Транспорт

Расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968М




                          Министерство  образования

                             Российской Федерации

                        Вологодский  государственный
                          технический  университет



Факультет: ФПМ

Кафедра: А и АХ

Дисциплина: АД



                       РАСЧЕТНО(ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

                            К  КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
    Тема: расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя
                        на шасси автомобиля ЗАЗ(968М
     (Ne=60 л.с. (44,1 кВт), n=4500 мин-1, (=7,5, воздушное охлаждение)


                                                             Выполнил:
Дроздов Д. В.
                                                             Группа: МАХ-41
                                                             Принял: к.т.н.
Яковицкий А. А.



                              Вологда, 2001 г.


                                 Содержание



   Введение
   Задание на курсовой проект
   1. Тепловой расчет
   2. Построение внешней скоростной характеристики двигателя
   3. Сравнение параметров проектируемого двигателя и прототипа
   4. Расчет кинематики и динамики двигателя
        1. Кинематический расчет
        2. Динамический расчет
   5. Анализ компьютерного расчета на ЭВМ
   6. Уравновешивание двигателя
   7. Расчет основных деталей двигателя
   8. Спец. разработка  ( система охлаждения)
 Заключение
 Список литературы



                                                  ВВЕДЕНИЕ


    На наземном транспорте наибольшее  распространение  получили  двигатели
внутреннего  сгорания.  Эти  двигатели  отличаются  компактностью,   высокой
экономичностью, долговечностью и  применяются  во  всех  отраслях  народного
хозяйства.
    В настоящее время  особое  внимание  уделяется  уменьшению  токсичности
выбрасываемых в атмосферу вредных веществ  и  снижению  уровня  шума  работы
двигателей.
    Специфика технологии производства двигателей и повышение  требований  к
качеству двигателей при  возрастающем  объеме  их  производства,  обусловили
необходимость  создания  предполагаемые   показатели   цикла,   мощность   и
экономичность,  а  также  давление   газов,   действующих   в   надпоршневом
пространстве цилиндра, в зависимости от угла поворота коленчатого  вала.  По
данным  расчета  можно  установить  основные  размеры   двигателя   (диаметр
цилиндра и ход поршня) Успешное применение двигателей внутреннего  сгорания,
разработка  опытных  конструкций  и  повышение  мощностных  и  экономических
показателей стали возможны в значительной  мере  благодаря  исследованиям  и
разработке теории рабочих процессов в двигателях внутреннего сгорания.
    Выполнение задач по производству и эксплуатации транспортных двигателей
требует  от  специалистов  глубоких  знаний  рабочего  процесса  двигателей,
знания их конструкций и расчета двигателей внутреннего сгорания.
    Рассмотрение отдельных процессов в двигателях  и  их  расчет  позволяют
определить и проверить на прочность его основные детали.
                         ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ


    По  заданным  параметрам  двигателя  произвести  тепловой  расчет,   по
результатам расчета построить индикаторную  диаграмму,  определить  основные
параметры  поршня  и  кривошипа.  Разобрать  динамику   кривошипно-шатунного
механизма. Построить график средних крутящих моментов.
    Параметры двигателя:

|Номинальная |Число     |Расположение |Тип двигателя |Частота     |Степень |
|мощность,   |цилиндров,|цилиндров    |              |вращения    |сжатия  |
|л.с. (кВт)  |i         |             |              |коленвала,  |        |
|            |          |             |              |об/мин-1    |        |
|60 (44,1)   |4         |V-образное   |карбюраторный |4500        |7,5     |
                  1.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ [1, с.72(94]
                         1.1. Выбор исходных данных
                               1.1.1. Топливо

   Степень сжатия проектируемого двигателя  ( =7,5. В качестве топлива
выбираем бензин марки А(76.
   Элементарный  состав  топлива:  С+Н+О=1
где C=0,855; H=0,145; О=0.
   Молекулярная масса топлива: МT=115 кг/кмоль.
   Низшая теплота сгорания топлива:
        Нu=33,91C+125,60H(10,89(O(S)(2,51(9H+W);
        Нu=33,91(0,855+125,60(0,145(2,51(9(0,145)=43930 кДж/кг.


                       1.1.2. Параметры  рабочего тела

   Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива:
        [pic]
        [pic] кг возд./кг топл.
       [pic]
       [pic] кмоль возд./кг топл.
   Коэффициент  избытка  воздуха  ?  принимаем  равным  0,96 для   получения
  оптимального  соотношения   экономичности   и   мощности    проектируемого
двигателя.
   Количество  горючей  смеси: М1 =  (Lo+1/ mт  =  0,96(0,516+1/115=  0,5050
кмоль.
   При неполном сгорании топлива (  ((1  )  продукты  сгорания  представляют
собой смесь окиси углерода (СО), углекислого  газа  (СО2)  ,  водяного  пара
(Н2О), свободного водорода (Н2)  ,  и  азота  (N2)  .  Количество  отдельных
составляющих  продуктов  сгорания  и  их  сумма  при   К=0,5   (К(постоянная
зависящая от отношения количества водорода к окиси углерода, содержащихся  в
продуктах сгорания):
        МСО =2([(1(()/(1+K)](0,208(Lo;
        МСО =2([(1(0,96)/(1+0,5)](0,208(0,517=0,0057 кмоль/кг топл.
        МСО[pic]=С/12-2([(1(()/(1+K)](0,208(Lo;
        МСО[pic]=0,855/12(2([(1-0,96)/(1+0,5)](0,208(0,517=0,0655 кмоль/кг
топл.
        МН[pic]=2(К([(1(()/(1+K)](0,208(Lo;
        МН[pic]=2(0,47([(1(0,96)/(1+0,5)](0,208(0,517=0,0029 кмоль/кг топл.
        МН[pic]О=Н/2(2(К([(1-()/(1+K)] (0,208(Lo;
        МН[pic]О=0,145/2-2(0,47([(1(0,96)/(1+0,5)](0,208(0,517=0,0696
кмоль/кг топл.
        МN[pic]=0,792((Lo;
        МN[pic]=0,792(0,96(0,517=0,393 кмоль/кг топл.
   Суммарное количество продуктов сгорания:
        М2 =МСО+МСО[pic]+МН[pic] + МН[pic]О + МN[pic];
        М2 =0,0073+0,063+0,0034+0,069+0,388=0,5367 кмоль/кг топл.
   Проверка:
        М2 =С/12+Н/2+0,792(((Lo;
        М2=0,855/12+0,145/2+0,792(0,96(0,517=0,5367 кмоль/кг топл.

