Расчет привода и двигателя автомобиля
Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОУ ВПО Санкт-Петербургский
государственный университет
__________________________
Калининградский филиал
Кафедра «Сервис»
Курсовая работа
по дисциплине: Основы функционирования систем сервиса
Калининград
2012 г.
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.
1. 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 5 заднего моста автомобиля, дифференциал 6 и полуоси 7.
Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.
В головке блока размещены
Маховик 2 во время рабочего хода поршня накапливает запас энергии, за счет которой осуществляется нерабочий ход и повышается равномерность вращения коленчатого вала.
Фрикционная муфта сцепления 3 обеспечивает присоединение или отсоединение трансмиссии (коробки перемены передач) и двигателя внутреннего сгорания.
Коробка перемены передач 4 (КПП) –
двухступенчатая и
Главная передача 5 – коническая, соединена шестернями дифференциала с полуосями заднего моста.
2. Двигатель внутреннего сгорания
Поршневые двигатели внутреннего сгорания являются тепловыми двигателями, у которых химическая энергия топлива преобразуется в механическую работу непосредственно в самом двигателе.
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
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. Схема работы четырехтактного двигателя без наддува представлена на рис.2.
Первый такт – впуск или всасывание горючей смеси – соответствует движению поршня вниз от В.М.Т. до Н.М.Т. За счет движения поршня создается разрежение (около 0,05 – 0,1 н/см2) и горючая смесь через открытый клапан «а» засасывается в цилиндр. Для достижения максимального наполнения цилиндра впускной клапан открывается несколько раньше положения поршня в В.М.Т. (точка 1) с определенным углом опережения и закрывается с некоторым углом запаздывания после Н.М.Т. (точка 2).
Второй такт – сжатие – соответствует движению поршня вверх от момента закрытия впускного клапана до момента прихода поршня в В.М.Т. Во время такта сжатия все клапаны находятся в закрытом положении.
Поршень сжимает находящуюся в цилиндре горючую смесь, в точке 3 подается искра в свече для воспламенения горючей смеси.
Третий такт – горение и расширение
(рабочий ход) – соответствует
движению поршня от В.М.Т. к Н.М.Т. под
давлением сгорающего топлива и
расширяющихся продуктов сгоран
Четвертый такт – выпуск отработавших газов – осуществляется при ходе поршня вверх от Н.М.Т. к В.М.Т. Этот ход поршня происходит при открытом выпускном клапане «б». Для улучшения процесса выпуска клапан открывается несколько раньше Н.М.Т. (точка 5) и закрывается с некоторым запаздыванием (точка 6).
В дизель, в отличие от карбюраторного двигателя, при движении поршня от В.М.Т. к Н.М.Т. 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 Н.М.Т. к В.М.Т. 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 (рис. 3) и развернутой (рис. 4).
Исходные данные для кинематического и динамического (силового) анализа кривошипно-шатунного механизма представлена в таблице 1.
3. Обозначения
К – карбюраторный двигатель
Д – дизель
В.М.Т. – верхняя мертвая точка
Н.М.Т. – 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;
l - постоянная кривошипно-шатунного механизма;
l = R / L = 0,25, где L – длина шатуна, мм;
Р1, Р2, Р3, Р4 – давление газов в цилиндре двигателя, МПа;
(см. Индикаторная диаграмма Рис. 3)
Z1 …. Z6 – число зубьев шестерен и колес в коробке перемен передач и в главной передаче;
Рш – сила, направленная по оси шатуна, Н; (см. рис. 5)
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
4. Исходные данные (l=0,25)
Таблица 1.
