Проєкт 4-тактного дизельного двигуна з участю доповнені методичних вказівок для динамічного розрахунку КШМ

ВІДОКРЕМЛЕНИЙ СТРУКТУРНИЙ ПІДРОЗДІЛ "ПЕРВОМАЙСЬКИЙ ФАХОВИЙ КОЛЕДЖ Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова" Відділення «Двигуни та автомобілі» Циклова комісія «Обслуговування автомобілів та виробництво двигунів» Допущений до захисту Голова циклової комісії _______ Алла НЕРУБАЩЕНКО « ___» ___________ 2024 р. Пояснювальна записка До кваліфікаційної роботи (дипломний проєкт) фаховий молодший бакалавр (освітньо-кваліфікаційний ступень) на тему: Проєкт 4-тактного дизельного двигуна з участю доповнені методичних вказівок для динамічного розрахунку КШМ Виконав: здобувач освіти 4курсу, групи 431-ВД-20 Галузь знань: 13 Механічна інженерія Спеціальність: 133 Галузеве машинобудування Освітньо-професійна програма: Виробництво, сервісне обслуговування та експлуатація двигунів внутрішнього згоряння ______________________ Олександр КІТОРАГА (підпис) Керівник _________ (підпис) (прізвище та ініціали) Ігор КОВАЛЕНКО (прізвище та ініціали) Нормоконтролер __________________ Федір БЕЛЬСЬКИЙ ( підпис) Рецензент _________ (підпис) Дата захисту ______________ (прізвище та ініціали) Федір БЕЛЬСЬКИЙ (прізвище та ініціали) Оцінка за захист ____________________ Первомайськ – 2024 року Відокремлений структурний підрозділ «ПЕРВОМАЙСЬКИЙ ФАХОВИЙ КОЛЕДЖ Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова» Відділення: «Двигуни та автомобілі» Циклова комісія: «Обслуговування автомобілів та виробництво двигунів» Освітньо-кваліфікаційний ступень: фаховий молодший бакалавр Галузь знань: 13 Механічна інженерія Спеціальність: 133 Галузеве машинобудування Освітньо-професійна програма: «Виробництво сервісне обслуговування та експлуатація двигунів внутрішнього згоряння ЗАТВЕРДЖУЮ Голова циклової комісії «Обслуговування автомобілів та виробництво двигунів» _______________ Алла НЕРУБАЩЕНКО “____” _________________ 2024 року З А В Д А Н Н Я НА ДИПЛОМНИЙ ПРОЄКТ ЗДОБУВАЧУ ОСВІТИ Олександр КІТОРАГА (ім’я, ПРІЗВИШЕ) 1. Тема Проєкт 4 тактного дизельного двигуна з участю у доповнені методичних вказівок для динамічного розрахунку КШМ керівник проєкту Ігор КОВАЛЕНКО затверджені наказом вищого навчального закладу від “15” березня 2024 року № 35-у 2. Строк подання студентом проєкту: 09.06.2024 3. Вихідні дані до проекту: Потужність Ре = 350 кВт, Частота обертання колінчастого валу n = 500 хв -1, ступень стиску Е =12,9 4.Зміст розрахунково – пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити) 1. КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ 1.1 Розрахунок робочого процесу двигуна. 1.2 Розрахунок індикаторної діаграми. 1.3 Аналіз ефективних показників проєктованого двигуна й прототипу. 1.4 Динамічний розрахунок двигуна. 1.5 Розрахунок теплового балансу двигуна 1.6 Розробка конструкції деталі , вузла, системи. 1.6.1 Призначення, описування та обґрунтування проєктованої системи вузла, деталі. 1.6.2 Вибір матеріалу, визначення розмірів і розрахунок на міцність деталі, вузла. 1.6.3 Пропозиції по удосконаленню проєктованої системи, конструкції, вузла, деталі. 2 2. РЕАЛЬНА ЧАСТИНА 2.1 Призначення виконаної роботи. 2.2 Описання виконаної роботи. ЛІТЕРАТУРА ДОДАТКИ 1.Специфікації складальних креслень. 5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень) Аркуш 1 Поперечний розріз двигуна СК А1 Виконання спеціальної частини Комп'ютерний набір методичних вказівок для виконання динамічного розрахунку КШМ ( теоретична частина) 6. Дата видачі завдання 19.04.2024 КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН № з/п 1 2 3 4 5 6 Назва етапів дипломного проєкту Строк виконання етапів проєкту Розділ 1 Розділ 2 Аркуш 1 Виконання реальної частини Перевірка проєкту на плагіат Оформлення проєкту Примітка 26.04.2024 06.05.2024 10.05.2024 17.05 2024 30.05.2024 07.06.2024 Здобувач освіти _____________ Олександр КІТОРАГА Керівник проєкту _____________ Ігор КОВАЛЕНКО ( підпис ) ( підпис ) (ім’я, ПРІЗВИЩЕ) (ім’я, ПРІЗВИЩЕ) ЗМІСТ 1 Конструкторський розділ 3 1.1 Розрахунок робочого процесу двигуна 3 1.2 Розрахунок індикаторної діаграми 10 1.3 Аналіз ефективних показників проектованого двигуна і 14 прототипу 1.4 Динамічний розрахунок двигуна 15 1.5 Розрахунок теплового балансу дизельного двигуна 23 1.6 Розробка конструкції шатуна 28 1.6.1 Призначення, умови роботи шатуна 28 1.6.2 Розрахунок шатуна 30 2 Реальна частина 38 2.1 Призначення виконаної роботи 38 2.2 Описання виконаної роботи 38 Література 39 ДОДАТКИ Додаток А Креслення “ Дизель 6ЧН 25/34“ Додаток Б Специфікація “ Дизель 6ЧН 25/34“ ВСП ПФК НУК 133.431.24.10 ПЗ Змн. Арк. Розроб. Перевір. № докум. Кіторага О. С. Коваленко І.М Рецензент Н. Контр. Бельський Ф.В Затверд. Нерубащенко А. Підпис Дата Пояснювальна записка Літ. Арк. Акрушів 2 39 431-ВД-20 1 КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ 1.1 Розрахунок робочого процесу двигуна Розрахунки виконані за допомогою програми Microsoft Excel Умова завдання Ефективна потужність Частота обертання колінчастого валу. Ступінь стиску Pе= 350 кВт n= 500 хв-1 12,9 ε = Вихідні дані теплового розрахунку. Число циліндрів Тиск наддуву Коефіцієнт надлишку повітря Тиск навколишнього середовища і= Pв = α = Ра= Температура навколишнього середовища Підігрів свіжого заряду Тиск залишкових газів Та= ∆T = Рr= Температура залишкових газів Ступінь підвищення тиску Коефіцієнт використання теплоти в точці "Z" Коефіцієнт повноти індикаторної діаграми Паливо Дизельне пальне Л - 0.2 - 40 ДСТУ 3868-99 Середній елементарний склад палива Вуглець С=0,86; Водень Н=0,13; Кисень О=0,01 Найнижча теплота згорання палива QH=42500 кДж/кг Тr= λ = ξ z = ξ = 6 0,125 МПа 1,83 0,101 МПа [1] [1] 293 К 12 К 0,121 МПа [1] [1] [1] 835 К 1,65 0,9 0,921 [1] [1] [1] [1] Параметри робочого тіла. Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1кг. палива L0 = 1  C H O  1  0,86 0,13 0,01 кмоль × + −  = × + − / кг  = 0.495 0.21  12 4 32  0.21  12 4 32  l0 =28.95×L0 =28.95×0. 495=14.33кг Кількість свіжого заряду M1 = α × L0,кмоль/ кг M 1 = 0,90585 кмоль/кг Кількість окремих компонентів продуктів згоряння C кмоль , / кг 12 Н кмоль M Н2 О = , / кг 2 M co2 = Кількість СО2: Кількість Н2О: 0,0717 кмоль/кг 0,065 кмоль/кг Кількість О2: Mo =0,21×(α−1) ×L0, кмо/лькг 0,0863 кмоль/кг Кількість N2: MN =0,79 × α×L0, кмоль/кг 0,7156 кмоль/кг 2 2 Загальна кількість продуктів згоряння M2=MCO2+MH2O+MO2+MN2,кмоль/кг 0,9386 кмоль/кг Параметри процесу газообміну Температура повітря після нагнітача nк − 1  Р  nк T в = Т а ×  в  ,К  Ра  де nk= 1,654 показник політропи стиску повітря в нагнітачі Тв = 320,0268 К Тиск в кінці впуску Pd = (0.9 − 0.95) × Pв МПа число з інтервалу 0,945 Рd= 0,118125 МПа Коефіцієнт залишкових газів γr = Tв − ∆T1 + ∆T Pr × Tr ε × Pd − Pr де ∆T1 = (30 − 500 ) ступінь охолодження повітря ∆ T1 = 43 К γ r = 0,029856 Температура в кінці впуску T − ∆Т1 + ∆Т + γ r × Tr Td = в ,K 1+γ r 304,855 К Td= Коефіцієнт наповнення Фс = Р Т − ∆Т 1 ε × d × в ε − 1 Pв Т d (1 + γ r ) Фс = 0,903912 Густина заряду на впуску ρв = Р в × 10 6 , кг 3 м R П × (Т в − ∆Т 1 ) де RП=287 Дж /кг x к - універсальна газова постійна для повітря ρ в = 1,572195 кг/м3 Параметри процесу стиску Вибираємо значення n1 = 1,367 Тиск в кінці стиску Pc = Pd × ε n1 , МПа 3,895094 МПа Pc = Температура в кінці стиску Т с = Т d × ε n1 −1 , K 779,2553 К Tc = Середня мольна теплоємкість повітря mC v′ =19.88+ 0.002638 ×TC, КДж mC v ′ = Кмоль × К 21,9357 КДж/Кмоль*К Параметри процесу згоряння Теоретичний коефіцієнт молекулярної зміни β0 = М2 М1 β 0 = 1,036117 Дійсний коефіцієнт молекулярної зміни β +γr β = 0 1+γ r β = 1,03507 Емпіричні формули середніх мольних теплоємкостей окремих газів при сталому об'ємі для О2: mCv''o2=23,3+0,00155xTZ для N2: mCv''N2=21,554+0,001457xTZ для CO2: mCv''co2=38,609+0,003349xTZ для H2O: mCv''H2O=25,459+0,004438xTZ Середня мольна теплоємкість продуктів згоряння при сталому об'ємі mCv′ = 1 MCO2×(mCv′CO2) +MH2O×(mCv′H2O) + КДж =, Кмоль×К M2 +MO2 ×(mCv′O2) +MN2 ×(mCv′N2)  Після підстановки одержимо рівняння mC v′′ = а + в ×TZ , КДж Кмоль × К де: а= в= 23,28722 0,001816 Середня мольна теплоємкість продуктів згоряння при сталому тиску m C ′′p = mC v ′′ + 8 . 134 , КДж Кмоль × К Після підстановки одержимо рівняння mC ′′p = а + в ×TZ , КДж Кмоль × К де: а= в= 31,42122 0,001816 Максимальний тиск згоряння Pmax = λ × Pc , МПа Рmax = 6,426905 МПа Максимальна температура процесу згоряння ξ Z × QH + (mC ′v + 8.134× λ) × TC = β (mC′′p) × TZ M1 × (1 + γ r ) Після підстановки одержимо квадратне рівняння A×TZ2 +B ×TZ −c =0 де: А= В= С= Звідки: TZ = 0,00188 32,52316 68553,33 − B + B 2 + 4 × A× C ,K 2× A ТZ= 1899,292 К Ступінь попереднього розширення ρ = β × TZ λ × Tc ρ = 1,529 Параметри процесу розширення Ступінь наступного розширення δ = δ = ε ρ 8,437076 Середній показник політропи розширення Вибираємо значення n2 = 1,268 Тиск в кінці розширення Pmax , МПа δ n2 Pв = Рв = 0,430121 МПа Температура в кінці розширення TZ δ n2 −1 Тв = ,К 1072,438 К Tв = Індикаторні показники робочого тіла Середній теоретичний індикаторний тиск Pmi′ = PC  λ×ρ  1  1  1  × λ ×( ρ −1) + × 1− n −1  − × 1− n −1 , МПа ε −1  n2 −1  δ 2  n1 −1  ε 1  ′ Р mi = 1,084108 МПа Дійсний середній індикаторний тиск ′ , МПа Pmi = ξ × Pmi Рmi = 0,998464 МПа Індикаторний ККД Pmi × l 0 × α ηi = Q H × ρ в × Ф с × 10 − 3 η i = 0,433519 Питома індикаторна витрата палива 3600 кг ві = , кв т.год. Q H ×η i ві= 0,195391 кг/кв год Ефективні показники робочого циклу Середній тиск механічних втрат PM = 0.089 + 0.0118 ×VП.СР, МПа де середня швидкість поршня V П .СР. = S ПР . × n М , С 30 0,34 м Хід поршня по прототипу SПР= V П . СР . = P M = 5,66667 м/с 0,15587 МПа Середній ефективний тиск Pme = Pmi − Pm,МПа = P me 0,842597 МПа Механічний К.К.Д. Pme Pmi ηM = ηM = 0,843894 Ефективний К.К.Д. ηe = ηi ×ηM η e = 0,365844 Питома ефективна витрата палива ве = 3600 кг , квт. год. QH × η e в е = 0,231536 кг/кв год Годинна витрата палива B = в е × Ре , кг B= год 81,03749 кг/год Основні розміри циліндра і двигуна Літраж двигуна Pe V St = 30 × Z × ,Л Pme × n де Z=4 - Коефіцієнт тактності Vst= 99,69177 Л Робочій об'єм циліндра Vs = Vs = V st ,Л i 16,6153 Л Діаметр циліндра 4 × Vs =, мм π ×m d = 100 × S ПР d ПР = m де d ПР = m= d= 0,25 м Діаметр поршня прототипу 1,36 249,6701 мм Хід поршня S = m × d =, мм 339,5513 мм S= Уточненні розміри циліндра і двигуна Діаметр циліндра d= 250 мм Хід поршня S= 340 мм Літраж двигуна VSt = π × d 2 × S ×i =, Л 4 × 10 6 V = St 100,0875 Л Ефективна потужність двигуна Pep = Pme × VSt × n =, КВт 30 × Z Pep= 351,3893 кВт Отримана величина Рер відрізняється від заданої на: Рер − Ре ∆Ре = Реср = Реср × 100 % Рер + Ре 2 Pеср= 350,6947 кВт ∆Ре = 0,396164 % 1.2 