          1.1.3. Параметры  окружающей  среды  и  остаточных газов

   Атмосферное давление и температура окружающей среды: po=0,101 МПа;
To=293 К. Температуру остаточных газов принимаем на основании  опытных
данных [1,с.43]:
        Тr =1040 К; pr =1,16(po =1,16(0,101=0,11716 МПа.
Давление остаточных газов Рr можно получить на номинальном режиме:
      РrN=1,18(Р0=0,118 Мпа
      Ар=(РrN - Р0(1,035) (108/(nN2(Р0)=0,716
Находим давление остаточных газов Рr:
      Рr= Р0( (1.035+ Ар(10-8(n2)
      Рr=0,101( (1,035+0,716(10-8(45002)=0,118 МПа

                            1.2. Процесс  впуска

   Температуру  подогрева свежего  заряда  принимаем на  основании   опытных
 данных [1,с.44]: (Т=8 0 C.
   Плотность  заряда на  впуске: ?о= р0 (106  /(RВ(TО)  =0,101(106/(287(293)
=1,189 кг/м3,
где р0 =0,101 МПа; Т0 =293 К; RВ ( удельная газовая  постоянная  равная  287
Дж/(кг( град(.
   Давление  заряда   в   конце   наполнения  Ра  принимаем   на   основании
рекомендаций  [1,с.44]  в  зависимости    от    средней    скорости   поршня
Сп=S(n/30, где S (  ход  поршня,  n-заданная   частота  вращения   коленвала
двигателя:   Сп =0,092 (4500/30=9,51 м/с.
   Принимаем  ра=0,0909 МПа.
   Коэффициент остаточных газов:
          ?r=[pic],
где (оч ( коэффициент  очистки;  (доз  (коэффициент  дозарядки  (без   учета
продувки и
дозарядки  (оч=1; (доз=0,95).
         ?r=[pic]=0,07.
   Температура  заряда  в конце  впуска:
    Та =(To +(Т + ?r(Тr)/(1+ ?r);
    Та  =(293+8+0,07(1040)/(1+0,07)= 349,3 К.
   Коэффициент наполнения:
        [pic];
        [pic]=0,73.


                             1.3. Процесс сжатия

    Средние  показатели   адиабаты  сжатия   при   работе    двигателя    на
номинальном режиме определяем по номограмме   [1,с.48]  при  (  =7,5   и  Та
=349,3  К:  k1=1,3775;  средний  показатель  политропы   сжатия    принимаем
несколько меньше k1 :  n1= k1-0,02=1,3575.
   Давление в конце сжатия:
        рс = ра( ( n 1;
        рс =0,085(7,51,3575 = 1,31 МПа.
   Температура в конце сжатия:
        Тс = Та((( n 1-1) ;
        Тс =349,3(7,5(1,3575-1) =717,85 К.
        tc=Тс –273;
        tc=717,85(273=444,85 0C.
   Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:
        свежей смеси:
              (mC[pic])[pic]=20,6+2,638(10-3(tc=20,6+2,638(10-3(444,85=21,77
кДж/(моль( град( (
        остаточных газов:
          (mC[pic])[pic]=23,805   кДж/(моль(  град(    -определяем   методом
экстрополяции (1, табл.7)
         рабочей смеси:
                     (mC[pic])[pic]=(mC[pic])[pic]=1/(1+?r)(((mC[pic])[pic]+
?r((mC[pic])[pic])=21,903 кДж/(моль( град(
   Число молей остаточных газов:
         Мr =(((r(L0;
         Мr =0,96(0,07(0,517=0,0347 кмоль/кг топл.
   Число молей газов в конце сжатия до сгорания:
        Мс=М1+Мr ;
        Мс=0,505+0,0347=0,5397 кмоль/кг топл.


                            1.4. Процесс сгорания

   Химический коэффициент молекулярного изменения:
        (о=М2/М1,
где  М1  (  количество  горючей  смеси,  отнесенное  к  1кг  топлива;  М2  (
количество продуктов  сгорания, отнесенное к 1кг  топлива.
        (о=0,5367 / 0,505=1,0628.
   Действительный  коэффициент  молекулярного изменения:
        (= ((о+?r)/(1+?r);
        (=(1,0628+0,07)/(1+0,07)=1,0587 .
   Количество теплоты, потерянное  вследствие химической неполноты  сгорания
топлива:
           (Ни=119950((1(()(L0;
           (Ни=119950((1(0,96)(0,517=2480,57 кДж/кг  топл.
   Теплота  сгорания  рабочей смеси:
        Н раб. см.=(Ни((Ни)/(М1((1+?r )(;
        Н раб. см.=(43930(2480,57)/(0,505((1+0,07)(=76708,5 кДж/кг  топл.
   Средняя  мольная  теплоемкость продуктов  сгорания:

        (mC[pic])[pic]=(1/М2)((МCО(mC[pic])[pic]+МСО[pic](mC[pic])[pic]+МН[pic](
        mC[pic])[pic]+МН[pic]О(mC[pic])[pic]+
        +МN[pic]( mC[pic])[pic](;

        (mC[pic])[pic]=(1/0,5367)((0,0057((22,49+0,0143(tz)+0,0655((39,123+0,
        003349(tz)+0,0029(

        ((19,678+0,001758(tz)+0,0699((26,67+0,004438(tz)+0,393((21,951+0,0014
        57(tz)(=
        =(24,652+0,002076(tz )   кДж/(моль( град(;
   Коэффициент использования теплоты  (  z  определяем  по  рис.37  [1,с.77]
исходя из скоростного режима двигателя: ( z =0,93 .
   Температура в конце видимого  периода  сгорания:
        ( z( Н раб.  см. + (mC[pic])[pic]( tc=(( (mC[pic])[pic](tz;
        0,93(76708,5+21,903(445=1,0587((24,652+0,002076(tz)(tz;;
        0,002198 ( tz2+ 26,099( tz –81085,74=0;
        tz =((26,099+[pic])/(2(0,002198)= 2556,45 0С;
        Tz= tz+273=2556,45+273 =2829,45 K.
   Максимальное теоретическое давление в конце процесса сгорания:
        рz = pc(((Tz /Tc;
        рz =1,31(1,0587(2829,45 /717,85=5,4665 МПа.
   Действительное максимальное давление в конце процесса сгорания:
        рzд =0,85(рz;
        рzд =0,85(5,4665=4,6465 МПа.
   Степень повышения давления:
        ( =рz / рс ;
        ( =5,4665/1,31=4,173.


                    1.5. Процессы  расширения  и  выпуска

   Средний показатель адиабаты расширения  k2 определяем по номограмме  (см.
рис.29 [1,с.57]) при  заданном  ( =7,5 для соответствующих  значений Tz и  ?
,  а средний показатель политропы   расширения   n2  оцениваем  по  величине
среднего показателя адиабаты k2=1,2511:  n2=1,251.
   Давление и температура  в конце процесса расширения:
        pb=pz /? n2 ;
        pb=5,7665/7,51,251=0,43957 МПа.
        Tb=TZ / ? n2-1;
        Tb=2829/7,51,251(1=1706 К.
   Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:
        [pic];
        [pic]=1100 К.
   Погрешность составит: ?=100((1100-1040)/1040=5,65 %.


                 1.6. Индикаторные параметры  рабочего цикла

    Теоретическое среднее индикаторное давление определяем по формуле:
        [pic][pic]
        [pic] МПа.
    Для  определения  среднего  индикаторного  давления  примем  коэффициент
полноты  индикаторной  диаграммы  равным  (и=0,96  ,   тогда:   рi   =(и(рi’
=0,96(1,0406=1,0 МПа.
   Индикаторный к.п.д.:
        (i = pi( l0( ( / (Ни( (0 ((v );
        (i = (1,0 (14,957(0,96)/(43,93(1,189(0,73) =0,3766.
   Индикаторный удельный расход топлива:
        gi = 3600/( Ни((i);
        gi = 3600/( 43,93(0,3766)= 218 г/(кВт( ч).