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 | |
Пд, об/мин |
4000 |
2500 |
1500 |
1000 |
1500 |
1200 |
1400 |
4400 |
3400 |
2200 |
Двигатель |
К |
К |
Д |
Д |
Д |
Д |
Д |
К |
К |
К |
R, мм |
60 |
75 |
40 |
70 |
65 |
55 |
50 |
80 |
45 |
85 |
Д, мм |
76 |
82 |
86 |
66 |
96 |
88 |
85 |
72 |
84 |
80 |
Р1, мПа |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
2,5 |
2,0 |
1,5 |
1,0 |
1,0 |
Р2, мПа |
2,0 |
3,0 |
4,0 |
5,0 |
6,0 |
5,0 |
4,0 |
3,0 |
2,0 |
2,5 |
Р3, мПа |
3,0 |
4,5 |
6,0 |
7,5 |
9,0 |
7,5 |
6,0 |
4,5 |
3,0 |
3,5 |
Р4, мПа |
4,0 |
5,0 |
8,0 |
10,0 |
12,0 |
10,0 |
8,0 |
5,0 |
4,0 |
4,5 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 | |
Z1 |
24 |
20 |
30 |
22 |
25 |
12 |
15 |
25 |
20 |
24 |
Z2 |
120 |
120 |
120 |
110 |
75 |
36 |
45 |
50 |
60 |
48 |
Z3 |
20 |
25 |
20 |
24 |
22 |
20 |
24 |
20 |
25 |
22 |
Z4 |
100 |
100 |
80 |
120 |
110 |
60 |
48 |
100 |
100 |
88 |
Z5 |
25 |
20 |
24 |
12 |
15 |
24 |
30 |
20 |
20 |
24 |
Z6 |
50 |
60 |
48 |
36 |
45 |
48 |
120 |
60 |
80 |
120 |
5. Содержание курсовой работы
Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части в виде принципиальной схемы привода автомобиля (рис. 1), схемы работы четырехтактного двигателя (рис. 2), замкнутой и развернутой индикаторной диаграммы (рис. 3, рис.4), схемы кривошипно-шатунного механизма и действия сил давления газов на поршень (рис.5), графика зависимости пути «S», скорости «n» и ускорения «а» поршня от угла «a» поворота коленчатого вала(рис. 6), графика зависимости усилий Рш, Рн, Рр, Рт и крутящего момента Мкр на валу двигателя от угла «a» поворота коленчатого вала.
По исходным данным вначале построить индикаторные диаграммы (рис.3, рис.4).
Расчетно-пояснительная
- Привод автомобиля.
- Двигатель внутреннего сгорания.
- Обозначение:
- Исходные данные (Таблица 1).
- Содержание курсовой работы.
- Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма.
- Динамический анализ кривошипно-шатунного механизма.
- Силовой расчет трансмиссии автомобиля.
- Прочностной расчет поршня и поршневого пальца двигателя.
6. Кинематический анализ
6.1. Выражение для определения перемещения «S» поршня в зависимости от угла поворота кривошипа «a» запишется в виде
«S» = (R + L) – (R*Cosa + L*Cosb) =
= R (1 – Cosa) + L (1 – Cosb) =
= R (1 – Cosa) + L (1 – 1 - l2 * Sin2a )
Величина R (1 – Cosa) – определяет путь, который прошел бы поршень, если шатун был бы бесконечно длинным,
а величина L (1 – 1 - l2 * Sin2a ) – есть поправка на влияние конечной длины шатуна.
Используя формулу Бинома Ньютона выражение для вычисления “ S “ упрощается
«S» = R (1 – Cosa + ( l/2)* Sin2a );
S = 85*(1 – 1 + (0,25/2)*0)=0
S = 85*(1 – 0,87 + (0,25/2)*0,25)=13,7062
S = 85*(1 – 0,5 + (0,25/2)*0,77)=50,6812
S = 85*(1 – 0+ (0,25/2)*1)=95,625
S = 85*(1 – (-0,5) + (0,25/2)*0,77)=135,6812
S = 85*(1 – (-0,87) + (0,25/2)*0,25)= 161,6063
S = 85*(1 – (-1) + (0,25/2)*0)=170
S = 85*(1 – (-0,87) + (0,25/2)*0,25)= 161,6063
S = 85*(1 – (-0,5) + (0,25/2)*0,77)=135,6812
S = 85*(1 – 0+ (0,25/2)*1)=95,625
S = 85*(1 – 0,5 + (0,25/2)*0,77)=50,6812
S = 85*(1 – 0,87 + (0,25/2)*0,25)=13,7062
S = 85*(1 – 1 + (0,5/2)*0)=0
Расчеты внести в табл.2 и построить график зависимости
S = f (a)…
6.2. Скорость поршня изменяется во время «t», т.е.
n = ds / dt = (ds / da) * (da / dt),
где da / dt = w - угловая частота вращения.
ds / da = R* d/da (1 – Cosa + ( l/2)* Sin2a) =
= R (Sina + ( l/2)* Sin 2a)
n = w * R (Sina + (l/2)* Sin 2a).