Розрахунок індикаторної діаграми Розрахунки виконані за допомогою програми Microsoft Excel Розрахунок теоретичної індикаторної діаграми Вихідні дані Pmi= 0,998 МПа Середній індикаторний тиск Рd= 0,1181 МПа Тиск в кінці впуску n1= 1,367 12,900 6,4269 МПа Показник політропи стиску Ступінь стиску Максимальний тиск в циліндрі εc = Pmax = n2= ρ = mp= 1,268 Показник політропи розширення 1,5290 Ступінь попереднього розширення 0,035 МПа/мм Масштаб по осі тиску Таблиця 1.1 Результати розрахунку V V c PСТ , МПа PСТ , мм Pроз , МПа P роз , мм Pср , МПа 1 3,895094 1,250 2,871058 1,500 2,237697 1,529 2,179882 1,75 1,812529 2 1,510115 3 0,867547 4 0,585466 5 0,431545 6 0,336345 7 0,272439 8 0,226983 9 0,193227 10 0,167308 11 0,14687 12 0,1304 12,9 0,118125 111,29 82,03 63,934 62,282 6,426723 51,787 5,415593 43,146 4,572063 24,787 2,734189 16,728 1,898481 12,33 1,43062 9,6099 1,135331 7,784 0,933757 6,4852 0,788316 5,5208 0,678952 4,7802 0,594044 4,1963 0,52642 3,7257 0,471429 3,375 0,430121 -3,8951 183,62 154,73 130,63 78,12 54,242 40,875 32,438 26,679 22,523 19,399 16,973 15,041 13,469 12,289 3,0619 1,8666 1,313 0,9991 0,799 0,6613 0,5613 0,4857 0,4267 0,3795 0,341 0,312 Pmiд= 0,991 Похибка середнього індикаторного тиску ∆ Pmi = Pmi − PmiД Pmi ср × 100% Pmi + PmiД Pmi ср = , МПа 2 Pmi cр= 0,994732 МПа DPmi= 0,750331 % Похибка не перевищує 5% Побудова дійсної індикаторної діаграми С ′, ДоВМТ точка подачі палива форсункою (подачі іскри) Визначається кутом випередження впорску палива (випередження запалювання) f , ДоВМТ точка початку згорання, визначається кутом затримки 0 згорання: ∆ϕ1 =, ПКВ ∆ϕ 2 , ПісляВМТ кут після ВМТ, де тиск максимальний b′, ПісляВМТ точка відкриття випускного клапану r ′, ДоВМТ точка відкриття впускного клапану r ′′, ПісляВМТ точка закриття випускного клапану d ′, ДоВМТ точка закриття впускного клапану с ′′ точка тиску газів в ВМТ в кінці такту стиску Zd точка максимального тиску газів Вихідні дані. λL = [AB]= ∆ ϕ 1 = Pr= mp= S= Pc= Pmax= 0,250 Кривошипно-шатунне відношення 210,000 мм Відстань від ВМТ до НМТ на діаграмі 0 10,000 ПКВ Кут затримки згорання 0,121 МПа Тиск залишкових газів 0,035 МПа/мм Масштаб тиску 340,000 мм Хід поршня 3,895 МПа Тиск в кінці стиску 6,427 МПа Максимальний тиск Таблиця 1.2 Визначення точок дійсної індикаторної діаграми Позначка Положення Постійна Відстань від λ точки точки X = (1−cosϕ) + L ×(1−cos2ϕ) ВМТ до точки [ АВ] ϕ 0 , ПКВ 4 відносно X× , мм 0 2 ВМТ, ϕ , ПКВ С ′, ДоВМТ f , ДоВМТ 14 0,037 3,887 4 0,003 0,320 ∆ϕ 2 , ПісляВМТ b′, ПісляВМТ 10 0,019 1,991 130 1,716 180,195 70 0,768 80,678 50 0,431 45,209 150 1,897 199,214 r ′, ДоВМТ r ′′, ПісляВМТ d ′, ДоВМТ Ордината точки r Pr , мм mp 3,457 мм Тиск газів в ВМТ. Pc′′ = (1.15 − 1.25) × Pc 1,23 Число з інтервалу P c′′ = P c′′ = 4,791 МПа 136,885 мм Максимальний тиск згорання для дизелів: Pzd=Pmax МПа 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Рисунок 1 Індикаторна діаграма 9 10 11 12 13 V/Vc 1.3 Аналіз ефективних показників проектованого двигуна і прототипу Таблиця 1.3 Параметри двигунів Найменування параметру Позначення Прототип 345 500 Двигун, що проектується 350 500 12,5 830 0,222 12,9 843 0,232 250 340 133,5 120 250 340 133,5 125 6ЧН25/34 Ефективна потужність Частота обертання колінчатого валу Ступінь стиску Середній ефективний тиск Питома ефективна витрата пального Діаметр циліндра Хід поршня Літраж двигуна Тиск наддуву Ре, кВт п, хв.-1 ε Рме, кПа Ве, кг/кВтгод d, мм S, мм Vst,л Рв, кПа Потужність проектованого двигуна вище потужності прототипу за рахунок збільшення ступеня стиску і тиску наддуву, а це привело до підвищення середнього ефективного тиску. Літраж двигуна та частота обертання колінчастого валу залишились без змін. Збільшилась в порівняні з прототипом питома ефективна витрата пального за рахунок менш оптимального вибору вихідних даних розрахунку робочого процесу. Арк. ВСП ПФК НУК 133.431.24.10 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 14 1.4 Динамічний розрахунок двигуна Розрахунки виконані за допомогою програми Microsoft Excel На деталі КШМ діють Сили тиску газу π ×d2 Fг = (Рц − Pa ) × ,H 4 Сили інерції мас, що рухаються зворотно-поступально Fи = −ms × r ×ω2 × (cosϕ + λL cos2ϕ), H сумарна сила (дійсна) Fd = Fг ± Fи, Н Нормальна сила Fn = Fd × tgβ , H Радіальна сила Fr = Fd × cos(ϕ + β ) ,H cosβ Дотична сила FK = Fd × sin (ϕ + β ) ,H cosβ Вихідні дані А λ l m s = = = 0,049 м2 0,250 75,4 кг 0,170 м 52,33 с-1 m F = 2 кН/мм Pd= 118,1 кПа Ра= 101 кПа п1= 1,367 п2= 1,268 Pmax= 6426,905 кПа Pzd= 6426,905 кПа Рс′′ = 4790,966 кПа Рr= 121 кПа Рb= 430 кПа r= ω = Площа поршня Кривошипно-шатунне віднощення Маса деталей, що рухаються зворотно-поступально Радіус кривошипа Кутова швидкість Масштаб сил Тиск в кінці впуску Атмосферний тиск Показник політропи стиску Показник політропи розширення Теоретичний тиск згорання Дійсний тиск згорання Дійсний тиск в кінці стиску Тиск залишкових газів Тиск в кінці розширення d= 0,25 м Діаметр циліндра 0,34 м 12,9 -1 500 хв S= ε= п= π ×d2 Vs = × S , м3 4 V s = робочий об"єм 3 0,016681 м Vc = Vc = Vs , м3 ε −1 об"єм камери стиску 3 0,001402 м Va = Vs + Vc, м3 V Хід поршня Ступінь стиску Частота обертання повний об"єм = 0,018083 м3 Об"єм над поршнем в залежності від кута повороту кривошипа a λ   V f = A × r × (1 − cosϕ ) + L × (1 − cos 2ϕ )  + Vc , м 3 4   Таблиця 