Студ

Помощь

Разработка двигателя на базе дизеля 6ЧНР 36/45 (Г70) с лучшими удельными показателями

РЕФЕРАТ


Курсовой проект содержит: 1 чертеж поперечного разреза двигателя на листе формата А1; 1 чертеж продольного разреза на листе формата А1, 1 чертеж распределительного вала формата А3, 2 листа динамического расчета формата А1; пояснительная записка содержит 54 листов; 7 рисунков; 6 таблиц; 5 источников.

Целью курсового проекта является разработка двигателя на базе дизеля 6ЧНР 36/45 (Г70) с лучшими удельными показателями.

Указанная цель достигается повышением давления надувочного воздуха, совершенствованием рабочего цикла и перерасчетом основных деталей дизеля на прочность. Выполнен расчет основных систем двигателя, определены основные параметры газораспределительного механизма, разработаны чертежи продольного и поперечного разреза двигателя.


1.Тепловой расчет двигателя


1.1Выбор и обоснование исходных данных


Основной целью теплового расчёта является:

. Определение значения параметров состояния рабочего тела в характерных точках

2. Определение индикаторных и эффективных показателей двигателя

3. Построение индикаторной диаграммы

4.Определение основных размеров двигателя (Диаметр цилиндра и ход поршня)

5. определение параметров рабочего тела в турбине и компрессоре


Основные технические параметры прототипа

Эффективная мощность Ne884Частота вращения n375Диаметр цилиндра D360Ход поршня S450Давление наддува pk0,2Максимальное давление сгорания pz8Среднее эффективное давление pe1,05Удельный эффективный расходтоплива ge236

Значение параметров выбираем на основании опытных данных в соответствии с назначением двигателя, режимом его работы и особенностями рабочего цикла двигателя подобного типа.

Исходные данные: ,

Степень сжатия

Проектируемый двигатель - тихоходный, среднеоборотный дизель с наддувом, с неразделённой камерой сгорания. Поэтому, для обеспечения надёжного воспламенения в любых условиях эксплуатации достаточно невысокой степени сжатия ?=12. Дальнейшее увеличение ? приведёт к нежелательному повышению максимального давления сгорания и, следовательно, к увеличению нагрузки на детали двигателя. Принимаем ?=12,5

Коэффициент избытка воздуха

?-отношение количества воздуха, действительно поступившего в цилиндр к количеству воздуха, теоретически необходимому для полного сгорания топлива. У двигателей с наддувом ?=1.6÷2,2. Меньшие значения ? повышают теплонапряжённость двигателя, увеличивается дымность выпускных газов, хуже протекают процессы смесеобразования и сгорания. Варьирование ? является одним из способов достижение необходимого Ре указанного в задании. Увеличение ? приводит к уменьшению литровой мощности двигателя. Принимаем .

Коэффициент использования теплоты

Коэффициент использования теплоты в точках z и b ?z, ?b. Учитывают потери теплоты в начале и в конце расширения.

Наддув уменьшает эти параметры, частота вращения увеличивает их. Поэтому, для среднеоборотного дизеля с наддувом можно принять:

Максимальное давление сгорания .

Максимальное давление сгорания принимаем на основании уже существующих прототипов. Для среднеоборотного дизеля со средней степенью наддува, значение можно принять равным 9 МПа. Температура остаточных газов.

В зависимости от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения и коэффициента избытка воздуха для дизелей температура остаточных газов лежит в пределах К.

Температура Тг возрастает при уменьшении ?, применении наддува и повышении наддува, с увеличением частоты вращения. Принимаем Тг = 820 К

Подогрев свежего заряда.

Естественный подогрев свежего заряда в дизеле с наддувом за счет уменьшения температурного перепада между деталями двигателя и температурой наддувочного воздуха величина подогрева сокращается. Принимаем ?Тa=10 К

Коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

показывает насколько расчётная индикаторная диаграмма отличается от действительной. Принимаем

Параметры топлива.

В соответствии с ГОСТ 305-73 для рассчитываемого двигателя принимаем дизельное топливо. Цитановое число топлива не менее 45.

Средний элементарный состав топлива:

С=0,87 ; Н=0,126 ; О=0,004

Низшая теплотворная способность: QH=42500 кДж/кг

Параметры окружающей среды.

При расчетах принимается давление окружающей среды Р0=0,1 МПа, а температура Т0=288

Литраж проектируемого двигателя.



Среднее эффективное давление.


МПа.


Требуемое давление наддува (ориентировочное).


МПа.


1.2Расчёт параметров процесса впуска


Целью расчета процесса наполнения является определение параметров состояния рабочего тела в цилиндре в конце процесса наполнения ра и Та, а также определение параметров, характеризующих эффективность процесса газообмена.

Давление на выходе из компрессора:



Температура воздуха на выходе из компрессора:


К


nk = 1.55 - показатель политропы в надувочном компрессоре.

Устанавливается односекционный холодильник с , .

Температура воздуха после холодильника:



Температура воздуха в цилиндре в конце наполнения:


Тк`` = Tk + ?Ta = 336,70 + 10 = 336,70 K


Давление заряда в конце наполнения:


Давление остаточных газов в цилиндре:



Коэффициент остаточных газов.



где - температура остаточных газов.


Температура заряда в цилиндре в конце наполнения:



Коэффициент наполнения:



1.3Расчёт параметров процесса сжатия

двигатель индикаторный газ давление

Целью расчета процесса сжатия является определение параметров состояния рабочего тела в конце процесса сжатия - давления рс и температуры Тс.

Процесс сжатия в цикле предназначен для повышения давления и температуры заряда в цилиндре с целью обеспечения надежного самовоспламенения и эффективного сгорания впрыскиваемого топлива на всех режимах работы, а также для увеличения перепада температур в цикле с целью повышения его КПД.

Действительный процесс сжатия происходит по политропе с показателем n1, переменным на всем ходе поршня. В расчетах для упрощения показатель политропы n1 условно принимают как среднюю постоянную величину из условия равенства работы сжатия при истинном и условном его значениях.

При расчетном определении показателя n1 и в последующем, при расчете параметров процессов сгорания и расширения, необходимо оперировать с теплоемкостью рабочего тела в характерных точках рабочего цикла.

С целью упрощения теплоемкости условно считают, что продукты сгорания представляют собой двухкомпонентную смесь, состоящую из «чистых» продуктов сгорания и избыточного воздуха, который не использовался при сгорании.

Средняя молярная изохорная теплоемкость для сухого воздуха определяется по выражению


, кДж/(кмоль?К),


Для «чистых» продуктов сгорания


, кДж/(кмоль?К).


Показатель политропы сжатия n1 определяется по формуле



Уравнение решается методом последовательных приближений. Задаваясь любым значением n1 из указанных пределов его значений n1=1,35…1,38, добиваемся равенства левой и правой частей уравнения. Достаточная точность схождения ??0,001.

Задаемся n1=1,37.

Точность сходимости достаточная. Принимаем n1 = 1,371

Давление в конце сжатия:


.


Температура в конце сжатия:


K


1.4Расчёт параметров процесса сгорания


Целью расчета процесса сгорания является определение его конечных параметров - максимальных значений давления сгорания pz и температуры сгорания Тz.

Процесс сгорания рассчитывают, исходя из сжигания 1 кг топлива.

Элементарный массовый состав топлива С+Н+О = 1 кг, где массовые доли элементов условно обозначены их химическими символами. Для дизельного топлива среднего состава имеем: С=0,87; Н=0,126; О=0,004.

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:


кмоль/кг


Действительное количество воздуха, участвующее в сгорании.