n = (3,14*3400/30) * 85 (0 + (0,25/2)* 0)=0
n = (3,14*3400/30) * 85 (0,5 + (0,25/2)* 0,87)=21703
n = (3,14*3400/30) * 85 (0,87 + (0,25/2)* 0,87)=32894
n = (3,14*3400/30) * 85 (1 + (0,25/2)* 0)=30248
n = (3,14*3400/30) * 85 (0,87 + (0,25/2)* (-0,87))=19736
n = (3,14*3400/30) * 85 (0,5 + (0,25/2)* (-0,87)=8545
n = (3,14*3400/30) * 85 (0 + (0,25/2)* 0)=0
n = (3,14*3400/30) * 85 ((-0,5) + (0,25/2)* 0,87)=-8545
n = (3,14*3400/30) * 85 ((-0,87) + (0,25/2)* 0,87)=-19736
n = (3,14*3400/30) * 85 ((-1) + (0,25/2)* 0)=-30248
n = (3,14*3400/30) * 85 ((-0,87) + (0,25/2)* (-0,87))=-32894
n = (3,14*3400/30) * 85 ((-0,5) + (0,25/2)* (-0,87))=-21703
n = (3,14*3400/30) * 85 (0 + (0,25/2)* 0)=0
расчеты внести в табл. 2 и построить график зависимости
n = f (a) …
6.3. Ускорение поршня изменяется во времени t , т.е.
а = dn / dt = (dn / da) * (da / dt) = (dn / da) * w.
dn / da = w * R * d/ da (Sina + ( l/2)* Sin2α) =
= w * R * (Cosa + l * Cos2α).
а = w * (dn / da) = w2 * R * (Cosa + l * Cos2α).
а = (3,14*3400/30)2 * 85 * (1 + 0,25 * 1)=13455111
а = (3,14*3400/30)2 * 85 * (0,87 + 0,25 * 0,5)=10711000
а = (3,14*3400/30)2 * 85 * (0,5 + 0,25 * (-0,5))=4036700
а = (3,14*3400/30)2 * 85 * (0 + 0,25 * (-1))=-2691100
а = (3,14*3400/30)2 * 85 * ((-0,5) + 0,25 * (-0,5))=-6727800
а = (3,14*3400/30)2 * 85 * ((-0,87) + 0,25 * 0,5)=-8019500
а = (3,14*3400/30)2 * 85 * ((-1) + 0,25 * 1)=-8073400
а = (3,14*3400/30)2 * 85 * ((-0,87) + 0,25 * 0,5)=-8019500
а = (3,14*3400/30)2 * 85 * ((-0,5) + 0,25 * (-0,5))=-6727800
а = (3,14*3400/30)2 * 85 * (0 + 0,25 * (-1))=-2691100
а = (3,14*3400/30)2 * 85 * (0,5 + 0,25 * (-0,5))=4036700
а = (3,14*3400/30)2 * 85 * (0,87 + 0,25 * 0,5)=10711000
а = (3,14*3400/30)2 * 85 * (1 + 0,25 * 1)=13455111
Расчеты занести в табл.2 и построить график зависимости
а = f (a) …
Таблица 2.
