Кинематический, динамический и силовой анализ КШМ и ДВС

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 записка включает титульный лист (см. Приложение), исходные данные на выполнение курсовой работы и следующие разделы:

1. Привод автомобиля.

2. Двигатель внутреннего сгорания.

4. Исходные данные (Таблица 1).

5. Содержание курсовой работы.

6. Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма.

7. Динамический анализ кривошипно-шатунного механизма.

8. Силовой расчет трансмиссии автомобиля.

9. Прочностной расчет поршня и поршневого пальца двигателя.

6. Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма.

6.1. Выражение для определения перемещения «S» поршня в зависимости от угла поворота кривошипа «a» запишется в виде (рис. 5)

«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 );

Расчеты внести в табл.2 и построить график зависимости

S = f (a)… (рис.6) 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)* Sin2a)

n= w* R (Sina+ (l/2)* Sin2a).

расчеты внести в табл. 2 и построить график зависимости

n = f (a) … (рис. 6) 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).

Расчеты занести в табл.2 и построить график зависимости

7. Динамический анализ кривошипно-шатунного механизма.

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 = РS*F = π*Д2 / 4 * РS;

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.; и Рн = Рд * tgb;

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);

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.

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 коробки перемены передач вычисляется по выражению:

Передаточное отношение первой зубчатой пары i1 =Z2 / Z1,

а второй i2 =Z4 / Z3, т.е. ip = (Z2 / Z1) * (Z4 / Z3).

Передаточное отношение конических шестерен главной передачи: iк =Z6 / Z5.

Общее передаточное отношение iобщ =iр * iк .

Частота вращения выходного вала коробки передач

Пвых = Пg / ip; а ведомого вала Пведом = Пвых / iк.

Крутящий момент на ведомом валу: Мведом=Мдв*iобщ. продолжение --PAGE_BREAK--