кмоль/кг


Коэффициент молекулярного изменения:



Действительный коэффициент молекулярного изменения:



Доля топлива, сгоревшая к моменту точки z:



Коэффициент молекулярного изменения в точке z:



Степень повышения давления:



Средняя молярная изохорная теплоемкость продуктов сгорания в точке z:

Средняя молярная изохорная теплоемкость продуктов сгорания в точке b:

Температура сгорания:

Максимальная температура сгорания Tz определяется в результате решения уравнения сгорания.

Уравнение сгорания.



Приравнивая левую и правую части получим квадратное уравнение:



Решив уравнение, получим:

Степень предварительного расширения.



1.5Расчёт параметров процесса расширения


Целью расчета процесса расширения является определение параметров состояния рабочего тела в цилиндре в конце расширения- температуры Тb и давления pb.

Степень последующего расширения:



Средний показатель политропы расширения n2 и температуру в конце расширения Тb определяем совместным решением их уравнений методом последовательных приближений


После подстановки известных величин и вычислений получим



Задаемся n2=1,244.



?=0,0001 - сходимость достигнута.

Принимаем n2 = 1,244, Тb = 1129 К.

Давление в конце расширения:



Проверка правильности выбора температуры остаточных газов:



Ошибка выбора составляет 1,07 %, что не превышает допустимого значения ошибки, которое составляет 5%.


1.6Индикаторные показатели двигателя


К индикаторным показателям двигателя относятся среднее индикаторное давление pi, МПа, индикаторная мощность Ni, кВт, индикаторный удельный расход топлива gi, г/кВт?ч и индикаторный КПД ?i.

Индикаторные показатели являются внутренними показателями двигателя, характеризуют совершенство рабочего цикла в цилиндре и учитывают только тепловые потери в самом цилиндре.

Средним индикаторным давлением называется такое условное, постоянное по величине, избыточное давление в цилиндре, которое, действуя на поршень, совершает за один его ход от ВМТ к НМТ работу, равную индикаторной работе цикла.

Расчётное значение среднего индикаторного давления.



Действительное среднее индикаторное давление.



где - коэффициент полноты индикаторной диаграммы.

Мощность, соответствующая суммарной индикаторной работе всех

цилиндров, называется индикаторной мощностью двигателя.

Индикаторная мощность:



В цикле реального двигателя преобразование теплоты топлива в механическую работу сопровождается потерями теплоты с выпускными газами, в систему охлаждения и вследствие неполноты сгорания. Все эти тепловые потери в относительном виде учитываются индикаторным КПД ?i, который является критерием совершенства использования теплоты, подведенной к рабочему телу с топливом.

Индикаторным КПД двигателя называется отношение количества теплоты, преобразованной в индикаторную работу Li, к количеству теплоты, подведенной для совершения этой работы Qi.

Индикаторный КПД:



В абсолютном виде тепловое совершенство двигателя оценивается показателем внутренней экономичности двигателя - удельным индикаторным расходом топлива gi, который показывает сколько килограммов топлива расходуется на единицу произведенной индикаторной работы.

Индикаторный удельный расход топлива:



1.7 Механические потери в двигателе


Некоторая часть индикаторной мощности, развиваемой в цилиндрах двигателя, расходуется в самом двигателе на собственные нужды и не может быть использована потребителем. Эту мощность называют мощностью механических потерь NM, кВт. Данная мощность расходуется на преодоление трения, привод всех вспомогательных механизмов, обеспечивающих нормальную работу двигателя, и на осуществление процессов газообмена.

Среднее давление механических потерь.



Механический КПД задаем равным 0,92.


1.8 Эффективные показатели двигателя


К эффективным показателям двигателя относятся среднее эффективное давление pe, эффективная мощность Ne, эффективный КПД ?е и удельный эффективный расход топлива ge. Как и индикаторные показатели, первые два связаны с работой цикла и мощностью двигателя, вторые касаются их экономичности. Эффективные показатели являются внешними показателями двигателя, учитывают как тепловые, так и механические потери. Они характеризуют тепловое, конструктивное и технологическое совершенство двигателя.

Среднее эффективное давление:



Эффективная мощность:



Эффективный КПД:



Эффективный удельный расход топлива:


Часовой расход топлива.



1.9 Проверка основных размеров двигателя


Литраж (рабочий объем) проектируемого двигателя:



Рабочий объем одного цилиндра:



Диаметр цилиндра:



Ход поршня:



Полученные значения S и D полностью соответствуют размерам прототипа.



. Построение индикаторной диаграммы


Индикаторную диаграмму строят по данным теплового расчета рабочего цикла. В дальнейшем эта диаграмма является исходным материалом для динамического и прочностного расчетов двигателя.

Выбор масштабных коэффициентов:

Масштаб давлений ,

Масштаб хода

Масштаб объема

При построении политроп сжатия и расширения аналитическим способом вычисляется ряд точек для промежуточных объёмов между Va и Vc и между (Vb и VZ по уравнению политропы).

Для политропы сжатия



где Рx и Vx - давление и объём в искомой точке диаграммы.

Для политропы расширения .

Расчет точек для построения индикаторной диаграммы.


Таблица 1.


Определяем поправку Брикса:мм , где мм -постоянная КШМ.

Fiд = 3393 мм2- площадь, скругленной индикаторной диаграммы.

Среднее индикаторное давление по диаграмме:



Расхождение с аналитическим значением



Можно считать расхождение удовлетворительным.



2.1 Параметры рабочего тела и агрегатов системы наддува


Большинство современных судовых дизелей оборудуются системой газотурбинного наддува. Наддув позволяет значительно увеличить удельную мощность, улучшить экономичность и массогабаритные показатели двигателя.

У двигателя с газотурбинным наддувом процесс расширения газов происходит в двух ступенях: первая - цилиндр поршневого двигателя и вторая - газовая турбина. Полезная работа от первой ступени через КШМ передается потребителю, а от второй ступени используется для привода центробежного надувочного компрессора, конструктивно объединенного с турбиной в одном агрегате - турбокомпрессоре.

Параметры центробежного компрессора.

Секундный расход воздуха через компрессор:



где в=28,95 кг/кмоль - молярная масса воздуха.

Удельная адиабатическая работа сжатия воздуха в компрессоре:


кДж/кг;


Мощность, потребляемая компрессором:



Относительная мощность компрессора:



Параметры рабочего тела в выпускном ресивере.

Рабочее тело в выпускном ресивере рассматриваем как газовоздушную смесь отработавших газов из цилиндра и продувочного воздуха, поступившего в ресивер в период перекрытия клапанов в фазе продувки камеры сгорания.

Давление газов в ресивере перед турбиной:


;


Температура отработавших газов в выпускном ресивере после истечения из цилиндра (до смешения с продувочным воздухом):


;


где m - показатель политропы расширения. Принимаем m=1,25.

Средняя молярная изобарная теплоемкость отработавших газов в ресивере:


кДж/(кмоль?К);


Средняя молярная изобарная теплоемкость продувочного воздуха в ресивере:


кДж/(кмоль?К)


Средняя молярная изобарная и изохорная теплоемкость газовоздушной смеси в выпускном ресивере:


=


Температура рабочего тела перед турбиной:



Параметры газовой турбины.

Секундный расход газов через турбину:



Показатель адиабаты расширения в турбине:



Удельная работа адиабатического расширения в турбине:


Допуская, что молярная масса газов и воздуха примерно равны выразим удельную работу турбины:



Мощность турбины:



Относительная мощность турбины


=0.11


Степень повышения давления в компрессоре:



2.2 Внешний тепловой баланс двигателя


Целью расчета внешнего теплового баланса является получение исходных данных для расчета систем охлаждения, смазки, определения возможности утилизации тепловых потерь.

Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива:



Количество полезной теплоты:



Относительная доля полезной теплоты:



Количество теплоты, теряемой в систему охлаждения:



По опытным данным, относительная доля потерь теплоты в систему охлаждения в процессе сгорания расширения составляет , тогда:



Молярная теплоемкость при политропном процессе сжатия:



Где: К = 1.4 показатель адиабаты для воздуха.