a, град. ПКВ |
Sina |
Sin2a |
(l/2) Sin2a |
Sin2a |
(l/2) Sin2a |
Cosa |
Cos2a |
l * Cos2a |
S, мм |
n мм/с |
а мм/с2 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0.25 |
0 |
0 |
13455111 |
30 |
0,5 |
0,25 |
0.03125 |
0,87 |
0.10875 |
0,87 |
0,5 |
0.125 |
13,7062 |
21703 |
10711000 |
60 |
0,87 |
0,77 |
0.09625 |
0,87 |
0.10875 |
0,5 |
-0,5 |
-0.125 |
50,6812 |
32824 |
4036700 |
90 |
1 |
1 |
0.125 |
0 |
0 |
0 |
-1 |
-0.25 |
95,625 |
30248 |
-2691100 |
120 |
0,87 |
0,77 |
0.09625 |
-0,87 |
-0.10875 |
-0,5 |
-0,5 |
-0.125 |
135,6812 |
19736 |
-6727800 |
150 |
0,5 |
0,25 |
0.03125 |
-0,87 |
-0.10875 |
-0,87 |
0,5 |
0.125 |
161,6063 |
8545 |
-8019500 |
180 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
-1 |
1 |
0.25 |
170 |
0 |
-8073400 |
210 |
-0,5 |
0,25 |
0.03125 |
0,87 |
0.10875 |
-0,87 |
0,5 |
0.125 |
161,6063 |
-8545 |
-8019500 |
240 |
-0,87 |
0,77 |
0.09625 |
0,87 |
0.10875 |
-0,5 |
-0,5 |
-0.125 |
135,6812 |
-19736 |
-6727800 |
270 |
-1 |
1 |
0.125 |
0 |
0 |
0 |
-1 |
-0.25 |
95,625 |
-30248 |
-2691100 |
300 |
-0,87 |
0,77 |
0.09625 |
-0,87 |
-0.10875 |
0,5 |
-0,5 |
-0.125 |
50,6812 |
-32824 |
4036700 |
330 |
-0,5 |
0,25 |
0.03125 |
-0,87 |
-0.10875 |
0,87 |
0,5 |
0.125 |
13,7062 |
-21703 |
10711000 |
360 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0.25 |
0 |
0 |
13455111 |
7. Динамический анализ
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 давления газа на поршень находятся в прямой зависимости от рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания (см. индикаторные диаграммы (рис. 3, рис. 4)).
Давление газа на поршень изменяется в зависимости от угла поворота кривошипа и для любого положения поршня определяется по индикаторной диаграмме для данного варианта исходных данных и заносится в таблицу 3.
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. 4).
Мгновенная сила от давления газов, действующая на поршень:
Р = Рг * F = Рг * (π*Д2 / 4); МН;
где Д – диаметр цилиндра, м;
F – площадь поршня, м2;
Рг – давление газов, МПа;
Движущее усилие Рд = Р + Ри равно сумме силы от давления газов на поршень Р и сил инерции движущихся частей Ри.
Рд = Р∑*F = π*Д2 / 4 * Р∑;
Рд = 3,14*0,0802/4*-0,9= -0,0057 Рд =3,14*0,0802/4*4,3=0,0012
Рд = -0,8*3,14*0,0802/4=-0,0063 Рд = 2,9*3,14*0,0802/4=0,0017
Рд = -0,5*3,14*0,0802/4= -0,01 Рд = 2,6*3,14*0,0802/4=0,0019
Рд = 0,3*3,14*0,0802/4=0,0167 Рд=2,4*3,14*0,0802/4=0,0021
Рд = 0,8*3,14*0,0802/4=0,0063 Рд=2,5*3,14*0,0802/4=0,002
Рд = 1*3,14*0,0802/4=0,0050 Рд=2,55*3,14*0,0802/4=0,002
Рд = 1,1*3,14*0,0802/4=0,0046 Рд=2,3*3,14*0,0802/4=0,0022
Рд = 1,1*3,14*0,0802/4=0,0046 Рд=1,75*3,14*0,0802/4=0,0029
Рд = 1*3,14*0,0802/4=0,0050 Рд= 0,75*3,14*0,0802/4=0,0067
Рд = 0,5*3,14*0,0802/4=0,01 Рд=-0,5*3,14*0,0802/4= -0,01
Рд = 0*3,14*0,0802/4=0 Рд= -0,8*3,14*0,0802/4= -0,0063
Рд=-0,2*3,14*0,0802/4=-0,0251 Рд= -0,9*3,14*0,0802/4= -0,0057
Рд = 1*3,14*0,0802/4=0,0050
Сила давления газов на поршень Р (см. рис. 5.) разлагается на силу, направленную по оси шатуна Рш, и силу, перпендикулярную оси цилиндра Рн.
