Кафедра ИТС

ФГБОУ ВПО “Сибирский государственный

технологический университет”

Лесосибирский филиал

КАФЕДРА ИТС

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине “Теория машин и механизмов”

Расчет и проектирование восьмицилиндрового четырехтактного дизельного двигателя

Пояснительная записка

(КП ИТС 000000.006 ПЗ)

Руководитель:

________Л. А. Тумма

(подпись)

____________________

(оценка, дата)

Разработал:

Студент группы 53-1

________ П.Л. Махов

(подпись)

____________________

(дата)

Лесосибирск 2011

Содержание

Цель: Рассчитать кинематические и динамические характеристики двигателя внутреннего сгорания 740 КАМАЗа 4310 с турбокомпрессором и подобрать существующий тип двигателя, применяя при этом знания, полученные по нескольким следующим дисциплинам: теория машин и механизмов, детали машин, сопротивление материалов, технология конструкционных материалов и теоретическая механика.

Курсовой проект содержит 37 страниц печатного текста; 2 раздела (1. Определение мощности ДВС, 2. Расчет маховика); 13 подразделов; 8 таблиц (1. Исходные данные, 1.1 Результаты расчетов скоростей,

1.2 Результаты расчетов сил давления и приведенных моментов сил давления, 1.3 Технические характеристики двигателя, 1.4 Технические характеристики турбокомпрессора TKP7H-1, 1.5 Результаты расчетов приведенных моментов сил давления, 2.1 Результаты расчетов приведенных моментов и работ внешних сил, 2.2 Результаты расчетов кинетических энергий T₀, T₁, T₂); 10 рисунков, 2 приложения (1. План положений и скоростей, графики и диаграммы сил, графики моментов с турбокомпрессором, 2. Маховик); 9 литературных источников.

Рисунок №1. Структурная схема механизма восьмицилиндрового четырехтактного двигателя

Таблица №1. Исходные данные

ВВЕДЕНИЕ

· выпуск модернизированных машин и оборудо­вания для предприятий с морально устаревшими, но еще функционирующими технологическими линиями;

· производство (в том числе сборочное) науко­емкой продукции на импортном оборудовании с при­влечением в различных формах иностранного капитала;

· участие в проектах, предполагающих произ­водство технологически сложных комплектующих изде­лий для техники, выпускаемой иностранными фирмами за рубежом (включение российских технологий в меж­дународную систему технологического сотрудничества)

· точечное развитие отдельных производств по выпуску оборудования для высоких технологий, как на импортной, так и на собственной технологической базе.

1.1 Структурный анализ

а) План положений

Цель: построить план положений звеньев для определения положений кривошипа за его полный оборот.

1. Вычерчивается на листе бумаги форматом АЗ механизм восьмицилиндрового четырехтактного двигателя (кривошип, шатун, поршень) в характерном положении кривошипа с углом 45°. Для схемы выбирается масштаб 1: 8.

2. Далее по этой схеме строится план положений механизма в восьми

положениях.

- Для этого траектория движения точки В, которая является концом звена 1 делится на восемь равных дуг окружности, описываемой точкой В за полный оборот.

- Точки деления обозначаются числами, начиная с 1^ой и заканчивая 9^ой.

- Центр вращения кривошипа обозначен буквой А.

- Кривошип так, что один конец точки В движется по окружности, второй - точка С, движется по прямой и совпадает с траекторией движения поршня, который движется по прямой, определяемой направляющими поршня.

- При построении плана положений необходимо учитывать неизменность длин кривошипа и шатуна. Построим положения шатуна при восьми положениях кривошипа. Для этого отложим длину шатуна от каждой из восьми точек на прямую совпадающую с траекторией движения поршня.

- Отметить положения точки S расположенной на прямой шатуна. Для этого на каждом положении шатуна отложим эту точку на расстоянии BS от точки B.

- Построим вектора скорости υ _В, для этого отложим вектор этой скорости из каждой точки по траектории точки B перпендикулярно радиусу окружности этой траектории.

Вывод: построив план положений, мы смогли определить положения кривошипа за его полный оборот.

б) Структурный анализ

Цель: Провести структурный анализ для определения кинематических параметров механизма, величин и направлений скоростей.

1. Определим число степеней свободы

Число степеней свободы рассчитывается по формуле Чебышева:

W_n=3n-(2p_н+p_в-q_н),

где n - число подвижных звеньев механизма;

p_н - число одноподвижных кинематических пар механизма;

p_в - число высших кинематических пар механизма;

q_н - число избыточных связей механизма.

W_n=3∙ 3 - (2∙ 4+0 - 0)=3∙ 3 - 2∙ 4=9 - 8=1.

n=3 (кривошип, шатун, поршень);

p_н=4 (стойка – кривошип, кривошип - шатун, шатун – поршень, поршень – стойка);

p_в=0 (в данном механизме не присутствуют двух подвижные пары);

q_н=0 (избыточные связи ликвидируются зазорами в парах, либо конструкцией кинематических пар).

2. План скоростей

- Для построения плана скоростей необходимо произвести расчет векторов скорости по плану положений.

- Ниже плана положений построим план скоростей. Для этого необходимо параллельно перенести вектор скорости υ _В, а вектора скоростей υ _c, υ _cв и υ _s откладывать по следующему правилу: вектор скорости υ _c откладывается из

начала вектора скорости υ _В и его конец совпадает с концом вектора скорости υ _cв. Вектор скорости υ _cв откладывается из конца вектора скорости υ _В. Вектор

скорости υ _s откладывается из начала вектора скорости υ _В и его конец лежит на векторе скорости υ _cв.

- Направление каждого вектора определяется по направлению вектора скорости υ _В и по знаку полученному при расчете векторов.

- Для расчета величины вектора скорости необходимо использовать аналитический метод по формулам.

1. Определим значение скорости υ _В точки В:

υ _В=r₁∙ ω ₁,

где r₁ - длина кривошипа,

ω ₁ - угловая скорость вращения кривошипа.

ω ₁=π ∙ n₁/30,

где n₁ - частота вращения кривошипа.

n₁=1500 мин^-1_.

ω ₁=3, 14∙ 1500/30=157 с^-1.

r₁=0, 14 м.

υ _В=0, 14∙ 157=21, 98 м/с.

2. Определяем cosγ в девяти точках

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

3. Определим значение скорости υ _c точки С

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

4. Определим значение скорости υ _cв вращения шатуна

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

5. Определим величину скорости υ _s точки S

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Таблица 1.1 - Результаты расчетов скоростей

По полученным данным строим план скоростей в масштабе

1 мм/200 м/с (Приложение А, рисунок 3).

Вывод: Мы нашли интересующие нас величины и по полученным расчетным данным строим вектора скорости, которые характеризуются тремя основными характеристиками, точка приложения, длина и направление. Это позволяет провести кинематический анализ следствием, которого будет обеспечение бесперебойной работы механизма.

1.2 Силы давления газов на поршень

Цель: Определить силы давления газов, чтобы определить в дальнейшем работу, определяющая КПД. Работа газов за рабочий цикл может быть подсчитана как сумма произведений давления в цилиндре на каждом маленьком участке (где это давление можно принять постоянным) на перемещение поршня на этом участке.

,

d= 0, 18 (диаметр поршня);

Р=2, 2 (давление в цилиндре при рабочем ходе)

кН

,

d= 0, 18 (диаметр поршня);

Рсж=0, 5 (давление в цилиндре при сжатии)

кН

Строим диаграмму сил давления газов на поршень в масштабе 2 мм/1 кН. (Приложение А, рисунок 4)

Вывод: При вычислении были найдены силы давления газов на поршень при их расширении во время рабочего хода, после чего можно посчитать моменты сил давления. Сила давления при рабочем ходе очень велика, из этого следует, что на поршень действует огромное давление, и большая часть энергии уходит в тепло, так как размер цилиндра мал для такого давления.

1.3 Расчет приведенных моментов сил давления

Цель: Определить приведенный момент сил давления газов для предотвращения поломки ДВС при высоких крутящих моментах, и его дальнейшего использования. При высокой и в тоже время доступной величине момента, повышается и КПД.

Приведенные моменты сил давления определяются по формуле

1. Приведенные моменты сил давления на участке рабочего хода определяются по следующей формуле:

М_F^пр=F_p∙ υ _c/ω _1,

Определим приведенные моменты сил давления на участке рабочего хода в девяти точках положения кривошипа.

1. кН·м

2. кН·м

3. кН·м

4. кН·м

5. кН·м

6. кН·м

7. кН·м

8. кН·м

9. кН·м

2. Приведенные моменты сил давления на участке сжатия определяются по следующей формуле:

М_F^пр =-F_с∙ υ _c/ω _1,

1. кН·м

2. кН·м

3. кН·м

4. кН·м

5. кН·м

6. кН·м

7. кН·м

8. кН·м

9. кН·м

По данным расчетам строим график приведенных моментов сил давления в масштабе 30 мм/ 1 кН. (Приложение А, рисунок 5)

Сведем результаты расчетов сил давления и приведенных моментов сил давления в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 - Результаты расчетов сил давления и приведенных моментов сил давления

Вывод: По полученным расчетным величинам мы можем подобрать втулки, подшипники, для конкретного двигателя, толщину и длину шатунов, что обеспечит долгую работу двигателя. А так как моменты тоже высоки, повышается вероятность поломки ДВС.

1.4 Расчет работы сил давления газов

Цель: Определить полную работу выполняемую газами при сгорании топлива за полный цикл хода поршня, для определения мощности двигателя. Расчет работы сил давления газов определяем для расчета параметров двигателя: массу, тяговые характеристики.

Работу сил давления определяем, используя метод численного интегрирования по формулам:

при рабочем ходе;

при сжатии;

Подставляем наши значения и получаем:

кДж

кДж

Вывод: Мы определили работу при рабочем ходе и сжатии поршня, из получившихся величин видно, что при сжатии затрачивается намного меньше работы, чем при рабочем ходе. Эти значения помогут посчитать мощность двигателя. Если сила давления велика, следовательно, и работа тоже будет выше нормальной для такого двигателя.

1.5 Определение мощности ДВС, выбор и описание типа двигателя

Цель: Определить мощность и КПД двигателя внутреннего сгорания, подобрать существующий тип двигателя, так как чем больше мощность, тем выше характеристики тяговые и меняется сфера применения данной машины, под наши данные, и описать его.

Для начала находим мощность двигателя:

где A^’_p- итоговая (положительная) величина работы сил давления газа на поршень за один оборот кривошипа (коленчатого вала), кДж;

кВт

По полученным значениям мы подбираем двигатель 740.14-300 (Евро 1)

Такой тип двигателя ставится на КамАЗ-4310, который выпускается Камским автозаводом с 1989 г. Кузов - металлическая платформа с откидными задним и боковыми бортами, оснащена каркасом и тентом. Платформа КамАЗ-43101 снабжается по заказу надставными боковыми решетчатыми бортами с откидными боковыми и средней съемной скамейками для перевозки 30 человек. Кабина - трехместная, откидывающаяся вперед гидравлическим подъемником, с шумо-и термоизоляцией, без спального места (по заказу со спальным местом) оборудована независимым отопителем. Сиденье водителя подрессоренное, регулируется по массе водителя, длине, наклону спинки.
Имеются модификации тропического исполнения.

Таблица 1.3 Техническая характеристика двигателя