Konstrukční práce ze silničních vozidel

Konstrukční práce ze silničních vozidel

Zadání: Návrh konstrukce pístového spalovacího motoru s přímočarým vratným pohybem pístu

Úkol:

Ø      Vypracujte výpočet tepelného oběhu motoru včetně tepelné účinnosti

Ø      Narýsujte P-V diagram podle vypočítaných stavových veličin na milimetrový papír

Ø      Výpočet hlavních rozměrů motoru ( D, Z, l , R) a síly působící v klikovém ústrojí

Ø      Navrhněte rozměry a materiály součástí motoru a odvoďte tvar klikového hřídele

Ø      Narýsujte výrobní výkres sestavení navrženého motoru v příčném řezu vedeném prvním válcem , který bude v poloze 90° natočení klikového hřídele před horní uvratí výfukového zdvihu.

Zadané parametry motoru:

Ø      Počet dob: 4dobý vznětový

Ø      Počet válců: 5 válcový motor

Ø      Uspořádání válců: ležatý motor s válci v jedné řadě

Ø      Chlazení: kapalinou

Ø      Maximální efektivní výkon: 80kW při 3800 ot/min

Ø      Celkový zdvihový objem: 2000cm³

Ø      Kompresní poměr: 18,5

Výpočet tepelného oběhu vznětového motoru

Změna 1-2: ADIABATICKÁ KOMPRESE

Známe:   P₁ = 0,05 Mpa = 1,4

T₁ = 40°C = 318,15°K φ = 1,07

V₁= 400 000mm³ ψ = 2,8

Ε = 18,5

V₂= v₁ / E = 400 000/18,5 = 21621,6 mm

P₂ = P₁ . E = 0,05 . 18,5^1,4 = 2,97 Mpa

T₂ = T₁ . E = 318,15 . 18,5^1,4-1 = 1022,1°K (748,97°C)

Změna 2-3: IZOCHORICKÉ ZVYŠOVÁNÍ TLAKŮ

Známe: P₂ ; V₂ ; T₂

V₃ = V₂ = 21621,6 mm³

P₃ = P₁ . E . ψ = 0,05 . 18,5^1,4 . 2,8 = 8,32 Mpa

T₃ = T₁ . E . ψ = 318,15 . 18,5^1,4-1 . 2,8 = 2861,9°K (2588,8°C)

Změna 3-4: IZOBARICKÁ EXPANZE

Známe: P₃ ; V₃ ; T₃

V₄= (V₁/E) * φ =(400000/18,5)*1,07 = 23135,1 mm³

P₄ = P₃ = 8,32 Mpa

T₄ = T₁ . E . ψ . φ = 318,15 . 18,5^1,4-1 . 2,8 .1,07 = 3062,3°K (2789,1°C)

Změna 4-5: ADIABATICKÁ EXPANZE

Známe: P₄ ; V₄ ; T₄

V₅ = V₁ = 400 000 mm³

P₅ = P₁ . ψ . φ = 0,05 . 2,8 . 1,07^1,4 = 0,15 Mpa

T₅ = T_{1 .} ψ . φ = 313,15. 2,8 . 1,07^1,4 = 979,33°K (706,2°C)

Změna 5-1: IZOCHRICKÉ ZVYŠOVÁNÍ TLAKŮ

Známe: P₅ ; V₅ ; T₅ ; P₁ ; V₁ ; T₁

Výpočet tepelné účinnosti _t

_t -1 / E *ﻵ ψ *( φ-1)]

_t = 0,69

0,69 *100 = 69

Sestrojení P-V diagramu podle vypočítaných stavových veličin (viz. Příloha č.1)

Výpočet hlavních rozměrů motoru a síly působící v klikovém ústrojí

C_S pro vznětové motory užitkových vozidel je 14m.s^-1 při 4200 ot..min^-1.

3,333*10^-3 * 3800 = 12,67 m.s^-1

Zdvih pístu ve válci z

C_S = (z * n) / ( 30*100) → z = C_S* 3000 / n = 12,67 * 3000 / 3800 = 10 cm = 100 mm

Délka ramene klikového hřídele R

R= ½* z = ½ * 100 = 50 mm

Vrtání válce „D“

_{----- ----- ------------ ----- ----- --------- ----- -------}

Vz =( ¶ *D²/4) * z→ D= √ 4* Vz/ ¶*z  = √ 4* 400000/ ¶*100 = 71 mm

Síla působící na dno pístu F

F= P₃* (¶ * D² / 4) = 8,32 * (¶ * 71² /4) = 32 940,5 N

Vyjádření úhlu β pomocí úhlu α

λ=R/l

sin β= λ * sinα = 0,25 * 0,25882

Síla přenášená ojnicí F_o

Fo= F/ cos β = 32940,5 / cos 3°42´ = 33009,3 N

Síla přenášená z pístu na stěnu válce F_S

F_S = F . tg α = 32940,5 . 0,0647 = 2130,2 N

Výpočet setrvačné síly posouvajících se dílů F_P

F_P = m_p . R . ω² . (cos α + λ . cos2 β)

m_op = 0,3 . m_o = 0,3 . 1,6 = m_op = 0,48 Kg

m_p = m + m_op = 1,3 + 0,48 = m_p = 1,78 Kg

ω = ¶ * n/ 30 =¶*3800/30 = 397,9

F_p = 1,78 . 0,05 . 397,9² . (cos 15° + 0,25 . cos 3°42´) = 17126,1 N

Výpočet tečné síly F_t

F_t = F_o . sin (α + β) = 33009,3 . sin 18°42´ = 10583,2 N

Výpočet točivého momentu motoru M_t

M_t = F_t . R = 10583,2 . 0,05 = 529 N m

Výpočet dostředivé síly F_r2 vyvolaná působením F_o

F_r2 = F_o . cos (α + β) = 33009,3 . cos 18°42´ = 31266,7 N

Výpočet odstředivé síly F_r1 působící v ose klikového čepu

F_r1 = m_r . R . ω²

m_or = 0,7 . m_o = 0,7 . 1,6= m_or = 1,12 Kg

m_r = m_z + m_op = 1 + 1,12 = 2,12 Kg

F_r1 = 2,12 . 0,05 . 397,9² = 16782,4N

Rozměry jednotlivých součástí motoru

PÍSTNÍ ČEP

Výpočet průměru pístního čepu d

d = 0,35 . D = 0,35 .71 = 24,85 mm zvolím 25 mm

Výpočet tloušťky stěny čepu s

s = 0,2 .d = 0,2 . 25 = 5 mm zvolím 5 mm

Vzdálenost mezi oky pístu l

l = 0,4 . D = 0,4 . 71 = 28,4mm zvolím 29 mm

Délka pístního čepu lc

lc= 0,8 . D = 0,8 . 71= 56,8mm zvolím 57 mm

OJNICE

Délka ojnice l

l = 4 . R = 4 . 50 = 200mm

Výška ojnice h

h = 0,38 . D = 0,38 . 71 = 26,98mm zvolím 27mm

Šířka ojnice b

b = 0,28 . D = 0,28 . 71 = 19,88 mm zvolím 20 mm

Průměr dříku ojničních šroubů d_š

d_š = 0,16 . d_k = 0,16 . 43 = 6,88mm zvolím 8 mm

KLIKOVÝ HŘÍDEL

Průměr hlavního čepu klikového hřídele d_h

d_h = 0,7 . D = 0,7 .71 = 49,7mm zvolím 50mm

Délka hlavního čepu klikového hřídele l_h

l_h = 0,55 . D = 0,55 . 71 = l_h = 39,05mm zvolím 40 mm

Průměr klikového čepu klikového hřídele d_k

d_k = 0,6 . D = 0,6 .71 = 42,6 mm zvolím 43 mm

Délka klikového čepu klikového hřídele l_k

l_k = 0,5 . D = 0,5 . 71 = l_h = 35,5mm zvolím 36mm

Šířka klikového ramene š

š = 0,3 . D = 0,3 . 71 = š = 21,3mm zvolím 22mm

Výška klikového ramene v

v = 1,4 . D = 1,4 . 71 = 99,4mm zvolím 110mm

Rozteč válců lv

lv= 1,45 . D = 1,45 . 71 =102,95mm zvolím 103 mm

5) Návrh tvaru klikového hřídele:

6)Vvýrobní výkres sestavení navrženého motoru v příčném řezu vedeném prvním válcem , který bude v poloze 90° natočení klikového hřídele před horní uvratí výfukového zdvihu. Viz příloha č.2

Seznam použitých symbolů

P₁ – tlak na konci sacího zdvihu

T₁ – teplota na konci sacího zdvihu

V₁ – objem ve válci na konci sacího zdvihu

P₂ – tlak na konci kompresního zdvihu

T₂ – teplota na konci kompresního zdvihu

V₂ – objem ve válci na konci kompresního zdvihu

P₃ – tlak na začátku expanzního zdvihu

T₃ – teplota na začátku expanzního zdvihu

V₃ – objem ve válci na začátku expanzního zdvihu

P₄ – tlak při prohoření celé dávky paliva

T₄ – teplota při prohoření celé dávky paliva

V₄ – objem ve válci při prohoření celé dávky paliva

P₅ – tlak na konci expanzního zdvihu

T₅ – teplota na konci expanzního zdvihu

V₅ – objem ve válci na konci expanzního zdvihu

V_Z – zdvihový objem jednoho válce

– adiabatický exponent (1,4)

φ - stupeň zvětšení objemu při konstantním tlaku (1,07)

ψ – stupeň zvýšení tlaku při stálém objemu (2,8)

n – maximální otáčky motoru (3800 ot..min^-1)

m_p –hmotnost posouvajících se dílu

m - hmotnost pístu,pístních kroužků a pístního čepu

m_op – hmotnost části ojnice patřící do posouvajících se hmot

m_r – hmotnost rotujících dílů

m_z - celková hmotnost zalomení části klikového hřídele příslušná k ojnici a redukovaná na poloměr klikového ramene

m_or – hmotnost části ojnice patřící do rotujících hmot