Рш = Рд / Cosb
Рш = -0,0057/1= -0,0057
Рш =-0,0063/0,99= -0,0064
Рш =-0,01/0,98= -0,0102
Рш =0,0167/ 0,97=0,0172
Рш =0,0063/ 0,98= 0,0064
Рш =0,0050/ 0,99=0,0051
Рш =0,0046/1=0,0046
Рш =0,0046/ -0,99= -0,0046
Рш =0,0050/ -0,98= -0,0051
Рш =0,01/-0,97= -0,0103
Рш =0/-0,98= 0
Рш =-0,0251/ -0,99=0,0254
Рш =0,0050/ -1= -0,0050
Рш =0,0012/ -0,99= -0,0012
Рш =0,0017/ -0,98= -0,0017
Рш =0,0019/-0,97= -0,002
Рш =0,0021/-0,98= -0,0021
Рш =0,002/-0,99= -0,002
Рш =0,002/ 1=0,002
Рш =0,0022/ 0,99=0,0022
Рш =0,0029/0,98=0,003
Рш =0,0067/0,97=0,0069
Рш =-0,01/0,98= -0,0102
Рш =-0,0063/0,99= -0,0064
Рш =-0,0057/1= -0,0057
Рн = Рд * tgb;
Рн = -0,0057*0=0
Рн =-0,0063*0,13= -0,0008
Рн =-0,01*0,22= -0,0022
Рн =0,0167*0,26=0,0043
Рн =0,0063*0,22=0,0014
Рн =0,0050*0,13=0,0007
Рн =0,0046*0=0
Рн =0,0046*(-0,13)= -0,0006
Рн =0,0050*(-0,22)= -0,0011
Рн =0,01*(-0,26)= -0,0026
Рн =0*(-0,22)=0
Рн =-0,0251*(-0,13)=0,0033
Рн =0,0050*0=0
Рн =0,0012*(-0,13)= -0,0002
Рн =0,0017*(-0,22)= -0,0004
Рн =0,0019*(-0,26)= -0,0005
Рн =0,0021*(-0,22)= -0,0005
Рн =0,002*(-0,13)= -0,0003
Рн =0,002*0=0
Рн =0,0022*0,13=0,0003
Рн =0,0029*0,22=0,0006
Рн =0,0067*0,26=0,0017
Рн =-0,01*0,22= -0,0022
Рн =-0,0063*0,13= -0,0008
Рн =-0,0057*0=0
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
Рр = Рш*Cos (a + b) = Pд * (Cos(a + b) / Cosb);
Рр = -0,0057*1= -0,0057
Рр =-0,0063*0,8= -0,0035
Рр =-0,01*0,31= -0,0031
Рр =0,0167*(-0,26)= -0,0042
Рр =0,0063*(-0,69)= -0,0043
Рр =0,0050*(-0,93)= -0,0047
Рр =0,0046*(-1)= -0,0046
Рр =0,0046*(-0,93)= -0,0044
Рр =0,0050*(-0,69)= -0,0034
Рр =0,01*(-0,26)= -0,0026
Рр =0*0,31=0
Рр =-0,0251*0,8= -0,0201
Рр =0,0050*1=0,0050
Рр =0,0012*0,8=0,001
Рр =0,0017* 0,31=0,0005
Рр =0,0019*(-0,26)= -0,0005
Рр =0,0021*(-0,69)= -0,0014
Рр =0,002*(-0,93)= -0,0019
Рр =0,002*(-1)= -0,002
Рр =0,0022*(-0,93)= -0,002
Рр =0,0029*(-0,69)= -0,002
Рр =0,0067*(-0,26)= -0,0017
Рр =-0,01*0,31= -0,0031
Рр =-0,0063*0,8= -0,0035
Рр =-0,0057*1= -0,0057
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.
Мдв= Рт*R = Рд * (Sin(a + b) / Cosb) * R;
где Рт = Рд * (Sin(a + b) / Cosb); R – радиус кривошипа в м.
Мдв=0,04*(-0,0057)*0=0
Мдв=0,04*(-0,0063)*0,61= -0,0002
Мдв=0,04*(-0,01)*0,98= -0,0004
Мдв=0,04*0,0167*1=0,0007
Мдв=0,04*0,0063*0,75=0,0002
Мдв=0,04*0,0050*0,39=0,000078
Мдв=0,04*0,0046*0=0
Мдв=0,04*0,0046*(-0,39)= -0,000071
Мдв=0,04*0,0050*(-0,75)= -0,0002
Мдв=0,04*0,01*(-1)= -0,0004
Мдв=0,04*0*(-0,98)=0
Мдв=0,04*(-0,0251)*(-0,61)=0,
Мдв=0,04*0,0050*0=0
Мдв=0,04*0,0012*(-0,61)= -0,000029
Мдв=0,04*0,0017*(-0,98)= -0,000066
Мдв=0,04*0,0019*(-1)= -0,000076
Мдв=0,04*0,0021*(-0,75)= -0,000063
Мдв=0,04*0,002*(-0,39)= -0,000031
Мдв=0,04*0,002*0=0
Мдв=0,04*0,0022*0,39=0,000034
Мдв=0,04*0,0029*0,75=0,000087
Мдв=0,04*0,0067*1=0,0003
Мдв=0,04*(-0,01)*0,98= -0,0004
Мдв=0,04*(-0,0063)*0,61= -0,0002
Мдв=0,04*(-0,0057)*0=0
Рт =-0,0057*0=0
Рт =-0,0063*0,61= -0,0038
Рт =-0,01*0,98= -0,0098
Рт =0,0167*1=0,0167
Рт =0,0063*0,75=0,0047
Рт =0,0050*0,39=0,002
Рт =0,0046*0=0
Рт =0,0046*(-0,39)= -0,0018
Рт =0,0050*(-0,75)= -0,0038
Рт =0,01*(-1)= -0,01
Рт =0*(-0,98)=0
Рт =-0,0251*(-0,61)=0,0153
Рт =0,0050*0=0
Рт =0,0012*(-0,61)= -0,0007
Рт =0,0017*(-0,98)= -0,0017
Рт =0,0019*(-1)= -0,0019
Рт =0,0021*(-0,75)= -0,0016
Рт =0,002*(-0,39)= -0,0008
Рт =0,002*0=0
Рт =0,0022*0,39=0,0009
Рт =0,0029*0,75=0,0022
Рт =0,0067*1=0,0067
Рт =-0,01*0,98= -0,0098
Рт =-0,0063*0,61= -0,0038
Рт =-0,0057*0=0
На подшипники коленчатого вала действует сила Р’ш, которая может быть разложена на силу P’ = P и Р’н = Рн. Значение расчетных величин Рд, Рш, Рн, Рр, Рт и Мдв занести в табл. 3 и построить зависимости от a.
8. Силовой расчет трансмиссии автомобиля.
Трансмиссия автомобиля (рис. 1) включает в себя фрикционную муфту сцепления 3, коробку перемены передач 4, главную передачу 5 заднего моста, 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
ip = i1*i2.
Передаточное отношение первой зубчатой пары
i1 = Z2 / Z1,
а второй i2 = Z4 / Z3, т.е. ip = (Z2 / Z1) * (Z4 / Z3).
Ip =(48/24)*(88/22)=8
Передаточное отношение
iк = Z6 / Z5=120/24=5
Общее передаточное отношение
iобщ = iр * iк .
Iобщ =8*5=40
Частота вращения выходного вала коробки передач
Пвых = Пg / ip; а ведомого вала Пведом = Пвых / iк.
Пвых =2200/8=275об/мин
Пведом =275/2=137,5 об/мин
Крутящий момент на ведомом валу:
Мведом=Мдв*iобщ
Мведом=0*40=0
Мведомкр=-0,0002*40=-0,008
Мведомкр=-0,0004*40=-0,016
Мведом=0,0007*40=0,0028
Мведом=0,0002*40=0,008
Мведом=0,000078*40=0,00312
Мведом=0*40=0
Мведом=-0,000071*40=-0,00284
Мведом=-0,0002*40=-0,008
Мведомкр=-0,0004*40=-0,016
Мведом=0*340=0
Мведом=0,00061*40=0,0244
Мведом=0,000029*40=0
Мведом=-0,000066*40=-0,00264
Мведом=-0,000076*40=-0,00304
Мведом=-0,000063*40=-0,00252
Мведом=-0,000031*40=-0,00124
Мведом=0*40=0
Мведом=0,000034*40=0,00136
Мведом=0,000087*40=0,00348
Мведом=0,0003*40=0,012
Мведом=0,0003*40=0,012
Мведом=-0,0004*40=-0,016
Мведом=-0,0002*40=-0,008
Мведом=0*32=0
- 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. 7).
Напряжение сжатия определяется из выражения:
ϭсж = Рг/Fmin ≤ [ϭсж] Н/мм2,
где Fmin – наименьшее сечение поршня над пальцем (в большинстве конструкций проходит по канавке последнего кольца), мм2.
