Расчет привода и поршневого двигателя автомобиля

Введение

Курсовая работа является важным этапом подготовки студентов к решению задач применительно к практике по обработке исходной информации и по обучению оформления технической и нормативной документации в соответствии с ГОСТ и ЕСКД.

Качество выполнения курсовой работы характеризует уровень усвоения дисциплины «Основы функционирования систем сервиса», что позволяет оценить готовность студента к самостоятельной работе по выполнению дипломного проекта и к практической деятельности на производстве как будущего специалиста по сервису (Специализация 23.07.12).

1. Приводы автомобиля

Простейшая принципиальная схема привода автомобиля (рис. 1) включает в себя карбюраторный или дизельный многоцилиндровый четырехтактный двигатель с кривошипно-шатунным механизмом тронкового типа 1, маховик 2, фрикционную муфту сцепления 3, коробку перемены передач 4, главную передачу 5 заднего моста автомобиля, дифференциал 6 и полуоси 7.

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

В головке блока размещены впускные и выпускные клапаны.

Маховик 2 во время рабочего хода поршня накапливает запас энергии, за счет которой осуществляется нерабочий ход и повышается равномерность вращения коленчатого вала.

Фрикционная муфта сцепления 3 обеспечивает присоединение или отсоединение трансмиссии (коробки перемены передач) и двигателя внутреннего сгорания.

Коробка перемены передач 4 (КПП) – двухступенчатая и двухскоростная.

Главная передача 5 – коническая, соединена шестернями дифференциала с полуосями заднего моста.

2. Двигатель внутреннего сгорания

Поршневые двигатели внутреннего сгорания являются тепловыми двигателями, у которых химическая энергия топлива преобразуется в механическую работу непосредственно в самом двигателе.

Преобразование химической энергии в тепловую и тепловой – в энергию движения поршня (механическую) происходит практически одновременно, непосредственно в цилиндре двигателя.

В результате сгорания рабочей смеси в цилиндрах двигателя образуются газообразные продукты с высоким давлением и температурой.

Под влиянием давления поршень совершает поступательное движение, которое с помощью шатуна и кривошипа преобразуется во вращение коленчатого вала.

Четырехтактными называют двигатели, у которых один рабочий цикл совершается за четыре хода (такта) поршня, соответствующих двум оборотам коленчатого вала. Схема работы четырехтактного двигателя без наддува представлена на рис.2.

Первый такт – впуск или всасывание горючей смеси – соответствует движению поршня вниз от В.М.Т. до Н.М.Т. За счет движения поршня создается разрежение (около 0,05 – 0,1 н/см2
) и горючая смесь через открытый клапан «а» засасывается в цилиндр. Для достижения максимального наполнения цилиндра впускной клапан открывается несколько раньше положения поршня в В.М.Т. (точка 1) с определенным углом опережения и закрывается с некоторым углом запаздывания после Н.М.Т. (точка 2).

Второй такт – сжатие – соответствует движению поршня вверх от момента закрытия впускного клапана до момента прихода поршня в В.М.Т. Во время такта сжатия все клапаны находятся в закрытом положении.

Поршень сжимает находящуюся в цилиндре горючую смесь, в точке 3 подается искра в свече для воспламенения горючей смеси.

Третий такт – горение и расширение (рабочий ход) – соответствует движению поршня от В.М.Т. к Н.М.Т. под давлением сгорающего топлива и расширяющихся продуктов сгорания. (от точки 4 до точки 5).

Четвертый такт – выпуск отработавших газов – осуществляется при ходе поршня вверх от Н.М.Т. к В.М.Т. Этот ход поршня происходит при открытом выпускном клапане «б». Для улучшения процесса выпуска клапан открывается несколько раньше Н.М.Т. (точка 5) и закрывается с некоторым запаздыванием (точка 6).

В дизель, в отличие от карбюраторного двигателя, при движении поршня от В.М.Т. к Н.М.Т. засасывается через впускной клапан атмосферный воздух, на такте сжатия повышается давление и температура, при впрыске через форсунку топливо самовоспламеняется и сгорает, газы расширяясь давят на поршень, совершая рабочий ход, при движении поршня из Н.М.Т. к В.М.Т. через открытый выпускной клапан отработанные газы выталкиваются в атмосферу.