1.4 Результати динамічного розрахунку FN Fг Fг ϕ 0 Vf Fи Fd Fr Fk пкв 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 м 3 кн кн кн кн кн кн мм Fи Fd FN Fr Fk мм мм мм мм мм 0,0014 0,8402 -43,859 -43,02 0 -43,02 0 0,4201 -21,93 -21,51 0 -21,51 0 0,0016 0,8402 -42,797 -41,96 -1,823 -41 -9,081 0,4201 -21,4 -20,98 -0,912 -20,5 -4,541 0,002 0,8402 -39,691 -38,85 -3,334 -35,37 -16,42 0,4201 -19,85 -19,43 -1,667 -17,68 -8,21 0,0028 0,8402 -34,772 -33,93 -4,275 -27,25 -20,67 0,4201 -17,39 -16,97 -2,138 -13,62 -10,33 0,0038 0,8402 -28,401 -27,56 -4,487 -18,23 -21,15 0,4201 -14,2 -13,78 -2,244 -9,114 -10,58 0,005 0,8402 -21,03 -20,19 -3,94 -9,96 -18 0,4201 -10,52 -10,1 -1,97 -4,98 -8,999 0,0064 0,8402 -13,158 -12,32 -2,732 -3,793 -12,03 0,4201 -6,579 -6,159 -1,366 -1,897 -6,017 0,0078 0,8402 -5,2809 -4,441 -1,073 -0,51 -4,54 0,4201 -2,64 -2,22 -0,537 -0,255 -2,27 0,0093 0,8402 2,14996 2,9902 0,7596 -0,229 3,0766 0,4201 0,0108 0,8402 8,77176 -2,482 0,0122 0,8402 14,3356 15,176 9,612 2,4818 3,855 1,075 1,4951 0,3798 9,612 0,4201 4,3859 4,806 1,2409 -6,432 14,276 0,4201 7,1678 7,5879 1,9275 -0,114 1,5383 -1,241 4,806 -3,216 7,1379 0,0135 0,8402 18,72 19,56 4,7275 -11,13 16,764 0,4201 9,36 9,7801 2,3637 -5,566 8,3819 0,0147 0,8402 21,9294 22,77 5,0495 -15,76 17,194 0,4201 10,965 11,385 2,5248 -7,879 8,5971 0,0157 0,8402 24,0767 24,917 4,8619 -19,74 15,962 0,4201 12,038 12,458 2,4309 -9,87 7,9812 0,0166 0,8402 25,355 26,195 4,2649 -22,81 13,571 0,4201 12,678 13,098 2,1325 -11,4 6,7854 0,0172 0,8402 26,0004 26,841 3,3816 -24,94 10,492 0,4201 -12,47 5,2459 0,0177 0,8402 26,2515 27,092 2,325 -26,25 7,0811 0,4201 13,126 13,546 1,1625 -13,13 3,5406 0,018 0,8402 26,3112 27,151 1,1798 -26,94 3,5529 0,4201 13,156 13,576 0,5899 -13,47 1,7765 0,0181 0,8402 26,3153 27,155 0,00 -27,16 0,00 0,4201 13,158 13,578 0,00 -13,58 0,00 0,018 0,8822 26,3112 27,193 -1,18 -26,99 -3,56 0,4411 13,156 13,597 -0,591 -13,49 -1,779 0,0177 1,0114 26,2515 27,263 -2,34 -26,42 -7,126 0,5057 13,126 13,631 -1,17 -13,21 -3,563 0,0172 1,2378 26,0004 27,238 -3,432 -25,3 -10,65 0,6189 13 13,619 -1,716 -12,65 -5,324 0,0166 1,5796 25,355 26,935 -4,385 -23,45 -13,95 0,7898 12,678 13,467 -2,193 -11,73 -6,977 13 13,42 1,6908 Продовження таблиці 1.4 Fг ϕ 0 Vf Fи Fd пкв 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 м 3 кн кн кн FN Fr Fk Fг Fи Fd FN Fr Fk кн кн кн мм мм мм мм мм мм 0,0157 2,0657 24,0767 26,142 -5,101 -20,71 -16,75 1,0329 12,038 13,071 -2,55 -10,36 -8,374 0,0147 2,7409 21,9294 -5,471 -17,07 -18,63 1,3704 10,965 12,335 -2,736 -8,537 -9,315 -9,596 0,0135 24,67 3,673 18,72 22,393 -5,412 -12,74 -19,19 1,8365 9,36 11,197 -2,706 -6,372 0,0122 4,9675 14,3356 19,303 -4,903 -8,181 -18,16 2,4838 7,1678 9,6515 -2,452 -4,09 -9,079 0,0108 6,7914 8,77176 15,563 -4,018 -4,018 -15,56 3,3957 4,3859 7,7816 -2,009 -2,009 -7,782 0,0093 9,4172 2,14996 11,567 -2,938 -0,885 -11,9 4,7086 1,075 5,7836 -1,469 -0,443 -5,951 0,0078 13,305 -5,2809 8,0237 -1,939 0,922 -8,203 6,6523 -2,64 4,0119 -0,97 0,461 -4,102 0,0064 19,256 -13,158 6,0981 -1,352 1,8779 -5,957 9,6278 -6,579 3,049 -0,676 0,9389 -2,979 -3,421 0,005 28,706 -21,03 7,6752 -1,498 3,7863 -6,842 14,353 -10,52 3,8376 -0,749 1,8931 0,0038 44,219 -28,401 15,818 -2,575 10,462 -12,14 22,11 -14,2 7,9089 -1,288 5,2308 -6,07 0,0028 -34,772 35,228 -4,438 28,289 -21,46 35 -17,39 17,614 -2,219 14,144 -10,73 -6,076 64,454 70 0,002 110,49 -39,691 70,802 0,0016 160,17 -42,797 117,37 0,0014 -43,859 186,24 230,1 0,0016 310,36 -29,93 55,246 -19,85 35,401 -3,038 32,227 -14,96 114,7 -25,4 80,083 -21,4 58,685 -2,55 57,351 -12,7 0 186,24 0 115,05 -21,93 93,121 0 93,121 0 -5,1 -42,797 267,57 11,627 261,48 57,913 155,18 -21,4 133,78 5,8133 130,74 28,956 0,002 192,62 -39,691 152,92 13,124 139,21 64,636 96,308 -19,85 76,462 0,0028 127,39 -34,772 92,622 11,669 74,378 56,417 63,697 -17,39 46,311 5,8346 37,189 28,208 0,0038 84,564 -28,401 56,163 0,005 58,028 -21,03 36,998 7,2191 18,251 32,982 29,014 -10,52 18,499 3,6095 9,1257 16,491 -13,158 28,283 6,2722 8,7095 -6,579 14,141 3,1361 4,3548 13,815 0,0064 41,44 9,144 37,146 43,106 42,282 27,63 20,72 -14,2 28,081 6,562 69,607 32,318 4,572 18,573 21,553 0,0078 30,759 -5,2809 25,478 6,1576 2,9276 26,047 15,379 -2,64 12,739 3,0788 1,4638 13,024 0,0093 23,647 2,14996 25,797 6,5529 -1,974 26,543 11,823 1,075 12,898 3,2765 0,0108 18,765 8,77176 27,537 7,1101 -7,11 27,537 9,3827 4,3859 13,769 Продовження таблиці 1.4 3,555 -0,987 13,271 -3,555 13,769 ϕ 0 Vf Fг Fи Fd FN Fr Fk Fг Fи Fd FN Fr Fk пкв м3 кн кн кн кн кн кн мм мм мм мм мм мм 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 0,0122 15,329 14,3356 29,664 7,5354 -12,57 27,905 7,6644 7,1678 14,832 3,7677 -6,286 13,953 -8,987 13,533 0,0135 12,862 18,72 31,582 7,633 -17,97 27,067 0,0147 11,069 21,9294 32,999 7,318 -22,84 24,919 5,5346 10,965 16,499 0,0157 9,7611 24,0767 33,838 6,6025 -26,81 21,677 4,8805 12,038 16,919 3,3013 -13,4 10,839 0,0166 8,8134 25,355 34,168 5,5631 -29,75 17,701 4,4067 12,678 17,084 2,7815 -14,88 8,8507 0,0172 8,1442 26,0004 34,145 4,3018 -31,72 13,347 4,0721 0,0177 7,6994 26,2515 33,951 2,9136 -32,9 8,8739 3,8497 13,126 16,975 1,4568 -16,45 0,018 26,3112 33,756 1,4668 -33,5 4,4172 3,7225 13,156 16,878 0,7334 -16,75 2,2086 7,445 6,431 9,36 15,791 3,8165 3,659 13 17,072 2,1509 -11,42 12,459 -15,86 6,6734 4,437 0,0181 8,4938 26,3153 34,809 0 -34,81 0 4,2469 13,158 17,405 0 -17,4 0 0,018 0,9813 26,3112 27,292 -1,186 -27,08 -3,571 0,4906 13,156 13,646 -0,593 -13,54 -1,786 0,0177 0,9813 26,2515 27,233 -2,337 -26,39 -7,118 0,4906 13,126 13,616 -1,169 -13,19 -3,559 0,0172 0,9813 26,0004 26,982 -3,399 -25,07 -10,55 0,4906 13 13,491 -1,7 -12,53 -5,273 0,0166 0,9813 25,355 26,336 -4,288 -22,93 -13,64 0,4906 12,678 13,168 -2,144 -11,47 -6,822 0,0157 0,9813 24,0767 25,058 -4,889 -19,85 -16,05 0,4906 12,038 12,529 -2,445 -9,926 -8,026 0,0147 0,9813 21,9294 22,911 -5,081 -15,86 -17,3 0,4906 10,965 11,455 -2,54 -7,928 -8,65 0,0135 0,9813 18,72 19,701 -4,762 -11,21 -16,88 0,4906 9,36 9,8506 -2,381 -5,606 -8,442 0,0122 0,9813 14,3356 15,317 -3,891 -6,491 -14,41 0,4906 7,1678 7,6584 -1,945 -3,246 -7,204 0,0108 0,9813 8,77176 9,753 -2,518 -2,518 -9,753 0,4906 4,3859 4,8765 -1,259 -1,259 -4,877 0,0093 0,9813 2,14996 3,1312 -0,795 -0,24 -3,222 0,4906 -0,398 -0,12 -1,611 0,0078 0,9813 -5,2809 -4,3 1,0392 -0,494 4,3958 0,4906 -2,64 -2,15 0,5196 -0,247 2,1979 0,0064 0,9813 -13,158 -12,18 2,7003 -3,75 11,895 0,4906 -6,579 -6,088 1,3502 -1,875 5,9476 0,005 0,9813 -21,03 -20,05 3,912 -9,89 17,873 0,4906 -10,52 -10,02 1,956 -4,945 8,9365 0,0038 0,9813 -28,401 -27,42 4,4644 -18,14 21,045 0,4906 -14,2 -13,71 2,2322 -9,068 10,523 Продовження таблиці 1.4 1,075 1,5656 ϕ 0 Vf Fг Fи Fd FN Fr Fk Fг Fи Fd FN Fr Fk пкв м3 кн кн кн кн кн кн мм мм мм мм мм мм 690 700 710 720 0,0028 0,9813 -34,772 -33,79 4,2573 -27,14 20,582 0,4906 -17,39 -16,9 2,1286 -13,57 10,291 0,002 0,9813 -39,691 -38,71 3,322 -35,24 16,361 0,4906 -19,85 -19,35 1,661 -17,62 8,1805 0,0016 0,9813 -42,797 -41,82 1,817 -40,86 9,0506 0,4906 -21,4 -20,91 0,9085 -20,43 4,5253 0,0014 0,9813 -43,859 -42,88 0 -42,88 -21,93 -21,44 -21,44 0 0,4906 0 0 кН 350 300 250 200 150 100 50 0 0 90 180 270 360 450 -50 Рисунок 2 Сили газів,інерції,дійсна 540 630 720 пкв кН 300 250 200 150 100 50 0 0 -50 90 180 270 360 450 Рисунок 3 Сили радіальна,дотична,нормальна 540 630 720 пкв 1.5 Розрахунок теплового балансу дизельного двигуна Розрахунки виконані за допомогою програми Microsoft Excel Умова завдання ефективна потужність Р е= частота обертання колінвалу діаметр циліндру хід поршня число циліндрів коефіцієнт тактності нижча теплота згорання дизельного палива годинна витрата пального Індикаторний к.к.д. ефективний к.к.д. кількість свіжого заряду загальна кількість продуктів згорання температура залишкових газів температура на початку стиску коефіцієнт надлишку повітря 351,3893 кВт n= d= S= і= Z= 500 хв-1 250 мм 340 мм 6 4 QH= B r= ηi= ηe = М1 = Мr= Тr= Тd= 42500 кДж/кг 81,03749 кг/год 0,433519 0,365844 0,90585 кмоль/кг 0,938567 кмоль/кг 835 К 304,855 К 1,83 α = Рівняння теплового балансу Загальна кількість теплоти, введеної в двигун з паливом ,Дж/сек QП =Qe +QB +QГ +QM +Qн.в де Qe- теплота, еквівалентна ефективній роботі; Qв- теплота, яка відводиться охолоджувальною рідиною; Qг- теплота, яка виноситься випускними газами; Qм- теплота, яка відводиться маслом; Qн.в.- невраховані теплові втрати. Теплота, яка підводиться в циліндр двигуна з паливом ,Дж/сек QП = Br × QН / 3.6 = 956692,6 Дж/сек у відсотковому відношенні qп приймаємо за 100% Q П Теплота, еквівалентна ефективній роботі двигуна Q е = 351389,3 Дж/сек у відсотковому відношенні Q е = 1000 × Ре q = Qe / Qп ×100 % q= 36,7296 % Перевірка Q е′ = 350000 Дж/сек Вираховуємо похибку Δ=(Qe −Qe′ )/Qе ×100% Δ = 0,395381 % Q е′ = Q п × η е ,Дж/сек ,Дж/сек Теплота, яка відводиться охолоджувальною рідиною ,Дж/сек Qв =Qw +QТ.П +Qв.н. де Qw- теплота, яка відводиться робочим тілом в стінки циліндра ; Qт.п.- теплота, еквівалентна роботі на тертя поршня по гільзі циліндра; Qв.н. -теплота, еквівалентна роботі на привід водяного насосу. Теплообмін між робочим тілом і стінками циліндра ,Дж/сек Qw = (−Wнап +WСТ +WГ.Р. +Wвип) ×Qп де W нап.,W ст.,W г.р.,W вип - відповідно відносні втрати палива на дільницях наповнення, стиску, горіння-розширення та випуску газів із циліндра. З експериментальних даних W нап.=0 W ст.=0 Qw = W г.р.=0,09-0,16 W вип=0,01-0,05 0,16 0,05 200905,4 Дж/сек Теплота, еквівалентна роботі на тертя поршня по гільзі циліндра Середній тиск механічних втрат в механізмах двигуна Pмд = (а + в ×Сm ) ×103 де а=0,09 в=0,012 - коефіцієнти для визначення середнього тиску механічних втрат Cm = S × n / 30 середня швидкість поршня C m = 5,666667 м/с Pмд = 155,8667 кПа Середній тиск тертя поршня Pср.т. = 0 . 6 × Р мд Pср.т. = 93,52 кПа Потужність тертя поршня Pп = РСР.Т ×Vs ×n×i /(30×Z) де Vs- Робочій об'єм циліндру Vs = πd 2 ⋅ S / 4 3 Vs= 0,016681 м Pn= 39,00076 кВт Теплота, еквівалентна роботі тертя поршня ,Дж/сек Q =1000 × Р Т .П . QТ.П.= П 39000,76 Дж/сек Теплота, еквівалентна роботі на привід водяного насосу Визначаємо витрату води як суму теплоти ,Дж/сек QВ′ = QW + QТ.П. Q В′ = 239906,2 Дж/сек тоді витрата охолоджуючої рідини VВ = Q ′В × 10 −3 × К ρ в × C тв × ∆Т в ,м3/с де К=1,2-1,5 коефіцієнт запасу К= 1,3 ρ в = 1000 кг/м3 середня щільність води Cmв=4,19 кДж/кг - середня теплоємкість води ∆Т в = 6-10 - температурний перепад води в холодильнику ∆Т в = 7К 3 Vв= 0,010633 м /с Потужність, яка використовується на привід водяного насосу Рв.н. =Vв × ∆Pв /ηв.н. ,кВт де ∆Рв = 98 кПа - гідравлічний опір системи охолодження ηв.н. = 0,8 - 0,9 к.к.д. водяного насосу ηв.н. = 0,86 Рв.н.= 1,211715 кВт Тоді Qв.н.= 1211,71 Дж/сек Загальна теплота, яка відводиться охолоджувальною рідиною ,Дж/сек Qв =Qw +QТ.П +Qв.н. Qв= 241117,9 Дж/сек що складає у відсотковому відношенні qв = Qв / QП ×100% qв= 25,20328 % Теплота, яка виноситься випускними газами QГ = [ Br t t × M2 × (mC′p′)t × tr − M1 × (mCp )t × td 3.6 де m C ′p′ = mC p = 2 d 0 0 ] ,Дж/сек 28,321 кДж/(кмоль*град) Ізобарна теплоємкість продуктів згорання 24,231 кДж/(кмоль*град) Ізобарна теплоємкість свіжого заряду. tr=Tr-273 tr= 0 562 С Температура залишкових газів. 0 td=Td-273 td= 31,85501 С Температура на початку стиску. QГ= 320534,7 Дж/сек Що складає у відсотковому відношенні qГ = QГ / QП ×100% qг= 33,50447 % Теплота, яка відводиться маслом і затрачується на привід масляного насосу Теплота, яка відводиться маслом, від гарячих деталей двигуна ,Дж/сек QM1 = Qw +QМД −Qв ( ) QМД = ∆МД × QП ( теплота, еквівалентна роботі на подолання опору в механізмах двигуна ) де ∆ МД = РМД / Рmi × η i доля втрат в механізмах двигуна Pmi= 0,998464 МПа середній індикаторний тиск ∆ МД = 0,067675 тоді Q МД = 64744,27 Дж/сек Q M 1 = 24531,79 Дж/сек Теплота, еквівалентна роботі на привід насоса системи мащення Витрата циркуляційного масла VM = к × QM 1 ρ M × Cmм × ∆ ,М3/с де К=1,2-1,5 - Коефіцієнт запасу ρ м = 900 3 кг/м К= 1,25 щільність масла Сmм= 2,094 кДж/кг - середня теплоємкість масла. ∆Tм=6-15 К Температурний перепад масла в охолоджувачі двигуна ∆Tм= 9К 3 Vм= 0,001808 М /с потужність, яка використовується на привід масляного насоса PМ . Н . = V М × P0 η × 10 3 ,кВт де Р0=(0,3 - 0,4)106 - робочий тиск масла в системі Р0= 350000 Па ηм = 0,8 −0,9 механічний к.к.д. масляного насоса η м = 0,84 Рм.н.= 0,753297 кВт QH 2 =1000 × PМН тоді QM 2 = ,Дж/сек 753,2972 Дж/сек Загальна кількість теплоти складає QM = QM1 +QM2 ,Дж/сек = 25285,09 Дж/сек QM у відсотковому відношенні qM = QM / QП ×100 % qМ= 2,642969 % Невраховані теплові втрати QН.В. =QП−(Qe +Qв +QГ +QM) ,Дж/сек QН.В.= 18365,5 Дж/сек що складає у відсотковому відношенні qН .В. = QН.В. / QП ×100 % q Н . В . = 1,919687 % Всі отримані дані зведені в таблицю 1.5 Таблиця 1.5 Зведена таблиця теплового балансу Складові теплового балансу Дж/сек теплота, еквівалентна ефективній роботі теплота, яка відводиться охолоджувальною рідиною теплота, яка виноситься випускними газами теплота, яка відводиться маслом невраховані теплові втрати 351389,3 36,7296 241117,9 25,2033 Загальна кількість теплоти, введеної в двигун з паливом 956692,6 % 320534,7 33,5045 25285,09 2,64297 18365,5 1,91969 100 1.6 Розробка конструкції шатуна 1.6.1 Призначення, умови роботи шатуна Шатунна група служить для перетворення прямолінійного зворотнопоступального руху поршня в обертальний рух колінчатого вала і передачі йому сили від тиску газів на поршень. Шатунна група складається з верхньої головки шатуна з поршневим ) підшипником , стрижня (тіла) шатуна і нижньої головки шатуна з кривошипним підшипником і шатунними болтами . У тронкових дизелях верхня головка шатуна з'єднується з поршневим пальцем. Нижня головка з'єднується з кривошипною (шатунною) шийкою колінчатого вала. Умови роботи шатунної групи наступні. Нижня частина верхньої головки і верхня частина нижньої головки шатуна піддаються стиску дійсною силою Fд (Р), а стрижень стиску і поздовжньому вигину. Незначний вигин у площині хитання шатуна не може істотно вплинути на роботу дизеля, а вигин у площині осі вала приводить до порушення роботи шатунних підшипників. У ВОД стрижень шатуна додатково піддається поперечному вигину в площині його хитання під дією сили інерції маси шатуна. Шатунні болти навантажені статичною силою їхнього затяга Р б і моментом, що скручує, М, що виникає за рахунок тертя витків різьблення болта і гайки. У чотиритактних дизелях при зміні знака дійсної сили верхня частина верхньої головки шатуна піддається стиску, розриву ) і вигину , стрижень шатуна – розриву , нижня частина голівки – стиску і вигину , а шатунні болти додатково навантажуються зусиллями, що розривають, (силами інерції) і випробують ударні навантаження внаслідок перекладки зазорів у шатунних підшипниках (такий же навантажений стан елементів шатунної групи виникає при заїданні поршня). Додаткові напруження виникають у верхній Арк. ВСП ПФК НУК 133.431.24.10 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 28 головці шатуна при запресовці втулки поршневого підшипника і внаслідок різних теплових деформацій матеріалів голівки і втулки. Шатунні підшипники працюють на стирання при великих питомих тисках, що досягають 20-30 МПа і більше. Поршневий підшипник працює в зоні високих температур. Перекладка зазорів у підшипниках чотиритактного дизеля викликає в них ударні навантаження і стуки. Кінетична енергія удару різко зростає при збільшенні зазору в підшипнику, еліптичності шийки і частоти обертання вала. До конструкції елементів шатунної групи висувають наступні вимоги: висока жорсткість і міцність головок шатуна і його стрижня при - можливо меншій масі (для зменшення сил інерції); габарити нижньої головки (у тронкових дизелях) повинні - дозволяти демонтаж шатуна разом з поршнем через циліндр; висока міцність втоми, піддатливість (пружність)і рівнозначна - міцність шатунних болтів. При збільшенні жорсткості підшипника поліпшуються умови утворення масляного клина (підшипник зберігає циліндричну форму), рівномірно