Количество рабочего тела в рабочем объеме при pk и Tk:



Количество рабочей смеси сжимаемой за час:



Потеря теплоты в процесс сжатия:



Теплоемкость воздуха:



Часовое количество свежего заряда, участвующего в процессе наполнения:



Теплота, сообщаемая свежему заряду от стенок цилиндра:



Потери теплоты в процессе выпуска в систему охлаждения, составляет тогда абсолютная доля теплоты составит:


Так как турбокомпрессор имеет охлаждаемый корпус, принимаем , тогда абсолютная доля теплоты составит:



Работа механических потерь:



Потеря теплоты в паре поршень-цилиндр:



Где: a = 0.6 доля работы трения в паре поршень-цилиндр.



Потеря теплоты в систему охлаждения, эквивалентная работе водяных насосов:





Потеря теплоты с отработавшими газами:



Молярный расход воздуха через компрессор:



Молярный расход газов из турбины:



Относительный перепад температур в турбине:



Температура газа за турбиной:



Теплоемкость газа за турбиной:

Теплоемкость воздуха при :

Потеря теплоты с выпускными газами:



Остаточный член теплового баланса:



Остаточный член теплового баланса входит в заданные пределы, расчетные статьи теплового баланса могут быть использованы для проектирования вспомогательных систем и агрегатов двигателя.



3. Динамический расчёт двигателя


Динамический расчёт КШМ заключается в определении суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и сил инерции. По этим силам рассчитываются основные детали на износ и прочность, а также неравномерность хода. Во время работы двигателя на детали КШМ действуют силы давления газов в цилиндре, силы инерции возвратно - поступательно движущихся масс, центробежные силы и силы тяжести (обычно не учитываются). Все действующие на двигатель силы воспринимаются сопротивлениями на валу, силами трения и опорами двигателя. В течение каждого рабочего цикла силы, действующие в КШМ, непрерывно изменяются по величине и направлению. Поэтому для определения характера изменения этих сил по углу поворота коленчатого вала и их величины определяют для отдельных положений коленчатого вала.


3.1 Определение сил и моментов в КШМ


По характеру движения массы деталей КШМ делятся на движущиеся возвратно - поступательно (поршневая группа и верхняя головка шатуна) и движущихся вращательно (колено вала и нижняя головка шатуна). А также сложное плоско - параллельное движение (стержень шатуна). Для упрощения расчёта действительный КШМ заменяют динамически эквивалентной системой сосредоточенных масс.

Из данных прототипа:

Масса поршневого комплекта (сосредоточенная на оси поршневого пальца)

Масса шатуна

  • Масса шатуна, приведённая к оси поршневого пальца

  • Масса шатуна, приведённая к оси шатунной шейки


  • Приведённая масса поступательно движущихся частей КШМ


В центральном КШМ действую силы:

  • Pj - сила инерции поступательно движущихся масс;
  • Pг - сила давления газов;
  • På - суммарная сила;
  • N - нормальная сила;
  • S - сила, нагружающая шатун;
  • KR - центробежная сила;
  • Т - тангенциальная сила;

-К - сила, действующая по кривошипу.


3.1.1 Сила давления газов

Используя круг Брикса получим развёрнутую индикаторную диаграмму по углу п.к.в. Для определения силы давления газов на поршень необходима площадь поршня:



Для удобства будем пользоваться удельными силами, действующими на единицу площади поршня:


где - значение абсолютного давления газов по индикаторной диаграмме


3.1.2 Силы инерции

Силы инерции, действующие в КШМ, в соответствии с характером движения делят на силы инерции поступательно движущихся масс и центробежные силы инерции вращающихся масс .

Силы инерции поступательно движущихся масс:



где j - текущее ускорение поршня,

- постоянная КШМ.



Сила инерции вращающихся масс шатуна:



МПа


3.1.3 Суммарные силы, действующие в КШМ

Суммарная сила от силы давления газов и силы инерции:



Нормальная сила, действующая перпендикулярно оси цилиндра и воспринимаемая стенками цилиндров:



где - угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра.

Сила, действующая на шатун:



Сила, действующая по кривошипу:



Тангенциальная сила:



Сила, действующая на шатунные шейки коленчатого вала:



Результаты расчётов сводятся в таблицу (таблица 1), и по ней строится диаграмма зависимости сил от угла поворота коленчатого вала.

илы, действующие в КШМ.

Таблица 2.

?Pгj, м/с^2PjP?NSKTMk,Н?м00,12373,5125-0,87335-0,753350-0,75335-0,7533500100,12364,6094-0,85253-0,73253-0,03077-0,73326-0,71641-0,15749-3606,9625200,12338,5603-0,79162-0,67162-0,05507-0,67364-0,61252-0,28141-6444,9056300,12297,2777-0,6951-0,5751-0,06959-0,57912-0,46353-0,34793-7968,4279400,12243,734-0,5699-0,4499-0,07018-0,4553-0,29963-0,34282-7851,4104500,12181,6632-0,42477-0,30477-0,05669-0,30995-0,15238-0,27002-6184,1035600,12115,194-0,26935-0,14935-0,03151-0,15263-0,04734-0,14517-3324,604700,1248,45323-0,113290,0067070,0015430,0068810,0008450,006827156,359221800,12-14,81340,0346370,1546370,0372670,159121-0,00990,1588123637,14226900,12-71,56220,1673270,2873270,0703950,295947-0,07040,2873276580,421561000,12-119,680,2798350,3998350,096360,41143-0,164330,3770448635,152221100,12-158,0930,3696530,4896530,112620,502384-0,273230,4215919655,374611200,12-186,7560,4366740,5566740,1174580,568921-0,380210,4230729689,286631300,12-206,5170,4828770,6028770,1121350,613126-0,473260,3894598919,467521400,12-218,8810,5117870,6317870,0985590,639369-0,547130,3310577581,92621500,12-225,7150,5277680,6477680,078380,652303-0,599830,2558695859,955091600,12-228,9210,5352630,6552630,0537320,657228-0,634290,1736453976,845141700,12-230,1160,5380590,6580590,0276380,658717-0,652790,0875222004,443281800,14-230,3880,5386940,67869400,678694-0,67869001900,13-230,1160,5380590,668059-0,028060,668727-0,66271-0,14363-3289,50522000,14-228,9210,5352630,675263-0,055370,677288-0,65365-0,28294-6479,83792100,15-225,7150,5277680,677768-0,082010,682513-0,62761-0,41005-9391,04942200,16-218,8810,5117870,671787-0,10480,679849-0,58177-0,5119-11723,6852300,18-206,5170,4828770,662877-0,12330,674146-0,52036-0,58731-13450,6832400,2-186,7560,4366740,636674-0,134340,650681-0,43485-0,61885-14172,9642500,22-158,0930,3696530,589653-0,135620,604984-0,32903-0,60027-13747,442600,27-119,680,2798350,549835-0,132510,56578-0,22598-0,56468-12932,4352700,32-71,56220,1673270,487327-0,11940,501947-0,1194-0,48733-11160,8642800,41-14,81340,0346370,444637-0,107160,457531-0,02846-0,41929-9602,7222900,5448,45324-0,113290,426707-0,098140,4378010,053765-0,36739-8414,14223000,72115,194-0,269350,450653-0,095090,4605670,142857-0,3425-7843,92333101,04181,6632-0,424770,615235-0,114430,6256940,307617-0,39744-9102,29043201,51243,734-0,56990,940101-0,146660,9513820,626107-0,49261-11281,9213302,25297,2777-0,69511,554905-0,188141,5657891,253253-0,61419-14066,2473403,6338,5603-0,791622,808378-0,230292,8168032,56124-0,74422-17044,2853505364,6094-0,852534,147469-0,174194,1516174,056225-0,55161-12633,1673605,92373,5125-0,873355,04665205,0466525,046652003708,94364,6094-0,852538,0874690,3396748,0955577,9095451,73880639822,49923808,85338,5603-0,791628,0583780,6607878,0825537,349243,3764677328,40293906,82297,2777-0,69516,1249050,7411136,1677794,9366733,70556784865,68224004,2243,734-0,56993,6301010,5662963,6736622,4176472,76613763350,64584102,91181,6632-0,424772,4852350,4622542,5274841,2426172,20191850428,78664202,19115,194-0,269351,9206530,4052581,9629070,6088471,86687542755,55954301,7248,45323-0,113291,6067070,3695431,6484810,2024451,63562737459,47964401,38-14,81340,0346371,4146370,3409271,455661-0,090541,45283233273,06064501,13-71,56220,1673271,2973270,3178451,336247-0,317851,29732729711,65414600,94-119,680,2798351,2198350,293981,25521-0,501351,15030426344,51554700,83-158,0930,3696531,1996530,275921,230844-0,669411,03290123655,72494800,74-186,7560,4366741,1766740,2482781,202561-0,803670,89427220480,80824900,68-206,5170,4828771,1628770,2162951,182646-0,912860,75121917204,57125000,63-218,8810,5117871,1417870,1781191,155489-0,988790,59829713702,31295100,6-225,7150,5277681,1277680,136461,135663-1,044310,44546910202,21425200,58-228,9210,5352631,1152630,0914521,118608-1,079570,2955456768,624595300,59-230,1160,5380591,1280590,0473781,129187-1,119030,1500323436,060455400,57-230,3880,5386941,10869401,108694-1,10869005500,4-230,1160,5380590,938059-0,03940,938997-0,93055-0,20168-4618,97855600,21-228,9210,5352630,745263-0,061110,747498-0,72141-0,31227-7151,55985700,14-225,7150,5277680,667768-0,08080,672443-0,61835-0,404-9252,4915800,12-218,8810,5117870,631787-0,098560,639369-0,54713-0,48142-11025,6255900,12-206,5170,4828770,602877-0,112140,613126-0,47326-0,53415-12233,2026000,12-186,7560,4366740,556674-0,117460,568921-0,38021-0,54109-12392,0886100,12-158,0930,3696530,489653-0,112620,502384-0,27323-0,49847-11415,9956200,12-119,680,2798350,399835-0,096360,41143-0,16433-0,41063-9404,34926300,12-71,56220,1673270,287327-0,07040,295947-0,0704-0,28733-6580,42156400,12-14,81340,0346370,154637-0,037270,159121-0,0099-0,14582-3339,65446500,1248,45324-0,113290,006707-0,001540,0068810,000845-0,00577-132,244856600,12115,194-0,26935-0,149350,031512-0,15263-0,047340,1135042599,484676700,12181,6632-0,42477-0,304770,056686-0,30995-0,152380,1968784508,951366800,12243,734-0,5699-0,44990,070184-0,4553-0,299630,2357475399,132646900,12297,2777-0,6951-0,57510,069587-0,57912-0,463530,2271635202,527297000,12338,5603-0,79162-0,671620,055073-0,67364-0,612520,177984076,133647100,12364,6094-0,85253-0,732530,030766-0,73326-0,716410,0974272231,283757200,12373,5125-0,87335-0,753350-0,75335-0,7533500

3.1.4 Определение набегающих моментов на коренные и шатунные шейки

Порядок работы цилиндров 1 - 5 - 3 - 6 - 2 - 4. Крутящий момент от каждого цилиндра изменяется периодически в соответствии с порядком работы цилиндров.

Угол между вспышками - угол расклинки кривошипа.


Рис. 2 Схема заклинки кривошипов.


Определим для каждого цилиндра угол опережения относительно 1го цилиндра:

Первая коренная шейка не нагружена и никаких моментов не воспринимает.

Тогда - набегающие моменты на коренные шейки,

, , , , , - моменты от цилиндров.


, ,

, ,

, ,

.


Результаты расчёта сводятся в таблицу и по ней строятся графики зависимости набегающих моментов от угла поворота коленчатого вала.



Набегающие моменты на коренные шейки

Таблица 3.

?ТкII=T1TkIIITkIVTkVTkVITkVII=T?00-0,618850,2754250,6984970,157410,1574110-0,15749-0,75776-0,006540,382917-0,115551,62325620-0,28141-0,84609-0,247790,083263-0,327373,04909230-0,34793-0,83526-0,38979-0,13392-0,421253,28431840-0,34282-0,76212-0,46657-0,29293-0,438752,32738850-0,27002-0,63742-0,48738-0,39986-0,405641,79628160-0,14517-0,48766-0,48766-0,48766-0,374161,492717700,006827-0,39061-0,5923-0,73593-0,539051,096576800,158812-0,3338-0,64607-0,929-0,693250,759578900,287327-0,32686-0,73086-1,14091-0,913750,3835791000,377044-0,36718-0,8486-1,3605-1,18252-0,032211100,421591-0,13002-0,66417-1,25148-1,15405-0,121151200,4230720,423072-0,11801-0,73686-0,736860,157411300,3894592,1282651,6297981,0295310,8720371,6232561400,3310573,7075173,2968862,7322052,4507963,0490921500,2558693,9614363,6741093,1867822,8388493,2843181600,1736452,9397812,7939592,3746672,0318432,3273881700,0875222,289442,2836651,9162711,6462491,79628118001,8668751,9803781,6378821,4927171,492717190-0,143631,4919951,6888731,2914311,2982591,096576200-0,282941,1698971,4056440,9130311,0718430,759578210-0,410050,8872771,114440,5002520,7875790,383579220-0,51190,6384030,8163830,0721620,449207-0,03221230-0,587310,4455920,543019-0,008590,412997-0,12115240-0,618850,2754250,2754250,2754250,6984970,15741250-0,600270,150952-0,006541,7322642,1217231,623256260-0,564680,033616-0,247793,1286663,4597233,049092270-0,48733-0,04186-0,389793,3157763,5716453,284318280-0,41929-0,12375-0,466572,2995662,473212,327388290-0,36739-0,21736-0,487381,7145331,8020551,796281300-0,3425-0,3425-0,487661,3792131,3792131,492717310-0,39744-0,59912-0,59231,043330,8996981,096576320-0,49261-0,80488-0,646070,8067660,5238310,759578330-0,61419-1,01819-0,730860,5664670,1564170,383579340-0,74422-1,22564-0,84860,301707-0,21019-0,03221350-0,55161-1,08576-0,664170,36873-0,21858-0,121153600-0,54109-0,118010,7762570,157410,157413701,7388061,2403391,6297982,3810171,780751,6232563803,376462,965833,2968863,8951833,3305023,0490923903,7055673,418243,6741094,1195773,6322513,2843184002,7661372,6203142,7939593,0895042,6702112,3273884102,2019182,1961442,2836652,4336972,0663031,7962814201,8668751,9803781,9803781,9803781,6378821,4927174301,6356271,8325061,6888731,487191,0897491,0965764401,4528321,6885791,4056441,0933790,6007660,7595784501,2973271,524491,114440,710440,0962520,3835794601,1503041,3282840,8163830,334961-0,40926-0,032214701,0329011,1303280,5430190,008869-0,54274-0,121154800,8942720,8942720,275425-0,26566-0,265660,157414900,7512190,593725-0,00654-0,505011,2337971,6232565000,5982970,316887-0,24779-0,658422,7180363,0490925100,4454690,097536-0,38979-0,677123,0284493,2843185200,295545-0,04728-0,46657-0,612392,1537432,3273885300,150032-0,11999-0,48738-0,493161,7087591,7962815400-0,14517-0,48766-0,374161,4927171,492717550-0,20168-0,19486-0,5923-0,395421,2402091,096576560-0,31227-0,15345-0,64607-0,410321,0425130,759578570-0,404-0,11667-0,73086-0,50370,7936290,383579580-0,48142-0,10438-0,8486-0,670620,479687-0,03221590-0,53415-0,11256-0,66417-0,566740,466157-0,12115600-0,54109-0,11801-0,11801-0,118010,7762570,15741610-0,49847-0,109011,6297981,4723042,2235231,623256620-0,41063-0,079573,2968863,0154763,6137733,049092630-0,28733-0,031463,6741093,3261763,7716453,284318640-0,145820,0278222,7939592,4511362,746682,327388650-0,005770,0817472,2836652,0136432,1636751,7962816600,1135040,1135041,9803781,8352131,8352131,4927176700,1968780,0532461,6888731,69571,4940181,0965766800,235747-0,047191,4056441,5644561,2521910,7595786900,227163-0,182891,114441,4017670,9977670,3835797000,17798-0,333920,8163831,1934270,712005-0,032217100,097427-0,489880,5430190,964610,430461-0,121157200-0,618850,2754250,6984970,157410,15741

Шатунная шейка нагружается набегающим моментом на i-ю коренную шейку плюс половина момента от i-го цилиндра.



Набегающие моменты на шатунные шейки

Таблица 4.

?Тш1Tш2Tш3Tш4Tш5Tш600-0,30942-0,928270,4131381,0477460,23611510-0,07875-0,45763-1,13664-0,009810,574375-0,1733320-0,1407-0,56375-1,26914-0,371690,124894-0,4910530-0,17397-0,5916-1,25289-0,58469-0,20088-0,6318740-0,17141-0,55247-1,14317-0,69986-0,43939-0,6581250-0,13501-0,45372-0,95612-0,73108-0,59979-0,6084660-0,07258-0,31641-0,73149-0,73149-0,73149-0,56124700,003414-0,19189-0,58592-0,88845-1,10389-0,80858800,079406-0,08749-0,5007-0,9691-1,3935-1,03988900,143663-0,01977-0,49029-1,09629-1,71137-1,370621000,1885220,004934-0,55076-1,2729-2,04075-1,773781100,2107960,145785-0,19503-0,99626-1,87722-1,731081200,2115360,4230720,634608-0,17702-1,10529-1,105291300,1947291,2588623,1923972,4446971,5442961,3080551400,1655282,0192875,5612754,9453294,0983083,6761941500,1279342,1086525,9421545,5111634,7801734,2582741600,0868221,5567134,4096724,1909383,5623,0477651700,0437611,1884813,434163,4254982,8744072,46937318000,9334372,8003122,9705682,4568232,239075190-0,071820,6741812,2379922,533311,9371471,947388200-0,141470,4434811,7548452,1084661,3695471,607765210-0,205020,2386141,3309161,671660,7503791,181369220-0,255950,063250,9576041,2245740,1082440,67381230-0,29365-0,070860,6683880,814528-0,012890,619495240-0,30942-0,171710,4131380,4131380,4131381,047746250-0,30013-0,224660,226428-0,009812,5983963,182584260-0,28234-0,265530,050424-0,371694,6935,189584270-0,24366-0,26459-0,06279-0,584694,9736645,357467280-0,20965-0,27152-0,18562-0,699863,4493493,709815290-0,1837-0,29238-0,32604-0,731082,57182,703083300-0,17125-0,3425-0,51374-0,731492,068822,06882310-0,19872-0,49828-0,89869-0,888451,5649951,349546320-0,24631-0,64875-1,20732-0,96911,2101490,785746330-0,30709-0,81619-1,52728-1,096290,84970,234625340-0,37211-0,98493-1,83846-1,27290,452561-0,31529350-0,27581-0,81869-1,62864-0,996260,553095-0,327873600-0,27054-0,81163-0,177021,1643860,2361153700,8694031,4895721,8605082,4446973,5715252,6711253801,688233,1711454,4487444,9453295,8427744,9957533901,8527843,5619045,1273615,5111636,1793665,4483764001,3830682,6932263,9304724,1909384,6342554,0053174101,1009592,1990313,2942153,4254983,6505463,0994544200,9334371,9236272,9705682,9705682,9705682,4568234300,8178141,7340662,7487592,533312,2307861,6346234400,7264161,5707052,5328692,1084661,6400680,9011494500,6486631,4109082,2867341,671661,065660,1443794600,5751521,2392941,9924271,2245740,502441-0,613894700,5164511,0816151,6954920,8145280,013304-0,814124800,4471360,8942721,3414080,413138-0,39849-0,398494900,3756090,6724720,890587-0,00981-0,757511,8506955000,2991480,4575920,47533-0,37169-0,987644,0770545100,2227340,2715020,146304-0,58469-1,015684,5426745200,1477720,124133-0,07092-0,69986-0,918593,2306155300,0750160,015021-0,17999-0,73108-0,739742,5631385400-0,07258-0,21775-0,73149-0,561242,239075550-0,10084-0,19827-0,29228-0,88845-0,593131,860313560-0,15613-0,23286-0,23018-0,9691-0,615481,56377570-0,202-0,26034-0,17501-1,09629-0,755551,190444580-0,24071-0,2929-0,15657-1,2729-1,005930,71953590-0,26707-0,32335-0,16884-0,99626-0,850120,699235600-0,27054-0,32955-0,17702-0,17702-0,177021,164386610-0,24923-0,30374-0,163512,4446972,2084563,335284620-0,20532-0,2451-0,119364,9453294,5232155,420659630-0,14366-0,15939-0,047195,5111634,9892645,657467640-0,07291-0,0590,0417334,1909383,6767044,12002650-0,002890,0379870,1226213,4254983,0204653,2455136600,0567520,1135040,1702552,9705682,752822,752826700,0984390,1250620,0798692,533312,543552,2410266800,1178740,09428-0,070782,1084662,3466841,8782866900,1135810,022138-0,274331,671662,102651,496657000,08899-0,07797-0,500881,2245741,7901411,0680087100,048713-0,19623-0,734820,8145281,4469150,6456917200-0,30942-0,928270,4131381,0477460,236115

3.2 Анализ уравновешенности двигателя


Для уравновешивания сил инерции и их моментов в многоцилиндровом двигателе необходимо и достаточно, чтобы равнодействующие всех сил инерции, действующие в плоскостях, проходящих через ось вала, а также сумма моментов этих сил относительно выбранной оси равнялась нулю.

При проектировании двигателя стремятся путем выбора схем расположения кривошипов коленчатого вала и цилиндров создать такую конструкцию, при которой суммарные силы инерции SРjl, SРjll и моменты , были бы равны нулю. Если это не удается, то прибегают к уравновешиванию двигателя с помощью дополнительных устройств.

Для обеспечения полного уравновешивания двигателя требуется существенное усложнение конструкции, что с учетом высоких порядков гармонических составляющих сил инерции практически не осуществимо, поэтому двигатель остается частично неуравновешенным.

Уравновешенными считаются шести-, восьми-, десяти- и двенадцатицилиндровые двигатели с зеркальным относительно средней коренной шейке расположением кривошипов коленчатого вала.

Порядок работы цилиндров двигателя:

-5-3-6-2-4

Схема заклинки коленчатого вала выполнена в соответствии с Рис. 2


Рис. 3 К анализу уравновешенности двигателя.


На данной схеме изображен коленчатый вал двигателя, в котором уравновешены силы инерции 1 и 2 порядков, центробежные силы инерции, а также моменты этих сил.

Действительно, рассмотрим 1 и 6 цилиндры:


,

примем .

