Курсовой проект произвести расчет авиационного звездообразного поршневого двигателя с воздушным охлаждением



Скачать 314.13 Kb.
страница1/3
Дата06.06.2016
Размер314.13 Kb.
ТипРеферат
  1   2   3
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Произвести расчет авиационного звездообразного поршневого двигателя с воздушным охлаждением (прототип АИ – 14Р).

Исходные данные:

1) эффективная мощность на расчетной высоте;

2) частота вращения коленчатого вала

3) число цилиндров ;

4) степень сжатия ;

5) давление наддува

6) расчетная высота

Объем работы:

Выполнить следующие расчеты:



  • Тепловой расчет

Необходимо рассчитать рабочий цикл двигателя, то есть определить параметры, характеризующие отдельные его процессы (наполнение, сжатие, сгорание, расширение, выпуск), и цикл в целом. По данным расчета определить основные размеры двигателя и предполагаемую экономичность.

  • Динамический расчет

По данным теплового расчета произвести построение индикаторной диаграммы и определить силы, действующие на все звенья кривошипно-шатунного механизма (КШМ).

  • Силовой расчет

1. Расчет поршня .

2. Расчет поршневого пальца.

3.Расчет поршневых колец.

4. Расчет прицепного шатуна.

5. Расчет на прочность коленвала.

РЕФЕРАТ
Курсовой проект: пояснительная записка 36с., 11 рисунков, 4 таблицы, 6 источников, 1 приложение.

Разработан поршневой звездообразный двигатель внутреннего сгорания, произведен тепловой и динамический расчеты, а так же прочностные расчеты основных деталей ДВС.

Построены диаграммы сил инерции, скругленная индикаторная диаграмма, диаграмма фаз газораспределения и показан порядок работы цилиндров.

Определены напряжения и деформации поршня с помощью конечно-элементного расчета в программе SolidWorks.

Произведен расчет прицепного шатуна на устойчивость и определены его деформации и опасные участки.

Рассчитан поршневой палец и определены его деформации, напряжения, опасные участки и коэффициент запаса прочности.

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, ПОРШЕНЬ, ПАЛЕЦ, ПРИЦЕПНОЙ ШАТУН, КУЛАЧКОВАЯ ШАЙБА, ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ, ЦИЛИНДР, ГЛАВНЫЙ ШАТУН, ГОЛОВКА ЦИЛИНДРА, ТЕПЛОВОЙ ЗАЗОР, КОРЕННАЯ ШЕЙКА, КОЛЕНЧАСТЫЙ ВАЛ, ЩОКА.

СОДЕРЖАНИЕ
1. Тепловой расчет

1.1 Исходные данные

1.2 Выбор дополнительных исходных данных

1.3 Расчет процесса наполнения

1.4 Расчет процесса сжатия

1.5 Расчет процесса сгорания

1.6 Определение индикаторных параметров двигателя

1.7 Определение эффективных параметров двигателя

1.8 Определение геометрических параметров двигателя

2. Динамический расчет

2.1 Допущения

2.2 Построение верхней петли индикаторной диаграммы и расчет давления газов в цилиндре

2.3 Определение основных размеров КШМ

2.4 Определение массы основных деталей

2.5 Разнос масс КШМ с прицепными шатунами

2.6 Силы инерции

2.7 Суммарная сила, действующая на поршень

2.8 Силы, действующие в центральном КШМ

2.9 Суммарные радиальные и окружные силы, действующие на шатунную шейку

3. Уравновешивание двигателя

4. Прочностные расчеты

4.1 Расчет поршня

4.2 Расчет пальца

4.3 Расчет шатуна

Вывод

Список использованной литературы



1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
Под тепловым расчетом поршневого двигателя внутреннего сгорания подразумевается определение параметров, характеризующих рабочие процессы двигателя, а так же величин, определяющих энергетические и экономические параметры его работы.

По данным расчета и по заданным мощности и частоте вращения коленчатого вала можно определить основные размеры проектируемого двигателя. Кроме того, по данным теплового расчета с достаточной для практики точностью можно построить индикаторную диаграмму, необходимую для определения газовых сил, действующих на поршень двигателя, на стенки и головку цилиндра, на элементы кривошипно-шатунного механизма.


1.1 Исходные данные
- эффективная мощность на расчетной высоте –

- частота вращения коленчатого вала – ();

- число цилиндров –

- степень сжатия –

- давление наддува –

- расчетная высота –

Прототип двигателя – АИ-14.
1.2 Выбор дополнительных исходных данных
1 Коэффициент избытка воздуха. Принимаем

2 Топливо. Сорт применяемого топлива зависит от степени сжатия и давления наддува. В нашем случае наиболее подходящим является бензин EURO – 5 .

Низшая теплотворную способность топлива

3 Параметры воздуха на расчетной высоте.

-

-


1.3 Расчет процесса наполнения
Цель расчета процесса наполнения – определение давления РА и температуры ТА свежего заряда в конце хода выпуска.

В течении процесса наполнения свежая смесь поступает в цилиндр двигателя. Чем больше в цилиндр поступит свежей смеси, тем большую мощность может развить двигатель. Увеличение заряда свежей смеси в цилиндре достигается при помощи нагнетателя. Авиационный двигатель имеет для этой цели центробежный нагнетатель с механическим приводом.

1 Согласно заданию давление наддува . Находим температуру воздуха после нагнетания
,
где - повышение температуры воздуха в нагнетателе.

Адиабатическая работа сжатия 1кг воздуха равна:


.

Адиабатический КПД центробежного нагнетателя примем равным . Тогда




.
2 Определяем коэффициент наполнения двигателя с наддувом на расчетной высоте
,
где - приведенный коэффициент наполнения. Примем , тогда

3 Находим давление в конце хода впуска.


,
где – давление остаточных газов в конце входа впуска. Принимаем .

Степень подогрева свежей смеси в процессе наполнения


условно характеризует результат суммарного теплообмена смеси со стенками цилиндра и донышком поршня, а также понижение температуры за счет испарения топлива.

При . Тогда

После подстановки найденных и полученных величин получим



4 Определяем коэффициент остаточных газов


,
где - температура остаточных газов. Примем , тогда

.

5 Находим температуру газов в конце хода впуска


.
1.4 Расчет процесса сжатия
Цель расчета процесса сжатия – определение давления и температуры газов в конце этого процесса.

  1. Давление в конце сжатия:




  1. Температура в конце сжатия:



1.5 Расчет процесса сгорания
Цель расчета процесса сгорания – определение максимальных значений давления и температуры газов при сгорании топлива.

  1. Температура газов:


,
где - низшая теплота сгорания топлива с учетом условий, при которых протекает процесс сгорания.
;
- коэффициент эффективного выделения теплоты. Примем ;

– теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива в кмоль/кг,

Действительное количество воздуха для сгорания 1кг топлива равно

;

- действительный коэффициент молекулярного изменения, где - химический коэффициент молекулярного изменения.

Для случая определяем



.

- средняя молярная теплоемкость газов в интервале температур от 0 до ,

.



Подставим все известные величины в исходное уравнение:





, откуда ;

  1. Определим максимальное давление сгорания


1.6 Определение индикаторных параметров двигателя




  1. Индикаторное давление


,
где - коэффициент полноты (скругления) индикаторной диаграммы. Примем .
- степень повышения давления. Тогда


  1. Определяем индикаторный КПД





  1. Удельный индикаторный расход топлива равен


.
1.7 Определение эффективных параметров двигателя


  1. Среднее эффективное давление


,

где - коэффициент, оценивающий долю индикаторной мощности, затраченной на привод нагнетателя.

Эффективный КПД нагнетателя

- теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива, .

Среднее давление механических потерь характеризует мощность, затраченную на преодоление сил трения, на привод вспомогательных механизмов и агрегатов и на “насосные” потери.

Для определения пользуются эмпирическими уравнениями, полученными на основании экспериментальных данных.
,


Среднее эффективное давление





  1. Механический КПД





  1. Значение эффективного КПД




  1. Удельный эффективный расход топлива



1.8 Определение геометрических параметров двигателя


  1. Рабочий объем цилиндра двигателя





  1. Определяем диаметр цилиндра D и ход поршня S. Обозначим отношение


,

,

.
Значение m принимаем по прототипу m=1,238.

.

  1. Ход поршня




  1. Общий рабочий объем двигателя



5. Проверяем правильность расчетов основных размеров двигателя
,
т.е. примерно на 1,74% больше заданного.

2. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ


Цель динамического расчета состоит в построении по данным теплового расчета индикаторной диаграммы и нахождении сил, действующих на все звенья кривошипно-шатунного механизма.