                    1.7. Эффективные показатели двигателя

   Среднее давление  механических  потерь  для  карбюраторного  двигателя  с
числом цилиндров
до 6 и отношением S/D(1:
        pм=0,034+0,0113(Vп;
Предварительно приняв ход поршня S равным 70 мм, получим:
        Vп=S(n/3(104
        Vп =70(4500/3(104=10,35  м/с.
        pм=0,034+0,0113(10,35=0,151 МПа.
   Среднее эффективное давление и механический к.п.д.:
        pе=pi ( pм ;
        pе  =1,0(0,151=0,849 МПа.
        (м = ре / рi ;
        (м =0,849/1,0=0,849.
   Эффективный  к.п.д. и эффективный удельный расход топлива:
        (е=(i((м ;
        (е=0,3766(0,849=0,3198.
        ge=3600/(Ни((е);
        ge=3600/(43,93(0,3198)=256  г/(кВт( ч).


                1.8. Основные параметры цилиндра и двигателя

а. Литраж двигателя: Vл=30(((Nе/(ре( n)=30(4(44,1/(0,849(4500)=1,3852 л.
б. Рабочий объем цилиндра: Vh=Vл / i =1,3852/4=0,3463 л.
в. Диаметр цилиндра: D=2(103?(Vh/(?(S))=2(103(((0,3463/(3,14(70))=96,8 мм.
    Окончательно  принимаем:  S=70  мм  и  D=80  мм.  Основные  параметры  и
показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям S и D:
а. Литраж двигателя: Vл=((D2(S(i / (4(106) =3,14(802 (70(4/(4(106)=1,41 л.
б. Площадь поршня: Fп=(D2 / 4=3,14(802/4=5024 мм2 =50,24 см2.
в.  Эффективная   мощность:   Nе=ре(Vл(n/(30(()=0,849(1,41(4500/(30(4)=44,89
кВт.
  Расхождение  с  заданной  мощностью:  (=100((Nе  з(Nе)/  Nе   з=100((44,1-
44,89)/44,89=0,017 (.
г.                Эффективный                крутящий                момент:
Ме=(3*104/()((Ne/n)=(3(104/3,14)((44,89/4500)=95,3 Н( м.
д. Часовой расход топлива: Gт=Ne (ge (10(3 =44,89(256(10(3=11,492 кг/ч.
е. Литровая  мощность двигателя: Nл=Ne/Vл=44,89/1,41=31,84 кВт/л.


                   1.9. Построение индикаторной диаграммы

   Режим двигателя:   Ne=44,89 кВт, n=4500 об/мин.
   Масштабы диаграммы: хода поршня Ms=0,7 мм в мм, давлений Mp=0,035  МПа  в
мм.
   Величины,  соответствующие  рабочему  объему  цилиндра  и  объему  камеры
сгорания:
        АВ=S/Ms=70/0,7=100 мм;
        ОА=АВ / (((1)=100/(7,5(1)=15,38 мм.
   Масштабная высота диаграммы (т. Z):
         Pz/Мр=5,4665/0,035=156,2 мм.
   Ординаты характерных точек:
        ра / Мр=0,085/0,035=2,4 мм;
        рс / Мр=1,31/0,035=37,4 мм;
        рb / Мр=0,4395/0,035=12,6 мм;
        рr / Мр=0,118/0,035 =3,4 мм;
        ро / Мр=0,1/0,035=2,9 мм.
   Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:
а. Политропа сжатия: рх=ра((Vа / Vх )n1. Отсюда  рх  /  Мр=(ра/Мр)((ОВ/ОХ)n1
мм,
где  ОВ= ОА+АВ=15,38+100=115,38 мм; n1 1,3575 .
б.  Политропа  расширения:    рх   =   рb((Vb   /   Vх)n2.   Отсюда   рх   /
Мр=(pb/Мр)((ОВ/ОХ)n2 мм,
где ОВ=115,38; n2=1,251.
Данные расчета точек политроп приведены в табл.1.1.
   Теоретическое среднее индикаторное давление:
         рi’=F1(Mp/AB=2950(0,035/100=1,0325 МПа,
где F1=2950 мм2 ( площадь диаграммы aczba на рис.1.1.
Величина  рi’  =1,0325  МПа  полученная   планиметрированием    индикаторной
диаграммы очень близка к величине   рi’=1,0406  МПа  полученной  в  тепловом
расчете.
                                                                Таблица 1.1.

|     |      |ОВ/ОХ |Политропа  сжатия           |Политропа  расширения       |
|№    |ОХ,   |      |                            |                            |
|точек|мм    |      |                            |                            |
|         |             |    |                       |       |
|r’       |10° до в.м.т.|10  |0,0195                 |0,975  |
|a'       |10° после    |10  |0,0195                 |0,975  |
|         |в.м.т.       |    |                       |       |
|a''      |46° после    |134 |1,7684                 |88,42  |
|         |н.м.т.       |    |                       |       |
|c'       |35° до в.м.т.|35  |0,2245                 |11,225 |
|f        |30° до в.м.т.|30  |0,1655                 |8,275  |
|b'       |46° до н.м.т.|134 |1,7684                 |88,42  |


    Положение точки с’’ определяется из выражения:
         pc’’ =(1,15...1,25)(pc;
         pc’’ =1,25(1,31=1,638 МПа;  pc’’/Мp=1,638/0,035=46,8 мм.
    Действительное давление сгорания:
         pzд=0,85(рz;
         pzд=0,85(5,4665=4,6465 МПа.
         pzд/МP=4,6465/0,035=132,8 мм.

                            1.10.Тепловой баланс

   Общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом:
    Qo=Hи(Gт/3,6;
    Qo=43930(11,492/3,6=140234 Дж/с.
   Теплота, эквивалентная эффективной работе:
    Qе=1000(Nе;
    Qе=1000(44,89=44890  Дж/с.
   Теплота , передаваемая охлаждающей среде:
    Qв=c( i (D1+2m  (nm((Hи-(Hи)/(((Hи),
где c=0,5 ( коэффициент пропорциональности  для  четырехтактного  двигателя;
m=0,62(показатель степени для четырехтактного  двигателя;  i  =  4  (  число
цилиндров; n=4500 об/мин ( частота вращения коленвала.
    Qв=0,5(4(81+2*0,62 (45000,62((43930-2480,54)/(0,96(43930)=38144  Дж/с.
   Теплота, унесенная с отработавшими газами:
    Qг=(Gт/3,6)((M2((mC[pic])[pic]+8,315(tr-M1(((mC[pic])[pic]+8,315(to(,
где (mC[pic])[pic]=25,176 кДж/(кмоль(град) ( теплоемкость остаточных газов,

      (mC[pic])[pic]=20,775 кДж/(кмоль( град) (  теплоемкость свежего
заряда (для воздуха) определяем по табл.5,7(1,с.16,18(.
    Qг=(11,492/3,6)
((0,5307((25,176+8,315((767(0,505((20,775+8,315((20(=43071,8  Дж/с.
   Теплота, потерянная из(за химической неполноты сгорания топлива:
    Qн.с.= (Hи(Gт/3,6;
    Qн.с.=2480,54(11,492/3,6=7918 Дж/с.
    Неучтенные потери теплоты:
         Qост.= Q0-( Qе+ Qв+ Qг+ Qн.с).=6210,2
   Составляющие теплового баланса представлены в табл.1.3.

