5.3.1 Поршневая головка
Минимальная частота вращения коленчатого вала холостого хода в мин-1:
; .
Максимальная угловая скорость вращения коленчатого вала при холостом ходе в рад/с:
; .
Рисунок 5.3 – Схема шатунной группы
Разрывающая сила инерции в Н при :
;
где ― масса поршневого комплекта, кг,
― масса верхней части головки шатуна, кг
Площадь в мм2 опасного сечения верхней головки шатуна:
; .
Напряжение разрыва а МПа:
; .
Из условия обеспечения достаточной жесткости поршневой головки напряжение разрыва не превышает максимальных значений (20…50)МПа.
5.3.2 Кривошипная головка
Максимальная величина силы инерции в МН:
;
где ― масса отъемной крышки кривошипной головки,
; кг
Для определения напряжения изгиба крышки в МПа находим:
- внутренний радиус кривошипной головки в м:
; .
- момент инерции расчетного сечения крышки в м4:
; .
- момент инерции расчетного сечения вкладыша в м4:
;
- суммарную площадь крышки и вкладыша в расчетном сечении в м2:
; .
- момент сопротивления расчетного сечения крышки без учета ребер жесткости в м2:
; .
Напряжение изгиба в МПа:
;
.
Крышка кривошипной головки должна быть усилена ребрами жесткости, так как расчетное напряжение превышает допускаемые (100…300) МПа.
5.3.3 Стержень шатуна
Сила, сжимающая шатун в МН по результатам динамического расчета:
.
Сила, растягивающая шатун в МН по результатам динамического расчета:
.
Площадь среднего сечения шатуна в м2:
;
.
Минимальное напряжение в МПа, возникающее в сечении В-В от растягивающей силы:
; .
От сжимающей силы в МПа в сечении В-В возникают максимальные напряжения сжатия и продольного изгиба:
- в плоскости качания шатуна:
; МПа,
где ― коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости качания шатуна,
- в плоскости перпендикулярной плоскости качания шатуна:
; МПа.
где ― коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости, перпендикулярной плоскости качанию шатуна,
.
Напряжения и не превышают предельных значений для углеродистых сталей (160…250) МПа.
6 Расчет системы жидкостного охлаждения
6.1 Емкость системы охлаждения
При номинальной мощности кВт емкость системы охлаждения
в дм3 выберем из диапазона значений:
; .
Принимаем дм3.
6.2 Жидкостный насос
Принимаем:
- количество теплоты отводимой охлаждающей жидкостью от двигателя Дж/с;
- средняя теплоемкость жидкости Дж/(кг∙К);
- средняя плотность жидкости кг/м3;
- температурный перепад жидкости в радиаторе К.
Циркуляционный расход жидкости в системе охлаждения двигателя в м2/с:
; .
Принимаем коэффициент подачи насоса
Расчетная производительность насоса в м3/с:
; .
Принимаем:
- скорость жидкости на входе в насос м/с;
- радиус ступицы крыльчатки м;
Радиус выходного отверстия крыльчатки в м:
; .
Принимаем:
- углы между направлениями скоростей , и : и ;
- гидравлический КПД .
Окружная скорость потока жидкости на входе колеса в м/с:
; .
Передаточное отношение ременного привода тот коленчатого вала принимаем .
Частота вращения насоса в мин-1:
; .
Радиус крыльчатки колеса на входе в м:
; .
Окружная скорость входа потока в м/с:
; .
Угол между скоростями и принимается .
Угол ; .
Принимаются:
- число лопаток на крыльчатке ;
- толщина лопатки у входа м;
- толщина лопатки у выхода м.
Ширина лопатки на входе в м:
; .
Радиальная скорость потока на выходе из колеса в м/с:
; .
Ширина лопатки на выходе в м:
; .
Принимаем механический КПД насоса .
Мощность потребляемая жидкостным насосом в кВт:
; .
6.3 Жидкостный радиатор
Принимаем:
- количество теплоты, отводимой от двигателя через охлаждающую жидкость к окружающему воздуху Дж/с;
- средняя теплоемкость воздуха Дж/(кг∙К);
- объемный расход жидкости, проходящей через радиатор
;
- средняя плотность жидкости кг/м3;
- температурный перепад К;
- температура перед радиатором К.
Количество воздуха, проходящего через радиатор в кг/с:
; .
Массовый расход жидкости, проходящей через радиатор в кг/с:
; .
Средняя температура охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор, в К:
;
Принимаем:
- температурный перепад К;
- оптимальное значение температуры К.
Средняя температура жидкости в радиаторе в К:
; .
Коэффициент теплопередачи радиатора принимаем Вт/(м2∙К).
Поверхность охлаждения радиатора в м2:
; .
6.4 Вентилятор
Принимаем:
- массовый расход воздуха, подаваемый вентилятором кг/с;
- средняя температура воздуха К;
- напор, создаваемый вентилятором Па.
Плотность воздуха при средней его температуре в радиаторе в кг/м3:
; .
Производительность вентилятора в м3/с:
; .
Задаем скорость воздуха перед фронтом радиатора без учета скорости движения автомобиля м/с.
