Введение. Методические указания к выполнению курсовых проектов

Расчет двигателя

Методические указания к выполнению курсовых проектов

Тверь 2014

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Современные поршневые двигатели внутреннего сгорания достигли высокой степени совершенства, продолжая тенденцию непрерывного роста удельных (литровой и поршневой) мощностей, снижения удельной материалоемкости, токсичности отработанных газов, снижения удельных расходов топлива и масел, повышения надежности и долговечности.

Анализ тенденций развития конструкций тракторов и автомобилей показывает большую перспективность применения поршневых двигателей в ближайшие 15...20 лет.

От будущего специалиста в области сервиса транспортных машин требуется широкий научный и технический кругозор, умение с наибольшим экономическим эффектом использовать современную.

Важным элементом подготовки инженеров данного направления является курсовая работа по разделу «Расчет двигателя».

Цель курсовой работы состоит в овладении методикой и навыками самостоятельного решения по проектированию и расчету автотракторных двигателей внутреннего сгорания на основе приобретенных знаний при изучении курсов «Рабочие процессы энергетических установок» и «Прикладные расчеты автомобильных двигателей».

Перед выполнением курсовой работы следует изучить конструкцию заданного прототипа двигателя и его технико-экономические показатели.

Указания по оформлению пояснительной записки

Пояснительную записку пишут чернилами на одной стороне листов формата А4. Записка должна иметь объем 25…30 страниц.

Не допускаются длинные рассуждения, повторение известных доказательств, обширные выписки из учебников и других трудов. В тексте обязательны ссылки на литературные источники. Ссылки на литературу в тексте сопровождается порядковым номером, под которым этот источник включен в указатель. Номер источника в тексте заключается в квадратные скобки.

В пояснительной записке приводят графики, которые выполняют карандашом на миллиметровой бумаге (индикаторная диаграмма, внешняя скоростная характеристика и т.д.). На всех графиках по осям координат обязательно проставляют условные обозначения и размерность величин.

Чертежи выполняют карандашом на чертежной бумаге формата А1. В соответствии с требованиями ЕСКД. Расчеты выполняются только в Международной системе единиц (СИ). Соотношения между единицами системы СИ и МКГСС представлены в приложении 11.

При выполнении расчетов двигателя необходимо соблюдать следующую точность вычислений:

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

Тепловой расчет позволяет с достаточной степенью точности аналитическим путем определить основные параметры вновь проек­тируемого двигателя, а также проверить степень совершенства дей­ствительного цикла реально работающего двигателя.

В данном учебном пособии основное внимание уделено расчету вновь проектируемого двигателя. В связи с этим приводятся основ­ные положения, необходимые для выбора исходных параметров, которые используются при выполнении как теплового, так и после­дующих расчетов двигателя.

Мощность и частота вращения коленчатого вала. При расчете двигателя обычно задаются величиной номинальной мощности или определяют ее с помощью тяговых расчетов. Номинальной мощностью (N_e) называют эффективную мощность, гарантируемую заводом-изготовителем для определенных условий работы. В автомо­бильных и тракторных двигателях номинальная мощность равна максимальной мощности при номинальной частоте вращения ко­ленчатого вала. Выбор или задание номинальной мощности определяется, прежде всего, назначением двигателя (для легкового или грузового автомобилей, трактора); его типом (бензиновый-карбюраторный или двигатель с впрыском топлива, газовый, дизель); условиями эксплуатации и т.д. Мощность современных автомо­бильных и тракторных двигателей колеблется в очень широких пределах - 15…500 кВт.