                                                                Таблица 1.3.

|Составляющие теплового              |Q, Дж/с     |q,%         |
|баланса                             |            |            |
|Теплота,  эквивалентная эффективной |44890       |32          |
|работе                              |            |            |
|Теплота,  передаваемая охлаждающей  |38144       |27,2        |
|среде                               |            |            |
|Теплота, унесенная с отработавшими  |43071       |30,7        |
|газами                              |            |            |
|Теплота, потерянная из-за химической|7918        |5,6         |
|неполноты сгорания топлива          |            |            |
|Неучтенные потери теплоты           |6210,2      |4,5         |
|Общее количество теплоты, введенное |140234      |100         |
|в двигатель с топливом              |            |            |



                     2.ВНЕШНЯЯ СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
                          ДВИГАТЕЛЯ [1, с.106(112]

   Эффективная мощность двигателя определяется по формуле:
    Nex=Ne[pic],
где Ne=44,89 кВт ; nN=4500 об/мин.
   Эффективный крутящий момент:
    Mex=3(104( Nex/(((nx);
   Удельный эффективный расход топлива :
    gex= geN([pic],
где geN=256 г/(кВт( ч).
   Часовой расход топлива:
    Gтx= gex( Nex(10-3;
   Значение ( принимаем  постоянным  ((=0,96)  на  всех  скоростных  режимах
кроме минимального ((=0,86).
   Коэффициент наполнения:
    (vx=pex (lo((x(gex/(3600(( k);
   Коэффициент приспосабливаемости:
    k=Me max/Me N=118,2/95,3=1,24.
    K   –    коэффициент    приспособливаемости,    служит    для    оценки
приспособляемости двигателя к изменению внешней нагрузки.
   Расчеты произведены для всех скоростных режимов двигателя и  представлены
в табл.2.1.

                                                               Таблица  2.1.

|nx ,    |Ne , кВт|Me ,    |ge ,    |Gt ,    |(v      |(       |
|об/мин  |        |Н* м    |г/(кВт*ч|кг/ч    |        |        |
|        |        |        |)       |        |        |        |
|1000    |11,70   |111,8   |252     |2,948   |0,8742  |0,86    |
|2700    |33,40   |118,2   |215     |7,181   |0,9174  |0,96    |
|4500    |44,89   |95,3    |256     |11,492  |0,8752  |0,96    |
|5000    |43,82   |83,5    |282     |12,329  |0,8633  |0,96    |


   По данным табл. 2.1. строим графики зависимости Ne, Me, pe, ge, Gt, (v и
(  от частоты вращения коленчатого вала двигателя n (рис.2.1.).



                   3.СРАВНЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЕКТИРУЕМОГО


                            ДВИГАТЕЛЯ И ПРОТОТИПА


   Основные параметры проектируемого двигателя и прототипа представлены в
табл.3.1.

                                                                Таблица 3.1.

|№   |Наименование и размерность   |Обознач-ие|Проектируемый|Прототип   |
|    |показателей                  |показателя|двигатель    |(ЗАЗ-968М) |
|1   |Диаметр цилиндра, мм         |D         |80           |76         |
|2   |Литраж, л                    |i*Vh      |1,385        |1,197      |
|3   |Число цилиндров              |i         |4            |4          |
|4   |Степень сжатия               |(         |7,5          |7,2        |
|5   |Частота вращения коленвала   |n         |4500         |4400       |
|    |(номинальный режим), об/мин  |          |             |           |
|6   |Ход поршня, мм               |S         |70           |66         |
|7   |Максимальная мощность        |Ne        |44,89        |30,8       |
|    |(номинальный режим), кВт     |          |             |           |
|8   |Удельный эффективный расход  |ge        |256          |-          |
|    |топлива (номинальный режим), |          |             |           |
|    |г/(кВт* ч)                   |          |             |           |
|9   |Максимальный крутящий момент |Me max    |118,2        |92,3       |
|    |(номинальный режим), Н* м    |          |             |           |
|10  |Частота вращения коленвала,  |nM        |2700         |3000       |
|    |соответствующая максимальному|          |             |           |
|    |моменту, об/мин              |          |             |           |
|11  |Среднее эффективное давление |Pe        |0,849        |0,7        |
|    |(номинальный режим), МН/м2   |          |             |           |
|12  |Литровая мощность, кВт/л     |Ne л      |31,84        |25,73      |
|13  |Минимальный удельный         |ge min    |215          |333        |
|    |эффективный расход топлива,  |          |             |           |
|    |г/(кВт* ч)                   |          |             |           |


    При  сравнении  показателей  двигателей   видно,   что   разрабатываемый
двигатель имеет большую мощность и крутящий момент,  более  высокую  частоту
вращения коленчатого вала и более экономичен.



                   4.КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА [1, с.115(173]
                     4.1.Кинематический расчет двигателя

   Перемещение поршня рассчитывается по формуле:
         Sx  =R([pic],
где R(радиус кривошипа (R=35 мм), ( ( отношение радиуса кривошипа к длине
шатуна ((=0,285),
( ( угол поворота коленчатого вала.
   Расчет  производится через каждые 10° угла поворота коленчатого вала.
   Угловая скорость вращения коленчатого вала:
         (=((n/30=3,14(4500/30=471 рад/с.
   Скорость поршня:
         Vп=((R((sin(+[pic]( sin2()=471(0,035( (sin(+[pic]( sin2()   м/с.
   Ускорение поршня:
         j=(2(R((cos(+(( cos2()=4712(0,0,35((cos(+0,285( cos2()   м/с2.
   Результаты расчетов занесены в табл.4.1.

                                                                Таблица 4.1.