розподіляються питомі тиски по поверхні антифрикційного сплаву і зменшується навантаження шатунних болтів при перекладці зазорів у підшипниках (у чотиритактних дизелях). Матеріал стрижня шатуна – вуглецеві сталь чи леговані сталі. Верхня головка шатуна має різну конструкцію в залежності типу і тактності дизеля. У тронкових дизелях поршнева головка звичайно нероз'ємна, її відковують заодно зі стрижнем шатуна. У головку запресовують і часто фіксують від провертання й осьового зрушення гвинтами втулку поршневого підшипника. У чотиритактних дизелях для забезпечення необхідної жорсткості і міцності верхню частину головки часто підсилюють чи підкріплюють ребром жорсткості. Арк. ВСП ПФК НУК 133.431.24.10 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 29 1.6.2 Розражунок шатуна Розрахунки виконані за допомогою програми Microsoft Excel Визначення основних розмірів шатуна Діаметр циліндра d= 0,25 м Зовнішний діаметр поршневого пальця dп=(0,3-0,38)d = 0,0875 0,35 Внутрішний діаметр верхньої головки dвг=(1,1-1,25)dп= 0,0963 1,10 Зовнішний діаметр верхньої головки dнг=(1,3-1,7)dп= 0,1313 1,5 Довжина втулки верхньої головки шатуна а) плаваючого типу Lш=(0,33-0,45)d= 0,0825 0,33 б) жорстко закріпленого Lш=(0,28-0,32)d= 0,075 0,3 Діаметр шатунної шийки dшш=(0,56-0,75)d= 0,18 0,72 Товщина стінки вкладишу нижньої головки tB=(0,03-0,05)dшш= 0,009 0,05 Відстань між шатунними болтами Lб=(1,3-1,75)dшш= 0,3114 1,73 Довжина нижньої головки Lк=(0,45-0,95)dшш= 0,171 0,95 Довжина шатуна L = r = λL 0,68 м м м м м м м м м м Розміри двутаврового перерізу стержня шатуна -висота полки h=(1,2-1,4)hmin= 0,0938 м 1,3 hmin=(0,5-0,55)dнг= 0,0722 м 0,55 -ширина полки b=(0,55-0,75)h= 0,061 м 0,65 середня товщина полки (приамається конструктивно) С= товщина верхньої стінки (приймається конструктивно) а= При цьому а>с 0,0075 0,01 м м Умови роботи шатуна. Шатуни зазнають знакоперемінних газових і інерційних сил. Крім напружень стиску в стержні шатуна виникають напруження згинання і розтягання. розтягання Вимоги до матеріалу шатуна. висока міцність малі відносні удовження високий опір удару висока межа втоми мінімальна масса при необхідній міцності і надійності. Вибір марки матеріалу. Вибираємо сталь 20Х Механічні властивості матеріалу. σ в = σ т = 981 МПа 784 МПа Розрахунок на міцність. Вихідні данні діаметр циліндра d= 0,25 м хід поршня S= 0,34 м частота обиртання n= 500 хв-1 кривошипно-шатунне відношення 0,25 λL = максимальний тиск в циліндрі Pmax= 6,4269 МПа маса поршневої групи mп= 65 кг маса шатуна m ш= 68 кг Розрахунок стержня шатуна. сила, що стискаэ стержень шатуна. А- площа поршня Fст = Pmax ⋅ A− mS ⋅ r ⋅ω2 ⋅ (1+ λL ) ⋅10−6 = А = πd 2 = 4 0,04906 м2 0,271437714 МН 75,4 кг , маса деталей, що рухаються зворотньо-поступально сила що розтягує стержень шатуна. Fcт= т s = Fр = − mS ⋅ r ⋅ ω 2 ⋅ (1 + λ L ) ⋅ 10 −6 = МН Fр = -0,043882067 r= S радіус кривошипа 2 0,17 м r= ω= π ⋅n 30 ω = кутова швидкість 52,33333333 с-1 площа середнього перерізу стержня шатуна. π ⋅ d м2 Aср = b ⋅ h − (b − a) ⋅ (h − 2 ⋅ c) − 4 0 діаметр масляного каналу в стержні шатуна; м d м= 0,00170 м Аср= 2 момент інерції середнього перерізу стержня шатуна. Ix = b ⋅ h 3 − (b − a ) ⋅ ( h − 2 ⋅ c ) 3 12 Ix= 2,11806E-06 м Iy = h ⋅ b 3 − ( h − 2 ⋅ c ) ⋅ (b − a ) 3 12 Iy= 9,03448E-07 м 4 4 коефіцієнти.  L2   ⋅ Аср K x = 1 + 0,0005 ⋅   Ix  Kx= 1,185938273  l2  K y = 1 + 0 ,0005 ⋅  1  ⋅ Аср  4I  y   Ky= 1,0669234 l1 = L − d вг + ( d шш + 2t в ) 2 l1= 0,532875 м максимальні напруження від стискаючої сили в площині коливання шатуна. σ x max = σ x max = K x ⋅ Fcm p [σ x max ] Acp 188,9783473 МПа максимальні напруження від стискаючої сили в площині, перепендикулярній площині коливаня шатуна. σ y max = σ y max = K y ⋅ Fcm Acp [ p σ y max ] 170,0134192 МПа [σ x max ] = [σ y max ] = 400МПа мінімальне напруження від розтягаючої сили σ p min = − σ p min = [σ p min Fp Acp [ p σ p min ] -25,76124497 МПа ] = 200 − 400МПа середні напруження і амплітуди циклів σ mx = σ x max + σ p min 2 σ mx = σ my = σ my 81,60855115 МПа σ y max + σ p min 2 = σ ax = σ ax = σ ay = σ ay = 72,1260871 МПа σ x max − σ p min 2 107,3697961 МПа σ y max − σ p min 2 97,88733207 МПа запас міцності по межі втоми. nσx = nσx = nσy = nσy = σ −1 p f [nσx ] = 1,5 σ ax + ϕ σ p ⋅ σ mx Eσ ⋅ β 2,295825981 σ −1 p σ ay + ϕ σp ⋅ σ тy Eσ ⋅ β 2,532487552 σ −1 p = 0,28 ⋅ σ в , σ −1 p = Еσ = f [nσ y ] = 1,5 межа втоми при змінному навантаженні МПа 274,68 МПа 0,55 коефіцієнт, що залежить віддовжини шатуна σ β − коефіцієнт якості поверхні β = 1,1 − 2 обдувка дробом β = 1, 2 − 2 ,5 цементація β = 0,5 − 0,76 без обробки β =1,2 − 3 азотування β = 2 ϕ − коефіцієнт приведення циклу ϕ σ р = 0 , 2 вуглицеві сталі ϕ σр = 0,27 леговані сталі ϕ σр = 0,27 запас міцності по межі текучості nTX = σT f [nTX ] = 1,5 σ ax + σ mx nTX = nTY = 4,148623434 σT f [nTX ] = 1,5 σ y + σ yx nTY = 4,611400699 Розрахунок верхньої головки шатуна. максимальна розтягуюча сила інерції в ВМТ. Fін.г = −(mn +mвг )⋅ r ⋅ω2 ⋅ (1+λL )⋅10−6 mвг = (0,06− 0,09) ⋅ mш mв г = 0,07 9,15 Fін . г = 0,043154579 кг кг МН максимальні напруження розтягання. σ max = σ max = hc = Fін . г . 