; ;


и 5 цилиндры:


; ;


и 4 цилиндры:


; ;


Тогда:


;

;


Аналогично:


;


Как видно двигатель с данной схемой коленчатого вала полностью уравновешен от сил инерции 1го и 2го порядка, центробежных сил и их моментов.


4. Расчет ДВС на прочность


.1 Расчет на прочность деталей поршневой группы


.1.1 Расчет прочности поршня

Наиболее нагруженным элементом поршневой группы является поршень, воспринимающий высокие газовые, инерционные и тепловые нагрузки. Тяжёлые условия работы поршней предъявляют повышенные требования к материалам при изготовлении.

Чтобы устранить защемление поршня в цилиндре вследствие его теплового расширения, диаметр поршня должен быть меньше диаметра цилиндра. Наименьший диаметр должен быть у головки поршня.

Поршень из серого чугуна с днищем вогнутой формы, охлаждаемым маслом с внутренней стороны.

Днище поршня

Толщина днища: м

Высота юбки:м

Радиус заделким


Рис. 4 Расчетная схема днища поршня.


Рассматриваем днище поршня как пластину, защемленную по периферии, равномерно нагруженную.

Напряжения изгиба в тангенсальном направлении

Перефирия


где - коэффициент Пуассона (чугун)

Центр



Напряжения изгиба:



Температурные напряжения



- коэффициент линейного расширения (серый чугун);

- модуль упругости (серый чугун);

- коэффициент Пуассона;

- коэффициент теплопроводности;

-удельная тепловая нагрузка на поверхность днища поршня, где:

- доля тепла от сгорания топлива, проходящая через днище поршня;

- цилиндровая мощность двигателя;

- удельный расход топлива;

-низшая теплотворная способность топлива

Суммарные напряжения на периферии и центре днища поршня:


МПа

- для чугуна


Расчет удельных давлений

Юбка:



- диаметр цилиндра



Бобышки:



4.1.2 Расчет поршневого пальца

Наибольшее распространение получили плавающие пальцы, подвижные в бобышках поршня и в поршневой головке шатуна. Поршневой палец подвергается воздействию сил, переменных по величине и направлению. Эти силы подвергаю поршневой палец переменному изгибу и овализации. Материал пальца работает на усталость.

Недопустимая овализация поршневого пальца может приводить к трещинам в бобышках поршня и к продольным трещинам в стержне шатуна. Для повышения износостойкости и прочности пальцы изготавливают с вязкой сердцевиной и твёрдой поверхностью (цементированные и закалённые стали 15, 15Х, и 20ХН, с поверхностной закалкой ТВЧ стали 40, 45, 45Х и 40ХН, азотированные стали 18ХНВА). Для повышения усталостной прочности наружная поверхность пальца, а иногда и внутренняя, тщательно полируются. Принимаем Сталь45Х.

- длина, плавающего пальца

- внутренний диаметр пальца

- наружный диаметр пальца

- длина втулки шатуна

- расстояние между бобышками

бобышек.

Напряжение в поршневом пальце от изгиба имеет максимальное значение в середине длины пальца:



Допускаемое значение напряжений: ,

где -относительная величина отверстия в поршневом пальце.

Инерционная сила:


,


Расчетная сила, действующая на поршневой палец:

z = pz*Fп = 10 * 0,1067 = 1,067 МН


Расчетная сила:



k - коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца. k= 0,68…0,81

Касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна:



Допускаемое значение напряжений:



Проверка на овализацию:

Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации:


м


Величина овализации не должна превышать:


4.1.3 Расчет прочности поршневого кольца

Кольца прижимаются к стенкам цилиндра силами собственной упругости и давления газов. Верхнее поршневое кольцо работает в условиях высокой температуры и недостаточной смазки. В период сгорания удельное давление между кольцом и втулкой цилиндра, вызываемое газовыми силами, в 40 - 70 раз превосходит удельное давление от сил собственной упругости. В зоне этого кольца имеет место наибольший износ цилиндра. Повышение износостойкости достигается увеличением радиальной толщины (ограничиваемой напряжениями в кольце), применением для верхних поршневых колец пористогохромирования, а также напылением карбидохромомолибденового покрытия.

Поршневые кольца изготавливают из стали и чугуна специальных марок.

В цилиндре двигателя поршневое кольцо находится в сжатом состоянии, а при надевании его на поршень оно разводится. В том и другом случае в поршневом кольце действуют напряжения изгиба.

Расчёт кольца проводится с равномерным распределением давления по цилиндру.

Зададимся следующими параметрами:

- зазор в замке в свободном состоянии



- зазор в замке после установки

- радиальная толщина кольца

- высота кольца

Напряжение в сечении противоположном замку

в рабочем состоянии:




где, - деформация замка в рабочем состоянии


Рис. 6 Расчет поршневого кольца.


- условный модуль упругости

Напряжение изгиба кольца при надевании


- деформация кольца


при надевании



Удельное давления кольца на стенку цилиндра



Допускаемое удельное давления

В среднем принимают значение . Экспериментальные исследования колец показывают, что величина удельного давления кольца на стенки цилиндра не является одинаковой по длине кольца. Она изменяется в зависимости от положения замка кольца и, особенно от степени изношенности кольца и рабочей втулки цилиндра.


4.1.4 Расчет коленчатого вала

Коленчатый вал с присоединёнными к нему вращающимися частями представляет собой систему, подверженную крутильным и изгибным колебаниям, вызванным периодически действующими силами и моментами. Крутильные и изгибные колебания увеличивают напряжения в коленчатом валу.

Требования, предъявляемые к коленчатым валам:

-надёжность работы на всех эксплуатационных режимах;

прочность, жёсткость, износостойкость при минимальной массе;

обеспечение необходимого ресурса до капитального ремонта;

высокая точность изготовления, твёрдость и чистота обработки;

статическая и динамическая уравновешенность.

Основные положения расчета:

расчёту подвергается коленвал, как разрезная балка, т.е. рассматривается отдельное колено, оперяющиеся по плоскостям, проходящим через середины соседних коренных шеек;

колено абсолютно жёсткое;

колено симметричное;

коленвал рассматривается по элементам, отдельно коренная шейка, шатунная шейка, щека.

Коленчатые валы отечественных судовых двигателей изготавливают из сталей 45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА и др. Поверхности шеек стальных валов в целях повышения их твердости и износостойкости подвергаются азотированию на глубину 0,5-0,8 мм. Для изготовления коленчатых валов судовых двигателей довольно широко используются литые валы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Преимуществом чугунных валов является их меньшая стоимость и возможность снижения припусков на механическую обработку. Поверхности шеек чугунных валов обрабатываются токами высокой частоты.

Принимаем материал: чугун ВЧ45-0.

Порядок работы цилиндров 1-5-3-6-2-4

.ВМТ, нагружающей силой является сила Pz;

.положение при Т=Тmax;

.набегающий момент на колено максимален;

.положение, при котором сила S по шатуну максимальна.

Рис. 7 Расчетная схема коленчатого вала


R=0,225 м. Fп=0,1017м

dк=0,255 м dш=0,225 м

l =0,2475 м а1= 0,165 м

h=0,645 м b=0,09 м


4.1.5 Расчет шатунной шейки

Шатунные шейки рассчитывают на кручение и изгиб.

Расчет на кручение

Максимальный и минимальный набегающие моменты:

Максимальный и минимальный крутящие моменты:



Момент сопротивления шатунной шейки кручению:


Максимальное и минимальное касательные напряжения:



Среднее напряжение и амплитуда напряжений:



Коэффициент учитывающий масштабный фактор:

Коэффициент концентраций напряжений:

Коэффициент динамичности:

Предел выносливости:

Предел прочности:

Коэффициент чувствительности асимметрии цикла:



Запас прочности:



Запас прочности не превышает допустимые значения

Расчет на изгиб

Расчет ведется для сечений 1 и 3.

