Автомобильные двигатели. Конструкция и расчет автомобильных двигателей: Программа и методические указания к изучению раздела курса

Министерство образования Российской Федерации Хабаровский государственный технический университет

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Программа и методические указания к изучению раздела курса для студентов специальности 150500 «Автомобили и автомобильное хозяйство» заочной формы обучения

Хабаровск Издательство ХГТУ 2002 1

УДК 621.431

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

Работа подготовлена на кафедре «Двигатели внутреннего сгорания». Включает программу второй части курса, вопросы для самопроверки, список литературы.

Печатается в соответствии с решениями кафедры «Двигатели внутреннего сгорания» и методического совета заочного факультета.

© Издательство Хабаровского государственного технического университета, 2002

2

ПРОГРАММА КУРСА Раздел Ш. КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Тема 1. Кинематика и динамика двигателей Путь, скорость и ускорение поршня в двигателях с центральным кривошипным механизмом. Их аналитические зависимости от угла поворота коленчатого вала. Особенности кинематики V–образных двигателей. Выбор основных размеров кривошипного механизма. Значение средней скорости поршня. Отношение хода поршня к диаметру цилиндра и отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. Силы и моменты, действующие в системе кривошипного механизма одноцилиндрового двигателя; их аналитическое выражение и соотношение. Силы от давления газов в цилиндре двигателя. Приведение масс частей кривошипного механизма. Редуцирование массы шатуна и условия эквивалентности приведенной системы. Силы инерции возвратно-поступательно движущихся и вращающихся масс. Суммарные силы и моменты, действующие в кривошипном механизме одноцилиндрового двигателя. Построение диаграмм усилий на поршень, на стенку цилиндра, а также тангенциальных и радиальных усилий на шатунную шейку вала по углу поворота кривошипа. Полярные диаграммы нагрузок на шатунную шейку коленчатого вала и диаграммы износа. Построение кривой суммарного крутящего момента по углу поворота вала для многоцилиндровых двигателей и нахождение наиболее нагруженного колена. Силы и моменты, вызывающие неуравновешенность двигателя. Общие условия уравновешенности и задачи уравновешивания. Уравновешивание центробежных сил. Многоколенные коленчатые валы автомобильных двигателей. Расположение и подбор противовесов для уравновешивания центробежных сил инерции и моментов от этих сил. Статическая и динамическая балансировка вала двигателя. Уравновешивание сил инерции возвратно-поступательно движущихся . Методические указания При изучении вопросов темы следует обратить особое внимание на следующие моменты: • Аналитические зависимости пути, скорости и ускорения поршня от угла поворота коленчатого вала φ являются приближенными зависимостями, так как при переходе от угла β к углу φ учтена неточная формула, а взяты лишь первые два члена бинома Ньютона, что позволяет рассматривать изучаемые величины как сумму только двух гармоник (первого и второго порядка). 3

• Периодические вспышки в цилиндрах двигателя приводят к неравномерности вращения его коленчатого вала даже при постоянной средней частоте вращения, при этом при выводе аналитических зависимостей пути, скорости и ускорения поршня она принимается постоянной d πn =ω= = const. dt 30

Кинематика V – образных двигателей зависит от способа соединения шатунов с кривошипной шейкой коленчатого вала. Существует два основных метода соединения: 1) сдвоенный кривошипный механизм, в котором оба шатуна (левого и правого цилиндров) непосредственно крепятся к одной кривошипной шейке; 2) кривошипный механизм с прицепным шатуном, в котором один шатун соединён непосредственно с кривошипной шейкой (главный шатун), а второй шатун - с нижней головкой главного шатуна (прицепной шатун). Кинематические соотношения сдвоенного кривошипного механизма для каждого ряда цилиндров такие же, как и для центрального кривошипного механизма, если рассматривать каждый ряд в отдельности и отсчет углов φ вести от левого цилиндра, принимая за начало отсчета положение поршня левого цилиндра в в.м.т., а для правого цилиндра от положения кривошипа при нахождении правого поршня в в.м.т. Если же отсчет углов φ вести от вертикальной оси, расположенной между цилиндрами, то в аналитических зависимостях для пути, скорости и ускорения поршня вместо угла φ для левого цилиндра нужно принимать угол (φ + γ) , а для правого цилиндра (φ - γ). Кинематические соотношения в кривошипном механизме с прицепным шатуном имеют сложные зависимости, отличные от центрального механизма. В автомобильных двигателях этот метод соединения шатунов с кривошипной шейкой коленчатого вала встречается редко, поэтому он не рассматривается в данном разделе. Следует внимательно изучить вопросы определения действующих нагрузок в кривошипном механизме, а также суммарных сил и моментов, возникающих от действующих нагрузок в различных элементах кривошипного механизма. [1, с. 336–352; 2, с. 194-197 и 204–250; 3, с.53–55, 90–132 и 138–176] Вопросы для самопроверки 1. Получите аналитическим путем величины пути, скорости и ускорения в зависимости от угла поворота коленчатого вала для выбранной схемы кривошипного механизма двигателя. 2. Каковы особенности смещенного кривошипного механизма и какой величиной он характеризуется? 4