|   |1-й             |2-й             |3-й            |4-й            |      |
|       |T      |K      |Pк    |Rш.ш |KРк   |Rк   |
|0      |0      |-6,823 |-11,06|11,06|-18,08|18,08|
|       |       |       |2     |     |1     |     |
|30     |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|60     |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|90     |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|120    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|150    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|180    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|210    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|240    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|270    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|300    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|330    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|360    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|370    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|390    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|420    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|450    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|480    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|510    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|540    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|570    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|600    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|630    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|660    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|690    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|720    |       |       |      |     |      |     |
|       |       |       |      |     |      |     |
|0      |       |       |      |     |      |     |
|30     |-3,715 |-4,727 |-8,966|9,83 |-15,98|16,45|
|       |       |       |      |     |5     |     |
|60     |-2,453 |-0,694 |-4,933|5,45 |-11,95|12,05|
|       |       |       |      |     |2     |     |
|90     |1,318  |-0,376 |-4,615|4,75 |-11,63|11,63|
|       |       |       |      |     |4     |     |
|120    |2,506  |-2,435 |-6,674|7,17 |-13,69|13,94|
|       |       |       |      |     |3     |     |
|150    |1,456  |-3,642 |-7,881|7,79 |-14,90|14,85|
|       |       |       |      |     |0     |     |
|180    |0      |-3,936 |-8,175|8,11 |-15,19|15,05|
|       |       |       |      |     |4     |     |
|210    |-1,592 |-3,972 |-8,211|8,30 |-15,23|15,21|
|       |       |       |      |     |0     |     |
|240    |0,000  |-2,832 |-7,071|7,52 |-14,09|14,32|
|       |       |       |      |     |0     |     |
|270    |-2,071 |-0,590 |-4,829|5,18 |-11,84|11,91|
|       |       |       |      |     |8     |     |
|300    |0,956  |-0,271 |-4,510|4,58 |-11,52|11,51|
|       |       |       |      |     |9     |     |
|330    |1,834  |-2,334 |-6,573|6,7  |-13,59|13,85|
|       |       |       |      |     |2     |     |
|360    |0,000  |-0,794 |-5,033|5,03 |-12,05|12,03|
|       |       |       |      |     |2     |     |
|370    |3,655  |16,071 |11,832|0,75 |4,813 |6,03 |
|380    |5,216  |10,901 |6,662 |6,30 |-0,357|5,24 |
|390    |5,314  |6,761  |2,522 |5,85 |-4,497|6,85 |
|420    |4,232  |1,198  |-3,041|4,72 |-10,06|9,89 |
|       |       |       |      |     |0     |     |
|450    |4,985  |-1,421 |-5,660|7,50 |-12,67|13,51|
|       |       |       |      |     |9     |     |
|480    |4,290  |-4,169 |-8,408|9,41 |-15,42|15,97|
|       |       |       |      |     |7     |     |
|510    |2,059  |-5,150 |-9,389|9,50 |-16,40|16,45|
|       |       |       |      |     |8     |     |
|540    |0      |-4,740 |-8,979|8,98 |-15,99|16,03|
|       |       |       |      |     |8     |     |
|570    |-1,644 |-4,113 |-8,352|8,41 |-15,37|15,31|
|       |       |       |      |     |1     |     |
|600    |-2,803 |-2,724 |-6,963|7,45 |-13,98|14,04|
|       |       |       |      |     |2     |     |
|630    |-1,730 |-0,493 |-4,732|5,06 |-11,75|11,81|
|       |       |       |      |     |1     |     |
|660    |1,854  |-0,525 |-4,764|5,17 |-11,78|11,91|
|       |       |       |      |     |3     |     |
|690    |3,427  |-4,360 |-8,599|9,21 |-15,61|15,91|
|       |       |       |      |     |8     |     |
|720    |0      |-7,049 |-11,06|11,06|-18,30|18,08|
|       |       |       |2     |     |7     |     |

   По развернутой диаграмме Rш.ш определяем:
       Rш.ш ср=F(Мр/ОВ=17500(0,1/240=8,125 кН,
где ОВ(длина диаграммы, F(площадь под кривой Rш.ш , мм.
      Rш.ш max=11,0,6 кН       Rш.ш min=0,45 кН.;
   По полярной  диаграмме  строим  диаграмму  износа  шатунной  шейки  (рис.
4,12). Сумму  сил  Rш.ш  ,действующих  по  каждому  лучу  диаграммы  износа,
определяем с помощью табл.4.5.. По данным табл.4.5. в масштабе  Мр=25  кН  в
мм  по  каждому  лучу  откладываем  величины  суммарных  сил   (  Rш.ш    от
окружности к центру.
    По  диаграмме  износа  определяем  положение  оси  масляного   отверстия
((м=67°).

                                                                Таблица 4.5.
|Rшшi |Значения Rшшi, кН, для лучей                                          |
|1   |Теоретическое среднее      |Рi’       |0,9958        |1,041          |
|    |индикаторное давление, МПа |          |              |               |
|2   |Среднее индикаторное       |Рi        |0,956         |1              |
|    |давление, МПа              |          |              |               |
|3   |Индикторный КПД            |(i        |0,3317        |0,351          |
|4   |Удельный индикаторный      |gi        |242,6         |218            |
|    |расход топлива, г/(кВт*ч)  |          |              |               |
|5   |Среднее эффективное        |Pe        |0,809         |0,849          |
|    |давление                   |          |              |               |
|6   |Эффективный КПД            |(е        |0,286         |0,32           |
|7   |Механический КПД           |(м        |0,847         |0,849          |
|8   |Удельный эффеrтивный расход|gе        |286,595       |256            |
|    |топлива, г/(кВт*ч)         |          |              |               |
|9   |Литраж, л                  |i*Vh      |1,81          |1,385          |
|10  |Мощность двигателя, кВт    |Ne        |56,142        |44,89          |
|11  |Крутящий момент при        |Me        |116,548       |95,3           |
|    |максимальной мощности, Н*м |          |              |               |
|12  |Давление механических      |Рм        |0,147         |0,151          |
|    |потерь                     |          |              |               |
|13  |Диаметр цилиндра, мм       |D         |80            |80             |
|14  |Ход поршня, мм             |S         |90            |70             |



                        6. Уравновешивание двигателя

   Силы и моменты, действующие в КШМ непрерывно  изменяются  и  если  их  не
уравновешивать,   то   возникают   сотрясения    и    вибрация    двигателя.
Уравновешивание  сил  инерции  1-го  и  2-го  порядка  достигается  подбором
определенного числа цилиндров, их расположением  и  выбором  соответствующей
схемы коленчатого вала. В двигателе силы инерции  (Pj () первого  порядка  и
центробежные силы (РС) взаимно уравновешаны:
    ( Pj (=0,  (РС=0.
    Силы  инерции  второго   порядка   приводятся   к   равнодействующей   в
вертикальной плоскости:
                      (                   Pj                   ((=2(2mi(R((2
(((cos2(=2(2(0,709(0,035(4712(0,285(cos2(=4437,58(cos2(
   Значения  ( Pj (( приведены в таблице 6.1.
   Порядок работы цилиндров:  1-3-4-2.

                                                                Таблица 6.1.
   (0 |0 |30 |60 |90 |120 |150 |180 |210 |240 |270 |300 |330 |360 | |Pj ((
   |4437 |2219 |-2219 |-4437 |-2219 |2219 |4437 |2219 |-2219 |-4437 |-2219
|2219 |4437 | |
    V-образный 4-х цилиндровый двигатель имеет неуравновешанный момент от
сил инер-ции 1-го порядка, для уравновешивания которого предусмотрен
балансирный механизм и уравновешивающие массы.  Равнодействующий момент от
сил 1-го порядка действует в горизонтальной плоскости В-В (рис.6.1.),
проходящей через ось коленчатого вала.
     Мi 1=(2(mi(R((2 (cos((a=0,0031(cos(
     Задаваясь из конструктивных соображений величинами ( и l определяем
mур:
     mур= Мi 1/((l)=0,33  кг.
     Момент от  сил инерции 2-го порядка действуют в горизонтальной
плоскости и в следствии его незначительности не учитывается.
     Мi 2=(2(mi(R((2 (cos((b
     Момент от центробежных сил действует во вращающейся плоскости,
отстоящей от плоскости 1-го кривошипа на 450.
     Мс=(2(mR(R((2 ( a.
     Момент Мс  легко уравновесить при помощи противовесов с массой каждого
противовеса mz , расположенных на продолжении щек коленчатого вала.
      mz= (2(mR(R((2 ( a/((с)=1,59  кг.
     а- расстояние между центрами шатунных шеек,
     b- расстояние между центрами тяжести противовесов,
     (- расстояние  центра тяжести противовеса до оси коленчатого вала.