Определим реакции:



Изгибающий момент в плоскости колена:



Изгибающий момент в плоскости, перпендикулярной плоскости колена:



Изгибающий момент в направлении масляного канала:



Изгибающий момент в направлении галтельного перехода:




К расчету изгиба шатунной шейки

Таблица 5.

?KTMk3Mt3M1Mk3*cosMt3*sinM СуммRtRk0-0,07660-3832106,70623171710-17170,80-3832110-0,0729-0,016-36443-991,416,5297416329-886,3-17215,3-8011-3644320-0,0623-0,029-31158-1771,56,0005113961-1584-15544,6-14315-3115830-0,0472-0,035-23579-2190,25,1593710565-1958-12523-17699-2357940-0,0305-0,035-15242-21584,053136829,4-1929-8758,72-17439-1524250-0,0155-0,027-7751,4-1699,82,760053473,2-1520-4992,8-13735-7751,460-0,0048-0,015-2408,3-913,81,359231079,1-816,9-1896,02-7384-2408,2709E-050,000742,94342,9770,06124-19,2438,42157,6631347,2942,98580-0,0010,0162-503,47999,7071,41647225,59893,73668,1448078,4-503,4390-0,00720,0292-3580,91808,72,63341604,5161712,464114616-3580,9100-0,01670,0384-8359,32373,463,661353745,62121,9-1623,7119179-8359,3110-0,02780,0429-138992653,884,472196227,62372,6-385521446-13898120-0,03870,043-193402663,25,0635286662380,9-6285,0621521-19340130-0,04810,0396-240742451,615,45602107872191,7-8595,0919811-24074140-0,05570,0337-278312083,975,69267124701863,1-10607,416840-27831150-0,0610,026-305121610,675,80517136721439,9-12231,913016-30512160-0,06450,0177-322651093,085,8541914457977,21-134808833-32265170-0,06640,0089-33206550,9425,8631114879492,54-14386,44452,1-33206180-0,0690-3452406,04166154690-15469,20-34524190-0,0674-0,015-33711-904,166,0363915105-808,3-15913,3-7306-33711200-0,0665-0,029-33250-1781,16,3404814899-1592-16490,8-14392-33250210-0,0639-0,042-31925-2581,26,6736914305-2308-16612,6-20858-31925220-0,0592-0,052-29593-3222,46,8982413260-2881-16140,8-26039-29593230-0,0529-0,06-26470-3697,16,9850511860-3305-15165,5-29875-26470240-0,0442-0,063-22120-3895,66,732959911,3-3483-13394-31480-22120250-0,0335-0,061-16737-3778,66,09367499,4-3378-10877,5-30534-16737260-0,023-0,057-11495-3554,65,414325150,7-3178-8328,56-28724-11495270-0,0121-0,05-6073,4-3067,74,466442721,3-2742-5463,84-24789-6073,4280-0,0029-0,043-1447,6-2639,43,74109648,62-2360-3008,25-21329-1447,52900,0055-0,0372734,9-2312,73,30534-1225-2068-842,134-186892734,93000,0145-0,0357266,8-21563,30346-3256-19271328,62-174227266,93100,0313-0,0415648-2501,94,47393-7011-22374774,73-20217156483200,0637-0,0531849-31017,09184-14271-277211498,4-25058318493300,1275-0,06263750-3866,312,424-28565-345625108,5-31242637503400,2606-0,076130285-4684,823,7429-58377-418854189,1-378571302853500,4127-0,056206332-3472,436,4405-92452-310489347,7-280592063323600,51340256713044,9248-1E+05011502602567133700,80470,176940234310945,672,0913-2E+059785,4190065884504023433800,74770,343537384121254,571,9964-2E+05190011865101717543738413900,50220,37725111923326,254,9486-1E+05208541333731884952511194000,2460,281412298117412,632,7035-551041556770671,31407081229814100,12640,2246320913860,922,5071-283221239240714,1112007632094200,06190,18993097111751,817,4802-138771050624383,394964309714300,02060,16641029810296,114,6713-46149204,713818,98320110298440-0,00920,1478-4605,59145,4512,95812063,681766112,4273903-4605,4450-0,03230,132-161688166,5611,89027244,57300,956,342465992-16168460-0,0510,117-255037241,0711,1702114276473,5-4953,6558514-25503470-0,06810,1051-340516502,0310,9569152585812,8-9444,7552542-34051480-0,08180,091-408815629,3710,7031183185032,6-13285,145490-40881490-0,09290,0764-464354728,8610,524208064227,6-16578,938213-46435500-0,10060,0609-502983766,2310,288225373367-19170,130434-50298510-0,10620,0453-531222804,1910,1068238032506,9-21295,722660-53122520-0,10980,0301-549161860,439,96388246061663,2-22943,115034-54916530-0,11380,0153-56923944,43810,050725506844,32-24661,47631,8-56923540-0,11280-5639709,86948252700-252700-56397550-0,0947-0,021-47335-1269,68,4760321210-1135-22344,8-10259-47335560-0,0734-0,032-36697-1965,76,9977516443-1757-18200,2-15884-36697570-0,0629-0,041-31454-2543,16,5752314094-2274-16367,5-20551-31454580-0,0557-0,049-27831-3030,56,487512470-2709-15179,8-24489-27831590-0,0481-0,054-24074-3362,46,352810787-3006-13792,8-27171-24074600-0,0387-0,055-19340-3406,15,886938666-3045-11711-27524-19340610-0,0278-0,051-13899-3137,85,060186227,6-2805-9032,75-25356-13898620-0,0167-0,042-8359,3-2584,93,937243745,6-2311-6056,46-20888-8359,3630-0,0072-0,029-3580,9-1808,72,63341604,5-1617-3221,48-14616-3580,9640-0,001-0,015-503,47-917,941,30108225,59-820,6-1046,23-7418-503,436509E-05-6E-0442,943-36,3490,05195-19,24-32,5-13,254-293,742,985660-0,00480,0115-2408,3714,4961,094771079,1638,76-440,3315773,7-2408,2670-0,01550,02-7751,41239,332,216233473,21108-2365,2610015-7751,4680-0,03050,024-152421484,013,393916829,41326,7-5502,7411992-15242690-0,04720,0231-235791429,974,59514105651278,4-9286,6211555-23579700-0,06230,0181-311581120,375,67811139611001,6-12959,39053,5-31158710-0,07290,0099-36443613,2926,4361616329548,28-15780,74955,9-36443720-0,07660-3832106,70623171710-17170,80-38321

Выбираем максимальные и минимальные значения моментов

Сечение 1


Момент сопротивления шатунной шейки кручению:



Максимальное и минимальное напряжения изгиба:



Среднее напряжение и амплитуда напряжений:



Коэффициент концентраций напряжений:

Коэффициент учитывающий масштабный фактор:

Предел выносливости:

Предел прочности:

Коэффициент чувствительности асимметрии цикла:



Запас прочности:



Запас прочности не превышает допустимые значения

Сечение 3

Максимальное и минимальное напряжения изгиба:



Среднее напряжение и амплитуда напряжений:



Коэффициент концентраций напряжений:

Коэффициент учитывающий масштабный фактор:

Предел выносливости:

Предел прочности:

Коэффициент чувствительности асимметрии цикла:



Запас прочности:



Запас прочности не превышает допустимые значения


4.1.6 Расчет щеки

Щека испытывает напряжения растяжения - сжатия, изгиба и кручения.

Размеры щеки:



Площадь щеки:



Момент сопротивления щеки:



Сила, растягивающая щеку: S = Pz

Напряжения определяются по формуле:



Реакция:


(кН) ,


тогда , составляем таблицу для поиска максимального и минимального напряжения.


