StudyDocs.ru Logo

Untitled.FR10.docx


СодержаниеВведение 5Построение диаграмм 6Построение индикаторной диаграммы 6Построение диаграммы сил инерции поступательно движущихся частей КШМ 9Построение диаграммы движущих усилий 11Построение диаграммы касательных усилий одного цилиндра 13Построение диаграммы суммарных касательных усилий 16Расчёт маховика 18Заключение 20Список используемой литературы 21


НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТКафедра Энергетических установок и тепловых двигателей УтверждаюЗав. Кафедрой Химич В.Л.ЗАДАНИЕ на курсовое проектирование Студент: Бапин Александр Николаевич Тема курсового проекта: проектирование и расчет поршневого двигателя внутреннего сгоранияИсходные данные к проекту: прототип 8ЧНСПЗА 32/40-1№=4200 кВтп=1000минке=190 г(кВт*ч)Содержание графического материала:чертежи: 1. Диаграммы: сил инерции ПДМ КШМ, движущихи суммарных касательных усилий2. 3.Содержание пояснительной записки:_1. Динамика ДВС 2. Построение диаграмм


ВВЕДЕНИЕЛДинамический расчет дизельного двигателя выполняется с целью определения суммарных сил и моментов, возникающих от давления газов и от сил инерции. Результаты динамического расчета используются при расчете деталей двигателя на прочность и износ. В данном курсовом проекте при использовании результатов теплового расчета двигателя выполнены кинематический и динамический расчеты двигателя, на основании которых построены следующие диаграммы: сил инерции ПДМ КШМ, движущих усилий, касательных усилий и суммарных касательных усилий.

Лист
КП-НГТЧ-1405-(М10-ДВС)5
Изм.Лист/V- докум.Подп.Дата


Построение диаграмм.По результатам расчета рабочего цикла строятся диаграммы: индикаторнаяил инерции, поступательно-движущихся масс (ПДМ), кривошипно-шатунного механизма (КШМ),движущихся усилий, касательных усилий.Теоретическая индикаторная диаграмма - это по существу соединение протекания цикла сначала свежего заряда, а затем продуктов сгорания топлива. Построение индикаторной диаграммы ведется в прямоугольной системе координат Р-V, при этом по оси ординат откладываются давления газов в МПа, а по оси абсцисс - объём в м3. В расчёте рабочего процесса ДВС были определены следующие величины, необходимые для построения индикаторной диаграммы:Ра = 0.2214 -давление впуска (конца наполнения и начала сжатия), [МПа];Рс = 7,87 -давление конца сжатия, [МПа];Рz, = 11,805 -давление (максимальное) сгорания топлива, [МПа];Рв = 0,748 -давление конца расширения, [МПа];Рг = 0,194 -давление выпуска (давление перед газовой турбиной ), [МПа]; Vs = 46080 -рабочий объём цилиндра, [см3]; 8=13,5 -степень сжатия;p=1,573 -степень предварительного расширения 5=8,58 -степень последующего расширенияn1 =1,372 -средний показатель политропы сжатия; n2 =1,2835 -средний показатель политропы расширения; Р0=0,1 -атмосферное давление, [МПа].Определяем значения объемов:Камеры сгорания УVс = Vs/(е -1)= 3686,4 см3Предварительного расширения Vz = р*Vс = 5798,7 см' Полного объёма цилиндра Va = Vs + Vс = 49766,4 см3С учётом выбранного масштаба давлений и объёмов по определённым значениям давлений: Ра, Рz, Рг, Рв, Рг и объёмов Vа =УВ, Vс =Vz и Vz наносятся на диаграмму точки а, с, z', z., b, b. Построение политроп сжатия и расширения рекомендуется производить аналитическим методом, согласно которому любая точка на линии сжатия и расширения определяются из Рх = Ра*(Vа/Vх)n1 Рх = Рг/(Vх/Vz)n2 .Определение точек политроп сжатия и расширения приведены в таблицах 1 и 2 соответственно.

Лист
КП-НГТУ-1405-(М10-ЛВС)
Изм.Лист№ докцм.Подп.Дата6


Таблица 1. Определение точек политропы сжатия.

номера точекVа/Vхlg(Vа/Vx)п1lg(Vа/Vx)(Vа/Vx)^n1Рх=Ра(\/а/Vx)^n1
110010,2214
220,301030,4130132,5882910,573048
330,4771210,654614,5145070,999512
440,602060,8260266,6992521,483214
550,698970,9589879,0988572,014487
660,7781511,06762411,684862,587028
770,8450981,15947514,436923,196334
880,903091,23903917,339623,838991
990,9542431,30922120,380784,512304
101011,37223,550495,214079
11111,0413931,42879126,840515,942489
12121,0791811,48063730,243826,695982
13131,1139431,5283333,754397,473222
1413,51,1303341,55081835,548237,870377


Таблица 2. Определение точек политропы расширения.
номера точекVх/Vzlg(Vх/Vz)n2lg(Vх/Vz)(Vх/Vz)^n2Рх=Рz/(Vх/Vz)^n2
1100111,805
21,250,096910,1243841,3316318,865066
31,50,1760910,2260131,6827257,015407
420,301030,3863722,4342884,849467
550,698970,8971287,8909271,496022
660,7781510,9987579,9714231,183883
770,8450981,08468312,1530,971365
880,903091,15911614,425010,818371
98,580,9334871,19813115,780870,748058

][)По расчетным данным строим свернутую и развернутую диаграммы
Лист
КП-НГТУ-1405-(М10-ДВС)
Изм.Лист№ докцм.Подп.Дата/

Масштаб давлений b=10мм/Мпа

- Лп_ б. Уарис.1 Свернутая индикаторная диаграмма

2.Построение диаграммы сил инерции поступательно-движущихся частей кшм.Построение диаграммы сил инерции поступательно-движущихся частей КШМ ведем графоаналитическим способом Толле. Для построения кривой силы инерции, отнесенной к 1 см2 площади поршня, принимается тот же масштаб, что и для индикаторной диаграммы.Длина прямой АВ (рис.2) равна длине индикаторной диаграммы. Из точки А в масштабе ординат индикаторной диаграммы откладывается вверх величина:АС = ^-^-Яй)2(\ + Л)*Ь*\0~6 = 650*0,2* 10953,71 * 1,25* 10* 1СГ6 =17,8 ммрпИз точки В откладывается вниз величина:ВО = -Л)* Ь *10"6 =650*0,2* 10953,71*0;75*10* 10"6 =10,68 ммгпПолученные точки С и D соединяются прямой линией. Из точки пересечения линии СD с осью абсцисс (АВ) откладывают по вертикали отрезок ЕР, длина которого определяется по формуле:ЕР = ЪК4_!Ш_Ка)2 *я*ь*\0 = 3*650*0,2*10953,71 *0,25*10*10"6 =10,68 ммГде R=0,2- радиус кривошипа, м Л =0,25 - отношение радиуса кривошипа к конструктивной длине шатуна, со = ли/30 = 3.14*1000/30 = 104.66 с"1 - угловая скорость , n-частота вращения , b=10 мм/МПа - масштаб давления,10~6- коэффициент для перевода величины давления в МПа. Мпдм - масса поступательно-движущихся частей КШМ, кг, Fп -площадь поршня рабочего цилиндра, м2, Мпдм / Fn= 650 кг/м .

Лист
КП НГТУ 1405-(М10-ДВС)
Изм.Лист№ доким.Подп.Дата9



Рис. 2 Диаграмма сил инерции поступательно-движущихся частей КШМмасштаб давления b=10 мм/МПа


Лист
КП-НГТУ-1405-(М10-ДВС)10
Изм.Лист№ доким.Подп.Дата


3.Построение диаграммы движущих усилий.Во время работы двигателя в КШМ действует движущая сила, равная суммеследующих пяти сил: Рдв = Рг + Рj +Рв + Ртр + Ро, МН где: Рг-сила давления газов на поршень, МН; Рысила инерции ПДМ, МН; Рв- сила веса от ПДМ, МН; Ртр- сила трения в КШМ, МН ; Ро- сила сопротивления окружающей среды, МН; Силу трения трудно рассчитать, поэтому она учитывается в сопротивлении того механизма, который приводится в действие двигателем.При построении диаграммы усилий, действующих в двигателе, все силы относятся к 1 м2 площади поршня, поэтому движущее усилие также относят к 1 м2 площади поршня.Чтобы графически определить значение движущего усилия, отнесенного к 1 м площади поршня, при любом угле поворота кривошипа строится суммарная диаграмма движущих усилий.Для определения положения поршня при различных углах поворота кривошипа вдиаграмму вводится поправка Брикса. Поправка Брикса определяется по формуле:К А 0.2*0.25 ллос _00 = — = = 0.025 м=25 мм2 2С учётом масштаба чертежа по объёмам ОО' = 10,625 ммПри выборе количества углов, на которые делится окружность, на диаграммеБрикса используется формула:Д <р = 720 /(/ -А:) = 720/(8*6) = 15° где: 1=8 - число цилиндров;к=6 - положительное целое число.

Лист
КП-НГТУ-1405-(М10-ДВС)11
Изм.Лист№ докцм.Подп.Дата

масштаб давления b=10 мм/МпаР. МПаЗТДС г' г

Диаграмма движущих усилий

4. Построение диаграммы касательных усилий одного цилиндра.Касательная сила, вращающая коленчатый вал, изменяет свою величину езависимости от угла п.к.в. определяется по формуле:5ш(а + Р)Л - р,С05 /?Рдв - суммарное движущие усилие, направленное вдоль оси цилиндра, 51п(а + Р) _ тригонометрическая функция, величина которой зависит от угла п.к.в.СОЗ рРезультаты расчетов сведены в таблицу 3.Диаграмма касательных усилий одного цилиндра показана на рис.4.Так как Рдв снята с диаграммы в мм, то Рк в результате получается в том жемасштабе.и

Лист
КП-НГТУ-1405-(М10-ДВС)13
Изм.Лист№ докцм.Подп.Дата


Угол п.к.в.Суммарное движущее усилие Рдв51П(а + Р)СОЗ РКасательное усилие РкУгол п.к.в.Суммарное движущее усилие Рдвзт(аг + Р) соз рКасательное усилие Рк
0-17,800375101,10,32132,4531
15-16,710,321-5,3639139070,040,60842,58432
30-13,980,608-8,4998440536,760,83230,58432
45-9,850,832-8,195242024,60,97523,985
60-4,970,975-4,8457543519,731,02920,30217
75-0,151,029-0,1543545018,24118,24
903,8613,8646518,120,90316,36236
1056,660,9036,0139848018,050,75113,55555
1208,390,7516,30089495180,58110,458
1359,470,5815,5020751018,020,3917,04582
15010,160,3913,9725652518,050,1963,5378
16510,550,1962,067854018,0600
18012,7900555-10,550,196-2,0678
195-12,710,196-2,49116570-10,150,391-3,96865
210-12,410,391-4,85231585-9,450,581-5,49045
225-11,90,581-6,9139600-8,360,751-6,27836
240-11,110,751-8,34361615-6,610,903-5,96883
255-9,940,903-8,97582630-3,81-3,8
270-8,161-8,166450,231,0290,23667
285-5,861,029-6,029946605,070,9754,94325
300-4,160,975-4,0566759,960,8328,28672
315-5,640,832-4,6924869014,110,6088,57888
330-15,320,608-9,3145670516,850,3215,40885
345-39,830,321-12,785472017,800
360-100,1500

)
Лист
КП-НГТУ-1405 (М10-ДВС)и
Изм.Лист№ доким.Подп.Дата

СII Iмасштаб давления b= 10 мм/МПа
Рис.4 Диаграмма касательных усилий одного цилиндра

5.Построение диаграммы суммарных касательных усилий.Построение диаграммы суммарных касательных усилий для всего ДВСпроизводится путем суммирования ординат касательных усилий от всех цилиндров, сдвинутых по отношению друг к другу на угол п.к.в. между двумя последующими вспышками в цилиндрах. Угол заклинки кривошипа:0 = 720 / /где 1- число цилиндров ДВС ,Уь =720/8 = 90°При построении диаграммы суммарных касательных усилий получается 1 -одинаковых участков по длине диаграммы, поэтому достаточно построить только один из них.Т.к. работа касательных сил при установившемся режиме равна работе сил сопротивления за цикл, то средняя касательная сила 1ср должна быть средней за цикл полезного и вредного сопротивления, приложенного к шейке кривошипа. Средняя касательная сила tср определяется: Р; »I * к<сР =ягде Р, = 1.847 -среднее индикаторное давлениеСср =1=8- число рабочих цилиндров к=0,5- коэффициент тактности 1,847 * 8 * 0,5= 2,35 МПа3,14Определение 1ср графическим способом: 1ср=^Г/\/Ь МПагде ^Р = 3859 мм2 - площадь диаграммы (рис.5)1=170 мм лина диаграммы 5=10 мм/МПа - масштаб давленийt = = 2,29 МПаср 170*107 ЧЯ _ 9 908 = ' ' * 100% = 2,55% < 3% 2,35

Лист
КП НГТЧ-1405-(М10 ЛВС)16
Изм.Лист№ докцм.Подп.Дата



Номера точек
1234567
Углы поворота кривошипа, соответствующие рассматриваемым точкам
0153045607590
0-5,363918,49984-8,1952-4,84575-0,154353,86
105120135150165180195
6,013986,300895,502073,972562,06780-2,49116
210225240255270285300
-4,85231-6,91398,34361-8,97582-8,16-6,02994-4,056
315330345360375390405
-4,69248-9,3145612,7854032,453142,5843230,58432
420435450465480495510
23,98520,3021718,2416,3623613,5555510,4587,04582
525540555570585600615
3,53780-2,0678-3,96865-5,49045-6,27836-5,96883
630645660675690705720
-3,80,236674,943258,286728,578885,408850
Алгебраическая сумма ординат
20,191995,247363,011367,4819738,1591345,9885228,97415



Рис.5 Диаграмма суммарных касательных усилий


Лист
КП-НГТУ 1405-(М10-ДВС)17
Изм.Лист№ докцм.Подп.Дата


6. Расчет маховика.Для достижения заданной степени неравномерности вращения вала следуетподсчитать необходимый для этого момент инерции вращающихся масс двигателя. Расчет производится по формуле: _ А * 900 * 1061пр - приведенный момент инерции вращающихся масс двигателя;п= 1000 мин"1 - частота вращения вала; 8 = 0.02 - коэффициент неравномерности вращения; А=Р0ш0,Р0=2321 мм - величина избыточной (недостающей) работы, соответствующейплощади диаграммы суммарных касательных усилий, заключенной меж линиейсуммарных касательных сил и линией 1ср1 - число цилиндров; 1=8лКР„а 2тп = -— МДж / мм1*ШЬ= 10 мм/МПа - масштаб давлений по оси ординат; 1 =170 мм - длина диаграммы;а = 90 - угол ПКВ, соответствующий длине диаграммы 1 = 170; К. = 0,2 - радиус кривошипа; Рп =7гй2 /4 - площадь поршня,2Рп = 3.14* 0.1024/4 = 0.08038 м2 3.14*0.2*0.08038*90= 14.8*10"6 МДж /мм170*180*10А=Р0т0= 2321 • 14.8 • Ю-6 = 0,0344I - 0,0344* 900*106 _]5? 2 "" 9,8596*1000000*0,02Приведенный момент инерции вращающихся масс двигателя равен:1пр.1кшм ,кг*м2кшм - суммарный момент инерции вращающихся масс КШМ всех цилиндров;

Лист
КП-НГТУ-1405-(М10-ДВС)18
Изм.Лист№ докцм.Подп.Дата


ХЛшш *Мпдм\ кг*м'к = 20 - для тронковых ДВС;X ^ кшм = 20 * 52>24 * °>04 = 41,79 , кг * м2Момент инерции маховика определяется как разность двух величин:1м =1„Р1кшм =115,21 , кг*м2Маховой момент маховика:* 2 • * АЛПДМ = тпт * Р = 650 * 0,08038 = 52,24 кг;Мй2 = 1М *4 = 115.21*4 = 460.84 кг* м2V =60 60 Масса маховика:О - диаметр окружности, проходящей через центр массы сечения обода. Принимаем наружный диаметр маховика ЭЬ =2,5* 8 = 2,5*0.4 = 1м Окружную скорость проверяем по формуле: тЮнп 3.14*1*1000= 52 <70 м/с ,что удовлетворяет требованиям.


,, МО 460.84М = —г- = = 720.06 кгЯ2 0.64где Э =0,8*0ь=0,8 * 1=0,8Масса обода маховика:Моб=0,8* М = 0,8*720,06 = 576,048 кг.

Лист
КП-НГТУ-1405-1М10-ЛВС)19
Изм.Лист№ докцм.Подп.Дата


7.3аключениеПри выполнении динамического расчета на основе методики Нижегородского Государственного Технического Университета были определены силы, действующие на кривошипно-шатунный механизм, произведен расчет и построены диаграммы сил инерции поступательно движущихся частей КШМ, движущих усилий, диаграмма касательных усилий одного цилиндра, диаграмма суммарных касательных усилий. Произведен расчет маховика.

Лист
КП-НГТУ 1405 (М10 ЛВС)20
Изм.Лист№ докцм.Подп.Дата

8.Список используемой литературы.1 .Методическое указание «Построение диаграмм»Методическое указание «Расчёт основных узлов и деталей двигателя»Ваншейдт В.А. «Конструирование и расчёт прочности судовых дизелей» Л. Судостроение 2009Хандов З.А. Судовые ДВС М. Транспорт 2008

Изм.
Нижегородский государственный техническийуниверситет Имени Р.Е. Алексеева
Лёл^х^Кафедра "Энергетические установки и тепловые двигатели "

у Курсовая работу по дисциплине «Динамика двигателей»


Руководитель<- с ГТ^7 - ^ Токарев В.И.(подпись) (фамилия и.о.)« » 2011г.Студент Балин А.Н.Н.Новгород, 2011.(фамилия и.о.)

М10-ДВС(подпись) (группа)« » 2011