2 ⋅ hс ⋅ l ш 14,94530878 МПа d нг − d вг 2 hc = 0,0175 м мінімальне напруження циклу. σ min = 0 МН σ min = 0 середнє напруження і амплітуда циклу σ m0 = σ a0 = σ m0 = σ max 2 7,472654389 МПа запас міцності по межі втоми σ −1 p nб = K σ K σ ⋅σ a0 + ϕ σp ⋅ σ m o εσ ⋅ β = пσ = f [n б ] = 2,5 1,3 коефіцієнт переходу геометричної форми 25,31861304 запас міцності по межі текучості nmб = σT f [nmб ] = 2,5 2 ⋅ σ mo nmб = 52,45793256 перевірка на жорсткість верхньої головки шатуна δ гол. = Fін ⋅ dср3 ⋅ (ϕ3 − 90o )2 10 ⋅ E ⋅ I 6 S p 1 2 Е = d + d вг d cp = нг 2 δ гол. = 1,36812E-05 м d cp = 0,11375 м 210000 МПа ϕ 3 кут переходу від головки шатуна до стержня I = 0,01⋅ Lш ⋅ (dнг − dвг )3 I= 3,53719E-08 ϕ 3 м4 Si = 0,0005⋅ d нг Si = зазор між пальцем і втулкою верхньої головки шатуна 0,000065625 м Розрахунок нижньої головки шатуна. максимальна сила інерції на початку впуску в ВМТ. Fін.кр. =−r⋅ω2 ⋅[mS ⋅ (1+λL ) +(mшк −mкр)]⋅10−6 Fін. кр . = = 0,057179381 МН 130 o mшк=(0,7-0,8)mш маса шатуна віднесена до осі шатунної шийки 0,7 mшк= 47,6 кг mкр=(0,2-0,28)mш маса кришки нижньої головки шатуна 0,28 mкр= 19,04 кг При позрахунку нижньої кривошипної головки з косим роз'ємом Fін = Fін.кр ⋅ cosα α = 0 Fін = 0,057179381 o МН момент опору розрахункового перерізу Lk ⋅ (0,5 ⋅ LБ − rp )2 WK = 6 d rp = p 2 rp = 0,099 м; радіус постілі під шатунні вкладиші d p = dшш + 2 ⋅ tв dp = 0,198 м WK = 9,16244E-05 м4 момент інерції розрахункового перерізу вкладиша Iв = L К ⋅ t в3 12 Iв = 1,03883E-08 м4 момент інерції розрахункового перерізу кришки I кр = Lк ⋅ (0,5 ⋅ LБ − rр )3 12 I кр = 2,59755E-06 м4 напруження згинання кришки     0,023 ⋅ L Б 0, 4  σ и = Fин . кр ⋅  + p [σ и ] A1    I в  ⋅ WK  1 +   I кр         0,023 ⋅ L Б 0, 4  σ и = Fин . кр ⋅  + p [σ и ]  A1   I в  ⋅ WK  1 +   I кр     [σ ] = 800 Мпа и σи = 6,48767365 МПа A1 = LK ⋅ 0,5⋅ (Lб − dшш) A1 = 0,0112347 м2 перевірка на жорсткість нижньої головки шатуна 0,024 ⋅ Fін .кр ⋅ L3Б S δ кр = p 2 E ( I кр + I В ) 2 δ кр = 7,56641E-05 м S2=0,0001 м; допустимий зазор 2 РЕАЛЬНА ЧАСТИНА 2.1 Призначення виконаної роботи Методичні вказівки призначені для виконання практичних робіт, курсового проектування з дисципліни «Теорія та конструкція дипломного проектування спеціальності 133 ДВЗ», –“Галузеве машинобудування”, освітньо професійна програма “Виробництво, сервісне обслуговування та експлуатація двигунів внутрішнього згорання”. 2.2 Описання виконаної роботи В якості реальної частини дипломного проєкту виконаний компютерний набір методичних вказівок до виконання динамічного розрахунку КШМ, а саме теоретична частина для визначення сил і мас. Арк. ВСП ПФК НУК 133.431.24.10 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 38 ЛІТЕРАТУРА 1. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчеты автомобильных и тракторных двигателей. – М: Высшая школа, 1978.- 400 с. 2. Доценко С.М., Діденко О.В. Методичні вказівки до практичної роботи «Розрахунок робочого процесу дизельного двигуна» з дисципліни « Теорія двигунів внутрішнього згоряння»Первомайськ ППІ 2012-40 с. 3. Методичні вказівки до практично ї роботи «Розрахунок та побудова індикаторої діаграми». Склав викладач Доценко С.М.: - Первомайськ ППТК, 2000.-24 с. 4. Коваленко І.М Конструкція та динаміка ДВЗ. методичні вказівки до виконання динамічного розрахунку кривошипно-шатунного механізму.- Первомайськ, 2013-43с. 5. Методичні вказівки до практичної роботи «Розрахунок теплового балансу дизельного двигуна». Склав викладач Доценко С.М. – Первомайськ ППТК, 1999.-28 с. 6. Натальчишина В.П., Брендуля М.Ф., Гиль О.О. Вимоги до оформлення курсових та дипломних проектів і робіт. методичні вказівки для студентів інститут та коледжу. – Первомайськ: ППІ 2007.-47 с. Арк. ВСП ПФК НУК 133.431.24.10 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 39 8 133.431.24.10.00.00.00 СК 9 4 11 12 10 5 6 7 2390* 3 1 Инв. № подл. Подп. и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подп. и дата Справ. № Перв. примен. 2 1300* Технічна характеристика. 1.Ефективна потужність Pe=350кВт 2.Частота обертання колінчастого валу n=500хв 3.Ступінь стиску ε =12,9 4.Середній ефективний тиск Pme=0,843МПа 5.Питома ефективна витрата палива Be=232г/кВт.год. Технічні вимоги. 1.Використовувати дизельне паливо Л-0,2-40 ДСТУ3868-99 2.Використовувати в системі мащення масло М10Г2 ГОСТ 21743-76 3.В якості охолоджувальної рідини використовувати профільтровану прісну воду. 4.Висота камери стиску 5,5 мм. 5.*Розмір для довідок. Изм. Лист № докум. Разраб. Кіторага Пров. Коваленко Т.контр. Коваленко Н.контр. Бельський Утв. Нерубащенко Подп. Дата 133.431.24.10.00.00.00 СК Лит. Масса Масштаб Дизель Н 13500 1:5 6ЧН 25/34 Лист Листов 1 431-ВД Копировал Формат A1 Найменування Кіл. Поз. Формат Позначення Примітка Документація 133.431.24.10.00.00.00 СК А1 Складальне креслення Складальні одиниці 1 133.431.24.10.01.00.00 СК Блок-картер 1 2 133.431.24.10.02.00.00 СК Фундаментна рама 1 3 133.431.24.10.03.00.00 СК Колінчастий вал 1 4 133.431.24.10.04.00.00 СК Кришка циліндру 6 5 133.431.24.10.05.00.00 СК Поршень 6 6 133.431.24.10.06.00.00 СК Шатун 6 7 133.431.24.10.07.00.00 СК Розподільний вал 1 8 133.431.24.10.08.00.00 СК Форсунка 6 9 133.431.24.10.09.00.00 СК Пусковий клапан 6 133.431.24.10.10.00.00 СК Паливний насос 6 10 високого тиску 11 133.431.24.10.11.00.00 СК Випускний колектор 1 12 133.431.24.10.12.00.00 СК Впускний колектор 1 ВСП ПФК НУК 133.431.24.10 Змн. Арк. Розроб. № докум. Перевір. Кіторага Коваленко Н. Контр. Бельський Затверд. Нерубащенко Підпис Дата Дизель 6ЧН25/34 Літ. Арк. Акрушів 1 1 431-ВД