Напряжения, возникающие в щеке.

Таблица 6

MkщRk?k-0,05709-0,346-9,01-0,7533-0,05405-0,3276-8,53-0,7164-0,04548-0,2756-7,177-0,6125-0,03318-0,2011-5,237-0,4635-0,01966-0,1192-3,103-0,2996-0,00751-0,0455-1,186-0,15240,0011520,0070,1818-0,04730,0051270,03110,80920,00080,0042410,02570,6693-0,0099-0,00075-0,0045-0,118-0,0704-0,0085-0,0515-1,341-0,1643-0,01748-0,106-2,759-0,2732-0,02631-0,1595-4,152-0,3802-0,03399-0,206-5,364-0,4733-0,04008-0,2429-6,325-0,5471-0,04443-0,2693-7,012-0,5998-0,04727-0,2865-7,46-0,6343-0,0488-0,2957-7,701-0,6528-0,05093-0,3087-8,038-0,6787-0,04962-0,3007-7,83-0,6627-0,04887-0,2962-7,712-0,6537-0,04672-0,2832-7,373-0,6276-0,04294-0,2602-6,776-0,5818-0,03787-0,2295-5,977-0,5204-0,03082-0,1868-4,864-0,4348-0,02209-0,1339-3,486-0,329-0,01359-0,0823-2,144-0,226-0,00479-0,029-0,756-0,11940,002710,01640,4277-0,02850,0094930,05751,49820,05380,0168430,10212,65820,14290,0304360,18454,80340,30760,0567110,34378,95010,62610,1084510,657317,1161,25330,216361,311334,1462,56120,3396962,058853,614,05620,4214062,55466,5065,04670,6575953,9854103,787,90950,611373,705396,4867,34920,4123332,49965,0744,93670,2045141,239532,2762,41760,1075740,65216,9771,24260,0552880,33518,72540,60880,0217590,13193,4340,2024-0,00241-0,0146-0,381-0,0905-0,02116-0,1283-3,34-0,3178-0,0363-0,22-5,729-0,5014-0,05017-0,3041-7,918-0,6694-0,06124-0,3712-9,666-0,8037-0,07025-0,4258-11,09-0,9129-0,07652-0,4637-12,08-0,9888-0,0811-0,4915-12,8-1,0443-0,08401-0,5091-13,26-1,0796-0,08726-0,5289-13,77-1,119-0,08641-0,5237-13,64-1,1087-0,07171-0,4346-11,32-0,9306-0,05446-0,3301-8,595-0,7214-0,04596-0,2785-7,253-0,6184-0,04008-0,2429-6,325-0,5471-0,03399-0,206-5,364-0,4733-0,02631-0,1595-4,152-0,3802-0,01748-0,106-2,759-0,2732-0,0085-0,0515-1,341-0,1643-0,00075-0,0045-0,118-0,07040,0042410,02570,6693-0,00990,0051270,03110,80920,00080,0011520,0070,1818-0,0473-0,00751-0,0455-1,186-0,1524-0,01966-0,1192-3,103-0,2996-0,03318-0,2011-5,237-0,4635-0,04548-0,2756-7,177-0,6125-0,05405-0,3276-8,53-0,7164-0,05709-0,346-9,01-0,7533

Максимальное напряжение:

?max = 103,78 МПа

Минимальное напряжение:

?min = -13,77 МПа

Амплитудное значение:



Среднее значение:



Запас прочности:



Предел выносливости:

Запас прочности не превышает допустимые значения 2…3,2


4.1.7 Расчет шатунного болта

Шатунные болты работают на усталость и статические нагрузки. Рассчитываются на кручение.

Сила действующая на стык болта.


Рбол=3385 Н.


Где Рj сила инерции, ? постоянная КШМ, Fn площадь поршня, i количество шатунных болтов i=2.

Сила затяжки.


Рзат=8462,5 Н.


Где ? коэффициент запаса, принимаем ? = 2,5.

Статическое напряжение.


22,87 МПа.


Где F0 площадь сечения по внутреннему диаметру резьбы, F0= 0,00037м.

Полученное напряжение не превосходит допускаемое [?]=0,5 ?тек=47,5 МПа, где ?тек предел текучести материала ?тек=95 МПа(сталь 40ХНМА).

Суммарное нормальное напряжение.


15,4 МПа.


Где ? коэффициент нагрузки, принимаем ?=0,2.

Момент кручения14,98 Н?м.

Где ? коэффициент трения в резьбе, ?=0,13.

Напряжение кручения.


4,79 МПа.


Запас статической прочности.


2,27


Полученный запас статической прочности не превышает допускаемый [n]=1,5…3.

Амплитуда напряжений.


1,14 МПа.


Среднее напряжение.


15,5 МПа.


Запас прочности по переменному напряжению.


9,8 .


Где ?-1б предел усталости болта, ?-1б=13,3 МПа.

полученный запас прочности больше допускаемого [n]=2,5.


4.1.8 Расчет втулки цилиндра


Рис.3.7 Стенка цилиндра.


Нормальное напряжение сжатия.


1,73 МПа.


Где Рz сила максимального давления сгорания, r1 внутренний радиус цилиндра r1= 0,180 м, r2 внешний радиус цилиндра r2= 0,207 м.

Нормальное напряжение растяжения.


23,59 МПа.


Где ? коэффициент линии расширения ?=10,7?10-6 1/град, Е модуль упругости Е=105МПа, ? коэффициент Пуассона ?=0,3, ?t перепад температур ?t= ?+?t1, где ? толщина стенки цилиндра ?=21мм, принимаем ?t1=3, температурный градиент, зависящий от толщины стенки, ?t=63 град/мм.

Суммарное напряжение.

25,32 МПа.


Полученное напряжение не превышает допускаемое [?]=80…90 МПа


5. Расчет основных систем двигателя


.1 Расчет топливной системы


Цикловая подача:


г/цикл

- цилиндровая мощность


- удельный эффективный расход топлива

- частота вращения коленчатого вала




принимаем m=1.5


Диаметр плунжера:



Принимаем

Полный ход плунжера:


Принимаем

Форсунка:



где - суммарная площадь сопловых отверстий (необходимо определить)

- скорость истечения

; ; - частота вращения коленчатого вала

- коэффициент истечения

Определяем суммарную площадь сопловых отверстий из формулы объема топлива:



Определяем площадь одного сопла:



где - количество сопловых отверстий

Диаметр соплового отверстия:


c= 0,15…1 мм

Ход иглы:

Угол распыливания:

?р = 1300

- давление в форсунке.


5.2 Расчет системы смазки


Теплота отводимая с маслом от двигателя (с учетом охлаждаемых поршней):



Объемная производительность масляного насоса:



где - перепад температуры на входе и выходе

- теплоёмкость масла


5.3 Расчет системы охлаждения


Количество тепла отводимое с водой:


,


где - доля тепла от сгорания топлива отводимая в воду

- мощность двигателя

- удельный эффективный расход топлива

- низшая теплотворная способность топлива

Производительность водяного насоса:



где - теплоёмкость воды

- перепад температур на входе и выходе

Давление воды в системе:



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


1.Теория двигателей внутреннего сгорания. Под ред. Дьяченко Н. Х., Л., «Машиностроение», 1974г.

.Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчёт на прочность поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. Орлина А. С., М.: «Машиностроение», 1984г.

. Дизели. Справочник. Под ред. Ваншейдта В. А.,Л.: «Машиностроение» 1977г.

. Теория рабочих процессов Поршневы и комбинированных двигателей. Под ред. Орлина А. С., М.: «Машиностроение», 1971г.

. Справочник конструктора-машиностроителя. Том-1. Анурьев В.И. «Машиностроение», 1979г.