При дальнейшем движении поршня вниз начинается новый рабочий цикл, такты которого повторяются в перечисленной ранее последовательности.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя изображается диаграммами в виде замкнутой (рис. 3) и развернутой (рис. 4).

Исходные данные для кинематического и динамического (силового) анализа кривошипно-шатунного механизма представлена в таблице 1.

3. Обозначения

К – карбюраторный двигатель

Д – дизель

В.М.Т. – верхняя мертвая точка

Н.М.Т. – нижняя мертвая точка

Пведом
– ведомый вал

Пд
– частота вращения двигателя (ведущего вала), об/мин;

Пп
– частота вращения промежуточного вала КПП, об/мин;

Пкпп
– частота вращения выходного вала КПП, об/мин;

Пв
– частота вращения ведомого вала главной передачи, об/мин;

R – радиус кривошипа, мм;

l - постоянная кривошипно-шатунного механизма;

l = R / L = 0,25

где L – длина шатуна, мм;

Р1
, Р2
, Р3
, Р4
– давление газов в цилиндре двигателя, МПа; (см. Индикаторная диаграмма Рис. 3)

Z1
…. Z6
– число зубьев шестерен и колес в коробке перемен передач и в главной передаче;

Рш
– сила, направленная по оси шатуна, Н; (см. рис. 5)

Рг
– сила давления газов на поршень, Н;

Рн
– сила, направленная перпендикулярно оси цилиндра, Н;

Рр
– радиальная сила, действующая по радиусу кривошипа, Н;

Pт – тангенциальная сила, действующая по касательной к окружности

4. Исходные данные (l=0,25)

Таблица 1

0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Пд , об/мин	4000	2500	1500	1000	1500	1200	1400	4400	3400	2200
Двигатель	К	К	Д	Д	Д	Д	Д	К	К	К
R, мм	60	75	40	70	65	55	50	80	45	85
Д, мм	76	82	86	66	96	88	85	72	84	80
Р1 , мПа	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	2,5	2,0	1,5	1,0	1,0
Р2 , мПа	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	5,0	4,0	3,0	2,0	2,5
Р3 , мПа	3,0	4,5	6,0	7,5	9,0	7,5	6,0	4,5	3,0	3,5
Р4 , мПа	4,0	5,0	8,0	10,0	12,0	10,0	8,0	5,0	4,0	4,5
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Z1	24	20	30	22	25	12	15	25	20	24
Z2	120	120	120	110	75	36	45	50	60	48
Z3	20	25	20	24	22	20	24	20	25	22
Z4	100	100	80	120	110	60	48	100	100	88
Z5	25	20	24	12	15	24	30	20	20	24
Z6	50	60	48	36	45	48	120	60	80	120

5. Содержание курсовой работы

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.

3. Обозначение:

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
* Sin2
a )

Величина R (1 – Cosa) – определяет путь, который прошел бы поршень, если шатун был бы бесконечно длинным,

а величина L (1 – 1 - l2
* Sin2
a ) – есть поправка на влияние конечной длины шатуна.

Используя формулу Бинома Ньютона выражение для вычисления “ S“ упрощается:

S = R (1 – Cosa + ( l/2)* Sin2
a ).

S = 75*(1 – Cos0 + ( l/2)* Sin2
0 )=0

S = 75*(1 – Cos30 + ( l/2)* Sin2
30 )=12.392

S = 75*(1 – Cos60 + ( l/2)* Sin2
60 )=44.531

S = 75*(1 – Cos90 + ( l/2)* Sin2
90 )=84.375

S = 75*(1 – Cos120 + ( l/2)* Sin2
120 )=119.531

S = 75*(1 – Cos150 + ( l/2)* Sin2
150 )=142.296

S = 75*(1 – Cos180 + ( l/2)* Sin2
180 )=150

S = 75*(1 – Cos210 + ( l/2)* Sin2
210 )=142.296

S = 75*(1 – Cos240 + ( l/2)* Sin2
240 )=119.531

S = 75*(1 – Cos270 + ( l/2)* Sin2
270 )=84.357

S = 75*(1 – Cos300 + ( l/2)* Sin2
300 )=44.531

S = 75*(1 – Cos330 + ( l/2)* Sin2
330 )=12.392

S = 75*(1 – Cos360 + ( l/2)* Sin2
360 )=0

Расчеты внесем в табл.2 и построим 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)* Sin2
a) =

