Помощь студентам в учебе
Кинематический, тепловой и динамический расчёт поршневого двигателя нетрадиционной схемы мощностью 30 кВт при частоте вращения 2500 об/мин
|
Аннотация 3
1. ВВЕДЕНИЕ 7
1.1 Роторные двигатели 7
1.2 Бесшатунные двигатели 10
1.3 Свободно - поршневые двигатели 13
1.4 Цели и задачи работы 15
2. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ,ДИНАМИЕСКИЙ И ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
БПМ 17
2.1 Формирование исходных данных 19
3. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 20
4. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ 22
4.1 Расчет процесса впуска 22
4.2 Расчет процесса сжатия 23
4.3 Расчет процеса сгорания 24
4.4 Расчет процесса расширения 26
4.5 Определение индикаторных показателей цикла 27
4.6 Определение эффективных показателей цикла 30
5. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 31
6. РЕЗУЛБТАТЫ ОЦЕНКИ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КШМ И
БПМ 32
7. ВЫВОДЫ 42
8. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 43
ПРИЛОЖЕНИЯ 45
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 46
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 55
1. ВВЕДЕНИЕ 7
1.1 Роторные двигатели 7
1.2 Бесшатунные двигатели 10
1.3 Свободно - поршневые двигатели 13
1.4 Цели и задачи работы 15
2. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ,ДИНАМИЕСКИЙ И ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
БПМ 17
2.1 Формирование исходных данных 19
3. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 20
4. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ 22
4.1 Расчет процесса впуска 22
4.2 Расчет процесса сжатия 23
4.3 Расчет процеса сгорания 24
4.4 Расчет процесса расширения 26
4.5 Определение индикаторных показателей цикла 27
4.6 Определение эффективных показателей цикла 30
5. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 31
6. РЕЗУЛБТАТЫ ОЦЕНКИ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КШМ И
БПМ 32
7. ВЫВОДЫ 42
8. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 43
ПРИЛОЖЕНИЯ 45
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 46
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 55
Роторный двигатель , двигатель внутреннего сгорания, в котором камеры сгорания и цилиндры вращаются с ведомым валом вокруг неподвижного вала управления, к которому прикреплены поршни; давление газа сгорания используется для вращения вала. Некоторые из этих двигателей имеют поршни, которые скользят в тороидальных цилиндрах; другие имеют одно- и многолепестковые роторы. Ранние роторные двигатели использовались в самолетах Первой мировой войны . Они были с воздушным охлаждением, а цилиндры располагались по кругу вокруг коленчатого вала, жестко прикрепленного к фюзеляжу. Пропеллер был прикреплен непосредственно к кольцевой раме, на которой смонтированы вращающиеся цилиндры. Неэффективность этих двигателей привела к их отказу во время войны.
После Второй мировой войны разработка нового вида роторного двигателя пробудила интерес. Ванкель является наиболее детально разработанным и широко используемым роторным двигателем.
Ротор Ванкеля с двигателем в форме равностороннего треугольника вращается с орбитальным движением в корпусе специальной формы и образует вращающиеся камеры сгорания в форме полумесяца между его сторонами и изогнутой стенкой корпуса. Три вершины ротора снабжены подпружиненными уплотнительными пластинами, которые поддерживают непрерывный скользящий контакт с вогнутой внутренней поверхностью кожуха, а камеры сгорания увеличиваются и постепенно уменьшаются в размере по мере вращения ротора. Заряд топлива из карбюратора поступает в камеру через впускной канал, сжимается по мере того, как размер камеры уменьшается за счет вращения ротора, и в соответствующее время зажигается свечой зажигания .Двигатель Ванкеля был впервые испытан для использования в автомобилях в 1956 году. С тех пор он стал использоваться для таких промышленных применений, как приводные воздушные компрессоры, где требуются небольшие, легкие, высокоскоростные двигатели с механической простотой.
В роторных двигателях (часто такие двигатели называют также роторно-поршневыми, хотя поршня цилиндрической формы они не содержат) основной рабочий орган (ротор, выполняющий функции поршня) совершает вращательное движение. Классическим примером такого двигателя может служить двигатель Ф. Ванкеля. Принцип действия такого двигателя поясняется схемой, приводимой на рис. 1. Ротор двигателя имеет форму равностороннего криволинейного треугольника.
Рис. 1. Принципиальная схема роторного (роторно-поршневого) двигателя Ванкеля:
1 - ротор; 2 - корпус; 3 - выпускной канал; 4 - канал для впуска свежей горючей смеси;
5 - ось эксцентриково вала; 6 - эксцентрик; 7 - неподвижная шестерня; 8 - шестерня ротора; 9 - свеча зажигания; 10 - ось ротора; e - эксцентриситетРотор вращается вокруг своей оси, которая в свою очередь вращается вокруг неподвижной оси вала эксцентрика. Такое движение возможно благодаря расположению ротора на шейке эксцентрика. При вращении ротора вершины его скользят по внутренней поверхности корпуса, в котором он расположен: внутренняя поверхность корпуса имеет форму замкнутой эпитрохоиды. Иными словами: профиль внутренней
поверхности определяется траекторией движения точки, связанной с окружностью, катящейся без скольжения по другой окружности. Применительно к схеме на рис.1 шестерня 8, выполненная на роторе 1, обкатывается по шестерне 7, установленной на корпусе 2 двигателя.
Названные конструктивные особенности РПД позволяют осуществить при вращении ротора впуск свежего заряда, его предварительное сжатие, сжигание горючей смеси и преобразование выделяющейся теплоты в механическую работу. Мощность, развиваемая двигателем, отбирается с эксцентрикового вала.
Роторно-поршневые двигатели уже находят, пусть и ограниченное, применение, хотя идея создания их выдвигалась очень давно. В 1588 г. были известны предложения по созданию роторно-поршневых паровых двигателей. Однако долгое время попытки их создания оставались безуспешными. Причина неудач заключалась в том, что не удавалось создать надёжного уплотнения ротора и корпуса. Это приводило к большим утечкам рабочего тела, низкому КПД. Была низкой надёжность работы. В последние годы в результате ряда исследовательских работ удалось создать высокоэффективные уплотнения. Это существенно облегчило проблему создания долговечного и сравнительно экономичного РПД. Значительный вклад в создание надёжно работающего РПД, был внесён немецким инженером Ф. Ванкелем.Определённый опыт создания и использования таких машин накоплен и российскими моторостроителями: научно-техническим центром
Волжского автомобильного завода (АвтоВАЗ) разработана чертёжнотехническая документация на такого типа двигатели для легковых автомобилей «Жигули», но стоимость производства таких машин оказалась до- статочно высокой для целей удовлетворения массового
потребительского спроса.
Сравнительно высокий уровень затрат на производство таких двигателей обусловлен относительно сложной технологией производства, требующей сложного и высокоточного оборудования для изготовления и обработки основных конструктивных компонентов машин. В первую очередь корпуса РПД (его внутренних поверхностей), криволинейных поверхностей ротора, имеющего треугольную форму, и обеспечения высокого качества радиальных и торцевых уплотнений сопряжений «ротор- корпус».
...
После Второй мировой войны разработка нового вида роторного двигателя пробудила интерес. Ванкель является наиболее детально разработанным и широко используемым роторным двигателем.
Ротор Ванкеля с двигателем в форме равностороннего треугольника вращается с орбитальным движением в корпусе специальной формы и образует вращающиеся камеры сгорания в форме полумесяца между его сторонами и изогнутой стенкой корпуса. Три вершины ротора снабжены подпружиненными уплотнительными пластинами, которые поддерживают непрерывный скользящий контакт с вогнутой внутренней поверхностью кожуха, а камеры сгорания увеличиваются и постепенно уменьшаются в размере по мере вращения ротора. Заряд топлива из карбюратора поступает в камеру через впускной канал, сжимается по мере того, как размер камеры уменьшается за счет вращения ротора, и в соответствующее время зажигается свечой зажигания .Двигатель Ванкеля был впервые испытан для использования в автомобилях в 1956 году. С тех пор он стал использоваться для таких промышленных применений, как приводные воздушные компрессоры, где требуются небольшие, легкие, высокоскоростные двигатели с механической простотой.
В роторных двигателях (часто такие двигатели называют также роторно-поршневыми, хотя поршня цилиндрической формы они не содержат) основной рабочий орган (ротор, выполняющий функции поршня) совершает вращательное движение. Классическим примером такого двигателя может служить двигатель Ф. Ванкеля. Принцип действия такого двигателя поясняется схемой, приводимой на рис. 1. Ротор двигателя имеет форму равностороннего криволинейного треугольника.
Рис. 1. Принципиальная схема роторного (роторно-поршневого) двигателя Ванкеля:
1 - ротор; 2 - корпус; 3 - выпускной канал; 4 - канал для впуска свежей горючей смеси;
5 - ось эксцентриково вала; 6 - эксцентрик; 7 - неподвижная шестерня; 8 - шестерня ротора; 9 - свеча зажигания; 10 - ось ротора; e - эксцентриситетРотор вращается вокруг своей оси, которая в свою очередь вращается вокруг неподвижной оси вала эксцентрика. Такое движение возможно благодаря расположению ротора на шейке эксцентрика. При вращении ротора вершины его скользят по внутренней поверхности корпуса, в котором он расположен: внутренняя поверхность корпуса имеет форму замкнутой эпитрохоиды. Иными словами: профиль внутренней
поверхности определяется траекторией движения точки, связанной с окружностью, катящейся без скольжения по другой окружности. Применительно к схеме на рис.1 шестерня 8, выполненная на роторе 1, обкатывается по шестерне 7, установленной на корпусе 2 двигателя.
Названные конструктивные особенности РПД позволяют осуществить при вращении ротора впуск свежего заряда, его предварительное сжатие, сжигание горючей смеси и преобразование выделяющейся теплоты в механическую работу. Мощность, развиваемая двигателем, отбирается с эксцентрикового вала.
Роторно-поршневые двигатели уже находят, пусть и ограниченное, применение, хотя идея создания их выдвигалась очень давно. В 1588 г. были известны предложения по созданию роторно-поршневых паровых двигателей. Однако долгое время попытки их создания оставались безуспешными. Причина неудач заключалась в том, что не удавалось создать надёжного уплотнения ротора и корпуса. Это приводило к большим утечкам рабочего тела, низкому КПД. Была низкой надёжность работы. В последние годы в результате ряда исследовательских работ удалось создать высокоэффективные уплотнения. Это существенно облегчило проблему создания долговечного и сравнительно экономичного РПД. Значительный вклад в создание надёжно работающего РПД, был внесён немецким инженером Ф. Ванкелем.Определённый опыт создания и использования таких машин накоплен и российскими моторостроителями: научно-техническим центром
Волжского автомобильного завода (АвтоВАЗ) разработана чертёжнотехническая документация на такого типа двигатели для легковых автомобилей «Жигули», но стоимость производства таких машин оказалась до- статочно высокой для целей удовлетворения массового
потребительского спроса.
Сравнительно высокий уровень затрат на производство таких двигателей обусловлен относительно сложной технологией производства, требующей сложного и высокоточного оборудования для изготовления и обработки основных конструктивных компонентов машин. В первую очередь корпуса РПД (его внутренних поверхностей), криволинейных поверхностей ротора, имеющего треугольную форму, и обеспечения высокого качества радиальных и торцевых уплотнений сопряжений «ротор- корпус».
...
Таким образом, изложенное позволяет заключить, что в сходственных условиях использования (одинаковость индикаторной нагрузки, по величине индикаторной работы цикла; одинаковость основных конструктивных параметров, диаметра цилиндров, хода поршней, степени сжатия) ДВС с КШМ и БПМ-двигатели характеризуются близкими по величине тангенциальным (ДВС с КШМ) и окружным (БПМ) усилиями.
Но развиваемый БПМ-двигателем индикаторный крутящий момент в 2 раза (с двухпериодной беговой дорожкой) превышает крутящий момент двигателя с КШМ. Этим обусловлено (при прочих равных условиях) и соответствующее повышение развиваемой БПМ-двигателем мощности.
Так же, можно сделать вывод что, бескривошипная поршневая тепловая машина-двигатель обеспечивает следующие преимущества:
- создание условий для снижения уровня тепловых и механических деформаций поршня машины-двигателя, что способствует снижению трения и механических потерь в двигателе, повышает его механический и эффективный КПД;
- поршень машины-двигателя разгружен от усилий, формирующих крутящий момент двигателя, что способствует повышению его надежности;
- упрощение конструкции поршня и механизма преобразования движения способствует снижению массы и габаритов машины-двигателя;
- снижение тепловых и механических напряжений, обусловленное осесимметричной конструкцией поршня, повышает надежность работы машины-двигателя.
Предлагаемая бескривошипная поршневая тепловая машина-двигатель может быть использована в качестве источника механической энергии для привода транспортных машин и стационарных потребителей энергии (насосов, компрессоров, вентиляторов, транспортеров и др.) в различныхотраслях промышленности. Существенным преимуществом предлагаемой конструкции является ее простота и технологичность, повышенный моторесурс и надежность, за счет придания основным деталям, прежде всего поршню, простых конструктивных форм, снижения нагрузок и хорошей ремонтопригодности.
Но развиваемый БПМ-двигателем индикаторный крутящий момент в 2 раза (с двухпериодной беговой дорожкой) превышает крутящий момент двигателя с КШМ. Этим обусловлено (при прочих равных условиях) и соответствующее повышение развиваемой БПМ-двигателем мощности.
Так же, можно сделать вывод что, бескривошипная поршневая тепловая машина-двигатель обеспечивает следующие преимущества:
- создание условий для снижения уровня тепловых и механических деформаций поршня машины-двигателя, что способствует снижению трения и механических потерь в двигателе, повышает его механический и эффективный КПД;
- поршень машины-двигателя разгружен от усилий, формирующих крутящий момент двигателя, что способствует повышению его надежности;
- упрощение конструкции поршня и механизма преобразования движения способствует снижению массы и габаритов машины-двигателя;
- снижение тепловых и механических напряжений, обусловленное осесимметричной конструкцией поршня, повышает надежность работы машины-двигателя.
Предлагаемая бескривошипная поршневая тепловая машина-двигатель может быть использована в качестве источника механической энергии для привода транспортных машин и стационарных потребителей энергии (насосов, компрессоров, вентиляторов, транспортеров и др.) в различныхотраслях промышленности. Существенным преимуществом предлагаемой конструкции является ее простота и технологичность, повышенный моторесурс и надежность, за счет придания основным деталям, прежде всего поршню, простых конструктивных форм, снижения нагрузок и хорошей ремонтопригодности.
