Перевод двигателя ВАЗ-2106 на газовое топливо

Перечень чертежей:

1. Индикаторная диаграмма разработанного двигателя в зависимости от:

Объема цилиндра

Угла поворота кривошипа

2. Динамика двигателя в виде графиков:

Зависимости силы давления газов, силы инерции и суммарной силы от угла поворота коленвала

Зависимости усилия, создаваемого на поршне, силы сжимающей шатун, силы создающей крутящий момент и силы сжимающей кривошип от угла поворота коленвала

Зависимости крутящего момента и суммарного крутящего момента от угла поворота коленвала

3. Сборочный чертеж двигателя А1.
4. 2 лист двигателя в разрезе в сборе.
5. График внешней скоростной характеристики двигателя.
6. Кинематика двигателя в виде графиков: перемещения, скорости и ускорения поршня

Дополнительные материалы: прилагается расчетно-пояснительная записка на 84 страницах, где выполнено описание расчетов перевода двигателя на газовое топливо на основе двигателя ВАЗ-2106 рабочим объемом 1,6 литра.

         Первым проведен тепловой расчет, позволяющий определить основные параметры вновь проектируемого двигателя аналитическим путем. Для проведения выбраны 4 основных скоростных режима:

• Режим минимальной частоты вращения – 1000 мин^-1;
• Режим максимальной частоты вращения – 3400 мин^-1;
• Режим максимальной мощности – 5600 мин^-1;
• Режим максимальной скорости - 6100 мин^-1.

Представлены средние элементарные составы бензина Аи-92 и сжиженного газа. Определены параметры рабочего тела, окружающей среды и остаточного газа. Проведены расчеты процессов пуска, сжатия, расширения и выпуска. Перечислены индикаторные параметры рабочего цикла и эффективные показатели двигателя. Рассчитаны основные показатели цилиндра и двигателя. Расчет проведен с помощью электронных таблиц Microsoft Excel для частоты вращения вала, которая меняется в диапазоне от 1000 до 6100 об/мин. Результаты расчета составлены в виде таблицы, также построены индикаторная диаграмма и графики внешней скоростной характеристики.

Для кинематического расчета приведена схема кривошипно-шатунного механизма. Рассмотрены и просчитаны:

• кинематика поршня, его перемещение, скорость и ускорение;
• кинематика шатуна, его угловое перемещение, скорость и ускорение.

Все расчеты выполнены в таблицах Microsoft Excel.

При динамическом расчете учитываются следующие нагрузки: давление продуктов сгорания, инерционные нагрузки, нагрузки полезного сопротивления. Нагрузки от сил трения не учитываются в связи с их малостью. Определены приведенные массы и составлена схема сил и моментов, действующих в КШМ. Найдена сила инерции – 15792 Н. Описан расчет суммарных сил, действующих в КШМ. Рассчитаны следующие значения:

• результирующая сила, действующая на шатунную шейку;
• результирующая сила, действующая на колено вала;
• силы, действующие на коренные шейки.

Приведено описание силовых факторов, которые вызывают неуравновешенность двигателя; условий уравновешенности многоцилиндровых двигателей; принципов уравновешивания центробежных сил инерции и моментов от них и уравновешивания сил инерции масс, которые движутся возвратно-поступательно.

Выполнен прочностной расчет двигателя. Первым ведется расчет поршневой группы:

• Поршень, как наиболее напряженный элемент, воспринимает высокие газовые, тепловые и инерционные нагрузки. В основном поршни для тракторных и автомобильных двигателей изготавливают из алюминиевых сплавов. Основные конструктивные параметры поршня приняты после теплового и динамического расчетов и по существующим аналогичным двигателям. Определены напряжения изгиба в днище поршня – 139,8 МПа; напряжения сжатия и разрыва в сечении х – 25,6 МПа и 3,4 МПа; и сложное напряжение в верхней кольцевой перемычке – 19,7 МПа. Рассчитаны диаметральные зазоры для проверки правильности установленных размеров;
• Поршневые кольца изготавливаются из легированного или серого чугуна. Определены основные конструктивные параметры колец. Проведен расчет компрессионного и маслосъемного колец, заключающийся в определении среднего давления кольца на стенку цилиндра. Затем найдены напряжения изгиба в рабочем состоянии – 240,5 МПа и 200,4 МПа и при надевании кольца на поршень – 259,5 МПа и 214,6 МПа;
• Поршневой палец подвергающийся воздействию переменных нагрузок, приводящих к возникновению напряжений изгиба, сдвига смятия и овализации, во время работы двигателя. Палец изготовлен из стали 15Х. Расчет поршневого пальца включает:

- определение удельных давлений пальца на бобышки – 35,7 МПа;

- напряжение изгиба в среднем сечении пальца – 215,6 МПа;

- напряжение среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна – 133,6 МПа;

- наибольшее напряжение при овализации - -344,4 МПа.

В шатунной группе проводят расчет для: поршневой и кривошипной головок, стержня шатуна и шатунных болтов. Исходные данные для расчетов взяты из теплового и динамического расчетов и расчета поршневой группы. По справочникам определены характеристики для углеродистой стали 45Г2 из которой изготовлен шатун. Для шатунных болтов принят материал 40Х. Результаты расчетов приведены в таблице:

При расчете коленчатого вала находят наиболее нагруженное колено и определяют запасы прочности при усталостном разрушении отдельных элементов. Приведена таблица основных геометрических размеров вала. Рассчитаны и составлены таблицы сил инерций, действующих на элементы вала и сил инерций элементов вала. Далее проведен прочностной расчет элементов вала, а именно:

• Коренных шеек. Для этого составлена схема нагружения и определены моменты. Выполнен расчет на усталостную прочность наиболее нагруженной шейки. Запас прочности – 3,78;
• Шатунных шеек. В этом расчете определяются напряжения и запасы прочности при кручении и при изгибе. Составлены схемы нагружения одного колена вала на кручение и на изгиб. Найден общий запас прочности шатунной шейки – 1,29;
• Щек. Здесь ведется расчет по составленной схеме нагружения на кручение и на изгиб. Определен общий запас прочности – 2,23.

В ходе проведения работ были выполнены следующие расчеты: тепловой, кинематический, динамический и прочностной.

В тепловом расчете определены основные параметры двигателя при 4 скоростных режимах. Составлена индикаторная диаграмма и графики внешней скоростной характеристики.

В кинематическом рассмотрены кинематика шатуна и поршня.

В динамическом описан расчет суммарных сил, действующих в КШМ и условия уравновешенности двигателя.

В прочностном проведены расчеты для элементов поршневой и шатунной групп, для элементов коленчатого вала. Определены напряжения и запасы прочности.

Спецификация – 2 листа

В программе: AutoCAD, Компас 3D v