= R (Sina + ( l/2)* Sin2a)

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

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin0 + (l/2)* Sin2*0)=0

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin30 + (l/2)* Sin2*30)=11936.97

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin60 + (l/2)* Sin2*60)=19120.22

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin90 + (l/2)* Sin2*90)=19625

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin120 + (l/2)* Sin2*120)=14871.28

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin150 + (l/2)* Sin2*150)=7688.03

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin180 + (l/2)* Sin2*180)=0

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin210 + (l/2)* Sin2*210)= -7688.03

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin240 + (l/2)* Sin2*240)= -14871.28

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin270 + (l/2)* Sin2*270)= -19625

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin300 + (l/2)* Sin2*300)= -19120.22

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin330 + (l/2)* Sin2*330)= -11936.97

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin360 + (l/2)* Sin2*360)=0

Расчеты внесем в табл. 2 и построим 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).

а = (3.14*3400/30)2
* 45 * (Cos0 + l * Cos2*0)=6419010.4

а = (3.14*3400/30)2
* 45* (Cos30 + l * Cos2*30)=5089121.91

а = (3.14*3400/30)2
* 45* (Cos60 + l * Cos2*60)=1925703.125

а = (3.14*3400/30)2
* 45* (Cos90 + l * Cos2*90)= -1283802.1

а = (3.14*3400/30)2
* 45* (Cos120 + l * Cos2*120)= -3209505.2

а = (3.14*3400/30)2
* 45* (Cos150 + l * Cos2*150)= -3805319.82

а = (3.14*3400/30)2
* 45* (Cos180 + l * Cos2*180)= -3851406.25

а = (3.14*3400/30)2
* 45 * (Cos210 + l * Cos2*210)= -3805319.82

а = (3.14*3400/30)2
* 45* (Cos240 + l * Cos2*240)= -3209505.2

а = (3.14*3400/30)2
* 45 * (Cos270 + l * Cos2*270)= -1283802.1

а = (3.14*3400/30)2
* 45* (Cos300 + l * Cos2*300)=1925703.125

а = (3.14*3400/30)2
* 45* (Cos330 + l * Cos2*330)=5089121.91

а = (3.14*3400/30)2
* 45* (Cos360 + l * Cos2*360)=6419010.4

Расчеты занесем в табл.2 и построим график зависимости

а = f (a) … (рис. 6).

Таблица 2

a, град. ПКВ	Sina	Sin2 a	(l/2)Sin2 a	Sin2a	(l/2)Sin2a	Cosa	Cos2a	l * Cos2a	S, мм	n мм/с	а мм/с2
0	0	0	0	0	0	1	1	0.25	0	0	6419010.4
30	0,5	0,25	0.03125	0,87	0.10875	0,87	0,5	0.125	12.392	11936.97	5089121.91
60	0,87	0,77	0.09625	0,87	0.10875	0,5	-0,5	-0.125	44.531	19120.22	1925703.125
90	1	1	0.125	0	0	0	-1	-0.25	84.375	19625	-1283802.1
120	0,87	0,77	0.09625	-0,87	-0.10875	-0,5	-0,5	-0.125	119.531	14871.28	-3209505.2
150	0,5	0,25	0.03125	-0,87	-0.10875	-0,87	0,5	0.125	142.296	7688.03	-3805319.82
180	0	0	0	0	0	-1	1	0.25	150	0	-3851406.25
210	-0,5	0,25	0.03125	0,87	0.10875	-0,87	0,5	0.125	142.296	-7688.03	-3805319.82
240	-0,87	0,77	0.09625	0,87	0.10875	-0,5	-0,5	-0.125	119.531	-14871.28	-3209505.2
270	-1	1	0.125	0	0	0	-1	-0.25	84.375	-19625	-1283802.1
300	-0,87< /td>	0,77	0.09625	-0,87	-0.10875	0,5	-0,5	-0.125	44.531	-19120.22	1925703.125
330	-0,5	0,25	0.03125	-0,87	-0.10875	0,87	0,5	0.125	12.392	-11936.97	5089121.91
360	0	0	0	0	0	1	1	0.25	0	0	6419010.4

