Кинематический и динамический анализ кривошипно-шатунного механизма

СОДЕРЖАНИЕ

1. Условные обозначения

2. Введение

3. Исходные данные

4. Приводы автомобиля

5. Двигатель внутреннего сгорания

6. Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма

7. Динамический анализ кривошипно-шатунного механизма

8. Силовой расчёт трансмиссии автомобиля

9. Прочностной расчёт узлов и деталей двигателя

10. Вывод

Список используемой литературы

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

К – карбюраторный двигатель;

Д – дизель;

ВМТ – верхняя мертвая точка;

НМТ – нижняя мертвая точка;

Пведом – ведомый вал;

Пд – частота вращения двигателя (ведущего вала), об/мин;

Пп – частота вращения промежуточного вала КПП, об/мин;

Пкпп – частота вращения выходного вала КПП, об/мин;

Пв – частота вращения ведомого вала главной передачи, об/мин;

R – радиус кривошипа, мм;

– постоянная кривошипно-шатунного механизма;

= R / L = 0,25, где L – длина шатуна, мм;

Р1, Р2, Р3, Р4 – давление газов в цилиндре двигателя, МПа;

Z1 …. Z6 – число зубьев шестерен и колес в коробке перемен передач и в главной передаче;

Рш – сила, направленная по оси шатуна, Н;

Рг – сила давления газов на поршень, Н;

Рн – сила, направленная перпендикулярно оси цилиндра, Н;

Рр – радиальная сила, действующая по радиусу кривошипа, Н;

Pт – тангенциальная сила, действующая по касательной к окружности.

ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа является важным этапом подготовки студентов к решению задач применительно к практике по обработке исходной информации и по обучению оформления технической и нормативной документации в соответствии с ГОСТ и ЕСКД.

Качество выполнения курсовой работы характеризует уровень усвоения дисциплины «Основы функционирования систем сервиса», что позволяет оценить готовность студента к самостоятельной работе по выполнению дипломного проекта и к практической деятельности на производстве как будущего специалиста по сервису.

В данной работе мною будет проведен кинематический и динамический анализ кривошипно-шатунного механизма, силовой расчет трансмиссии автомобиля, а также прочностной расчет узлов и деталей двигателя (поршня и поршневого пальца).

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ, ВАРИАНТ 2 (=0,25)

Т

Приводы автомобиля

Простейшая принципиальная схема привода автомобиля (рис.1) включает в себя: карбюраторный или дизельный многоцилиндровый четырехтактный двигатель с кривошипно-шатунным механизмом тронкового типа – 1; маховик – 2; фрикционную муфту сцепления – 3; коробку перемены передач – 4; главную передачу заднего моста автомобиля – 5; дифференциал – 6; полуоси – 7.

Рисунок 1 – Принципиальная схема привода автомобиля

Двигатель передает вращательное движение на колеса автомобиля, а от того на какие колеса эта энергия поступает и зависит вид привода. Он может быть передний, задний и полный. Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. В головке блока размещены впускные и выпускные клапаны. Маховик во время рабочего хода поршня накапливает запас энергии, за счет которой осуществляется нерабочий ход и повышается равномерность вращения коленчатого вала. Фрикционная муфта сцепления обеспечивает присоединение или отсоединение трансмиссии (коробки перемены передач) и двигателя внутреннего сгорания.

Коробка перемены передач (далее – КПП) двухступенчатая и двухскоростная. Главная передача – коническая, соединена шестернями дифференциала с полуосями заднего моста.

Двигатель внутреннего сгорания

Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу.

Преобразование химической энергии в тепловую и тепловой в энергию движения поршня (механическую) происходит практически одновременно, непосредственно в цилиндре двигателя. В результате сгорания рабочей смеси в цилиндрах двигателя образуются газообразные продукты с высоким давлением и температурой. Под влиянием давления поршень совершает поступательное движение, которое с помощью шатуна и кривошипа преобразуется во вращение коленчатого вала. Четырехтактными называют двигатели, у которых один рабочий цикл совершается за четыре хода (такта) поршня, соответствующих двум оборотам коленчатого вала.

На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.

На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.

Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.

При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.

В дизельном, в отличие от карбюраторного двигателя, при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке засасывается через впускной клапан атмосферный воздух, на такте сжатия повышается давление и температура, при впрыске через форсунку топливо самовоспламеняется и сгорает, газы расширяясь давят на поршень, совершая рабочий ход, при движении поршня из нижней мертвой точки к верхней мертвой точке через открытый выпускной клапан отработанные газы выталкиваются в атмосферу. При дальнейшем движении поршня вниз начинается новый рабочий цикл, такты которого повторяются в перечисленной ранее последовательности. Рабочий цикл четырехтактного двигателя изображается диаграммами в виде замкнутой и развернутой.

Рисунок 2 – Рабочий цикл четырехтактного двигателя внутреннего сгорания

а – принципиальная схема двигателя: 1 – нижний картер (поддон); 2 – коленчатый вал; 3 – шатун; 4 – верхний картер; 5 – блок цилиндров; 6 – нагнетатель (наддувочный агрегат); 7 – поршень; 8 – впускной клапан; 9 – форсунка; 10 – выпускной клапан; 11 – головка блока цилиндров; 12 – топливный насос-высокого давления; 13 – подмоторная рама; б – индикаторная диаграмма Р–V; в – диаграмма фаз газораспределения: – угол опережения открытия впускного клапана; – угол запаздывания закрытия впускного клапана; – угол опережения открытия выпускного клапана; – угол запаздывания закрытия выпускного клапана; – угол опережения впрыска топлива; – угол перекрытия клапанов; г – схема работы четырехтактного дизеля

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА

1. Выражение для определения перемещения «S» поршня в зависимости от угла поворота кривошипа «» запишется в виде

Величина – определяет путь, который прошел бы поршень, если шатун был бы бесконечно длинным, а величина – есть поправка на влияние конечной длины шатуна.

Используя формулу Бинома Ньютона, выражение для вычисления «S» упрощается

Расчеты вносим в таблицу 2 и строим график зависимости S = f ()

Пример расчета S

S(30) = 40 ∙ (1 − 0,87 + 0,03125) = 6.45 мм;

Рисунок 3 − График зависимости S = f ()

Скорость поршня изменяется во время «t», т.е.

Пример расчета V

v(30) = 157 ∙ 40(0,5 + 0,10875) = 3822.95 мм/с;

Рисунок 4 − График зависимости

Ускорение поршня изменяется во времени t , т.е.


ω ∙ R = 985960

a(30) = 985960 ∙ (0.87+0,125) = 981030 мм/с2;

-61595277495Расчеты вносим в таблицы 2 и строим график зависимости а = f ()

Рисунок 5 − График зависимости а = f ()

Таблица 2 – Результаты расчетов.


ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИХМА

К основным силам, действующим в кривошипно-шатунном механизме, относят: силы давления газов на поршень, силы инерции масс движущихся частей и полезное сопротивление на колесах заднего моста автомобиля. Силами трения в кривошипно-шатунном механизме пренебрегаем из-за их небольшой величины.

Силы инерции зависят от масс движущихся деталей и числа оборотов двигателя. График зависимости сил инерции от угла поворота кривошипа коленчатого вала представлен на развернутой индикаторной диаграмме (рис. 6).

Мгновенная сила от давления газов, действующая на поршень:

мН ,

где Д – диаметр цилиндра, м;

F – площадь поршня, м2;

Рг – давление газов, МПа;

Движущее усилиеравно сумме силы от давления газов на поршень Р и сил инерции движущихся частей Ри.

;

;

Пример вычисления Рд

;

Рисунок 6 − Развернутая индикаторная диаграмма

Рисунок 7 − Схема действия сил давления газов в кривошипно-шатунном механизме ДВС

Сила давления газов на поршень Р (см. рис. 7) разлагается на силу, направленную по оси шатуна Рш, и силу, перпендикулярную оси цилиндра Рн.

;

;

;

;

Сила Рш стремится сжать или растянуть шатун, а сила Рн прижимает поршень к стенке цилиндра и направлена в сторону, противоположную вращению двигателя.

Сила Рш может быть перенесена по линии её действия в центр шейки кривошипа и разложена на тангенциальную силу Рт касательную к окружности, и радиальную силу Рр, действующую по радиусу кривошипа

;

;

Силы Рт и Р’т образуют на коленчатом валу пару сил с плечом R, момент которой приводит во вращение коленчатый вал и называется крутящим моментом двигателя.

;

где, ;

;

R – радиус кривошипа в м.

На подшипники коленчатого вала действует сила Рш, которая может быть разложена на силу P = P и Рн = Рн.

Значение расчетных величин Рд, Рш, Рн, Рр, Рт и Мдв заносим в табл. 2 и строим зависимости от .

8. СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ТРАНСМИССИИ АВТОМОБИЛЯ

Трансмиссия автомобиля (рис. 1) включает в себя фрикционную муфту сцепления − 3, коробку перемены передач − 4, главную передачу заднего моста − 5, дифференциал − 6 и полуоси − 7.

Коробка перемены передач состоит из двух пар шестерен: первая пара с числом зубьев Z1 и Z2, вторая пара с числом зубьев Z3 и Z4. Шестерня Z2 – подвижная по промежуточному валу и может выходить из зацепления с Z1. Прямая передача может включаться с помощью кулачковой муфты при разъединении шестерен Z1 и Z2. Передаточное отношение коробки перемены передач вычисляется по выражению:

ip = i1 ∙ i2;

Передаточное отношение первой зубчатой пары:

i1 = Z2 / Z1; ;

а второй:

i2 = Z4 / Z3; ;

т.е. ip = (Z2 / Z1) ∙ (Z4 / Z3);

;

Передаточное отношение конических шестерен главной передачи:

iк = Z6 / Z5; ;

Общее передаточное отношение:

iобщ = iр ∙ iк = 16 ∙ 2 = 32;

Частота вращения выходного вала коробки передач:

Пвых = Пg / ip;

;

а ведомого вала:

Пведом = Пвых / iк;

.

9. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ

9.1 Поршень

Поршень рассчитывается на сжатие от силы давления газов Рг по наименьшему сечению, расположенному выше поршневого пальца, на удельное давление тронка, на прочность днища, а поверхность опорных гнезд пальца (бобышек) проверяется на наибольшее удельное давление (рис. 12).

Рисунок 12 − Расчетная схема поршня и поршневого пальца

Напряжение сжатия определяется из выражения:

сж = Р / Fmin = 60790 / 1634,16 = 31,2 = сж Н/см2;

где Fmin – наименьшее сечение поршня над пальцем (в большинстве конструкций проходит по канавке последнего кольца), см2 т.к.

Р = Ргmax ∙ (π ∙ Д2 / 4) = 10 ∙ (π ∙ 882 / 4) = 60790 Н;

,

то диаметр поршня:

= 88 мм,

P = 0,061мПа,

где, Рг – давление газов в цилиндре.

Допустимое напряжение для поршней из алюминиевых сплавов:

сж = 50,0 … 70,0 Н/мм2, сж = 65 Н/мм2 ;

и для стальных:

сж = 100 Н/мм2.

Расчет тронка поршня на удельное давление и определение длины направляющей части производится по формуле:

Lp = Pн. max / Д∙к,

где, Pн. max = (0,07…0,11) Pг,

к = 2…7 кг/см2 = 6 кг/см2,

Днище поршня рассчитывается на изгиб. При плоском днище условие прочности (максимально-допустимое напряжение изгиба) имеет вид

и = Д ∙ Pг. max / 42 и,

где – толщина днища поршня, мм.

Допустимое напряжение на изгиб днищ для алюминиевого поршня

и = 70 н/мм2, а для стальных – и = 100 н/мм2.

При проектировании пользуются эмпирическими зависимостями, установленными практикой.

Толщина днища алюминиевых поршней = (0,1 … 0,12) Д

и стальных (0,06 … 0,1) Д.

Толщина стенки поршня за кольцами принимается равной (0,05 … 0,07) Д.

Общая длина поршня L = (1,2 … 1,8) S,

где S – ход поршня:

S = 2R = 2 ∙ 55 = 110 мм.

Расстояние от нижней кромки поршня до оси пальца:

С = (0,7 … 1,2) Д.

Поверхность опорных гнезд пальца (бобышек) проверяется на наибольшее удельное давление.

Рmax = Pг. max /(dп ∙ lп,)н/мм2,

где dп – наружный диаметр поршневого пальца, мм, dп / Д = 0,4.

dп = 3,52 см.

lп – длина гнезд пальца, мм, lп = 2 dп = 7,04 см.

Рmax = 10\3,52∙7,04 = 40,3 Н/мм2.

Допускаемые удельные давления составляют :

р = 20 … 40, н/мм2.

9.2 Поршневой палец.

Поршневой палец проверяется по наибольшему давлению сгорания на изгиб и на срез.

Рг. max = Р4 = 10 МПа

Палец рассматривается как балка с равномерно распределенной нагрузкой и концами, лежащими на опорах.

Изгибающий момент относительно опасного сечения I –I:

Ми = Pг.max/2 (L/2 − а/4), н ∙ см, L = Д – dп = 8,8 − 3,52 = 5,28 см,

где L – расстояние между опорами, см, а – длина подшипников верхней опоры шатуна, см, а = dп

а = 3,52 см.

Напряжение изгиба

и = Ми / Wи , н/см2 ; и,

где Wи – момент сопротивления изгибу

Wи = 0,1 ∙ ((d4п – d4в) / d п), см3 = 4 см3,

и = 267476/4089 = 654 Н/см2,

где dв – внутренний диаметр поршневого пальца, см;

dв = 0,5∙ dп = 1.76 см,

и = 1200 н/см2 для углеродистой стали.

Срезывающие напряжения пальца:

ср = Pг. max / 2F = 60790/2∙729 = 417кг/ см2 < [ср].

F – поперечное сечение пальца, см2:

F = (π/4) ∙ (d2п – d2в) = 3,14/4∙(3,52∙3,52-1,76∙1,76) = 729,

[ср] = 500 … 600 н/см2.

10. ВЫВОД

В ходе выполнения работы были произведены расчеты зависимостей пути, скорости и ускорения движения поршня от угла поворота коленчатого вала, рассчитаны и построены графики зависимостей усилий Pш, Pн, Pр, Pт и крутящего момента Мкр на валу двигателя от угла поворота коленчатого вала, произведен силовой расчет трансмиссии автомобиля и сделан прочностной расчет узлов и деталей двигателя. Так прочностной расчет узлов и деталей двигателя показал, что все показатели находятся в рамках допустимых значений, то есть использование двигателя в нормальных условиях будет достаточно долговечным

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Курсовая работа. В данной работе мною будет проведен кинематический и динамический анализ кривошипно-шатунного механизма, силовой расчет трансмиссии автомобиля, а также прочностной расчет узлов и деталей двигателя (поршня и поршневого пальца).

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Методичні вказівки до державного іспиту з дисципліни «Технологічні  основи  електроніки»

Пәні Толеранттылық негіздері

Проектирования морского канала: Морские каналы

Расчетно-графическая работа. Морской  подходной  канал  -  это   искусственный  водный  путь, проложенный по дну моря (иногда частично по суше) в морской порт и обеспечивающий его безопасное посещение судами.

Проблемы российского конституционализма

Борис Сергеевич Крылов, доктор юридических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ. Рецензия "Проблемы российского конституционализма" на монографию О.Е. Кутафина "Российский конституционализм". Журнал "Государство и право"

Вопросы для тестирования по философии.

Вопросы для подготовки к тестированию

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok