Проектировочный расчёт автомобильного двигателя
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Учреждение образования «Гродненский государственный университет
имени Янки Купалы»
Факультет
Инновационные технологии машиностроения
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Автомобили»
| Выполнил
Гомза_Алексей_Николаевич___ Курс 4 Группа 2 академ. СпециальностьТЭА Форма обучениязаочная полная Адрес: _ Тел. ______________ |
_Ленник Д.А.________ |
Гродно, 2011
Содержание
Введение…………………………………
1.
Назначение, устройство и принцип
работы однодискового
2. Назначение,
устройство и принцип работы
однодискового механизма
диафрагменной нажимной пружиной
3. Проектировочный
расчёт автомобильного
4. Заключение……………………………………………………
5. Список использованных информационных источников……………..16
ВВЕДЕНИЕ
В данной работе мы проводим проектировочный расчет автомобильного двигателя. В нашем случае это расчет дизельного двигателя с вихрекамерой.
Мы научимся рассчитывать требуемую мощность двигателя, зависящую от следующих факторов: максимальная скорость автомобиля, м/с; полная масса автомобиля, кг; ускорение свободного падения; коэффициент сопротивления качению при максимальной скорости автомобиля; коэффициент обтекаемости; площадь лобового сопротивления автомобиля; коэффициент полезного действия трансмиссии; коэффициент коррекции; коэффициент сопротивления качению при максимальной скорости автомобиля; коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля с малой скоростью (до 10…15 м/с); площадь лобового сопротивления автомобиля: колея передних колес, м; высота автомобиля, м.
Мы научимся рассчитывать внешнюю скоростную характеристику двигателя, зависящую от следующих факторов: номинальная эффективная мощность двигателя при максимальной скорости движения автомобиля, кВт; значение угловой скорости вращения коленчатого вала, соответствующее угловой скорости вращения коленчатого вала, рад/с; коэффициенты, зависящие от конструкции двигателя, а также его типа; максимальная устойчивая угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя; частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной эффективной мощности двигателя, об/мин;
Также научимся строить по найденным данным график внешней скоростной характеристики двигателя
- Назначение,
устройство и принцип
работы однодискового
механизма сцепления
с центральной
диафрагменной нажимной пружиной
Сцепление является важным конструктивным элементом трансмиссии автомобиля.
Сцепление предназначено для кратковременного отсоединения двигателя от трансмиссии и плавного их соединения при переключении передач, а также предохранения элементов трансмиссии от перегрузок. Сцепление автомобиля располагается между двигателем и коробкой передач.
Схема однодискового сцепления
1 – маховик; 2 – диск сцепления; 3 – нажимной диск; 4 – подшипник выключения сцепления; 5 – фиксирующая пружина; 6 – вилка выключения сцепления; 7 – шпилька с шаровым пальцем; 8 – защитный чехол
Рисунок 1.1 Сцепление
Маховик устанавливается на коленчатом вале двигателя. Он выполняет роль ведущего диска. На современных автомобилях применяется, как правило, двух массовый маховик. Такой маховик состоит из двух частей, соединенных пружинами. Одна часть соединена с коленчатым валом, другая - с ведомым диском. Конструкция двух массового маховика обеспечивает сглаживание рывков и вибраций коленчатого вала.
В картере сцепления размещаются конструктивные элементы сцепления. Картер сцепления крепиться болтами к двигателю.
Нажимной диск (обиходное название – корзина сцепления) прижимает ведомый диск к маховику и при необходимости освобождает его от давления. Он оснащен диафрагменной пружиной. Диафрагменная пружина представляет собой металлические упругие лепестки, закрепленные по окружности нажимного диска.
Ведомый диск располагается между маховиком и нажимным диском. Ступица ведомого диска соединяется шлицами с первичным валом коробки передач и может перемещаться по ним. На ведомом диске с двух сторон установлены фрикционные накладки. Ведомый диск сцепления соприкасается со ступицей через части гасителя крутильных колебаний. Неизбежность гасителя крутильных колебаний вызвана следующим. При резком изменении скорости передвижения автомобиля, наезде на неровности дороги, резком включении сцепления, а также вследствие неравномерной эксплуатации двигателя в трансмиссии автомобиля возникают динамические нагрузки, вызывающие закручивание (раскручивание) валов трансмиссии. Неравномерность крутящего момента двигателя может вызывать значительные перегрузки в трансмиссии вследствие возникновения крутильных колебаний и резонанса при совпадении частот, передающихся нагрузок с частотами собственных колебаний трансмиссии. Упругие колебания трансмиссии приводят не только к возникновению шума в механизмах и агрегатах, но и к опасным вибрациям, а иногда и к поломкам деталей, когда амплитуда колебаний достигает внушительный величины. Для поглощения энергии крутильных колебаний необходим поглотитель. Подшипник выключения сцепления (обиходное название – выжимной подшипник) воздействует на лепестки диафрагменной пружины. Подшипник располагается на муфте выключения.
Перемещение
муфты с подшипником
Работу сцепления обеспечивает привод сцепления.
На
современных автомобилях
- механический привод;
- гидравлический привод;
- электромагнитный привод.
- Для облегчения управления на некоторых моделях автомобилей используются пневматические и вакуумные усилители привода сцепления.
Наибольшее применение в автомобиле нашли механический и гидравлический приводы сцепления. Электромагнитный привод используется для автоматизации управления сцеплением.
2. Назначение, устройство и принцип работы круиз контроля движения автомобиля.
Круиз-контроль
это устройство, которое управляет
скоростью движения автомобиля. Устанавливается
на автомобили c любой трансмиссией
(МКПП и АКПП).
Есть два типа круиз-контроля - Пассивный
и Адаптивный.
Первый
автомобиль, оснащённый этой системой
появился в 1958 году. Это был ChryslerImperial. Система,
примененная на этом автомобиле, считывала
скорость вращения карданного вала и через
соленоид контролировала подачу топлива
в камеру сгорания. Позже стали появляться
системы, которые контролировали подачу
топлива измеряя скорость вращения колёс,
считывая показания спидометра или уровень
оборотов двигателя.
Адаптивный Круиз контроль появился гораздо
позже - в 1999 году на автомобилях Mersedes-Bens.
В 2006 году появился так назывемыйFullAdaptiveCruiseCon
Пассивный Круиз-контроль (PCC) поддерживает постоянную скорость движения автомобиля (заданную водителем). Очень удобен в дальних поездках, когда нога устаёт постоянно держать педаль газа. Заданная скорость остаётся неизменной, пока водитель не меняет её сам, нажимая на тормоз или педаль газа (например при обгоне другого автомобиля или при вынужденном торможении). В этом случае Круиз-контроль отключается, но как только водитель отпускает педаль тормоза или газа, опять устанавливает заданную скорость и поддерживает её до следующего "вмешательства" водителя. Менять настройки Круиз-контроля можно и во время движения.
Адаптивный круиз-контроль (AdaptiveCruiseControl, ACC) предназначен для автоматического управления скоростью движения автомобиля. Адаптивный круиз-контроль является дальнейшим развитием системы круиз-контроля, которая поддерживает заданную постоянную скорость движения.
Известными системами адаптивного круиз-контроля являются:
- Preview Distance Controlот Mitsubishi;
- Radar Cruise Control от Toyota;
- Distronic (Distronic Plus) от Mercedes-Benz;
- Active Cruise Controlот BMW;
- Adaptive Cruise Controlот Volkswagen, Audi, Honda.
Система адаптивного круиз-контроля имеет следующее общее устройство:
- датчик расстояния;
- блок управления;
- исполнительные устройства.
Датчик расстояния служит для измерения скорости и расстояния до впереди идущего автомобиля. В качестве датчика расстояния используются радары или лидары. Радар (Radar, RadioDetectionandRanging) излучает электромагнитные волны на объект и получает обратный сигнал – эхо. Скорость впереди идущего автомобиля оценивается по изменению частоты отраженной волны, а расстояние до машины - по времени возвращения сигнала. Установленные параметры преобразуются в электрические сигналы и передаются в блок управления.
Лидар (Lidar, LihtDetectingandRanging) использует инфракрасный лазерный луч. Принцип действия лидара аналогичен радару. Лазерные датчики дешевле радаров, но подвержены влиянию погодных условий, поэтому на автомобилях премиум-класса в системе адаптивного круиз-контроля используются, в основном, радары.
Датчик расстояния устанавливается на переднем бампере или решетке радиатора автомобиля. Радиус действия датчика составляет порядка 150 м. В последних разработках адаптивного-круиз-контроля используется датчики расстояния короткого и длинного диапазонов. Датчик короткого диапазона обеспечивает замедление автомобиля до полной остановки. Датчик длинного диапазона – до 30 км/ч. Это расширяет функциональные возможности системы и позволяет ее использовать при движении автомобиля с малой скоростью на небольшой дистанции (например, при движении в "пробках"). К примеру, в системе DistronicPlus используется три датчика – один дальнего и два ближнего действия.
Электронный блок управления принимает сигналы от датчиков расстояния, а также входную информацию от других систем, с помощью которых определяется:
- скорость и дистанция до впереди идущего автомобиля;
- скорость управляемого автомобиля;
- угол поворота рулевого колеса;
- боковое ускорение;
- радиус кривой.
Программное обеспечение, установленное в блоке, сравнивает фактические параметры движения с заданными, на основании которого формируются управляющие воздействия по изменению скорости движения. Своих исполнительных устройств система АСС не имеет, а используют другие электронные системы автомобиля, с которыми связывается через блоки управления:
- система курсовой устойчивости;
- дроссельная заслонка с электрическим приводом;
- автоматическая коробка передач.
Принцип работы адаптивного круиз-контроля
Работа
системы адаптивного круиз-
Адаптивный круиз-контроль обеспечивает движение автомобиля в следующих режимах:
- постоянной скорости;
- ускорения;
- замедления.
При отсутствии на дороге других автомобилей, система поддерживает заданную водителем скорость.
При ускорении или перестроении впереди идущего автомобиля происходит ускорение автомобиля до заданной водителем скорости.
При
замедлении или перестроении из соседнего
ряда впереди идущего автомобиля
происходит замедление автомобиля до
заданной водителем дистанции. На низкой
скорости замедление достигается за
счёт работы тормозной системы (увеличения
давления тормозной жидкости в системе),
на высокой скорости - за счет снижения
мощности двигателя (уменьшения подачи
воздуха через дроссельную
С
целью повышения безопасности автомобиля
отдельные конструкции
- систему превентивной безопасности;
- систему экстренного торможения;
- систему GPS-навигации.
3. Проектировочный расчёт автомобильного двигателя.
Дано:
Vmax=110 км/ч;
Ма=6600кг;
кв=0,53;
B=2,10 м;
H=1,81 м;
ήт= 0,71;
=грунтовая дорога сухая укатанная;
nN=2800 об/мин;
Тип двигателя - дизельный двигатель с вихрекамерой.
3.1 Расчёт требуемой мощности двигателя
Номинальная эффективная мощность двигателя для обеспечения движения автомобиля с заданной максимальной скоростью определяется по формуле:
,кВТ (2.1)
где
Vmax-максимальная скорость автомобиля,
м/с;
Ма - полная масса автомобиля, кг;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
fv- коэффициент
сопротивления качению при максимальной
скорости
автомобиля;
кв- коэффициент обтекаемости;
F - площадь
лобового сопротивления автомобиля, м
;
ήт - коэффициент полезного действия
трансмиссии;
kр - коэффициент коррекции (принять
0,95).
Коэффициент
сопротивления качению при
автомобиля:
(2.2)
где f0 - коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля с малой скоростью (до 10... 15 м/с).
Площадь лобового сопротивления автомобиля:
F=B*H=3,801 м2
где
В - колея передних колес, м;
Н - высота автомобиля, м.
3.2 Внешняя скоростная характеристика двигателя.
Зависимость текущих значений номинальной эффективной мощности от угловой скорости вращения коленчатого вала устанавливается формулой:
(2.3)
где Nemax - номинальная эффективная мощность двигателя при максимальной скорости движения автомобиля, кВт;
WN - значение угловой скорости вращения коленчатого вала,соответствующее угловой скорости вращения коленчатого вала, рад/с;
а, b, с - коэффициенты, зависящие от конструкции двигателя, а также его типа.
Для четырехтактных дизелей:а =0,53, b = 1,56, с =1,09. При расчёте значения Wе принимаются от минимальной устойчивой скорости: Wmin = 0,2 -WN, до максимальной: Wmах (5-6 точек). Для дизелей:
Wm
Максимальная
устойчивая угловая скорость вращения
коленчатого вала
двигателя рассчитывается по формуле:
где nN - частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной эффективной мощности двигателя, об/мин;
- «пи» = 3,14.
Рассчитаем пять значений (точек) Wе для построения кривой внешней скоростной характеристики дизельного двигателя.
Определим
максимальную устойчивую угловую скорость
вращения
коленчатого вала двигателя при номинальной
частоте:
Определим
пять значений угловых скоростей:
Дляопределим:
Для
расчёта текущих значений эффективною
крутящего момента
используется следующая формула:
Удельный эффективный расход топлива рассчитывается по формуле:
(2.7)
где - удельный эффективный расход топлива при номинальной эффективной мощности двигателя,;
с1, с2, с3 - эмпирические коэффициенты, значения которых устанавливаются экспериментально;
- частота вращения коленчатого вала двигателя при i-й угловой скорости,об/мин.
Удельный
эффективный расход топлива при
номинальной эффективной
- для карбюраторных двигателей:
= 230...310;;
- для дизельных двигателей с неразделёнными камерами сгорания:
= 200...235;;
- для вихрекамерных и предкамерных дизелей:
= 220...260;.
эмпирические коэффициенты с1=1,35 с2=1,35 с3=1,00
Частота вращения коленчатого вала двигателя при i-й угловой скорости:
(2.8)
Удельный
эффективный расход топлива:
Часовой расход топлива:
,кг/ч
,кг/ч
,кг/ч
,кг/ч
,кг/ч
,кг/ч
Таблица 2. 1. - Результаты расчётов
| Параметры | Размерность | Расчётные
значении параметров точек кривых необходимых для построения внешней скоростной характеристики двигателя | ||||
| We | Рад/c | 59 | 117 | 176 | 234 | 293 |
| Ne | кВт | 34,85 | 87,71 | 139,49 | 186,66 | 216,34 |
| Ме | кН*м | |||||
| ge | г/кВт*ч | 279 | 242 | 225 | 227 | 249 |
| кг/ч | 9,7 | 21,2 | 31,4 | 42,4 | 54 | |
Рис.2.1. Внешняя скоростная характеристика двигателя
Заключение
При выполнении контрольной работы по предмету «Автомобили» более подробно были изучены вопросы:
Назначение,
устройство и принцип работы однодискового
механизма сцепления с
Назначение, устройство и принцип работы круиз контроля движения автомобиля.
Был выполнен
проектировочный расчёт автомобильного
двигателя.
Список использованных информационных источников
- Артамонов М.Д., Теория автомобиля и автомобильного двигателя. Учебник для техникумов. «Машиностроение», 1986.
- Программа самообучения «Системы охлаждения двигателя»
- Гришкевич А.И. Автомобили: Теория – Мн. Высшая школа, 1986