Fmin= (ð*Д2 / 4)- (ð*Д12 / 4)= ð / 4*( Д2- Д12)
Д1=Д-(0,05…0,07)*Д=Д*(1-0,06)=
Fmin=3,14/4*(6400-5655,04)=
т.к. Рг = Ргmax * (ð*Д2 / 4);
Pг=4,5*(3,14*6400/4)=22608 Н.
ϭсж =22608/584,79=38,66 Н/мм2 ≤ [ϭсж]
Допустимое напряжение для поршней из алюминиевых сплавов [ϭсж] = 50,0 … 70,0 Н/мм2, и для стальных [ϭсж] = 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.
Lp =0,09*22608/(8,0*5)=50,868
Днище поршня рассчитывается на изгиб. При плоском днище условие прочности (максимально-допустимое напряжение изгиба) имеет вид
ϭи = Pг. max / 4d2 ≤ [ϭsи],
где d - толщина днища поршня, мм.
Допустимое напряжение на изгиб днищ для алюминиевого поршня
[ϭи] = 70 н/мм2, а для стальных - [ϭи] = 100 н/мм2.
При проектировании пользуются эмпирическими зависимостями, установленными практикой.
Толщина днища алюминиевых поршней d = (0,1 … 0,12) Д и стальных (0,06 … 0,1) Д.
Для алюминиевых: ϭи = 22608/ 4*(0,12*80)2 =61,32 ≤ [ϭи]
Для стальных: ϭи = 22608 / 4*(0,1*80)2=88,31 ≤ [ϭи]
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, [мм] S=2*85=170 мм
Расстояние от нижней кромки поршня до оси пальца
С = (0,7 … 1,2) Д. С=0,9*80=72
Поверхность опорных гнезд пальца (бобышек) проверяется на наибольшее удельное давление.
Рmax = (Pг. max /dп )* lп, н/мм2
Где dп – наружный диаметр поршнего пальца, мм, dп / Д = 0,4.
dп=0,4*Д=0,4*80=32 мм
lп – длина гнезд пальца, мм, lп = 2 dп .
Lп=2*32=64 мм
Рmax =(4,5/32)*64=9 н/мм2
Допускаемые удельные давления составляют [р] = 20 … 40, н/мм2
9.2 Поршневой палец
Поршневой палец проверяется по наибольшему давлению сгорания Рг. max = Р4 на изгиб и на срез.
Палец рассматривается как балка с равномерно распределенной нагрузкой и концами, лежащими на опорах.
Изгибающий момент относительно опасного сечения I –I:
Ми = Pг/2 (L/2 - а/4), Н*мм,
Где L – расстояние между опорами, мм,
L = Д – dп=80-32=48 мм
а – длина подшипников верхней опоры шатуна, мм,
а = dп=32мм
Следовательно:
Ми = 22608/2(48/2 – 32/4)=180864 Н*мм
Напряжение изгиба
ϭи = Ми / Wи , н/мм2 ; £ [ϭи],
где Wи – момент сопротивления изгибу
Wи = 0,1 * ((d4п – d4в) / d п), мм3,
Где dв – внутренний диаметр поршневого пальца, мм;
dв = 0,5*dп
dв=0,5*32=16 мм
Wи =0,1*((324-164)/32)=3072 мм3
ϭи =180864/3072=58,875 н/мм2 ; ≤ [ϭи],
[ϭи] = 1200 н/мм2 для углеродистой стали.
Срезывающие напряжения пальца ϭср = Pг / 2F < [ϭср]
F – поперечное сечение пальца, мм2,
F = (π/4) * (d2п – d2в)=(3,14/4)*(32 2-162)=602,88 мм2
ϭср =180864/(2*602,88)=150 Н/мм2< [ϭср]
[ϭср] = 500…600 Н/см2.
Список использованных источников
- Е.Росляков, И.Кравчук, В.Гладкевич, А.Дружинин. «Энергосиловое оборудование систем жизнеобеспечения». Учебник – СПб: Политехника, 2004. – 350 с.: ил.
- «Многоцелевые гусеничные и колесные машины.» Под ред. Акад., докт. техн. наук,проф. Г.И.Гладкова – М: Транспорт, 2001. – 214 с.
- Скойбеда А.Т. и др. «Детали машин и основы конструирования.» Учебник М:, Высшая школа, 2000. – 584 с.