        7. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ [1, с.197(222, 245(261]

                             7.1. Расчет поршня

     На основании данных  теплового  расчета,  скоростной  характеристики  и
динамического расчета получили:
    диаметр цилиндра D=80 мм;
    ход поршня: S=70 мм;
    действительное максимальное давление сгорания: pZд=4,647 МПа;
    площадь поршня: Fп=50,24 см2;
    наибольшая нормальная сила: Nmax=0,0015 МН при (=4500
    масса поршневой группы: mп=0,5024 кг;
    частота вращения: nmax =4500 об/мин;
 отношение радиуса кривошипа к длине шатуна: (=0,285.
   В соответствии  с  существующими  аналогичными  двигателями  и  с  учетом
соотношений, приведенных в табл.50 (1,с.206(, принимаем:
    толщина днища поршня: (=6 мм;
    высота поршня: H=84 мм;
    высота юбки поршня: hю=52 мм;
    высота верхней части поршня h1=32 мм;
    внутренний диаметр поршня: di=60,4 мм;
    диаметр бобышки: dб=32 мм;
    расстояние между торцами бобышек: b=32 мм;
    расстояние до первой поршневой канавки: e=8 мм;
    радиальная толщина кольца: tК= tМ=3 мм;
    радиальный зазор кольца в канавке поршня: (t=0,8 мм;
    толщина стенки головки поршня: s=6 мм;
    толщина стенки юбки поршня: (ю=3 мм;
    величина верхней кольцевой перемычки: hп=4 мм;
    число и диаметр масляных каналов в поршне: nm’=10 и dm=1 мм.
   Схема поршня представлена на рис.7.1.
   Материал поршня ( алюминиевый сплав,  (п=22(10-6   1/К;  материал  гильзы
цилиндра ( чугун, (ц=11(10(6 1/К.
   Напряжение изгиба в днище поршня: (из=pZд((r1/()2,
где r1=D/2((s+t+(t)=80/2((6+3+0,8)=30,2 мм.
          (из=4,647((30,2/6)2=117,73 МПа.
   Днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости, т.к. (из(25 Мпа.
   Напряжение сжатия в сечении x(x :
         (сж=PZд/Fx(x,
где    Pzд=pZд(Fп=4,647(0,005024=0,0233 МН;
         (сж=0,0233/0,00119=19,56 МПа .
         Fx(x=((/4)((dk2(di2)(nm’(( dk(di )(dm/2;
         Fx(x=((3,14/4)((72,42(60,42)(10(6))(10-6=0,00119 м2.
        dk=D(2((t+(t);
        dk=80(2((3+0,8)=72,4 мм.
   Напряжение разрыва в сечении x(x:
    максимальная угловая скорость холостого хода: (х.х max=((n х.х max/30;
        (х.х max=3,14(5300/30=555 рад/с.
    масса головки  поршня  с  кольцами,  расположенными  выше  сечения  x(x:
mx(x=0,5(mп;
        mx(x=0,5(0,5024=0,2512 кг.
    максимальная разрывающая сила: Pj=mx(x(R((2х.х max ((1+()(10(6;
        Pj=0,2512(0,035(5552((1+0,285)10-6 =0,00348 МН.
    напряжение разрыва: (р=Pj/Fx(x;
        (р=0,00348/0,00119=2,924 МПа.
    Напряжение в верхней кольцевой перемычке:
 среза: (=0,0314(pZд(D/hп; (=0,0314(4,647(80/3=3,89 МПа.
 изгиба: (из=0,0045(pZд((D/hп)2; (из=0,0045(4,647((80/3)2=14,87 МПа.
 сложное: ((=(((из2+4((2); ((=((14,872+4(3,892)=16,78 МПа.
   Удельное давление поршня на стенку цилиндра:
        q1=Nmax/(hю(D); q1=0,293(0,005024/(0,056(0,080)=0,32 МПа.
        q2=Nmax/(H(D); q2=0,293(0,005024/(0,084(0,080)=0,22 МПа.
  Диаметры головки и юбки поршня:
        Dг=D((г; Dг=80(0,56=79,44 мм.
        Dю=D((ю; Dю=80(0,16=79,84 мм.
где (г=0,007(D=0,007(80=0,56 мм; (ю=0,002(D; (ю=0,002(80=0,16 мм.
   Диаметральные зазоры в горячем состоянии:
        (г’=D(1+(ц((Тц(Т0)((Dг(1+(п((Тг(Т0)(;
        (г’=80((1+11(10(6((450(293)((79,44((1+22(10(6((650(293)(=0,074 мм;
        (ю’=D(1+(ц((Тц(Т0)((Dю(1+(п((Тю(Т0)(;
        (ю’=80((1+11(10(6((450(293)((79,84((1+22(10-6((550(293)(=0,02 мм,
где Тц=450 К, Тг=650 К, Тю=550 К  приняты  с  учетом  воздушного  охлаждения
двигателя [1,с.203];
       (ц =11(10(6 1/К  и (п=22(10(61/К (коэффициенты  линейного  расширения
материалов цилиндра и поршня.


                        7.2. Расчет поршневого кольца

   Параметры кольца (1,с.206(:
    радиальная толщина кольца: t=3 мм;
    радиальный зазор кольца в канавке поршня: (t=0,8 мм;
    высота кольца: а=3 мм;
    разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и  в  рабочем
состоянии:
        А0=10 мм.
    материал кольца: серый чугун, Е=1,0(105 МПа.
   Среднее давление кольца на стенку цилиндра:
        [pic];
        [pic] МПа.
Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности: p=pср((к.
    Значения (к для различных углов ( приведены на с.213 [1].
    Результаты расчетов р  представлены  в  табл.7.1.  По  данным  табл.7.1.
строим эпюру давлений компрессионного кольца на стенку цилиндра (рис.7.2.).
    Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии:
(из1=2,61(рср((D/t(1)2;
        (из1=2,61(0,112((80/3(1)2=192,6 МПа.
    Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень:(из2=[pic],
где m=1,57 ( коэффициент, зависящий от способа монтажа кольца.


                                                                Таблица 7.1.

 (° |0 |30 |60 |90 |120 |150 |180 | |(к |1,05 |1,05 |1,14 |0,90 |0,45 |0,67
|2,85 | |р , МПа |0,118 |0,118 |0,128 |0,101 |0,05 |0,075 |0,319 | |



      (из2=[pic] МПа.
   Монтажный зазор в замке поршневого кольца: (к=(к’+(D[(к (Тк(Т0)( (ц
(Тц(Т0)],
где (к’=0,08 мм (минимально допустимый зазор в замке кольца во время  работы
двигателя;
(к =11(10(6  1/К  и  (ц=11(10-6  1/К  (  коэффициенты  линейного  расширения
материала кольца и гильзы цилиндра; Тц=450 К, Тк=550 К и Т0=293 К.
         (к=0,07+3,14(80([11(10-6((550(293)(11(10-6((450(293)]=0,356 мм.


                        7.3. Расчет поршневого пальца

   Параметры поршневого пальца  принимаем по табл.50 [1,c.206]:
       наружный диаметр пальца: dп=20 мм;
       внутренний диаметр пальца: dв=14 мм;
       длина пальца: lп=66 мм;
       длина втулки шатуна: lш=30 мм;
       расстояние между торцами бобышек: b=32 мм;
       материал поршневого пальца: сталь 15Х, Е=2(105 МПа.
   Палец плавающего типа.
   Действительное максимальное давление: pz max=pZд=4,647 МПа .
   Расчетная сила, действующая на поршневой палец:
 газовая: Pz max=pz max(Fп; Pz max=4,647(0,005024=0,0233 МН.
 инерционная: Pj=(mп((2(R((1+()(10-6, где ( =((n м/30=3,14(2700/30=282,6
рад/с;
    Pj=(0,5024(282,62(0,035((1+0,285)=(0,001805 МН.
расчетная: P=Pz max+k(Pj, где k=0,8 ( коэффициент, учитывающий массу
поршневого пальца.
    P=0,0233(0,8(0,001805=0,0219 МН.
   Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна:
qш=P/(dп(lш);
    qш=0,0219/(0,02(0,03)=36,5 МПа.
   Удельное давление пальца на бобышки: qб=P/[dп(lп-b)];
    qб=0,0219/[0,02((0,066(0,032)]=32,21 МПа.
   Напряжение изгиба в среднем сечении пальца: (из=[pic],
  где (=dв/dп=14/20=0,7 – отношение внутреннего диаметра кольца к
наружному.
         (из=[pic] МПа.
  Касательное напряжение среза в сечениях между бобышками и головкой
шатуна:
    (=[pic];
         (=[pic] МПа.
   Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации:
          (dп max=[pic];
          (dп max=[pic]0,0297 мм.
   Напряжение овализации на внешней поверхности пальца:
 в горизонтальной плоскости (рис.7.3. точки 1, (=0°):
         (а 0°=[pic];
         (а 0°[pic][pic]115,45 МПа;
 в вертикальной плоскости (рис.7.3. точки 3, (=90°):
         (а 90°[pic];
         (а 90°[pic][pic](199,78 МПа.
   Напряжение овализации на внутренней поверхности пальца:
 в горизонтальной плоскости (рис.7.3. точки 2, (=0°):
         (i 0°[pic];
         (i 0° [pic][pic](291,14 МПа.
 в вертикальной плоскости (рис.7.3. точки 4, (=90°):
         (i 90°=[pic];
         (i 90°[pic][pic]166,18 МПа.
    Расчетная схема поршневого пальца приведена на рис. 7.3.


                        7.4. Расчет коленчатого вала

   На основании данных динамического расчета имеем:
 центробежная сила инерции вращающихся масс: KR=(11,258 кН;
 вал с симметричными коленами и с противовесами, расположенными на концах
вала;
 радиус кривошипа: R=35 мм.
    С  учетом  соотношений,  приведенных  в  табл.56  [1,с.247],  и  анализа
существующих двигателей, принимаем следующие основные размеры колена вала:
 шатунная шейка:
   наружный диаметр: dш.ш=48 мм;
   длина: lш.ш=37 мм;
 коренная шейка:
   наружный диаметр: dк.ш=50 мм;
   длина: lк.ш=37 мм;
 расчетное сечение А(А щеки:
   ширина: b=80 мм;
   толщина: h=20 мм.
   Материал вала: сталь 40Г.
   Расчетная схема коленчатого вала представлена на рис. 7.4.
   По табл.45 [1,с.200] и соотношениям,  приведенным  в  §43  [1,с.197(204],
определяем:
 пределы прочности: (в=700 МПа и текучести (условные) (т=360  МПа  и  (Т=210
МПа;
 пределы усталости (выносливости) при изгибе ((1=250 МПа, растяжении(сжатии
((1р=180 МПа и кручении (-1=150 МПа;
 коэффициенты приведения цикла при изгибе ((=0,16 и кручении ((=0,04.
   По формулам (213)((215) [1,с.198] определяем:
 при изгибе: ((=(-1/(Т=250/360=0,69 и (((-
(()/(1((()=(0,69(0,16)/(1(0,69)=1,71;
 при кручении: ((=(-1/(Т=150/210=0,71 и (((-
(()/(1((()=(0,71(0,04)/(1(0,71)=2,31;
 при растяжении-сжатии: ((=(-1р/(Т=180/360=0,5 и (((-
(()/(1((()=(0,5(0,16)/(1(0,5)=0,68.
   Удельное давление на поверхности:
 шатунных шеек:
         kш.ш.ср=Rш.ш.ср/(dш.ш(l’ш.ш);
         kш.ш.ср=8125(10(6/(0,031(0,048)=5,46 МПа.
         kш.ш.max=Rш.ш.max/(dш.ш(l’ш.ш);
         kш.ш.max=11060(10(6/(0,031(0,048)=7,43 МПа.
      где Rш.ш.ср=8125 Н и Rш.ш.max=11060 Н ( средняя и максимальная
нагрузка на шатунную шейку;
l’ш.ш.(l ш.ш.(2rгал=37(2(3=31 мм(рабочая ширина шатунного вкладыша; rгал =3
мм(радиус галтели.
   Момент сопротивления кручению шатунной шейки: W(  ш.ш=((/16)(dш.ш;
         W(  ш.ш=(3,14/16)(483(10(9=21,7(10-6 м3.
   Моменты, изгибающие шатунную шейку (табл.7.2.):
         MT=T’1(l/2=((0,5(T1)((2lш.ш+lк.ш+3(h)/2
    Изгибающий момент, действующий на шатунную шейку в плоскости кривошипа:
         МZ=Z’((l/2+Рпр (а  Н( м;
         Z’(=K’pк +Р’пр=(-0,5(Kpк)(Рпр
      Для упрощения расчета Рпр  не учитываем.
         МZ=K’p(l/2  Н( м;
    Изгибающий момент, действующий в плоскости оси масляного отверстия:
         М(м=MT(sin(м(М((cos(м , где (м=67 °.



                                                                Таблица 7.2.

   (° |T1', Н |MT,   Н* м |MT(sin(m |Kpк', Н |Z(', Н |MZ,   Н* м |MZ(cos(m
 |M(m,    Н* м | |0 |0 |0 |0 |9040,4 |9040,4 |863,4 |337,3 |-337,3 | |30 |-
 1858 |-177,4 |-163,3 |7992,7 |7992,7 |763,3 |298,2 |-461,5 | |60 |-1227 |-
   117,1 |-107,8 |5976,1 |5976,1 |570,7 |223,0 |-330,8 | |90 |658,8 |62,9
  |57,9 |5816,8 |5816,8 |555,5 |217,1 |-159,1 | |120 |1252,9 |119,7 |110,1
  |6846,4 |6846,4 |653,8 |255,5 |-145,3 | |150 |727,97 |69,5 |64,0 |7449,9
 |7449,9 |711,5 |278,0 |-214,0 | |180 |0 |0 |0 |7597,0 |7597,0 |725,5 |283,5
|-283,5 | |210 |-796 |-76,0 |-70,0 |7614,8 |7614,8 |727,2 |284,1 |-354,1 |
 |240 |-1457 |-139,2 |-128,1 |7045,0 |7045,0 |672,8 |262,9 |-391,0 | |270 |-
   1036 |-98,9 |-91,0 |5924,2 |5924,2 |565,8 |221,1 |-312,1 | |300 |478,24
 |45,7 |42,0 |5764,3 |5764,3 |550,5 |215,1 |-173,1 | |330 |917,1 |87,6 |80,6
    |6796,0 |6796,0 |649,0 |253,6 |-173,0 | |360 |0 |0 |0 |6026,0 |6026,0
  |575,5 |224,9 |-224,9 | |390 |2656,7 |253,7 |233,5 |2248,4 |2248,4 |214,7
 |83,9 |149,6 | |420 |2115,9 |202,1 |186,0 |5030,2 |5030,2 |480,4 |187,7 |-
   1,7 | |450 |2492,6 |238,0 |219,1 |6339,4 |6339,4 |605,4 |236,6 |-17,4 |
   |480 |2145,1 |204,9 |188,6 |7713,3 |7713,3 |736,6 |287,8 |-99,2 | |510
  |1029,4 |98,3 |90,5 |8203,9 |8203,9 |783,5 |306,1 |-215,6 | |540 |0 |0 |0
 |7999,0 |7999,0 |763,9 |298,5 |-298,5 | |570 |-822,1 |-78,5 |-72,3 |7685,5
 |7685,5 |734,0 |286,8 |-359,1 | |600 |-1402 |-133,9 |-123,2 |6990,8 |6990,8
  |667,6 |260,9 |-384,1 | |630 |-864,8 |-82,6 |-76,0 |5875,5 |5875,5 |561,1
  |219,2 |-295,3 | |660 |927,2 |88,5 |81,5 |5891,4 |5891,4 |562,6 |219,8 |-
138,3 | |690 |1713,3 |163,6 |150,6 |7809,2 |7809,2 |745,8 |291,4 |-140,8 |
           |720 |0 |0 |0 |9153,4 |9153,4 |874,1 |341,6 |-341,6 | |
   Максимальное и минимальное  нормальные  напряжения  асимметричного  цикла
шатунной шейки:
         (max= М( max/W( ш.ш=149,6(10-6/0,00001085=13,73 МПа;
         (min= М( min/W( ш.ш=(461,5(10-6/0,00001085=(42,53 МПа,
где W( ш.ш=0,5(W(  ш.ш=0,5(21,7(10-6=10,85(10-6 м3.
   Среднее напряжение и амплитуда напряжений:
         (m=((max+(min)/2=(13,73-42,53)/2=(28,8 МПа;
         ((=((max ((min)/2= (13,73+42,53)/2=28,13 МПа;
         ((к=(а(k(/((м(((п()=28,13(1,8/(0,76(1,2)=55,52 МПа,
где k(=1+q((к((1)=1+0,4((3-1)=1,8 (коэффициент концентрации напряжений;
q=0,4(коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений
принимаем по данным §43[1,с.197(204]; (к(=3 ( теоретический коэффициент
концентрации напряжений принимаем по табл.47 [1,с.201]; (м(=0,76 (
масштабный коэффициент определяем по табл.48 [1,с.203] при dш.ш=65 мм;
(п(=1,2 ( коэффициент поверхностной чувствительности определяем по табл.49
[1,с.203] с учетом закалки шатунных шеек токами высокой частоты на
глубину2(3 мм.
   Запас прочности шатунной от нормальных  напряжений  шейки  определяем  по
пределу усталости (при (m<0): n(=(-1/(((к+((((m);
         n(=250/(55,52+0,16(((28,8))=4,91.
   Общий запас прочности шатунной шейки: nш.ш= n((n(/(( n(2+n(2),
где n( ( запас прочности шатунной шейки от касательных напряжений
(вследствие отсутствия расчета n(  принимаем n(=3,87)
         nш.ш=4,91(3,87/((4,912+3,872)=3,04.



                   8. Расчет элементов системы охлаждения

    Охлаждение двигателя применяется в целях принудительного отвода тепла
от нагретых деталей для обеспечения оптимального теплового состояния
двигателя и его нормальной работы.
     При воздушном охлаждении тепло от стенок цилиндров и головок двигателя
отводится обдувающим их воздухом. Интенсивность воздушного охлаждения
зависит от количества и температуры охлаждающего воздуха, его скорости,
размеров поверхности охлаждения и расположения ребер относительно потока
воздуха .
    Количество тепла (Дж/с), отводимого от двигателя системой воздушного
охлаждения, определяется из уравнения: Qвозд=Твозд(Свозд(( Твозд вых- Твозд
вх)
    В расчетах принимают, что от стенок цилиндров отводится 25-40( общего
количества тепла  Qвозд , остальная часть – от головок двигателя.
    Количество охлаждающего воздуха, подаваемого вентилятором, определяется
исходя из общей величины отводимого от двигателя тепла Qвозд:
     Твозд= Qвозд/( Свозд(( ( Твозд вых- Твозд вх))
     Твозд=48617,47/(1000((363-293))=69,45  кг/с
    Поверхность охлаждения ребер цилиндра:
      Fцил=Qцил/((Кв((Тцил о-Тцил вх))
    Qцил – количество тепла, отводимого воздухом от цилиндра двигателя
(Дж/с)
     КВ – коэффициент теплоотдачи поверхности цилиндра ,
     Тцил о – средняя температура у основания ребер цилиндра
     КВ=1,37(1+0,0075Тср)((в/0,278)0,73
     Тср – среднее арифметическое температур ребра и обдувающего воздуха,
      (в – скорость воздуха в межреберном пространстве, при D=75-125 мм,
(в=20-50 м/с.
     Поверхность охлаждения ребер головки цилиндров:
      Fгол=Qгол/(КВ(Тцил гол - Тцил вх)
     Qгол – количество тепла, отводимого воздухом от головки цилиндров,
     Тцил гол – средняя температура у основания ребер головки.



                                 Заключение


    В результате проделанной работы были рассчитаны индикаторные  параметры
рабочего  цикла  двигателя,   по   результатам   расчетов   была   построена
индикаторная диаграмма тепловых характеристик.
    Расчеты динамических показателей дали размеры поршня, в  частности  его
диаметр и ход, радиус кривошипа, были построены графики составляющих сил,  а
также график суммарных набегающих тангенциальных сил и суммарных  набегающих
крутящих моментов.



                              Список литературы


    1. КОЛЧИН А.  И.  ДЕМИДОВ  В.  П.  РАСЧЕТ  АВТОМОБИЛЬНЫХ  И  ТРАКТОРНЫХ
ДВИГАТЕЛЕЙ. М.: Высшая школа, 1980г.;
    2.  АРХАНГЕЛЬСКИЙ  В.  М.  и  другие.  АВТОМОБИЛЬНЫЕ   ДВИГАТЕЛИ.   М.:
Машиностроение, 1967г.;
    3. Автомобили ЗАЗ-968М. Руководство по эксплуатации.


смотреть на рефераты похожие на "Расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968М "