Фронтовая поверхность радиатора в м2:
; .
Диаметр вентилятора ; м.
Окружная скорость вентилятора ; м/с.
где ― коэффициент, зависящий от формы лопастей: для криволинейных .
Частота вращения вентилятора в мин-1:
; .
Мощность в кВт, затрачиваемая на привод вентилятора:
; .
где ― КПД вентилятора, - для литого вентилятора.
Приложения
Приложение 1
Таблица сравнения показателей рассчитанного двигателя с прототипом
Показатели |
Тип двигателя |
|
||||
Прототип |
Рассчитанный |
|
||||
Коэффициент избытка воздуха α |
0,85…0,98 |
0,9 |
|
|||
Давление остаточных газов , МПа |
1,05…1,25 |
1,12 |
|
|||
Температура остаточных газов , K |
900…1100 |
1000 |
|
|||
Степень подогрева заряда |
0…20 |
15 |
|
|||
Коэффициент остаточных газов γr |
0,04…0,10 |
0,061 |
|
|||
Температура в конце впуска , К |
340…370 |
347,8 |
|
|||
Коэффициент наполнения |
0,70…0,90 |
0,764 |
|
|||
Показатель политропы сжатия |
1,34…1,38 |
1,36 |
|
|||
Температура в конце сжатия , К |
600…800 |
751,5 |
|
|||
Давление в конце сжатия , МПа |
0,9…2,0 |
1,56 |
|
|||
Степень повышения давления цикла |
3,2…4,2 |
3,76 |
|
|||
Степень предварительного расширения |
1,0 |
1,0 |
|
|||
Температура конца видимого сгорания , К |
2400…3100 |
2630 |
|
|||
Максимальное давление сгорания , МПа |
3,5…7,5 |
5,86 |
|
|||
Показатель политропы расширения |
1,23…1,30 |
1,258 |
|
|||
Температура в конце расширения , К |
1200…1700 |
1514,1 |
|
|||
Давление в конце расширения , МПа |
0,35…0,6 |
0,397 |
|
|||
Средняя скорость поршня , м/с |
9…16 |
13,5 |
|
|||
Среднее эффективное давление , МПа |
0,6…1,1 |
0,75 |
|
|||
Эффективный КПД |
0,23…0,38 |
0,29 |
|
|||
Механический КПД |
0,75…0,92 |
0,80 |
|
|||
Эффективный удельный расход топлива , г/(кВт·ч) |
2300…3100 |
282,6 |
|
|||
Отношение |
0,86…1,07 |
1,95 |
|
|||
|
Относительная теплота , % |
23…38 |
29,00195604 |
|||
|
Относительная теплота , % |
24..32 |
24,09538035 |
|||
|
Относительная теплота , % |
30…55 |
28,01157978 |
|||
|
Относительная теплота , % |
0…21 |
14,11670973 |
|||
|
Относительная теплота , % |
3…10 |
4,774374102 |
|||
|
Фазы газораспределения: -открытие впускного клапана до ВМТ , град |
10…35 |
27 |
|||
|
-закрытие впускного клапана после НМТ , град |
40…85 |
50 |
|||
|
-открытие выпускного клапана до НМТ , град |
40…70 |
55 |
|||
|
-закрытие выпускного клапана после ВМТ , град |
10…50 |
35 |
|||
Показатели |
Тип двигателя |
||
Прототип |
Рассчитанный |
||
Критерий Гинцбурга , кВт/см |
1,3…2,8 |
2,03 |
|
Критерий Костина |
3,5…9,0 |
8,97 |
|
Масса двигателя в кг |
152,6…450 |
281,05 |
|
Приложение Б
Техническая характеристика двигателя
1. Тип двигателя – карбюраторный..
2. Число тактов – 4.
3. Число и расположение цилиндров – 4, рядное.
4. Порядок работы цилиндров –
5. Расположение и число клапанов в цилиндре – верхнее, по два в цилиндре.
6. Рабочий объем двигателя, дм3 – 2,9.
7. Диаметр цилиндра, мм – 98,8.
8. Ход поршня, мм – 95.
9. Степень сжатия – 8,5.
10. Номинальная мощность, кВт – 80,3.
11. Максимальная рабочая частота вращения, мин-1 – 4400.
12. Габаритные размеры двигателя, мм – 770х525х725.
13. Направление вращения коленчатого вала – правое.
14. Максимальное среднее эффективное давление, МПа – 0,94.
15. Максимальный эффективный крутящий момент, Н∙м – 217,8.
16. Минимальная частота вращения коленчатого вала, мин-1 – 600.
17. Частота вращения при максимальном крутящем моменте, мин-1 – 2200.
18. Сорт топлива – бензин А-76 по ГОСТ 2084-77.
19. Минимальный удельный расход топлива, г/(кВт∙ч) – 250,8.
20. Фазы газораспределения: впуск (начало, конец), выпуск (начало,
конец) – (27, 60), (55, 35).
21. Наличие наддува – нет.
22. Тип системы охлаждения – жидкостный, закрытый с принудительной
циркуляцией.
23. Объем смазочной системы, дм3 – 6.
24. Объем жидкостной системы охлаждения, дм3 – 18.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9