Выполнение динамического расчета авиационного поршневого двигателя связано с довольно большим объемом расчетной работы, поэтому целесообразно проводить его на ЭВМ. Особенность такого расчета – учет в нем главного динамического эффекта, создаваемого прицепными механизмами, - сил второго порядка. Динамический расчет звездообразного двигателя без учета этих сил неприемлем, поскольку при этом создается ложное впечатление об уравновешенности механизма и о запасах прочности коленчатого вала, редуктора и воздушного винта.


2.1 Допущения
1 Учитываем только силы избыточного давления газов на поршень и силы инерции КШМ.

2 Индикаторные диаграммы во всех цилиндрах считаем одинаковыми. Теоретические диаграммы корректируем только в точке, соответствующей концу сгорания.

В конце сжатия и расширения диаграммы не корректируем. Считаем, что в течение насосных ходов газовые силы пренебрежимо малы по сравнению с силами инерции КШМ. Поэтому в тактах всасывания и выхлопа газовые силы считаем равными нулю.

3 Предполагаем геометрическое подобие деталей КШМ проектируемого двигателя и прототипа.

4 Для расчета сил инерции реальное распределение масс в КШМ приводим к расчетной схеме, в которой все массы считаем точечными, сосредоточенными на осях поршневых пальцев и оси шатунной шейки коленчатого вала.

5 Приведенные массы поступательно-движущихся частей в цилиндре с главным и прицепным шатунами считаем одинаковыми.

6 Отличия в кинематике и динамике прицепных механизмов от центрального не учитываем вплоть до заключительного этапа динамического расчета. На заключительном этапе динамического расчета учитываем главный динамический эффект, создаваемый прицепными механизмами.
2.2 Построение верхней петли индикаторной диаграммы и расчет давления газов в цилиндре
Согласно принятым ранее допущениям считаем, что в такте наполнения и выхлопа разность абсолютных давлений в цилиндре и картере равна нулю. Абсолютные давления в тактах сжатия и расширения меняются по политропам. Сгорание происходит при постоянном объеме. В конце сгорания давление составляет 0,85 от расчетного. Расширение заканчивается скачкообразным падением давления в НМТ от расчетного до давления в картере .

Таким образом, расчету подлежат только давления в ходе расширения и сжатия, определяемые по формуле


,
где - давление в НМТ ;

– полный объем цилиндра,


– текущий объем над поршнем,
,
где

- показатель политропы (в процессе сжатия , в процессе расширения ). После подстановки получим:
.
Вычисления выполнены с помощью пакета EXCEL, полученные данные занесены в таблицу2.1
Таблица 2.1 – Давления и объемы в ходе расширения и сжатия

Сжатие

Расширение













180

0,099678344

0,001266381

360

7,792719574

0,00014071

190

0,100342811

0,001260164

370

7,105012367

0,00015159

200

0,102385635

0,001241491

380

5,598838791

0,00018371

210

0,105961016

0,001210323

390

4,115530833

0,00023546

220

0,111347083

0,001166678

400

2,993655286

0,00030436

230

0,118982815

0,001110743

410

2,221277028

0,00038718

240

0,129531635

0,001043005

420

1,70090066

0,00048017

250

0,143987791

0,000964383

430

1,347512169

0,00057938

260

0,163853912

0,000876337

440

1,10309217

0,00068087

270

0,191439995

0,000780935

450

0,930605787

0,00078093

280

0,230371943

0,000680866

460

0,806670308

0,00087634

290

0,286458164

0,000579381

470

0,716371951

0,00096438

300

0,369130652

0,000480169

480

0,650029119

0,00104301

310

0,493613974

0,000387175

490

0,60123906

0,00111074

320

0,683098297

0,000304363

500

0,565703545

0,00116668

330

0,965982113

0,000235462

510

0,540518653

0,00121032

340

1,35051433

0,000183705

520

0,523743027

0,00124149

350

1,750429344

0,000151593

530

0,514136781

0,00126016

360

1,935656102

0,000140709

540

0,51100875

0,00126638

Каталог: scb -> uploaded
uploaded -> Производственно
uploaded -> ГОгоаМЯтай
uploaded -> Учебно-методический кабинет
uploaded -> Электровозы нового поколения (виртуальная тематическая подборка) «Северо-Кавказская железная дорога»
uploaded -> Описание и работа системы в режиме автоведения Назначение системы
uploaded -> Микропроцессорная унифицированная система автоматической блокировки
uploaded -> Микропроцессорная система числовой кодовой автоблокировки
uploaded -> Аварийный режим возбуждения тягового генератора
uploaded -> Руководство по формированию, освидетельствованию, ремонту и осмотру колесных пар специального подвижного состава


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница