Расчет распределительного вала

Распределительные валы изготовляют из углеродистых (40, 45) или легированных (15Х, 12ХНЗА) сталей и легированных чугунов. При работе двигателя на распределительный вал со стороны клапан­ного привода действуют; сила упругости пружины Р_пр.т, сила инерции деталей клапанного механизма P_jт и сила давления газов Р_г.т, при­веденные к толкателю. Суммарная сила, действующая на кулачок со стороны клапанного привода:

Р_т = Ρ_пр.т + Ρ_jт + Р_г.т = (Р_пр+ Р_г) + Μ_г j_т. (300)

Наибольшая сила P_т.max передается на кулачок от выпускного клапана в начальный период его открытия (φ₁= 0). Для выпуклого кулачка

(301)

где P_{np min} – сила упругости пружины при закрытом клапане, Н;

d_в – наружный диаметр тарелки выпускного клапана, м;

р_г – дав­ление в цилиндре в момент начала открытия выпускного клапана (точ­ка b΄ на рисунок, 36) для расчетного режима, Па;

р_r΄ — давление в выпуск­ном трубопроводе (при выпуске в атмосферу р_r΄≈ р₀), Па;

l_кл и l_т – плечи коромысла, мм;

ω_к – угловая скорость вращения распреде­лительного вала, рад/с;

r₀ и r₁ – соответственно радиусы начальной окружности и первого участка профиля кулачка, м;

М_т = (m_кл + т_np/3) (l_кл/l_т)² + m_т + т_шт + т_к″ — масса движущихся деталей механизма распределения, приведенная к толкателю, кг;

т_кл, т_np, m_т, т_шт и т_к″ – соответственно массы клапана, пружин, толкателя, штанги и коромысла, кг;

т_к″ ≈ т_к(l_кл+l_т)²/(12l_т²) – масса коромысла, приведенная к оси толкателя, при двуплечем рычаге с опорной стойкой в виде шпильки;

т_к″ ≈ т_к l_кл² /(3l_т²) – масса коромысла, приведенная к оси толкателя, при одно­плечем рычаге с опорной стойкой в виде болта (рисунок 35).

Основным расчетом распределительного вала является расчет на жесткость, который заключается в определении стрелы прогиба у под действием суммарной силы P_т.max. Расчетная схема вала представляет собой свободно лежащую на опорах двухопорную разрезную балку; нагруженную в месте действия толкателя (рисунок 42).

Стрела прогиба, мм

(302)

где а и b – расстояния от опор до точки приложения силы Р_ттах, мм;

l – расстояние между опорами вала, мм;

d_p и δ_p – наружный и внутренний диаметры рас­пределительного вала, мм;

Ε — модуль упругости пер­вого рода, МПа.

Величина прогиба у не должна превышать 0,02÷0,05 мм. Напряжения смятия, возникающие в местах кон­такта рабочих поверхностей кулачка и толкателя, опреде­ляют для плоского и роли­кового толкателей:

(303)

(304)

где b_к – ширина кулачка, м;

r – радиус ролика толкателя, м.

Допускаемые напряжения смятия [σ_см] = 400÷1200 МПа.

Кроме определения стрелы прогиба и напряжений смятия иногда определяют суммарные напряжения σ_Σ, возникающие в распредели­тельном вале от совместного действия, изгибающего и скручивающего моментов. Напряжение изгиба

(305)

Рисунок 42 - Расчетная схема распредели­тельного вала

Скручивающий момент от каждого кулачка обычно достигает максимальной величины в конце первого периода подъема толкателя, когда его точка касания с кулачком наиболее удалена от оси толкателя.

Для кулачка с выпуклым профилем и плоским толкателем

(306)

где при ;

.

Для определения максимального скручивающего момента М_кр.mах от одновременного действия всех кулачков необходимо построить кривые набегающих моментов.

Напряжения скручивания и суммарное

(307)

, (308)

где W_κρ= 0,5W_из – момент сопротивления кручению расчетного сечения.

Величина σ_Σ не должна превышать 100÷150 МПа.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов: Учебник для вузов/ В.Н.Луканин, К.АМорозов, А.С.Хачиян и др.; под ред. В.Н.Луканина, М.Г.Шатрова. – 3-е изд., перераб. и испр. – М.: Высшая школа, 2007. – 479 с.: ил.

2 Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 2. Динамика и конструирование: Учебник для вузов/ В.Н.Луканин, И.В.Алексеев, М.Г.Шатров и др.; под ред. В.Н.Луканина, М.Г.Шатрова. – 3-е изд., перераб. – М.: Высшая школа, 2007. – 400 с.: ил.

3 Автомобильные двигатели /Архангельский В.М., Вихерт М.М. и др.; Под. ред. М.С. Ховаха. 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение,1977 г.

4 Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей / Вырубов Д.Н., Иващенко Н.А. и др., Под. ред. Орлина А.С., Круглова М.Г., 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1983 г.

5 Дьяченко Н.Х., Костин А.К. и др. Теория поршневых двигателей внутреннего сгорания – Л.: Машиностроение, 1974 г.

