Выбор и обоснование исходных данных к тепловому расчету

Стр 1 из 12Следующая ⇒

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тверской государственный технический университет

(ТвГТУ)

В.Е. Харламов, К.С. Крылов

Расчет двигателя

Учебное пособие к выполнению курсового проекта

Тверь 2014

УДК 621.431:629.3:631.37(075.8)

ББК 39.35:40.72я7

Рецензенты:

председатель Тверской областной общественной организации Всероссийского общества автомобилистов М.Г. Иванов;

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой СДМО Кондратьев А.В.

Харламов, В.Е. Расчет двигателя: учеб. пособие к выполнению курсового проекта / В.Е. Харламов, К.С. Крылов. Тверь: Тверской государственный технический университет, 2014. 104 с.

Содержит весь необходимый теоретический и справочный материал для выполнения теплового и динамического расчетов автомобильных двигателей.

Рассмотрены вопросы конструирования и расчета двигателей внутреннего сгорания автотракторного типа, даны рекомендации по выбору соответствующих параметров для отдельных систем, узлов, ответственных деталей и материала. Приведены параметры расчета отдельных узлов
и деталей.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 190600 Эксплуатация транспортно-технологических машин
и комплексов при курсовом проектировании по дисциплине «Расчет двигателя» и дипломном проектировании при подготовке бакалавров
и специалистов в области автосервиса, а также для работников предприятий автомобильного транспорта.

ISBN 978-5-7995-0743-5 © Тверской государственный

технический университет, 2014

ВВЕДЕНИЕ

Современные поршневые двигатели внутреннего сгорания до-
стигают высокой степени совершенства: непрерывно возрастают их удельные (литровая и поршневая) мощности, уменьшается удельная материалоемкость, снижается токсичность отработанных газов, сокраща-ется удельный расход топлива и масел, повышаются надежность и долго-вечность.

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

От будущего специалиста в области сервиса транспортных машин требуется широкий технический кругозор, умение с наибольшим экономическим эффектом использовать современную научно-техническую литературу.

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

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

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

Технические характеристики изучаемых двигателей представлены в прил. 1–3. Прил. 4–11 помогут студентам провести конструкторские расчеты двигателей. В них представлены расчетные значения приведенных в пособии формул. Примеры оформления работы даны в прил. 12–14.

Указания по оформлению пояснительной записки

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

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

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

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

При выполнении расчетов двигателя необходимо соблюдать следующую точность вычислений:

мощность N	0,1 кВт
частота вращения n	1 об/мин
крутящий момент M	1 Н·м
часовой расход топлива G_T	0,1 кг/ч
удельный расход топлива g_e	1 г/(кВт·ч)
давление p	0,001 МПа
температура T	1 К
средняя молярная тепло- емкость μC_VC и μC_VZ	0,000 1 кДж/(моль·К)
относительные потери тепла ΔQ_H	0,01
диаметр цилиндра D	1 мм
ход поршня S	1 мм
средняя скорость поршня V _П	0,1 м/с
КПД двигателя η	0,01

1. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

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

В данном учебном пособии основное внимание уделено расчету
вновь проектируемого двигателя. В связи с этим приводятся важней-
шие положения, необходимые для выбора исходных параметров, используемых при выполнении как теплового, так и последующих рас-четов двигателя.

Мощность и частота вращения коленчатого вала

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

Частота вращения коленчатого вала характеризует тип двигателя
и его динамические качества. На протяжении длительного времени
существовала тенденция к повышению частоты вращения коленчатого вала, в результате чего являлось снижение основных размеров дви-
гателя, его массы и габаритов. Однако с увеличением частоты враще-
ния возрастают инерционные силы, ухудшается наполнение ци-
линдров, возрастает токсичность продуктов сгорания, повышается
износ деталей и узлов двигателя, снижается его срок службы.
В связи с этим в 1960–80-х гг. частота вращения коленчатого вала двигателей практически стабилизировалась, а для отдельных типов автомобильных двигателей даже снизилась. Однако применение бензиновых двигателей с впрыском топлива во впускную систему
и непосредственно в цилиндр позволило значительно увеличить частоту вращения коленчатого вала при снижении токсичности отработавших газов.

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

Ход поршня S обычно характеризуется относительной величи-
ной S/D, непосредственно связанной со скоростью поршня. В зависимости от величины S/D различают двигатели короткоходные (S/D < 1) и длинно-ходные (S/D > 1). При переходе к короткоходным двигателям сни-
жается высота двигателя и его масса, увеличивается индикаторный
КПД и коэффициент наполнения, уменьшаются скорость поршня
и износ деталей двигателя. В то же время снижение величины S/D приводит к более высокому давлению газов на поршень, ухудше-
нию условий смесеобразования и увеличению габаритной длины двига-теля.

Современные бензиновые двигатели проектируются с невысоким отношением хода поршня к диаметру цилиндра. Обычно S/D составляет 0,8…1,1. Для автомобильных дизелей S/D принимается равным 0,9…1,2, т. е. близким к единице; большинство же дизелей имеют S/D > 1.
Для тракторных дизелей S/D = 1,1…1,3.

Скорость поршня V _{п. ср} является критерием быстроходности двигателя. В зависимости от величины V _{п. ср} двигатели подразделяют
на тихоходные (V _{п. ср} < 6,5 м/с) и быстроходные (V _{п. ср} > 6,5 м/с). Все автомобильные и абсолютное большинство тракторных двигателей являются быстроходными, так как имеют V _{п. ср} > 6,5 м/с.

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

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

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

Последовательность выполнения теплового расчета:

1) выбор и обоснование исходных данных к расчету;

2) определение параметров состояния рабочего тела;

3) расчет индикаторных и эффективных показателей двигателя;

4) подбор диаметра цилиндра и хода поршня;

5) построение индикаторной диаграммы и скоростной характеристи-ки двигателя.

Выбор и обоснование исходных данных к тепловому расчету

В расчетно-пояснительной записке рекомендуется вначале
поместить таблицу значений исходных данных, а затем (вторым
пунктом) дать обоснование выбранных величин. Часть исходных
данных может быть определена заданием на курсовое проектиро-
вание.

Должны быть выбраны и обоснованы: давление р₀и темпе-
ратура Т₀ окружающей среды; давление р _r и температура T_r
остаточных газов; подогрев свежего заряда ΔT; коэффициент на-
полнения η _v; степень сжатия ε; коэффициент избытка воздуха α;
сорт и марка топлива; его элементарный состав и теплотворность;
средние показатели политроп сжатия и расширения n₁и n₂;
степень повышения давления λ (только для дизелей); коэффициент использования тепла ξ; коэффициент скругления индикаторной диа-
граммы φ.

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 184; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!