Тепловой, кинематический и динамический расчёт двигателя. Расчёт систе-мы охлаждения

Продолжение таблицы 2

1	2	3	4	5
430	0,756	2,203	-	3,693
440	0,934	1,879	-	3,291
450	1,111	1,640	-	2,867
460	1,281	1,460	-	2,438
470	1,440	1,325	-	2,018
480	1,583	1,223	-	1,623
490	1,707	1,147	-	1,269
500	1,811	1,089	-	0,968
510	1,893	1,048	-	0,729
520	1,952	1,021	-	0,588
530	1,988	1,005	-	0,456
540	2	1	-	0,422
720	0	8,2	-	0,422

 

По данным таблицы 2 строим индикаторную диаграмму, которая представлена в приложении А.

 

 

 

 

1.8 Сравнительная таблица

На основании вышеизложенных расчётов, а также справочных материалов, составляем сравнительную таблицу прототипа с рассчитанным двигателем. Напоминаем, что в роли прототипа был выбран двигатель автомобиля Skoda Octavia.

Таблица 3 –Сравнение параметров

Параметр	Mкр, Н∙м	Ne, кВт	ge, г/(кВт∙ч)
рассчитанный двигатель	130	55	449,118
прототип	109,427	55	390

 

Расхождение показателей, прежде всего, связанно с различием номинальных оборотов двигателей, а также степени сжатия.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Кинематический расчёт  двигателя

Основной задачей кинематического  расчёта является определение закона движения поршня: его перемещения S_п , скорости W_п и ускорения j_п , а также угла отклонения шатуна β в функции угла поворота кривошипа φ. При расчёте указанных параметров принимаем угловую скорость кривошипа постоянной и равной номинальной ω_Н=4800 об/мин.

Расчёты будем производить  в следующей последовательности:

Принимая по результатам  теплового расчёта двигателя  величину хода поршня S=82.797 мм, по формуле  (2.1) определяем радиус кривошипа R.

                                                         (2.1)

где  - радиус кривошипа, мм;

 – ход поршня, мм;

По формуле (2.2) вычисляем длину шатуна.

                                                     (2.2)

где  – длина шатуна, мм;

 – радиус кривошипа, мм;

λ=1/4.5 – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Для каждого значения угла поворота кривошипа в интервале  от 0 до 360 градусов с интервалом 10 градусов вычисляем по формуле (2.3) значение угла отклонения шатуна β.

 

                                       (2.3)

где  - угол отклонения шатуна, град;

λ=1/4.5 – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

 – угол поворота кривошипа (коленчатого вала двигателя), град.

Для каждого угла поворота кривошипа определяем перемещение поршня по выражению (2.4).

                       (2.4)

где  - перемещение поршня, мм;

 – радиус кривошипа, мм;

λ=1/4.5 – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

 – угол поворота кривошипа (коленчатого вала двигателя), град.

Для каждого угла поворота кривошипа определяем по  выражению (2.5) определяем поступательную скорость поршня W_п.

                             (2.5)

где  - поступательная скорость поршня, м/с;

 – радиус кривошипа, мм;

 – угловая скорость КВ, рад/c;

 – угол поворота кривошипа (коленчатого вала двигателя), град;

λ=1/4.5 – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Ускорение поступательного  движения поршня по формуле (2.6).

                            (2.6)

где  - ускорение поступательного движения поршня, м/с²;

 – радиус кривошипа, мм;

 – угловая скорость КВ, рад/c;

 – угол поворота кривошипа (коленчатого вала двигателя), град;

λ=1/4.5 – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Принимая угол поворота кривошипа  φ=10̊  по формулам (2.1) – (2.6) рассчитаем основные кинематические параметры:

 

 

 

 

 

Аналогичным образом рассчитываем для других углов поворота кривошипа, результаты вычислений отображены в таблице 4.

 

 

 

Таблица 4– Кинематический расчёт

φ, ̊	β, ̊	S, мм	Wп ,м/с	jп, м/с2
1	2	3	4	5
0	0	0	0	12784
10	2,21	0,767	4,404	12485
20	4,35	3,034	8,603	11609
30	6,37	6,696	12,407	10220
40	8,21	11,586	15,652	8416
50	9,80	17,487	18,217	6319
60	11,09	24,149	20,023	4067
70	12,05	31,301	21,040	1796
80	12,64	38,671	21,283	-367
90	12,83	45,998	20,809	-2324
100	12,64	53,048	19,702	-4000
110	12,05	59,619	18,068	-5358
120	11,09	65,548	16,019	-6392
130	9,80	70,70	13,663	-7127
140	8,21	75,012	11,098	-7609
150	6,37	78,401	8,402	-7896

Продолжение таблицы 4

1	2	3	4	5
160	4,35	80,839	5,630	-8048
170	2,21	82,307	2,822	-8116
180	0	82,797	0	-8135
190	-2,21	82,307	-2,822	-8116
200	-4,35	80,839	-5,630	-8048
210	-6,37	78,401	-8,402	-7896
220	-8,21	75,012	-11,098	-7609
230	-9,80	70,70	-13,663	-7127
240	-11,09	65,548	-16,019	-6392
250	-12,05	59,619	-18,068	-5358
260	-12,64	53,048	-19,702	-4000
270	-12,83	45,998	-20,809	-2324
280	-12,64	38,671	-21,283	-367
290	-12,05	31,301	-21,040	1796
300	-11,09	24,149	-20,023	4067
310	-9,80	17,487	-18,217	6319
320	-8,21	11,586	-15,652	8416

 

Продолжение таблицы 4

1	2	3	4	5
330	-6,37	6,696	-12,407	10220
340	-4,35	3,034	-8,603	11609
350	-2,211	0,767	-4,404	12485
360	0	0	0	12784

По данным таблицы 3  строим графики зависимости перемещения  поршня S, скорости W и ускорения j в функции угла поворота коленчатого вала. Графики представлены в приложении Б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Динамический расчёт  двигателя

Сущность динамического  расчёта двигателя  заключается  в определении сил, действующих  на поршень в процессе его возвратно-поступательного  движения и крутящего момента, возникающего при этом на кривошипе. Расчёт будем производить в следующей последовательности:

Для каждого угла поворота кривошипа по индикаторной диаграмме  определяем текущее абсолютное значение давления газов в цилиндре P_ц.

Затем по формуле (3.1) определяем избыточное ( манометрическое давление).

                                                (3.1)

где  - избыточное давление в цилиндре, МПа;

 – абсолютное значение давления в цилиндре, МПа;

 – атмосферное давление, МПа.

Определяем по (3.2) силу, действующую на поршень в данный момент.

                                              (3.2)

где  - сила, действующая на поршень, Н;

- избыточное  давление в цилиндре, МПа;

 – площадь поршня, см²;

Вычисляем общую массу  поступательно движущихся поршня и шатуна по формуле (3.3).

 

                                    (3.3)

где  - общая масса поступательно движущихся поршня и шатуна, кг;

- масса поршня [1];

 – приведённая  масса шатуна [1].

Используя рассчитанное в  кинематическом расчёте ускорение  поршня j_п  по формуле (3.4) определяем силу инерции возвратно- поступательно движущихся масс.

                                           (3.4)

где  - сила инерции возвратно - поступательно движущихся масс, ;