6 Двигатели внутреннего сгорания / Хачиян А.С., Морозов В.Н. и др.; Под. ред. Луканиена В.Н. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1985 г.

7 Белов П.М., Бурячко В.Р., Акатов Е.И. Двигатели армейских машин. Часть первая. Теория.- М.: Воениздат, 1971 г.

8 Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа,1980 г.

9 Римарев Д.С., Астафьев М.Б. Двигатели буровых установок. – М.: Недра, 1976 г.

10 Автомобильные двигатели/Под ред. М. С. Ховаха. - М.: Машиностроение, 1977 г. - 591 с.

11 Колчин А. И., Демидов В. П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. - М: Высш. шк., 1980 г. - 400 с.

12 Автомобильные двигатели. Теория автомобильных двигателей. Питание двигателей: Программа и методические указания к изучению разделов курса для студентов специальности 150500 заочной формы обучения / Сост. В. Д. Басаргин. - Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун-та, 2002 г. - 35 с.

13 Автомобильные двигатели. Конструкция и расчет автомобильных двигателей: Программа и методические указания к изучению раздела курса для студентов специальности 150500 «Автомобили и автомобильное хозяйство» заоч-ж формы обучения / Сост. В. Д. Басаргин. - Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун-та, 2002. – 16 с.

14 Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для студентов втузов, обучающихся по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» В.П.Алексеев, Н.А.Иващенко, В.И.Ивин и др.; Под ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980. – 288 с., ил.

15 Двигатели внутреннего сгорания: Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей/ Под ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова. М.: Машиностроение, 1984. – 384 с.

16 Толеуов К.Т. Двигатели внутреннего сгорания. Методические указания к выполнению курсовой работы. – Алматы: КазНТУ, 1997, с. 1-54.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
	Цель, объем и содержание курсового проекта
1.1	Оформление расчетно-пояснительной записки
1.2	Оформление чертежей
1.3	Защита курсовых проектов
1.4	Технико-экономическое обоснование параметров и конструктивных форм проектируемого двигателя
	Общие вопросы и методические указания по выполнению курсового проекта
	Тепловой расчет и тепловой баланс двигателя
3.1	Процесс впуска
3.1.1	Давление pо и температура То окружающей среды
3.1.2	Давление pr (МПа) и температура Тr (К) остаточных газов
3.1.3	Температура подогрева свежего заряда ΔТ (К)
3.1.4	Давление в конце впуска pа
3.1.5	Коэффициент остаточных газов γr
3.1.6	Температура в конце впуска Та
3.1.7	Коэффициент наполнения ηv
3.2	Процесс сжатия
3.3	Процесс сгорания
3.3.1	Термохимический расчет процесса сгорания
3.3.2	Теплоемкость продуктов сгорания (газов)
3.4	Процесс расширения
3.5	Процесс выпуска
3.6	Индикаторные показатели рабочего цикла двигателя
3.6.1	Среднее индикаторное давление рi, (МПа)
3.6.2	Индикаторный к.п.д. ηi
3.6.3	Удельный индикаторный расход топлива gi (г/кВт ч)
3.7	Эффективные показатели двигателя
3.7.1	Среднее эффективное давление ре (МПа)
3.7.2	Эффективная мощность Nе (кВт)
3.7.3	Эффективный к.п.д. ηе
3.7.4	Эффективный удельный расход топлива gе (г/кВт ч) и часовой расход топлива Gт (кг/ч)
3.8	Определение основных размеров двигателя.
3.9	Индикаторная диаграмма рабочего цикла и ее построение
3.10	Тепловой баланс двигателя
	Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя
	Кинематика кривошипно-шатунного механизма
5.1	Перемещение поршня
5.2	Скорость поршня
5.3	Ускорение поршня
5.4	Кинематика шатуна
5.5	Кинематика кривошипно-шатунного механизма с прицепным шатуном
	Динамика кривошипно-шатунного механизма
6.1	Общие сведения
6.2	Развертка индикаторной диаграммы
6.3	Силы инерции движущихся масс КШМ
6.4	Суммарные силы и моменты, действующие в КШМ
6.5	Построение полярной диаграммы давлений на шатунную шейку
	Прочностной расчет деталей двигателя
7.1	Предпосылки к расчету и расчетные режимы
7.1.1	Расчетные режимы
7.1.2	Расчет деталей с учетом переменной нагрузки
7.2	Расчет деталей поршневой группы
7.2.1	Расчет поршня
7.2.2	Расчет поршневого пальца
7.2.3	Расчет поршневого кольца
7.2.4	Расчет элементов шатуна на прочность
7.3	Расчет механизма газораспределения
7.3.1	Расчет клапанного механизма
7.3.2	Построение профиля кулачка
7.3.3	Профилирование безударных кулачков
7.3.4	Время-сечение клапана
7.3.5	Расчет пружины клапана
7.4	Расчет распределительного вала
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Куанышкали Сагидулаевич Алипов

Ардак Ескандирович Канажанов

РАСЧЕТ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Учебное пособие к курсовому проектированию по дисциплине

«Энергетические установки транспортной техники»

(для студентов специальности 050713)

Редактор

Техн. редактор

УТВЕРЖДЕНЫ – Председателем научно – методического совета

института

Есырев П.Г. «____»_____________2010г.