Другим важнейшим показателем двигателя является частота вращения коленчатого вала, характеризующая тип двигателя и его динамические качества. На протяжении длительного времени суще­ствовала тенденция повышения частоты вращения коленчатого ва­ла. Результатом этого являлось снижение основных размеров двига­теля, его массы и габаритов. Однако с увеличением частоты враще­ния возрастают инерционные силы, ухудшается наполнение цилинд­ров, возрастает токсичность продуктов сгорания, повышается износ деталей и узлов двигателя, снижается его срок службы. В связи с этим в 60…80-х годах частота вращения коленчатого вала двига­телей практически стабилизировалась, а для отдельных типов авто­мобильных двигателей даже снижалась. Однако применение бен­зиновых двигателей с впрыском топлива во впускную систему и не­посредственно в цилиндр позволило значительно увеличивать ча­стоту вращения коленчатого вала при снижении токсичности от­работавших газов.

Размеры цилиндра (диа­метр и ход поршня) являются основными конструктивными пара­метрами двигателя. Диаметр D (мм) цилиндра современных авто­мобильных и тракторных двигателей изменяется в достаточно уз­ких пределах 60…150 мм и в основном зависит от типа и назначе­ния двигателя:

Ход поршня обычно характеризуется относительной величиной S/D, непосредственно связанной со скоростью поршня. В зависимо­сти от величины S/D различают двигатели короткоходные (S/D < 1) и длинноходные (S/D> 1). При переходе к короткоходным двига­телям снижается высота двигателя и его масса, увеличивается ин­дикаторный КПД и коэффициент наполнения, уменьшается ско­рость поршня и износ деталей двигателя. В то же время снижение величины S/D приводит к более высокому давлению газов на по­ршень, ухудшению условий смесеобразования и увеличению габа­ритной длины двигателя.

Современные бензиновые двигатели проектируются с невысоким 1 отношением S/D. Обычно S/D - 0, 8…1, 1. Для автомобильных дизелей отношение хода поршня к диаметру цилиндра принимается 1 близким к единице (S/D = 0, 9…1, 2). Большинство же дизелей име­ют S/D > 1. Для тракторных дизелей S/D = 1, 1…1, 3.

Скорость поршня V_П.СР является критерием быстроходности дви­гателя. В зависимости от величины V_П.СР двигатели подразделяют на тихоходные (V_П.СР < 6, 5 м/с) и быстроходные (V_П.СР > 6, 5 м/с). Все авто­мобильные и почти все тракторные двигатели являются быстроход­ными, так как имеют V_П.СР > 6, 5 м/с.

С увеличением скорости поршня возрастают механические поте­ри, повышается тепловая напряженность деталей, сокращается срок службы двигателя. В связи с этим увеличение средней скорости поршня неразрывно связано с необходимостью повышения долго­вечности деталей, применения более совершенных материалов в двигателестроении и улучшения качества применяемых масел.

На основе установленных или заданных исходных данных (тип двигателя, мощность N_e, частота вращения коленчатого вала n, число i и расположение цилиндров, отношение S/D, степень сжатия ε) проводят тепловой расчет двигателя, в результате которого определяют его основные энергетические (р_е, N_е), экономические (g_е, η _e) и конструктивные (D, S, V_Л) параметры. По результатам теп­лового расчета строят индикаторную диаграмму. Параметры, полученные в тепловом расчете, используются при построении скоростной характеристики и являются исходными при проведении динамического и прочностных расчетов.

В процессе теплового расчета должны быть определены параметры состояния рабочего тела, соответствующие ха­рактерным точкам цикла, индикаторные и эффективные по­казатели двигателя, диаметр цилиндра и ход поршня. По ре­зультатам теплового расчета должна быть построена инди­каторная диаграмма. Данные теплового расчета используются при построении скоростной характеристики двигателя. Тепловой расчет производится для режима номинальной мощности дизеля, а карбюраторного двигателя, работающе­го с ограничителем – для режима максимальной мощности. Последовательность выполнения теплового расчета:

1. выбор и обоснование исходных данных к расчету;

2. определение параметров состояния рабочего тела;

3. определение индикаторных и эффективных показате­лей двигателя;,

4. определение диаметра цилиндра и хода поршня;

5. построение индикаторной диаграммы и скоростной характеристики двигателя.