3. Какие схемы кривошипного механизма применяются для V-образных двигателей? 4. Назовите диапазон изменений средних скоростей перемещений поршня и перечислите факторы, влияющие на выбор величины отношения радиуса кривошипа к длине шатуна? 5. Перечислите все действующие в кривошипном механизме силы. 6. Как производится перестроение индикаторной диаграммы в развернутую диаграмму по методу профессора Брикса? 7. Какие суммарные силы действуют на детали кривошипного механизма? 8. Приведите методику построения полярных диаграмм нагрузок на шатунную шейку коленчатого вала двигателя? 9. Какой двигатель считается уравновешенным и каковы общие условия уравновешенности? 10. Какие условия обеспечивают статическую и динамическую балансировку коленчатого вала двигателя? 11. Как осуществляется подбор противовесов для уравновешивания центробежных сил инерции и моментов от этих сил? 12. Как осуществляется уравновешивание сил инерции первого и второго порядков и моментов от этих сил в одноцилиндровом двигателе? 13. Как определяются равнодействующие сил инерции первого и второго порядков и их моментов в многоцилиндровых двигателях? С какой целью уравновешенные валы многоцилиндровых двигателей снабжаются противовесами? Тема 2. Колебательные процессы и равномерность хода двигателя Высокочастотные и низкочастотные вибрации двигателей. Возмущающие факторы. Механические колебания, возбуждаемые при работе двигателя. Методы подавления вибраций. Анализ кривых крутящего момента многоцилиндровых двигателей. Крутильные колебания коленчатого вала. Неравномерность хода двигателя. Меры, обеспечивающие получение требуемой равномерности хода. Подбор маховика автомобильного двигателя из условия трогания машины с места. Методические указания Основное внимание при изучении этой темы необходимо уделить анализу кривых крутящего момента и кривых изменений угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя, различая при этом неравномерность крутящего момента и неравномерность хода. Если неравномерность крутящего момента при установившемся режиме двигателя зависит только от величин давления газов и сил инерции всех вра5

щающихся масс, приведенных к оси вращения коленчатого вала, то величина коэффициента неравномерности хода двигателя всегда меньше коэффициента неравномерности крутящего момента. [1, с. 353-365, 467; 3, с. 133-137] Вопросы для самопроверки 1. Что называется коэффициентом неравномерности крутящего момента? Как он изменяется с увеличением числа цилиндров? 2. Что вызывает колебания угловой скорости вращения коленчатого вала? Что называется неравномерностью хода двигателя? 3. Чем вызываются крутильные колебания коленчатого вала? Какие типы гасителей крутильных колебаний применяются на автомобильных двигателях? 4. Из каких соображений выбираются моменты инерции маховиков? Тема 3. Конструкция и расчет деталей автомобильного двигателя Особенности конструкции автомобильных карбюраторных двигателей и дизелей. Определение основных размеров двигателя по данным теплового и динамического расчетов. Последовательность проектирования двигателей. Выбор расчетных режимов для различных типов двигателей. Циклические нагрузки. Допускаемые напряжения. Усталостная прочность. Определение запасов прочности при переменных нагрузках и при сложном напряженном состоянии. Конструкции цилиндровых блоков, гильзы, их типы и применяемые материалы. Уплотнение газового и водяного стыков. Повышение износостойкости деталей двигателя. Схемы коленчатых валов и способы их подвески. Головки цилиндров. Конструктивные особенности и применяемые материалы. Оребрение при воздушном охлаждении головок цилиндров. Условия работы и нагрузки на детали поршневой группы. Поршни, их конструктивные формы, применяемые материалы. Тепловая напряженность поршней и мероприятия для отвода тепла от днища поршня. Поршневые кольца. Применяемые конструкции колец и материалы. Поршневой палец. Способы сочленения с поршнем и верхней головкой шатуна. Фиксация пальца от осевых перемещений. Определение основных размеров пальца из условий прочности. Методы повышения прочности и износостойкости. Проверочные расчеты наиболее нагруженных элементов деталей. Конструкции шатунов автомобильных двигателей. Условия работы и основные требования, предъявляемые к ним. Методика расчета шатунов. Выбор опасных сечений. Вкладыши, крышки и болты кривошипной головки шатуна. Применяемые материалы. Методы упрочнения шатунов. Коленчатые валы и их элементы. Условия работы и основные требования, предъявляемые к ним. Факторы, влияющие на форму коленчатого вала. Уплот6

нение концов коленчатого вала. Крепление маховика и шестерен привода навесных агрегатов (механизмов). Подшипники коленчатого вала и их конструкции. Удельные давления на шейки вала. Применяемые материалы. Методы проверки на прочность с учетом усталости материала. При изучении вопросов темы необходимо знать особенности конструкций автомобильных двигателей и область их применения. Четко представлять последовательность начальных стадий проектирования двигателя и используемых методик проверочных расчетов на прочность основных деталей. Расчет деталей производится для нескольких режимов двигателя. Необходимо обосновать выбор расчетного режима исходя из данных технического задания. Учитывая тенденции развития автомобильных двигателей в направлении неуклонного увеличения их скоростного режима, необходимо уметь проводить расчеты на прочность с учетом изменяющихся нагрузок по теории усталостной прочности. Усталостная прочность деталей двигателя зависит от характера изменения нагрузки; пределов усталости

σ −1 , σ −1 p , τ −1 (соответственно при из-

гибе, растяжении-сжатии, кручении) и пределов текучести σ т , τ т материала детали; от самой детали (её размеров, механической и термической обработки, упрочнения поверхности). В зависимости от характера изменения нагрузки в детали возникают напряжения, которые изменяются по симметричному, асимметричному или пульсирующему циклам. Характеристиками каждого цикла являются: максимальное

σ max и минимальное σ min напряжения, среднее напряжение σ m , амплитуда σ min . σ max При переменных нагрузках за опасное напряжение принимается предел усталости (выносливости) или предел текучести. Выбор соответствующего предела при расчете деталей определяется в зависимости от асимметрии цикла напряжений. При возникновении в детали нормальных или касательных напряжений, удовлетворяющих условию цикла σ a и коэффициент асимметрии цикла r =

σa σm

>

βσ − ασ 1 − βσ

или

τa β − ατ > τ , τm 1 − βτ

(1)

расчет производится по пределу усталости (выносливости). При возникновении в детали напряжений, удовлетворяющих условию σa σm

<

βσ − ασ 1 − βσ

или

τa β − ατ < τ , τm 1 − βτ

(2)

расчет производится по пределу текучести. В выражениях (1), (2) величины βσ и βτ представляют отношение предела усталости при изгибе или кручении к пределу текучести βσ

τ −1 σ −1 = σ Τ или βτ = τ т ,

(3) 7

а ασ и ατ − соответственно коэффициенты приведения асимметричного цикла к равноопасному симметричному циклу при нормальных и касательных напряжениях. Значения ασ и ατ для сталей с различными пределами прочности приведены в табл. 1. Предел прочности σв, МН/м2 35–45 45–60 60–80 80–100 100–120 120–140 140-160

Таблица 1 Кручение

Изгиб

Растяжение-сжатие

ασ

ασ

ατ

0,06–0,10 0,08–0,13 0,12–0,18 0,16–0,22 0,20–0,24 0,22–0,25 0,25–0,3

0,06–0,08 0,07–0,10 0,09–0,14 0,12–0,17 0,16–0,20 0,16–0,23 0,23–0,25

0 0 0–0,08 0,06–0,10 0,08–0,10 0,10–0,18 0,18–0,20

При отсутствии данных для решения уравнений (1), (2) запас прочности деталей определяется по пределу усталости (выносливости) и пределу текучести. Из двух полученных значений прочность оценивается по меньшему коэффициенту. Влияние на усталостную прочность детали её формы, размеров и качества обработки поверхности учитываются следующими величинами: • коэффициентами концентрации напряжений: теоретическим αкσ и эффективным кσ; • масштабным коэффициентом εм; • коэффициентом поверхностной чувствительности εп. Значения теоретического коэффициента концентрации напряжений αкσ для ряда наиболее распространенных концентраторов приведены в табл. 2. Таблица 2 Вид концентратора напряжений Полукруглая выточка при отношении радиуса к диаметру стержня: 0,1 0,5 1,0 2,0 Галтель при отношении галтели к диаметру стержня: 0,0625 0,125 0,25 0,5 Переход под прямым углом Острая V-образная выточка (резьба) Отверстия при отношении диаметра отверстия к диаметру стержня от 0,1 до 0,33 Риски от резца на поверхности изделия

Связь между коэффициентами αкσ и женной зависимостью: 8

αкσ 2,0 1,6 1,2 1,1 1,75 1,50 1,20 1,10 2,00 3,0–4,5 2,0–3,0 1,2–1,4

кσ выражается следующей прибли-

кσ

= 1 + q (αкσ – 1), (4) где q коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений. Он изменяется в пределах 0 ≤ q ≤ 1. Величина q зависит в основном от свойств материала^ для чугуна q = 0; для конструкционных сталей q = 0,6–0,8; для высокопрочных легированных сталей q ≈ 1,0. При отсутствии в рассчитываемой детали резких переходов и при качественной обработке поверхности единственным фактором концентрации напряжений является качество внутренней структуры материала. В этом случае эффективный коэффициент концентрации определяется по формуле Кσ = 1,2 + 0,2

(σ в − 400) , 11 000

(5)

где σв – предел прочности, МН/м2. Значения масштабных коэффициентов εмσ и εмτ для двигателей с различными размерами и изготовленных из конструкционных сталей – в табл. 3. Таблица 3 Масштабные коэффициенты

10

10х15

15х20

20х30

30х40

40х50

50х100

100х200

εмσ

1,0

1,0-0,95

0,95-0,9

0,9-0,85

0,85-0,80

0,80-0,75

0,75-0,65

0,65-0,55

εмτ

1,0

1,0-0,94

0,94-0,88

0,88-0,83

0,83-0,78

0,76-0,72

0,72-0,60

0,60-0,50

Размеры деталей, мм

Для деталей размером меньше 10 мм значения εмσ и εмτ могут достигать 1,1–1,2. Значения коэффициентов поверхностной чувствительности εпσ и εпτ для различных состояний поверхности в табл. 4. Вид обработки или поверхностного упрочнения

Таблица 4 εпσ ≈ εпτ

Полирование без поверхностного упрочнения Шлифование Чистое обтачивание Грубое обтачивание Без обработки и без поверхностного упрочнения Обдувка дробью Обкатка роликом Цементация Закалка Азотирование

1,0 0,87–0,85 0,94-0,80 0,88-0,60 0,76-0,50 1,1-2,0 1,2-2,2 1,2-2,5 1,2-2,9 1,2-3,0

С учетом влияния концентрации напряжений, размера и качества обработки поверхности деталей их запасы прочности определяются из уравнений: 9

при расчете по пределу усталости (выносливости)

nσ = и

σ −1 σ ak + ασ m

τ −1 τ ak + ατ τ m , к =σa σ ε мε п

(6)

nτ =

(7)

σ ak

(8)

и

τ ak = τ a

кτ

ε мε п

,

(9)

при расчете по пределу текучести

nТσ =

nтτ =

σТ

σ ak + σ т ,

(10)

τт τ ak + τ m .

(11)

При сложном напряженном состоянии общий запас прочности детали при совместном действии на неё касательных и нормальных напряжений определяется из выражения nσ nτ n= , (12) n 2 σ + n 2τ где nσ и nτ – частные коэффициенты запаса прочности. Для определения минимального общего запаса прочности следует в формулу (12) подставить минимальные значения nσ и nτ . Величина допустимого значения запаса прочности устанавливается в зависимости от требований надежности и ресурса с учетом качества материала, вида деформаций, условий работы, конструкций, характера действующих нагрузок и других факторов. Методические указания При изучении конструкции цилиндровой группы, поршневой и шатунной, коленчатого вала основное внимание необходимо уделять требованиям, предъявляемым к конструктивным элементам автомобильных двигателей. Необходимо также обратить внимание на конструктивные усовершенствования, 10

направленные на снижение веса, на увеличение срока службы и на создание лучших условий при эксплуатации автомобильных двигателей. [1, стр. 336-484; 3, стр. 177-282] Вопросы для самопроверки 1. Чем определяется выбор типа двигателя? Какие значения S/D применяются в современных карбюраторных двигателях и почему? 2. Какие размеры и параметры двигателя определяются на основании теплового и динамического расчетов? 3. Какие режимы работы карбюраторных двигателей и дизелей принимаются за расчетные и почему? 4. Какова последовательность расчета детали при переменных нагрузках? Какие факторы учитываются при определении запаса прочности детали, подвергающейся воздействию переменных нагрузок? 5. Каковы преимущества и недостатки сухих и мокрых гильз? Какие конструктивные усовершенствования применяются для уплотнения газового стыка? Перечислите существующие методы повышения износостойкости гильз. 6. Чем определяется конструкция головки цилиндров? 7. Как подсчитать максимальную расчетную силу, действующую на шпильку? 8. Какие требования предъявляются к поршню? Какие преимущества и недостатки имеют поршни из алюминиевых сплавов по сравнению с чугунными? 9. Как определяется удельное давление поршня на стенку цилиндра? Чем определяется износостойкость поршня? 10. Перечислите основные требования, предъявляемые к поршневым кольцам. Кольца с каким профилем имеют лучшую приработку? Какие материалы применяют при изготовлении поршневых колец? 11. На какие виды нагрузок рассчитывается поршневое кольцо? 12. В каких пределах изменяется величина среднего удельного давления кольца автомобильных двигателей? 13. Перечислите основные конструкции поршневых пальцев. Какие материалы применяются для изготовления поршневых пальцев? 14. Какие напряжения и от каких сил возникают в пальце при работе двигателя? 15. Охарактеризуйте основные виды шатунов автомобильных двигателей. 16. Какие формы поперечных сечений стержня шатуна применяются в автомобильных двигателях и почему? Для каких сечений стержня шатуна определяются запасы прочности и как они подсчитываются? 17. Какие требования предъявляются к кривошипной головке шатуна? 18. Как фиксируются крышки кривошипных головок от поперечных смещений? 11

19. Какими силами нагружается крышка кривошипной головки шатуна и в каком опасном сечении она рассчитывается? 20. Какой материал применяется для изготовления тонкостенных и толстостенных вкладышей? Как определяется расчетная сила, растягивающая шатунный болт? Чем достигается повышение надежности работы шатунных болтов? 21. Какой вал называется полноопорным? Какие преимущества и недостатки имеют литые валы? Какими конструктивными и технологическими мероприятиями достигается упрочнение коленчатого вала? 22. Какие силы и моменты действуют на шатунные и коренные шейки и какие напряжения они в них вызывают? Как оцениваются размеры шеек по допустимым напряжениям и запасам прочности? 23. Как определяется общий запас прочности щеки коленчатого вала от изгиба и кручения. Тема 4. Конструкция и расчет деталей механизма газораспределения автомобильного двигателя Классификация различных механизмов газораспределения и их сравнительная оценка. Требования, предъявляемые к конструкции органов газораспределения. Клапанные механизмы и их элементы. Клапаны, их типы, число на цилиндр, размещение и конструктивные формы. Основные размеры клапанов. Определение диаметра клапана, проходного сечения и высоты подъема. Выбор фаз газораспределения. Направляющие втулки. Конструкции впускных и выпускных трубопроводов. Влияние конструкции механизма газораспределения на рабочий процесс двигателя. Кулачковые валы и их конструктивное исполнение. Проектирование кулачков гармонического профиля. Кинематика и динамика клапанного механизма с плоским толкателем. Силы, действующие в клапанном механизме. Приведенная масса. Зазоры в клапанном механизме. Клапанные пружины. Подбор характеристики клапанной пружины и определение её размеров в соответствии с динамикой клапанного механизма и типом двигателя. Расчет на прочность механизма газораспределения: кулачкового вала, пружины клапана, штанги толкателя и др. Методические указания При изучении этой темы рекомендуется основное внимание обратить на взаимосвязь конструктивных и расчетных параметров газораспределения с основными технико-экономическими показателями двигателя. Необходимо усвоить, что конструкция системы газораспределения должна обеспечить фактическое получение целого ряда параметров, которые условно принимались за исходные при проведении теплового расчета двигателя. [1, стр. 484–517; 3, стр. 289–306] 12

Вопросы для самопроверки 1. Какие механизмы газораспределения применяются для карбюраторных двигателей и дизелей? Каковы преимущества и недостатки механизма газораспределения со смешанным расположением клапанов? Что достигается установкой на каждый цилиндр нескольких одноименных клапанов? 2. Как влияет число и расположение клапанов на коэффициент наполнения и на величину допустимой степени сжатия? Как влияет на коэффициент наполнения расположение впускных и выпускных трубопроводов? 3. Какие требования предъявляются к конструкции впускных и выпускных клапанов? Как крепятся вставные седла? 4. Каковы преимущества и недостатки различных типов привода к кулачковому валу? Как осуществляется фиксация кулачкового вала в осевом направлении? Как работают беззазорные гидравлические толкатели? Как определяется время-сечение клапана по кривой подъема клапана? 5. Как изменяются скорость, ускорение и сила инерции клапана при его работе? Какие профили кулачков возможны при работе с плоскими толкателями? Как строятся профили выпускного гармонического кулачка? 6. Как определяются путь, скорость и ускорение плоского толкателя при движении по кулачку, очерченному дугами двух радиусов? 7. Как осуществляется приведение масс в клапанном механизме с коромыслом? Какие силы действуют в клапанном механизме? 8. Как построить характеристику пружины? Для какой цели клапанные пружины изготавливаются коническими или с переменным шагом? 9. Как определяется прогиб кулачкового вала и в каких пределах он допускается? На что рассчитывается толкатель? Тема 5. Система смазки двигателя Назначение и основные виды систем смазки автомобильных двигателей, а также требования, предъявляемые к ним. Расчет подшипников скольжения коленчатого вала (тепловой и надежности). Расчетные режимы и расчетная нагрузка на подшипники. Место подвода масла к подшипникам. Определение количества циркулирующего масла в системе и необходимой емкости системы. Элементы системы смазки и их конструктивные разновидности. Схемы подвода масла к деталям движения. Определение размеров масляного насоса. Масляные фильтры. Центробежные фильтры и их характеристики. Масляные радиаторы и их установка на двигателе. Расчет 13

поверхности масляных радиаторов. Редукционные и перепускные клапаны в системе смазки. Конструктивные мероприятия по снижению расхода масла. Методические указания При изучении данной темы основное внимание следует уделить выбору параметров системы смазки и требованиям, предъявляемым к ней. Необходимо приобрести знания по выбору типа фильтрующих элементов и требованиям к ним в реальных условиях эксплуатации. Следует знать факторы, определяющие расход масла на угар и конструктивные мероприятия, направленные на его снижение. [1, с. 517–532; 3, с. 307–320] Вопросы для самопроверки 1. Какие схемы систем смазки применяются в современных автомобильных двигателях? Какие детали смазываются под давлением? Какие системы смазки называются системами «с сухим картером»? 2. Какие виды трения возникают в автомобильных двигателях? 3. Как определяется количество тепла, выделяющегося в подшипнике? Какое влияние оказывает масса противовеса на подвод масла к коренным и шатунным подшипникам? 4. Как подсчитывается производительность масляного насоса и мощность, затрачиваемая на его привод? 5. Какие фильтры применяются в системах смазки? 6. Для какой цели применяются масляные радиаторы? Как рассчитывается радиатор? Тема 6. Система охлаждения двигателя Общие требования к конструкции системы охлаждения автомобильных двигателей. Сравнительная оценка системы воздушного и жидкостного охлаждения. Методы снижения шума осевых вентиляторов системы воздушного охлаждения. Элементы жидкостного и воздушного трактов систем охлаждения. Определение количества тепла, отводимого от двигателя охлаждающей жидкостью. Расчет и выбор основных элементов: радиатора, вентилятора и водяного насоса. Методы поддержания температурного режима двигателя. Конструкции термостатов, отключающих муфт вентиляторов. Работа системы охлаждения в зимних условиях. Устройства подогрева и их конструкции. Методические указания При изучении вопросов, связанных с охлаждением двигателя, необходимо использовать знания по тепловому балансу и оценить долю тепла, отводи14

мую в систему охлаждения. Анализ и выбор типа системы охлаждения следует производить после изучения данных прототипа. [1, с. 533–548; 3, с. 321–335] Вопросы для самопроверки 1. Какими параметры оценивается совершенство системы охлаждения? 2. Какие преимущества и недостатки жидкостного и воздушного способов охлаждения? 3. От каких факторов зависит доля тепла, отводимого в охлаждающую жидкость, и как она определяется? 4. Как осуществляется подбор вентилятора? 5. Как поддерживается температурный режим двигателя? Тема 7. Общая компоновка и перспективы развития автомобильных двигателей Обзор схем компоновки и анализ конструкций современных автомобильных двигателей. Их энергетические, габаритные, массовые, экономические и акустические показатели. Тенденции развития отечественных автомобильных двигателей. Многотопливные двигатели. Методические указания При изучении этой заключительной темы курса «Автомобильные двигатели» следует ознакомиться с периодической отечественной и зарубежной литературой, связанной с конструированием и эксплуатацией автомобильных двигателей. [1, с. 336–373] Вопросы для самопроверки 1. Перечислите основные классификационные признаки автомобильных двигателей и перечислите основные виды по конструктивному исполнению. 2. Назовите основные показатели автомобильных двигателей, по которым оцениваются их совершенство и экономичность. 3. Как определяются виброакустические показатели автомобильных двигателей? 4. Каковы тенденции по применению короткоходных двигателей? 5. В чем заключается необходимость разработки и применения многотопливных двигателей?

15

Список литературы 1. Архангельский В. М. и др. Автомобильные двигатели, / Под общ. ред. М. С. Ховаха. М.: Машиностроение, 1977. 591 с. 2. Артамонов М. Д., Панкратов Г. П. Теория, конструкция и расчет автотракторных двигателей. М.: Машиностроение, 1963. 520 с. 3. Колчин А. И., Демидов В. П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. М.: Высш. шк., 1971. 400 с. 4. 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. унта, 2002. – 35 с.

Оглавление ПРОГРАММА КУРСА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 РАЗДЕЛ Ш. КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ . . . . . . . . . . . . . . . .4

Тема 1. Кинематика и динамика двигателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 4 Тема 2. Колебательные процессы и равномерность хода . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Тема 3. Конструкция и расчет деталей автомобильного двигателя. . . . . . . 7 Тема 4. Конструкция и расчет деталей механизма газораспределения автомобильного двигателя . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Тема 5. Система смазки двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Тема 6. Система охлаждения двигателя

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Тема 7. Общая компоновка и перспективы развития автомобильных двигателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .

16

3

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Программа и методические указания к изучению курса для студентов специальности 150500 «Автомобили и автомобильное хозяйство» заочной формы обучения

Басаргин Владимир Данилович

Главный редактор Л. А. Суевалова Редактор Е. Н. Ярулина Компъютерная верстка В. Д. Басаргина Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 020526 от 23.04.97 Подписано в печать 21.03.02. Формат 60Х84 1/16. Бумага писчая. Гарнитура «Таймс». Печать офсетная. Усл. Печ. л. , . Уч - изд. л. , . Тираж 100 экз. Заказ . С27. Издательство Хабаровского государственного технического университета. 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136. Отдел оперативной полиграфии института издательства Хабаровского государственного технического университета. 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136. © Издательство Хабаровского государственного технического университета, 2002

17

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Хабаровск. 2002