СОГЛАСОВАНЫ – Заведующим кафедрой ПТМиГ

Саргужин М.Х. «___»______________2010г.

Подписано в печать 2010г.

Тираж______экз. Формат 60 84 1/16. бумага типографская № 1.

Объем п. л. Заказ № Цена договорная

Издание Казахского национального технического университета

имени К.И. Сатпаева

Научно – технический издательский центр КазНТУ

г. Алматы, ул. Ладыгина, 32

Приложение А

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

№ варианта	Тип двигателя	Число и расположение цилиндров	Степень сжатия, ε	Номинальная мощность Nе, кВт	Частота вращения при номинальной мощности nN, мин-1	Отношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D	Охлаждение	Форма камеры сгорания и способ смесеобразования	Давление наддува (турбокомпрессора) рк, МПа
	Карбюраторный четырехтактных	4­V	7,2	29,4		0,868	В	Внешнее
	4-Р	8,4	36,8		0,868	В	Внешнее
	4-Р	8,5	50,7		0,836	Ж	Внешнее
	4-Р	8,8	55,0		0,854	Ж	Внешнее
	6-Р	6,5	66,2		0,934	Ж	Внешнее
	8-V	6,7	84,4		0,869	Ж	Внешнее
	8-V	6,5	110,0		0,950	Ж	Внешнее
	8-V	6,5	132,0		0,880	Ж	Внешнее
	8-V	8,5	161,4		0,880	Ж	Внешнее
	Дизель четырехтактный без наддува	2-Р	17,5	14,7		1,234	Ж	НК-ОП
	2-Р	17,0	22,0		1,200	В	НК-ОП
	4-Р	16,0	29,4		1,143	Ж	НК-ОП
	4-Р	16,0	36,8		1,137	Ж	РК-ВК
	4-Р	16,5	40,5		1,136	Ж	РК-ВК
	4-Р	16,5	47,7		1,130	В	РК-ВК
	4-Р	16,5	46,3		1,153	Ж	НК-ОП
	4-Р	16,5	55,0		1,66	Ж	РК-ВК
	4-Р	15,5	60,0		1,316	Ж	РК-ПК
	4-Р	15,0	74,0		1,322	Ж	РК-ПК
	6-Р	16,0	110,0		1,079	Ж	НК-О
	6-Р	15,5	103,0		1,383	Ж	РК-ПК
	6-V	16,5	132,0		1,09	Ж	НК-О
	6-Р	14,5	135,0		1,383	Ж	НК-О
	6-Р	15,5	140,0		1,372	Ж	РК-ПК
	8-V	16,5	162,5		1,077	Ж	НК-О
	8-V	17,0	165,0		1,053	Ж	НК-ОП
	8-V	16,5	176,5		1,077	Ж	НК-О
	8-V	16,5	180,0		1,08	Ж	НК-ОП
	6-Р	16,0	123,0		1,136	В	НК-О
	6-V	15,0	128,6		1,10	Ж	НК-О
	8-V	15,0	190,0		1,11	В	НК-О
	12-V	15,0	221,0		1,20	Ж	НК-ОП
	12-V	16,5	265,0		1,073	Ж	НК-П
	12-V	15,0	295,0		1,21	Ж	НК-О
	12-V	15,0	310,0		1,22	Ж	НК-П
	8-V	15,0	164,0		1,05	Ж	НК-ОП
	12-V	16,5	235,0		1,076	Ж	НК-ОП

Продолжение таблицы А

	Дизель четырехтактный с газотурбинным наддувом	4-Р	14,0	79,0		1,36	Ж	НК-О	0,165
	4-Р	17,0	96,0		1,077	Ж	НК-ОП	0,170
	6-Р	14,5	148,0		1,37	Ж	НК-О	0,175
	6-V	16,5	180,0		1,076	Ж	НК-ОП	0,170
	6-V	15,0	168,0		1,083	Ж	НК-П	0,190
	8-V	15,0	206,0		1,110	В	НК-ОП	0,170
	8-V	15,0	212,0		1,08	Ж	НК-ОП	0,170
	4-Р	16,5	66,0		1,09	Ж	НК-П	0,165
	6-Р	16,0	138,0		1,136	В	НК-О	0,175
	12-V	16,5	320,0		1,077	Ж	НК-П	0,190
	12-V	15,0	386,0		1,20	Ж	НК-О	0,170
	8-V	16,5	235,0		1,076	Ж	НК-ОП	0,185
	12-V	15,0	590,0		1,22	Ж	НК-П	0,190
Примечания 1 Расположение цилиндров: Р – рядное, V– образное; 2 Охлаждение: В – воздушное, Ж – жидкостное; 3 Типы камеры сгорания: НК – неразделенные камеры, РК – разделенные камеры; 4 Смесеобразование: О – объемное, ОП – объемнопленочное, П – пленочное, ВК – вихрекамерное, ПК – предкамерное.