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
;

Рд
= -0,9*3,14*0,0822
/4= -0,00475 Рд
= 4,3*3,14*0,0822
/4=0,0227

Рд
= -0,8*3,14*0,0822
/4= -0,00422 Рд
= 2,9*3,14*0,0822
/4=0,01531

Рд
= -0,5*3,14*0,0822
/4= -0,00264 Рд
= 2,6*3,14*0,0822
/4=0,01372

Рд
= 0,3*3,14*0,0822
/4=0,00158 Рд
= 2,4*3,14*0,0822
/4=0,01267

Рд
= 0,8*3,14*0,0822
/4=0,00422 Рд
= 2,5*3,14*0,0822
/4=0,0132

Рд
= 1*3,14*0,0822
/4=0,00528 Рд
= 2,55*3,14*0,0822
/4=0,01346

Рд
= 1,1*3,14*0,0822
/4=0,00581 Рд
= 2,3*3,14*0,0822
/4=0,01214

Рд
= 1,1*3,14*0,0822
/4=0,00581 Рд
= 1,75*3,14*0,0822
/4=0,00924

Рд
= 1*3,14*0,0822
/4=0,00528 Рд
= 0,75*3,14*0,0822
/4=0,00396

Рд
= 0,5*3,14*0,0822
/4=0,00264 Рд
= -0,5*3,14*0,0822
/4= -0,00264

Рд
= 0*3,14*0,0822
/4=0 Рд
= -0,8*3,14*0,0822
/4= -0,00422

Рд
= -0,2*3,14*0,0822
/4= -0,00106 Рд
= -0,9*3,14*0,0822
/4= -0,00475

Рд
= 1*3,14*0,0822
/4=0,00528

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

Рш
= -0,00475/1= -0,00475

Рш
=-0,00422/0,99= -0,00418

Рш
=-0,00264/0,98= -0,00259

Рш
=0,00158/ 0,97=0,00153

Рш
=0,00422/ 0,98= 0,00414

Рш
=0,00528/ 0,99=0,00523

Рш
=0,00581/1=0,00581

Рш
=0,00581/ -0,99= -0,00575

Рш
=0,00528/ -0,98= -0,00517

Рш
=0,00264/-0,97= -0,00256

Рш
=0/-0,98= 0

Рш
=-0,00106/ -0,99=0,00105

Рш
=0,00528/ -1= -0,00528

Рш
=0,0227/ -0,99= -0,0227

Рш
=0,01531/ -0,98= -0,015

Рш
=0,01372/-0,97= -0,01331

Рш
=0,01267/-0,98= -0,01242

Рш
=0,0132/-0,99= -0,01307

Рш
=0,01346/ 1=0,01346

Рш
=0,01214/ 0,99=0,01202

Рш
=0,00924/0,98=0,00906

Рш
=0,00396/0,97=0,00384

Рш
=-0,00264/0,98= -0,00259

Рш
=-0,00422/0,99= -0,00422

Рш
=-0,00475/1= -0,00475

Рн
= Рд
* tgb;

Рн
= -0,00475*0=0

Рн
=-0,00422*0,13= -0,00055

Рн
=-0,00264*0,22= -0,00058

Рн
=0,00158*0,26=0,00041

Рн
=0,00422*0,22=0,00093

Рн
=0,00528*0,13=0,00069

Рн
=0,00581*0=0

Рн
=0,00581*(-0,13)= -0,00076

Рн
=0,00528*(-0,22)= -0,00116

Рн
=0,00264*(-0,26)= -0,00069

Рн
=0*(-0,22)=0

Рн
=-0,00106*(-0,13)=0,00014

Рн
=0,00528*0=0

Рн
=0,0227*(-0,13)= -0,00295

Рн
=0,01531*(-0,22)= -0,00337

Рн
=0,01372*(-0,26)= -0,00357

Рн
=0,01267*(-0,22)= -0,00279

Рн
=0,0132*(-0,13)= -0,00172

Рн
=0,01346*0=0

Рн
=0,01214*0,13=0,00158

Рн
=0,00924*0,22=0,00203

Рн
=0,00396*0,26=0,00103

Рн
=-0,00264*0,22= -0,00058

Рн
=-0,00422*0,13= -0,00055

Рн
=-0,00475*0=0

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);

Рр
= -0,00475*1= -0,00457

Рр
=-0,00422*0,8= -0,00336

Рр
=-0,00264*0,31= -0,00082

Рр
=0,00158*(-0,26)= -0,00041

Рр
=0,00422*(-0,69)= -0,00291

Рр
=0,00528*(-0,93)= -0,00491

Рр
=0,00581*(-1)= -0,00581

Рр
=0,00581*(-0,93)= -0,0054

Рр
=0,00528*(-0,69)= -0,00364

Рр
=0,00264*(-0,26)= -0,00069

Рр
=0*0,31=0

Рр
=-0,00106*0,8= -0,00085

Рр
=0,00528*1=0,00528

Рр
=0,0227*0,8=0,01816

Рр
=0,01531* 0,31=0,00475

Рр
=0,01372*(-0,26)= -0,00357

Рр
=0,01267*(-0,69)= -0,00874

Рр
=0,0132*(-0,93)= -0,01228

Рр
=0,01346*(-1)= -0,01346

Рр
=0,01214*(-0,93)= -0,01129

Рр
=0,00924*(-0,69)= -0,00638

Рр
=0,00396*(-0,26)= -0,00103

Рр
=-0,00264*0,31= -0,00082

Рр
=-0,00422*0,8= -0,00336

Рр
=-0,00475*1= -0,00475

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.

Мкр
= Рт
*R = Рд
* (Sin(a + b) / Cosb) * R;

где Рт
= Рд
* (Sin(a + b) / Cosb); R – радиус кривошипа в м.

Мкр
=0,075*(-0,00475)*0=0

Мкр
=0,075*(-0,00422)*0,61= -0,00019

Мкр
=0,075*(-0,00264)*0,98= -0,00019

Мкр
=0,075*0,00158*1=0,00012

Мкр
=0,075*0,00422*0,75=0,00024

Мкр
=0,075*0,00528*0,39=0,00015

Мкр
=0,075*0,00581*0=0

Мкр
=0,075*0,00581*(-0,39)= -0,00017

Мкр
=0,075*0,00528*(-0,75)= -0,0003

Мкр
=0,075*0,00264*(-1)= -0,0002

Мкр
=0,075*0*(-0,98)=0

Мкр
=0,075*(-0,00106)*(-0,61)=0,00005

Мкр
=0,075*0,00528*0=0

Мкр
=0,075*0,0227*(-0,61)= -0,00104

Мкр
=0,075*0,01531*(-0,98)= -0,00113

Мкр
=0,075*0,01372*(-1)= -0,00103

Мкр
=0,075*0,01267*(-0,75)= -0,00071

Мкр
=0,075*0,0132*(-0,39)= -0,00039

Мкр
=0,075*0,01346*0=0

Мкр
=0,075*0,01214*0,39=0,00036

Мкр
=0,075*0,00924*0,75=0,00052

Мкр
=0,075*0,00396*1=0,0003

Мкр
=0,075*(-0,00264)*0,98= -0,00019

Мкр
=0,075*(-0,00422)*0,61= -0,00019

Мкр
=0,075*(-0,00475)*0=0Рт
=-0,00475*0=0

Рт
=-0,00422*0,61= -0,00257

Рт
=-0,00264*0,98= -0,00259

Рт
=0,00158*1=0,00158

Рт
=0,00422*0,75=0,00316

Рт
=0,00528*0,39=0,00206

Рт
=0,00581*0=0

Рт
=0,00581*(-0,39)= -0,00227

Рт
=0,00528*(-0,75)= -0,00396

Рт
=0,00264*(-1)= -0,00264

Рт
=0*(-0,98)=0

Рт
=-0,00106*(-0,61)=0,00065

Рт
=0,00528*0=0

Рт
=0,0227*(-0,61)= -0,01385

Рт
=0,01531*(-0,98)= -0,015

Рт
=0,01372*(-1)= -0,01372

Рт
=0,01267*(-0,75)= -0,0095

Рт
=0,0132*(-0,39)= -0,00515

Рт
=0,01346*0=0

Рт
=0,01214*0,39=0,00473

Рт
=0,00924*0,75=0,00693

Рт
=0,00396*1=0,00396

Рт
=-0,00264*0,98= -0,00259

Рт
=-0,00422*0,61= -0,00257

Рт
=-0,00475*0=0

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:

ip
= i1
*i2
.

Передаточное отношение первой зубчатой пары

i1
=Z2
/ Z1
,

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

ip
=(60/20)*(100/25)=12

Передаточное отношение конических шестерен главной передачи:

iк
=Z6
/ Z5
. iк
=80/20=4

Общее передаточное отношение

iобщ
=iр
* iк
.

iобщ
=12*4=48

Частота вращения выходного вала коробки передач

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

Пвых
=2500/12=208,33 об/мин Пведом
=208,33/4=52,08 об/мин

Крутящий момент на ведомом валу:

Мкр
=Мведом
=Мg
*iобщ
.

Мкр
=0*48=0

Мкр
=-0,00019*48=-0,00912

Мкр
=-0,00019*48=-0,00912

Мкр
=0,00012*48=0,00576

Мкр
=0,00024*48=0,01152

Мкр
=0,00015*48=0,0072

Мкр
=0*48=0

Мкр
=-0,00017*48=-0,00816

Мкр
=-0,0003*48=-0,0144

Мкр
=-0,0002*48=-0,0096

Мкр
=0*48=0

Мкр
=0,00005*48=0,0024

Мкр
=0*48=0

Мкр
=-0,00104*48=-0,04992

Мкр
=-0,00113*48=-0,05424

Мкр
=-0,00103*48=-0,04944

Мкр
=-0,00071*48=-0,03408

Мкр
=-0,00039*48=-0,01872

Мкр
=0*48=0

Мкр
=0,00036*48=0,01728

Мкр
=0,00052*48=0,02496

Мкр
=0,0003*48=0,0144

Мкр
=-0,00019*48=-0,00912

Мкр
=-0,00019*48=-0,00912

Мкр
=0*48=0

9. Прочностной расчет узлов и деталей двигателя

9.1 Поршень

Поршень рассчитывается на сжатие от силы давления газов Рг
по наименьшему сечению, расположенному выше поршневого пальца, на удельное давление тронка, на прочность днища, а поверхность опорных гнезд пальца (бобышек) проверяется на наибольшее удельное давление (рис. 7).

Напряжение сжатия определяется из выражения:

sсж
= Рг
/Fmin
£[sсж
] Н/мм2
,

где Fmin
– наименьшее сечение поршня над пальцем (в большинстве конструкций проходит по канавке последнего кольца), мм2
.

Fmin
= (π*Д2
/ 4)- (π*Д1
2
/ 4)= π / 4*( Д2
- Д1
2
)

Д1
=Д-(0,05…0,07)*Д=Д*(1-0,06)=82*0,94=77,08 мм

Fmin
=3,14/4*(822
-77,082
)=614,4 мм2

т.к. Рг
= Рг
max
* (π*Д2
/ 4);

Pг
=5*(3,14*822
/4)=26391,7 Н.

sсж
=263917/614,4=42,96 Н/мм2
£[sсж
]

Допустимое напряжение для поршней из алюминиевых сплавов [sсж
] = 50,0 … 70,0 Н/мм2
, и для стальных [sсж
] = 100 Н/мм2
.

Расчет тронка поршня на удельное давление и определение длины направляющей части производится по формуле

Lp
= Pн.
max
/ Д*к,

где Pн.
max
= (0,07…0,11) Pг
; [к] = 2…7 кг/см2
.

Lp
=0,09*26391,7/(8,2*5)=57,933

Днище поршня рассчитывается на изгиб. При плоском днище условие прочности (максимально-допустимое напряжение изгиба) имеет вид

sи
= Pг.
max
/ 4d2
£[sи
],

где d - толщина днища поршня, мм.

Допустимое напряжение на изгиб днищ для алюминиевого поршня

[sи
] = 70 н/мм2
, а для стальных - [sи
] = 100 н/мм2
.

При проектировании пользуются эмпирическими зависимостями, установленными практикой.

Толщина днища алюминиевых поршней d = (0,1 … 0,12) Д и стальных (0,06 … 0,1) Д.

Для алюминиевых: sи
= 26391,7/ 4*(0,12*82)2
=68,14£[sи
]

Для стальных: sи
= 26391,7 / 4*(0,1*82)2
=98,125 £[sи
]

Толщина стенки поршня за кольцами принимается равной (0,05 … 0,07) Д;

Общая длина поршня L = (1,2 … 1,8)S,

Где S – ход поршня, S = 2R, [мм]S=2*75=150 мм

Расстояние от нижней кромки поршня до оси пальца

С = (0,7 … 1,2) Д. С=0,9*82=73,8

Поверхность опорных гнезд пальца (бобышек) проверяется на наибольшее удельное давление.

Рmax
= (Pг.
max
/dп
)* lп
, н/мм2

Где dп
– наружный диаметр поршнего пальца, мм, dп
/ Д = 0,4.

dп
=0,4*Д=0,4*82=32,8 мм

lп
– длина гнезд пальца, мм, lп
= 2 dп
.

lп
=2*32,8=65,6 мм

Рmax
=(5/32,8)*65,6=10 н/мм2

Допускаемые удельные давления составляют [р] = 20 … 40, н/мм2

9.2 Поршневой палец

Поршневой палец проверяется по наибольшему давлению сгорания Рг.
max
= Р4
на изгиб и на срез.

Палец рассматривается как балка с равномерно распределенной нагрузкой и концами, лежащими на опорах.

Изгибающий момент относительно опасного сечения I –I:

Ми
= Pг
/2 (L/2 - а/4), Н*мм,

Где L – расстояние между опорами, мм,

L = Д – dп
=82-32,8=49,2 мм

а – длина подшипников верхней опоры шатуна, мм,

а = dп
=32,8мм

Следовательно:

Ми
= 26391,7/2(49,2/2 – 32,8/4)=216406,2 Н*мм

Напряжение изгиба

sи
= Ми
/ Wи
, н/мм2
; £[sи
],

где Wи
– момент сопротивления изгибу

Wи
= 0,1 * ((d4
п
– d4
в
) / d п
), мм3
,

Где dв
– внутренний диаметр поршневого пальца, мм; dв
= 0,5*dп
dв
=0,5*32,8=16,4 мм

Wи
=0,1*((32,84
-16,44
)/32,8)=3308,208 мм3

sи
=216406,2/3308,208=65,415 н/мм2
; £[sи
],

[sи
] = 120 н/мм2
для углеродистой стали.

Срезывающие напряжения пальца sср
= Pг
/ 2F < [sср
]

F – поперечное сечение пальца, мм2
,

F = (π/4) * (d2
п
– d2
в
)=(3,14/4)*(32,82
-16,42
)=633,4 мм2

sср
=216406,2/(2*633,4)=170,83 Н/мм2
< [sср
]

[sср
] = 500…600 Н/см2
.

Литература

1. Е.Росляков, И.Кравчук, В.Гладкевич, А.Дружинин. «Энергосиловое оборудование систем жизнеобеспечения». Учебник – СПб: Политехника, 2004. – 350 с.: ил.

2. «Многоцелевые гусеничные и колесные машины.» Под ред. Акад., докт. техн. наук,проф. Г.И.Гладкова – М: Транспорт, 2001. – 214 с.

3. Скойбеда А.Т. и др. «Детали машин и основы конструирования.» Учебник М:, Высшая школа, 2000. – 584 с.