Расчет автомобильного двигателя ЗМЗ-406

Министерство образования  и науки Республики Казахстан

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

 УНИВЕРСИТЕТ 

им Д. Серикбаева.

 

 

 

 

 

 

Кафедра: Автомобильный  транспорт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

К курсовому проекту  по дисциплине «Автомобильные двигатели».

 

(                                                  )

 

 

 

 

 

 

                                                   Выполнил: студент группы:

                                                                    Юдин А.

                                                                   Проверил  __________ Азаматов Б.Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Усть-Каменогорск, 2006

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Задание на курсовой проект……………………………………………..………2

Введение………………………………………………………………………..…4

1 Выбор исходных данных  ……………………………………………..……….5

2 Тепловой расчет рабочего  цикла двигателя внутреннего  сгорания ………..7

2.1 Расчет процесса  газообмена ………………………………………….7

2.2 Расчет процесса  сжатия ………………………………………………8

2.3 Определение состава,  количество и физико-технических характеристик рабочей смеси и продуктов сгорания …………………………8

          2.4 Процесс сгорания ……………………………………………………10

2.5 Процесс расширения ………………………………………………...12

          2.6 Определение показателей рабочего цикла двигателя ……………..12

          2.7 Определение геометрических размеров цилиндра и кривошипно-шатунной группы двигателя …………………………………………………...14

          2.8 Построение индикаторной диаграммы …………………………….15

2.9 Построение внешней скоростной  характеристики ………………………19

3 Кинематика и динамика КШМ ………………………………...…………….24

3.1 Общие положения  и исходные данные к расчету  кинематики и динамических сил  кривошипно-шатунного механизма  двигателя …………24

3.2 Расчет кинематических  параметров кривошипно-шатунного  механизма ……………………………………………………………………….26

3.3 Силы давления газов ………………………………………………...29

3.4 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма ……29

3.5 Удельные суммарные  силы …………………………………………31

3.6 Определение  суммарного крутящего момента  на коленчатом валу двигателя ………………………………………………………………………..32

3.7 Силы действующие  на шатунную шейку коленчатого  вала ……...33

3.8 Силы, действующие на  колено вала ………………………………..34

4 Расчет узлов и элементов двигателя ……………………………………..….39

4.1 Расчет поршневой  группы …………………………………………..39

   4.1.1 Расчёт поршня …………………………………………………...40

             4.1.2 Расчет поршневых колец ………………………………………..44

   4.1.3 Поршневой палец ………………………………………………..47

4.2 Расчет шатунной  группы ……………………………………………49

            4.2.1 Расчет поршневой головки шатуна …………………………….50

   4.2.2 Расчет  стержня шатуна ………………………………………….54

   4.2.3 Расчет кривошипной головки  шатуна  ………………………………………58

   4.2.4 Расчёт  шатунного болта …………………………………………60

5 Подбор основных конструктивных соотношений размеров элементов коленчатого вола ……………………………………………………………….63

6 Список используемой литературы …………………………………...……...64

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Двигатели внутреннего  сгорания являются наиболее распространенными  двигателями, вырабатывающими механическую энергию, необходимую для привода  в действие различных видов транспортных средств и других механизмов.

Особое внимание уделяется  унификации узлов и деталей двигателя  и развитию семейства унифицированных  двигателей. Большое внимание обращается на научные исследования, доводочные работы и лабораторные и эксплуатационные испытания двигателей и их агрегатов.

Выполнение этих задач  требует от специалистов, связанных  с производством и эксплуатацией  автомобильных и тракторных двигателей, глубоких знаний теории, конструкции  и расчета двигателей внутреннего  сгорания.

В настоящее время  на основе перспективного типажа автомобилей  и двигателей производится дальнейшая модернизация автомобильных двигателей.

В настоящее время, для  двигателей устанавливаемых на грузовые автомобили существуют следующие основные тенденции оптимизации конструкции и показателей направленных на :

• снижение потребления горюче-смазочных материалов;
• увеличение мотто-ресурса;
• удобство эксплуатации, простоту и удобство технического обслуживания;
• снижение себестоимости двигателя;
• снижение выброса вредных веществ;
• снижение уровня шума;
• быструю приспособляемость к работе на переменных режимах в зависимости от условий эксплуатации;
• улучшение технико-экономических показателей систем обслуживающих двигатель;
• оптимизация массогабаритных показателей двигателя путем увеличения удельных мощностей и применения материалопоглощающих технологий. 

С учетом вышесказанного был спроектирован двигатель  на базе двигателя Газ 24 для применения в автомобильном транспорте.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

 

Произвести расчет четырехтактного карбюраторного двигателя, предназначенного для грузового автомобиля.

Основанием к выполнению теплового расчета является задание  на курсовую работу.

