- •Реферат
- •Задание
- •1.4 Расчет работы сил давления газов
- •Определение мощности двс, выбор и описание типа двигателя
- •Устройство блока цилиндров
- •2. Гильза цилиндра
- •Привод агрегатов
- •Турбокомпрессор
- •2.2 Суммарный приведенный момент внешних сил
- •2.3 Работа внешних сил для каждой точки
- •2.4 Определение кинетических энергий Tо, t1 ,t11
- •2.5 Определение момента инерции маховика
- •Определение массы и геометрических размеров маховика
- •2.7 Определение посадочного диаметра вала под маховик
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО “Сибирский государственный
технологический университет”
Лесосибирский филиал
КАФЕДРА ИТС
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине “Теория машин и механизмов”
Расчет и проектирование восьмицилиндрового четырехтактного дизельного двигателя
Пояснительная записка
(КП ИТС 000000.006 ПЗ)
Руководитель:
________Л. А. Тумма
(подпись)
____________________
(оценка, дата)
Разработал:
Студент группы 53-1
________ П.Л. Махов
(подпись)
____________________
(дата)
Лесосибирск 2011
Содержание
Реферат…………………………………………………………………………. |
3 |
Задание…………………………………………………………………………. |
4 |
Введение……………………………………………………………………....... |
5 |
I Раздел Определение мощности ДВС…………………………….. |
7 |
1.1 Структурный анализ механизма ДВС………………………….…....... |
7 |
1.2 Силы давления газов на поршень……………………………………. |
12 |
1.3 Расчет приведенных моментов сил давления газов для каждой точки………………………………………………………………..…………… |
13 |
1.4 Расчет работы сил давления газов …………………………………… |
15 |
1.5 Определение мощности и КПД ДВС, выбор и описание типа двигателя ……………………………………………………………………….. |
16 |
1.6 Турбокомпрессор……………………………………………………… |
21 |
II Раздел Расчет маховика…………………………………………… |
26 |
2.1 Определение потребного приведенного момента на кривошипе от вращающего момента двигателя…………………………………………….. |
26 |
2.2 Суммарный приведенный момент внешних сил……………………... |
26 |
2.3 Работа внешних сил для каждой точки….…………………………… |
27 |
2.4 Определение кинетических энергий Tо, T1 ,T11…….………………….. |
29 |
2.5 Определение момента инерции маховика……………………………. |
32 |
2.6 Определение массы и геометрических размеров маховика…………. |
32 |
2.7 Определение посадочного диаметра вала под маховик……………... |
33 |
Заключение…………………………………………………………………….. |
35 |
Библиографический список…………………………………………………… |
36 |
Приложение А. План положений, план скоростей, график моментов, диаграммы сил, графики кинетических энергий, график моментов с турбокомпрессором |
|
Приложение Б. Маховик |
|
Реферат
Цель: Рассчитать кинематические и динамические характеристики двигателя внутреннего сгорания 740 КАМАЗа 4310 с турбокомпрессором и подобрать существующий тип двигателя, применяя при этом знания, полученные по нескольким следующим дисциплинам: теория машин и механизмов, детали машин, сопротивление материалов, технология конструкционных материалов и теоретическая механика.
Курсовой проект содержит 37 страниц печатного текста; 2 раздела (1. Определение мощности ДВС, 2. Расчет маховика); 13 подразделов; 8 таблиц (1. Исходные данные, 1.1 Результаты расчетов скоростей,
1.2 Результаты расчетов сил давления и приведенных моментов сил давления, 1.3 Технические характеристики двигателя, 1.4 Технические характеристики турбокомпрессора TKP7H-1, 1.5 Результаты расчетов приведенных моментов сил давления, 2.1 Результаты расчетов приведенных моментов и работ внешних сил, 2.2 Результаты расчетов кинетических энергий T0, T1, T2); 10 рисунков, 2 приложения (1. План положений и скоростей, графики и диаграммы сил, графики моментов с турбокомпрессором, 2. Маховик); 9 литературных источников.
Задание
Рисунок №1. Структурная схема механизма восьмицилиндрового четырехтактного двигателя
Таблица №1. Исходные данные
Параметры |
Значение |
Ед. изм. |
Диаметр поршня, D |
0,18 |
м |
Количество цилиндров, D10 |
8 |
шт |
Длина кривошипа AB, r1 |
0,14 |
м |
Длина шатуна ВС, L |
0,6 |
м |
Расстояние от точки В до точки S, SB |
0,4 |
м |
Частота вращения кривошипа, n1 |
1500 |
мин-1 |
Давление Fp , Fсж |
2,2 ; 0,5 |
МПа |
Расстояние от точки A до точки S1, AS1 |
0,09 |
м |
Масса неуравновешенной части кривошипа, m1 |
4 |
кг |
Масса шатуна, m2 |
5 |
кг |
Масса поршня, m3 |
3 |
кг |
Момент инерции шатуна, J2 |
0,1 |
кг∙м2 |
Коэффициент неравномерности хода кривошипа, δ |
0,006 |
- |
Смещение, К |
0,14 |
м |
ВВЕДЕНИЕ
Машиностроение играет огромную роль в промышленности и экономике страны. Стратегия развития данной отрасли на среднесрочную перспективу предусматривает внедрение новейших зарубежных технологий с возможностью импорта оборудования, постепенное накопление опыта его производства на собственных мощностях, а затем развитие отечественных приоритетных технологий. При этом российское машиностроение при благоприятных рыночных условиях будет развиваться в следующих направлениях:
выпуск модернизированных машин и оборудования для предприятий с морально устаревшими, но еще функционирующими технологическими линиями;
производство (в том числе сборочное) наукоемкой продукции на импортном оборудовании с привлечением в различных формах иностранного капитала;
участие в проектах, предполагающих производство технологически сложных комплектующих изделий для техники, выпускаемой иностранными фирмами за рубежом (включение российских технологий в международную систему технологического сотрудничества)
точечное развитие отдельных производств по выпуску оборудования для высоких технологий, как на импортной, так и на собственной технологической базе.
Однако обеспечить решение указанных выше программ может только часть мощностей существующего машиностроительного комплекса, которая главным образом сосредоточена в районах Европейской части страны, включая Урал (92% от общего объема производства отрасли в 2002 году). Таким образом, в среднесрочной перспективе приоритет в развитии машиностроения сохранится за старопромышленными районами запада и центра Европейской части России. Отдельно стоит отметить решение проблем технологической и государственной безопасности, связанным с использование технологий двойного назначения. Большая часть механообрабатывающего оборудования, внесенного в списки технологий двойного назначения, не производится в нашей стране или серьезно уступает по своим характеристикам зарубежным аналогам. Таким образом, российское оборонное и гражданское машиностроение будут находиться под угрозой потери доступа к передовому оборудованию и технологиям, хорошо контролируемым западными государствами. Оценивая вероятность достижения поставленных целей с учетом существующих стартовых условий и тенденций, представляется возможным сделать вывод, что при соответствующем финансировании научных разработок в области нового оборудования, перспективы развития сектора машиностроение России, направленные на удовлетворение растущего внутреннего спроса, довольно благоприятные. В частности, по традиционным и новым продуктам тяжелого машиностроения возможно доминирование российских производителей, по ряду других отраслей машиностроения возможно если не импортозамещение, то существенное ослабление зависимости от импорта.
I Раздел Определение мощности ДВС
Структурный анализ
а) План положений
Цель: построить план положений звеньев для определения положений кривошипа за его полный оборот.
1. Вычерчивается на листе бумаги форматом АЗ механизм восьмицилиндрового четырехтактного двигателя (кривошип, шатун, поршень) в характерном положении кривошипа с углом 45°. Для схемы выбирается масштаб 1:8.
2. Далее по этой схеме строится план положений механизма в восьми
положениях.
- Для этого траектория движения точки В, которая является концом звена 1 делится на восемь равных дуг окружности, описываемой точкой В за полный оборот.
- Точки деления обозначаются числами, начиная с 1ой и заканчивая 9ой.
- Центр вращения кривошипа обозначен буквой А.
- Кривошип так, что один конец точки В движется по окружности, второй - точка С, движется по прямой и совпадает с траекторией движения поршня, который движется по прямой, определяемой направляющими поршня.
- При построении плана положений необходимо учитывать неизменность длин кривошипа и шатуна. Построим положения шатуна при восьми положениях кривошипа. Для этого отложим длину шатуна от каждой из восьми точек на прямую совпадающую с траекторией движения поршня.
- Отметить положения точки S расположенной на прямой шатуна. Для этого на каждом положении шатуна отложим эту точку на расстоянии BS от точки B.
- Построим вектора скорости υВ, для этого отложим вектор этой скорости из каждой точки по траектории точки B перпендикулярно радиусу окружности этой траектории.
Вывод: построив план положений, мы смогли определить положения кривошипа за его полный оборот.
б) Структурный анализ
Цель: Провести структурный анализ для определения кинематических параметров механизма, величин и направлений скоростей.
Определим число степеней свободы
Число степеней свободы рассчитывается по формуле Чебышева:
Wn=3n-(2pн+pв-qн),
где n - число подвижных звеньев механизма;
pн - число одноподвижных кинематических пар механизма;
pв - число высших кинематических пар механизма;
qн - число избыточных связей механизма.
Wn=3∙3 - (2∙4+0 - 0)=3∙3 - 2∙4=9 - 8=1.
n=3 (кривошип, шатун, поршень);
pн=4 (стойка – кривошип, кривошип - шатун, шатун – поршень, поршень – стойка);
pв=0 (в данном механизме не присутствуют двух подвижные пары);
qн=0 (избыточные связи ликвидируются зазорами в парах, либо конструкцией кинематических пар).
План скоростей
- Для построения плана скоростей необходимо произвести расчет векторов скорости по плану положений.
- Ниже плана положений построим план скоростей. Для этого необходимо параллельно перенести вектор скорости υВ, а вектора скоростей υc,υcв и υs откладывать по следующему правилу: вектор скорости υc откладывается из
начала вектора скорости υВ и его конец совпадает с концом вектора скорости υcв. Вектор скорости υcв откладывается из конца вектора скорости υВ. Вектор
скорости υs откладывается из начала вектора скорости υВ и его конец лежит на векторе скорости υcв.
- Направление каждого вектора определяется по направлению вектора скорости υВ и по знаку полученному при расчете векторов.
- Для расчета величины вектора скорости необходимо использовать аналитический метод по формулам.
1. Определим значение скорости υВ точки В:
υВ=r1∙ω1,
где r1 - длина кривошипа,
ω1 - угловая скорость вращения кривошипа.
ω1=π∙n1/30,
где n1 - частота вращения кривошипа.
n1=1500 мин-1.
ω1=3,14∙1500/30=157 с-1.
r1=0,14 м.
υВ=0,14∙157=21,98 м/с.
Определяем cosγ в девяти точках
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Определим значение скорости υc точки С
Определим значение скорости υcв вращения шатуна
Определим величину скорости υs точки S
Таблица 1.1 - Результаты расчетов скоростей
Скорость точек |
Положения кривошипа |
||||||||
0˚ |
45˚ |
90˚ |
135˚ |
180˚ |
225˚ |
270˚ |
315˚ |
360˚ |
|
Vв , м/с |
21,98 |
21,98 |
21,98 |
21,98 |
21,98 |
21,98 |
21,98 |
21,98 |
21,98 |
Vсв , м/с |
21,98 |
15,596 |
0 |
-15,59 |
-21,98 |
-15,59 |
0 |
15,596 |
21,98 |
Vс , м/с |
0 |
12,786 |
21,98 |
17,98 |
0 |
-17,98 |
-21,98 |
-12,78 |
0 |
Vs , м/с |
7,326 |
15,85 |
21,98 |
19,313 |
7,326 |
-4,66 |
-7,32 |
-1,197 |
7,326 |
По полученным данным строим план скоростей в масштабе
1 мм/200 м/с (Приложение А, рисунок 3).
Вывод: Мы нашли интересующие нас величины и по полученным расчетным данным строим вектора скорости, которые характеризуются тремя основными характеристиками, точка приложения, длина и направление. Это позволяет провести кинематический анализ следствием, которого будет обеспечение бесперебойной работы механизма.
Силы давления газов на поршень
Цель: Определить силы давления газов, чтобы определить в дальнейшем работу, определяющая КПД. Работа газов за рабочий цикл может быть подсчитана как сумма произведений давления в цилиндре на каждом маленьком участке (где это давление можно принять постоянным) на перемещение поршня на этом участке.
,
d= 0,18 ( диаметр поршня);
Р=2,2 (давление в цилиндре при рабочем ходе)
кН
,
d= 0,18 ( диаметр поршня);
Рсж=0,5 (давление в цилиндре при сжатии)
кН
Строим диаграмму сил давления газов на поршень в масштабе 2 мм/1 кН. (Приложение А, рисунок 4)
Вывод: При вычислении были найдены силы давления газов на поршень при их расширении во время рабочего хода, после чего можно посчитать моменты сил давления. Сила давления при рабочем ходе очень велика, из этого следует, что на поршень действует огромное давление, и большая часть энергии уходит в тепло, так как размер цилиндра мал для такого давления.
Расчет приведенных моментов сил давления
Цель: Определить приведенный момент сил давления газов для предотвращения поломки ДВС при высоких крутящих моментах, и его дальнейшего использования. При высокой и в тоже время доступной величине момента, повышается и КПД.
Приведенные моменты сил давления определяются по формуле
Приведенные моменты сил давления на участке рабочего хода определяются по следующей формуле:
МFпр=Fp∙ υc/ω1,
Определим приведенные моменты сил давления на участке рабочего хода в девяти точках положения кривошипа.
1. кН·м
кН·м
кН·м
кН·м
кН·м
кН·м
кН·м
кН·м
кН·м
Приведенные моменты сил давления на участке сжатия определяются по следующей формуле:
МFпр =-Fс∙ υc/ω1,
1. кН·м
2. кН·м
3. кН·м
4. кН·м
5. кН·м
6. кН·м
7. кН·м
8. кН·м
9. кН·м
По данным расчетам строим график приведенных моментов сил давления в масштабе 30 мм/ 1 кН. (Приложение А, рисунок 5)
Сведем результаты расчетов сил давления и приведенных моментов сил давления в таблицу 1.2.
Таблица 1.2 - Результаты расчетов сил давления и приведенных моментов сил давления
№ точки |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
МFpпр |
0 |
4,556 |
7,83 |
6,4 |
0 |
-6,4 |
-7,83 |
-4,556 |
0 |
МFcпр |
0 |
-1,035 |
-1,78 |
-1,456 |
0 |
1,456 |
1,78 |
1,035 |
0 |
Вывод: По полученным расчетным величинам мы можем подобрать втулки, подшипники, для конкретного двигателя, толщину и длину шатунов, что обеспечит долгую работу двигателя. А так как моменты тоже высоки, повышается вероятность поломки ДВС.