.3.1 Исходная формула для  расчётов

  Un=R ω (sin φ + λ/2 sin 2 φ)

2.3.2 Расчёт ω

ω =Пn/30

где n- частота вращения коленчатого вала (об/мин)

ω =(3.14*2100)/30=219.8

R ω=40*(220/1000)=8.8

2.3.3 Расчет зависимости

Vn от  φ

Таблица 2 Результаты расчёта зависимости

Vn от φ

 φ | Знак | R | 〔…〕 | Sn | знак | φ |

1 | 2 | 3 | 4          | 5 | 6 | 7 |

0 | + | 8,8 | 0,0000   | 0 | - | 360 |

30 | + | 8,8 | 0,6203  | 5,45 | - | 330 |

60 | + | 8,8 | 0,9863  | 8,67 | - | 300 |

80 | + | 8,8 | 1,0323  | 9,08 | - | 280 |

90 | + | 8,8 | 1,0000  | 8,8 | - | 270 |

120 | + | 8,8 | 0,7457  | 6,56 | - | 240 |

Продолжение таблицы 2

150 | + | 8,8 | 0,3797  | 3,34 | - | 210 |

180 | + | 8,8 | 0,0000  | 0 | - | 180 |

 

 

2.4 Зависимость   ускорения поршня от угла поворота  кривошипа

 

2.4.1  Исходная формула  для расчетов

ωn=R ω 2  (СOS+λcos2)            ( ω* ω*40)/1000=1932.48

Таблица 3 Результаты расчетов зависимости

ωn от φ

φ  | Знак | Rw2          | 〔…〕 | Wn           | знак | φ |

1 | 2 | 3           | 4          | 5          | 6 | 7 |

0 | + | 1932,48 | 1,2778  | 2469,32 | + | 360 |

30 | + | 1932,48 | 1,0049 | 1941,94 | + | 330 |

60 | + | 1932,48 | 0,3611  | 697,81  | + | 300 |

90 | - | 1932,48 | 0,2778  | 536,84  | - | 270 |

120 | - | 1932,48 | 0,6389  | 1234,66 | - | 240 |

150 | - | 1932,48 | 0,7271 | 1405,1 | - | 210 |

180 | - | 1932,48 | 0,7222  | 1395,63 | - | 180 |

 

2.5 Зависимость  сил инерции масс совершающие  поступательное движение от угла поворота кривошипа

 

2.5.1 Исходная формула для  расчетов

P ω n=-m*R* ω 2(cosφ+λcos2φ)                     

m=mn+m1-                                                                                                 

m1-=0.25mш

где:  m - Масса частей КШМ совершающее поступательное движение

        mn -  Масса поршневого комплекта

        m - Часть массы шатуна приведенная к оси поршневого пальца

        mш - Масса шатуна

 

2.5.2 Расчет m

m1=(0,2*0,80)

m2=(0,40 + 0,16)

m= 0,40 + 0,16 = 0,56  

Таблица 4 Результаты расчета зависимости

 

Pωn от φ

 

 φ | Знак | -mR ω -2 | 〔…〕 |P ω n         |  | φ

1 | 2 | 3          | 4           | 5           | 6 | 7 |

0 | + | -1082,18 | 1.2778  | -1382,8 | + | 360 |

30 | + | -1082,18 | 1.0049  | -1087,48 | + | 330 |

60 | + | -1082,18 | 0.3611  | -390,77 | + | 300 |

90 | - | -1082,18 | 0.2778  | 300,62       | - | 270 |

120 | - | -1082,18 | 0.6389  | 691,4     | - | 240 |

150 | - | -1082,18 | 0.7271  | 786,85  | - | 210 |

180 | - | -1082,18 | 0.7222  | 781,55  | - | 180 |

 

2.6 Индикаторная  диаграмма рабочего цикла двигателя  в P:V координатах

 

2.6.1 Определение рабочего  объема цилиндра

 Vn= л /i=1.45/4=0.3625

где: л – литраж двигателя

         i – количество цилиндров 

2.6.2 Определение объема  камеры сгорания

Vc=Vn/(E-1)=0.3625/7.5=0.04

      где: Е – степень сжатия

2.6.3 определение поправки  Брикса  

OO1=(R*R)/2L=1600/280=5.71

где: S – ход поршня

2.6.4 Значение характерных  точек

 

Таблица 5

Значение характерных  точек двигателя ВАЗ-2103

 

 Характерные точки  | Давление в характерных точек |

5                           | 0,8 |

2                           | 1,2 |

3                           | 1,2 |

4                           | 35 |

4                           | 3 |

1                           | 11 |

 

2.7 Сила давления  газов в цилиндре

2.7.1 Исходная формула для  расчетов 

Pr=P2*Fn

              где P2 - давление газов в цилиндре

                     Fn - площадь днища поршня

2.7.2 Расчет площади днища  поршня

            где: d – диаметр днища поршня

 

Таблица 6 Результаты расчета сил давления газов                      

 φ | P2           | Fn(m2) | Pr (H) |

1 | 2          | 3      | 4  |

0 | 0.8*105 | 0.004    | 320 |

30 | 0.8*105 | 0.004     | 320 |

60 | 0.8*105 | 0.004     | 320 |

90 | 0.8*105 | 0.004     | 320 |

120 | 0.8*105 | 0.004     | 320 |

150 | 0.8*105 | 0.004     | 320 |

180 | 0.8*105 | 0.004     | 320 |

210 | 1,2*105 | 0.004     | 480 |

240 | 2,5*105 | 0.004    | 1000 |

270 | 4,5*105 | 0.004     | 1800    |

300 | 7*105  | 0.004    | 2800 |

330 | 10*105 | 0.004     | 4000 |

360 | 23*105 | 0.004    | 9200 |

390 | 14*105 | 0.004     | 5600 |

Продолжение таблицы 6

420 | 11*105 | 0.004   | 4400 |

450 | 8*105         | 0.004 | 3200 |

480 | 5,5*105 | 0.004 | 2200 |

510 | 3,5*105 | 0.004   | 1400 |

540 | 2,5*105 | 0.004   | 1000 |

570 | 1,2*105 | 0.004  | 480 |

600 | 1,2*105 | 0.004  | 480 |

630 | 1,2*105 | 0.004  | 480 |

660 | 1,2*105 | 0.004   | 480 |

690 | 1,2*105 | 0.004   | 480 |

720 | 0,8*105 | 0.004   | 320 |

 

2.8 Зависимость  суммарных сил от угла поворота  кривошипа

2.8.1 Исходная формула для  расчетов 

PE=Pwn+Pr                                                    

2.8.2 Расчет зависимости  PE  от  φ

Таблица 7 Результаты расчета зависимости p от φ

 φ | Pwn               | P2 (H)    | P                |

1 | 2             | 3      | 4              |

0 | -37842,4 | 320      | -37522        |

30 | -29760,4 | 320      | -29440        |

60 | -10694 | 320      | -10374        |

90 | 8227              | 320      | 8547           |

120 | 18921,2 | 320      | 19241         |

150 | 21533,2 | 320      | 21853         |

180 | 21388,2 | 320      | 21708 |

210 | 21533,3 | 480      | 22013 |

240 | 18921,2 | 1000      | 19921 |

270 | 8227              | 1800        | 10027 |

300 | -10694 | 2800      | -7894  |

330 | -29760,4 | 4000 | -25760 |

360 | -37842,4 | 9200 | -28642 |

390 | -29760,4 | 5600 | -24160 |

420 | -10694 | 4400 | -6294  |

450 | 8227        | 3200 | 11427   |

480 | 18921,2 | 2200 | 21121   |

510 | 21533,3 | 1400 | 22933   |

540 | 21388,2 | 1000 | 22388   |

570 | 21533,3 | 480 | 22013   |

600 | 18921,2 | 480 | 19401   |

630 | 8227              | 480 | 8707            |

660 | -10694 | 480 | -10214 |

690 | -29760,4 | 480 | -29280 |

720 | -37842,4 | 320 | -37362 |

 

 

2.9 Задача

Расчитать суммарную силу (PE)  и графически определить боковую силу(NE) силу действующую вдоль шатуна(КЕ)силу действующую вдоль кривошипа(ZЕ)и тангенсальную силу(TE)Если кривошип 3-го цилиндра повернулся на угол φ 1 =  510̊

 

φ 3= φ1+180̊=690̊

Pe=-29280

Lbc=20 мм

M 1 мм=Pe/Lbc=-29280/20=-1464 Н

Ne=Lbe*M=-8784

Te=M*Lag=-27816

Ze=M*Laн=-13176