Выбор дополнительных данных к выполнению теплового расчета. Значения принять с учетом варианта, принятая как последняя цифра номера зачетной книжки т.к. номер зачетки АТ –данные принимаем согласно нормальным физическим условиям.

Исходные данные задания заносим в таблицу 1.

 

Таблица  1 – исходные данные

 

№ п/п	Наименование параметров	Обозначения	Ед.изме- рения	Численные значения
I	II	III	IV	V
1	Давление окружающей среды	Ро	МПа	0,1013
2	Температура окружающей среды	То	К	289
3	Содержание углерода в топливе	С	-	0,839
4	Содержание водорода в топливе	Н	-	0,161
5	Содержание кислорода  в топливе	От	-	0,0
6	Теплотворная способность  бензина	Нu	кД/кг	43930
7	Молекулярная масса  топлива	Мт	Кг/кмоль	115
8	Коэффициент отношения  водорода и окиси углерода в продуктах  сгорания	К	-	0,5
9	Универсальная газовая  постоянная	МR	кДж/кмольК	8,315
10	Газовая постоянная воздуха	R	Дж/кгК	287
11	Степень подогрева заряда	∆Т	К	10
12	Давление газов на выпуске	Рr	МПа	0,1218
13	Температура газов на выпуске	Тr	К	1000
14	Суммарный коэффициент  сопротивления впускной системы	(β2+ξ)	-	2,56
15	Показатель политропны сжатия	n1	-	1,35
16	Показатель политропны расширения	n2	-	1,28
17	Коэффициент использования  теплоты		-	0,87
18	Степень повышения давления		-	3,89

 

Продолжение таблицы 1

 

I	II	III	IV	V
19	Коэффициент скругления индикаторной диаграммы	φд	-	0,85
20	Ход поршня прототипа	S	М	0,095
21	Отношение радиуса кривошипа  к  длине шатуна	λ	-	0,287
22	Степень сжатия	E	-	8
23	Коэффициент избытка  воздуха	α	-	0,92
24	Отношение хода поршня к  длине шатуна	S/D	-	1,0
25	Эффективная мощность двигателя	Ne	кВт	62
26	Номинальная частота вращения двигателя	N	мин-1	4600
27	Число цилиндров	i	-	4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

 

• 2.1 Расчет процесса газообмена

 

Плотность воздуха окружающей среды

 

        (1)

 

Средняя скорость смеси (воздуха) на впуске в сечении клапана  с учетом диаметра цилиндра и хода поршня прототипа из уравнения

 

       (2)

 

где

S_nn – ход поршня для двигателя, рекомендуемого прототипа (в мм),

n – частота вращения коленчатого вала.

 Скорость смеси должна составлять 50-90 м/с

Давление процессе впуска и к началу такта сжатия

 

(3)

 

Коэффициент остаточных газов – γ_r.

 

            (4)

где

Т_к, ρ_r – температура и давление остаточных газов;

ε – степень сжатия двигателя;

ΔТ – степень подогрева  смеси на выпуске, К;

 

Значение коэффициента остаточных газов при работе двигателя  на полной нагрузке находится в пределах:

Для карбюраторных двигателей γ_r=0,06…0,1

Температура рабочей  смеси

 

                      (5)

 

Т_а, для карбюраторных двигателей Т_а=330…380,К

Коэффициент наполнения цилиндра основной оценочный показатель совершенства организации процесса сгорания:

 

           (6)

 

Предельные значения; 0,8…0,85 – для карбюраторного двигателя.

 

2.2 Расчет процесса  сжатия

 

Процесс сжатия смеси  в двигателе происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ. Носит политропный  характер с переменным показателем политропного процесса n₁ .

Определение его текущего значения является весьма затрудненным. В связи, с чем принимается, процесс происходит по политропен с постоянным значениям показателя политропного сжатия. Его начальное значение принимается из исходных данных, а более близкое значение при необходимости определяется методом последовательных приближений в процессе расчета с заданной степенью приближения по уравнению:

 

(7)

 

Значение давлений ρ_с и температуры Т_с в конце сжатия;

 

ρ_с=ρ_а*εⁿ¹=0,088*8^1,37=1,557 Мпа                            (8)

Т_с=Т_а* ε^n1-1=339,93*8^1,37-1=746,585 К                              (9)

 

Значения для карбюраторных  двигателей

 

ρ_с=(0,9…1,6),Мпа

Т_с=(550…750),К

 

2.3 Определение состава, количество и физико-технических характеристик рабочей смеси и продуктов сгорания

 

Определение выполняется  а расчете на один кг топлива. Определяем теоретическое  количество воздуха  необходимое для сгорания одного кг топлива

 

.             (10)

 

где

О_т – содержание кислорода в топливе;

С – содержание углерода в составе одного кг топливе;

Н – содержание водорода в составе одного кг топливе.

В килограммах:

 

      (11)

 

Количество свежей смеси  при использовании одного кг топлива  для карбюраторных двигателей составляет: