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 →

Файл

крсч (Автосохраненный).docx

крсч (Автосохраненный).docx
Размер: 598 Кб

.

Пожаловаться на материал

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:

Землеустройство. Гос. ответы

Вопросы к зачету по дисциплине правоведение

Маркетинг. Методические указания к курсовой работе

Методические указания к курсовой работе по дисциплине ОПД.Ф.7. «Маркетинг» для студентов специальности 080500 «Экономика и управление на предприятии (по отраслям)» заочной формы обучения.

Контрольные работы по физике

Молекулярная физика и термодинамика. Оптика. Квантовая, атомная и ядерная физика.

Основные виды рекламных стратегий

Виды стратегий рационалистического типа стратегии, Стратегическое управление. Основные этапы стратегического менеджмента

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok