VÝPOČET HLAVNÍCH ROZMĚRŮ ČTYŘTAKTNÍHO SPALOVACÍHO MOTORU

Transkript

1 Pítový alovací troj je teelný otor, kde e čát energie vzniklá álení aliva řeění v tlakovou energii. Tato energie oocí vhodného echaniu e ění v echanickou energii. Jako nejoužívanější echaniu k řeěně tlakové energie na echanickou, e v oučané době oužívá klikový echaniu. Přeěna energie e děje zěnai tavu lynu, které tvoří tzv. teelný oběh. Blížíš údaje viz TERMOMECHANIKA PAR A PLYNŮ. Bližší údaje o teelných otorech jou v dooručené literatuře. VÝPOČET HLAVNÍCH ROZMĚRŮ ČTYŘTAKTNÍHO SPALOVACÍHO MOTORU Jako vtuní hodnoty ři výočtu bývají ožadovaný výkon otoru (kw), a jeho otáčky (1/). Z těchto hodnot také vychází základní výočet. Je jané, že lze výočet také oběnit, že nař. z růěru ítu, očtu válců, tředníu tlaku atd. ůžee zae určit výkon. Při odvození rovnic ro tanovení hlavních rozěrů otoru vycházíe z náledujících vztahů. Pro výkon latí W. P. v t t Kde S π. D 4 ítu ítu.. Vzhlede ke kutečnoti, že hodnota tlaku lynu e ři ohybu ítu ění, zavádíe tzv. tř. Určení této hodnoty je na základě tzv. Indikátorových diagraů. Platí tedy π. D 4 ítu. tř. Vzhlede k tou, že i okažitá rychlot ítu e ění v záviloti na okažité velikoti úhlu natočení kliky klikového hřídele, zavedee tzv. třední rychlot ítu v tř. Při otočení klikového hřídele o jednu otáčku, urazí ít dráhu krát zdvih L. Toto e odehraje za jednu ekundu tolikrát, kolik á hřídel otáček za ekundu. Platí tedy v tř. L. f ( / )

2 Pro výkon tedy áe rovnici P W t π. D 4 ítu. itř.. L f U čtyřtaktního otoru je jen jeden takt racovní, to znaená, že na dvě otáčky řiadá jen jeden racovní takt. Dotanee tedy jen čtvrtinu tohoto výkonu. P 4takt π. D 4 ítu. 4 tř.. L f Pokud bude ít otor více válců, tak celkový výkon bude vynáoben očte válců i. P π. D ítu. tř.. L f 4 4takt. 4 Pokud zavedee oučinitel λ L/D L λ.d Pro oučinitel λ L/D latí i λ >1 λ 1 λ <1 Nadčtvercový otor čtvercový otor odčtvercový otor Po doazení obdržíe P π. D 4 ítu. tř.. λ. D. f. i 4 π. D 3 ítu. tř 8. λ. f. i D ítu 3 π. tř 8. P. λ. f. i Další rozěr odvodíe z náledujícího vztahu L λ.d ítu Tí áe dva základní rozěry ro návrh uvedeného otoru Pro výočty uvádíe náledující dooručené údaje. Je nutno k těto dooručený hodnotá řituovat vědoí, že technický vývoj v oboru alovacích otorů udělal velký vývojový kok. Většina těchto údajů ůže být již v dnešní době odtatně jiná. Proto je nutno i zjitit uřeňující hodnoty v nejnovější technické literatuře, nebo rotřednictví Internetu. Je ale kutečnotí, že tyto

3 hodnoty e íše zjití v otoritických čaoiech než u výrobců. Tito uvedené údaje ovažují za firení tajetví. Dooručení ro výočet. Hlavní určující rozěry jou Dítu a zdvih L. Při výočtu obvykle vycházíe z ožadovaného výkonu a druhu otoru. Počet válců. Čí je očet válců větší, tí je chod otoru ravidelnější, lée e ouští a vyvažuje. Má také enší rozěry a tí i enší hotnot. Pochoitelně jou i vyšší výrobní náklady a tí i cena. Volba oučinitele λ Pro zážehový otor e dooručuje λ 0,6 až 1,1 Pro vznětový otor e dooručuje λ 0,9 až, Čí je oučinitel λ enší, tí je vrtání válců větší. Lze tedy oužít více ventilů. Je také enší třední rychlot ítů a klikový echaniu á větší tuhot. Volba očtu otáček Se vzrůtající očte otáček dochází ke zenšení rozěrů otoru a tí i hotnoti. Pochoitelně je zde vyšší ožadavek na řenot výroby, vyvážení klikového echaniu, ložika a chlazení. Volba třední ítové rychloti Nižší rychloti ítu nižují etrvačné íly v klikové echaniu, naáhání klikového echaniu. DRUH MOTORU OTÁČKY f(1/) otocyklové 80 až 150 oobní autoobily 60 až 90 zážehové nákladní autoobily 50 až 70 vznětové nákladní autoobily 30 až 50 ortovní vozidla 150 až 300 traktory 15 až 30

4 DRUH MOTORU v tř ( /) Stacionární oaluběžné 4 až 6 Stacionární rychloběžné 6 až 8,5 Oobní autoobily 8 až 15 Nákladní autoobily 7 až 13 Traktory 5 až 7,5 Sortovní a závodní vozy 18 až Letecké otory 10 až 15 DRUH MOTORU P tř (MPa) Vozidlové zážehové čtyřdobé 0,4 až 0,9 Vozidlové vznětové čtyřdobé 0,6 až 0,8 Vozidlové vznětové čtyřdobé řelňované 1 až 1,5 Dvoudobé zážehové 0,4 až 0,5 Dvoudobé vznětové 0,3 až 0,4 Dvoudobé vznětové řelňování 0,6 až 0,9 Příklad: Určete hlavní rozěry, čtyřválcového čtyřdobého zážehového otoru ro výkon P 35(kW) a otáčky f75 (1/). D ítu 8. P. λ. f. i π. 0, π. tř 57,05 JE VHODNÉ PRO OPAKOVANÉ VÝPOČTY POUŽÍT TABULKOVÝ PROCESOR EXCEL.

5 D Určete hlavní rozěry, čtyřválcového, čtyřdobého zážehového otoru ro výkon P 35 (kw) a otáčky f75 (1/). DALŠÍ OPAKOVANÉ ZADÁNÍ DÁNO: P(Kw) f (1/) λ ( - ) 1 0,8 0,9 i ( - ) tř (MPa) 0,8 0,9 0,91 VYPOČTENO: D ítu () 57,05 64,5 70,46 L () 57,05 51,40 63,41 ZVOLENO: 4. P ,05( ) π.. λ. f. i π. 0, ítu tř D ítu () L () Z UVEDENÉHO JE ZŘEJMÁ VELKÁ VÝHODA VÝPOČTŮ V TABULKOVÝCH PROCESORECH. NASKÝTÁ SE ZDE MOŽNOST POMOCÍ OPAKOVANÝCH VÝPOČTŮ, ZVOLIT OPTIMÁLNÍ HODNOTU. Píty a řílušentví. Vlatní racovní rotor ítového troje je tvořen válce, víke válce a ohyblivý íte. Dle troje na ít tlačí tlak edia, ít vykonává vratný ohyb a řenáší jej na další členy klikového hřídele. Pochoitelně tento echaniu ůže racovat jako otor, kde říčinou ohybu je tlak edia na ít, nebo jako čerací agregát (čeradlo, koreor ), kde říčinou ohybu je otáčivý ohyb klikového hřídele, který je vyvolán jiný zdroje rotačního ohybu. Vzhlede k tou, že tvary ítů a jejich ateriály e ění dle druhu troje, budee e zabývat jen tí, co je vše olečné. Títo bezeoru jou ítní čey, které zrotředkovávají řeno íly z ítu na ojnici či naoak.

6 Pítní če Pítní če řenáší nejen ílu vznikající vlive tlaku edia na ít, ale také etrvačné íly, které vznikají vlive funkce klikového echaniu. Pítní če e kontroluje: kde M Wo a) na ohyb M o σ o σ W o o 1 10 imax d Do lo b 4 4 d d 4 1 b) na otlačení v ojniční oku imax 1 D 1 D1 30 až 60 d. b MPa c) na otlačení v okách ítu imax D D1 0 až ( l e). b 50 MPa Je ochoitelné, že uváděné hodnoty dovolených tlaků jou orientační. Skutečné hodnoty je třeba zjitit na základě výledně zvolených ateriálů. Pítní kroužky Nejčatěji e íty utěňují kovovýi rozříznutýi kroužky, které aočinně tění. Pítní kroužky e dělí na: a) těnící, zaezující ronikání lynů z racovního rotoru nad íte do rotoru klikové kříně b) tírací, zaezující ronikání oleje z rotoru klikové kříně do racovního rotoru, roouští jen alé nožtví oleje k azání kluzné lochy válců. Rozěry kroužků e volí odle ČSN. Pro návrh louží tyto vzorce

7 t (1/ 5 až 1/ 30) v (0,6 až 0,8) t D Ojnice Sojuje ítní če klikový čee. Skládá e ze dvou ojničních hlav ( klikové a ítní ) a dříku. Hlavy ohou být dělené nebo uzavřené. Mohou být vybaveny kluznýi nebo valivýi ložiky. Pevnotní výočet. Ojnice je naáhána tlake lynů ve válci, etrvačnou ilou na tah, tlake lynů na vzěr a odtředivou ilou na ohyb. U dvojčinných trojů ještě řituuje naáhání tlake lynů na tah. Volíe tvar růřezu dříku ojnice. Stanovíe jeho Jx, Jy a S. Na základě teorie vzěrné evnoti určíe l red. v řílušných rovinách. Štíhlotní λ l kde l red v rovině v rovině kolé na rovinu kyvu l i red je redukovaná délka ojnice J S / i oěr kyvu l red l oloěr etrvačnoti red l / a) Pro λ<60 kontrolujee růřez dříku na rotý tlak σ d S omax σ Dd 1 σ 5 Pt b) Pro λ60 až 105 e kontrolujee růřez dříku na vzěr odle Tetajera omax Dvz σ S k Pvz T c) Pro λ< 105 e kontrolujee růřez dříku na vzěr odle Eulera v rovině kyvu ojnice v rovině kolé na rovinu kyvu omax omax Dvz x Dvz y π E Jx k l E 4π E Jx k l E ojnice

8 Kde J x a J y jou kvadratické oenty růřezu k oá x a y. k T a k E oučinitelé bezečnoti ( 6 až 60 dle odínek) d) Kontrola dříku ojnice na ohyb vlive odtředivé íly Za ředokladu, že růřez dříku e o délce říliš neění je rozdělení íly odél ojnice trojúhelníkového tvaru. Síla naáhající ojnici na ohyb ůobí v těžišti trojúhelníka. c S l ρ r ω kde S l r růřez dříku ojnice ( délka ojnice ( ) oloěr kliky ( ) ω úhlová rychlot kliky (1/ ) ρ hutota ojnice ( kg / Ohybový oent v libovolné ítě ojnice: 3 ) ) Návrh a kontrolní výočet klikového echaniu. Na obrázku je znázorněn řez čáti klikového echaniu označení rozěrů důležitých ro další výočet. Vzhlede k tou, že zatí neáe dné odklady o hotnoti jednotlivých dílů, budee zatížení určovat jen na základě tlaku na ít.

9 KONTROLA PÍSTNÍHO ČEPU NA OHYB PÍSTU ax. S ítu ax. π. D ítu / (N) l 0 (l čeu + e)/ 35,5 () W O π /3(D 4 č - d 4 č)/d č ) 518,01 ( 3 ) M O PÍSTU /. ( lo/ - b/4 ) 79698,3 (N) σ O M O / W O 153,85 (Ma) ojn.čeu/(dč. b ) 40,5 (Ma) ít.oka/(d č.(l čeu-e)) 17,41 (Ma) ojnice-klik.hř /(D 1.L ) 7,73 (Ma) Předokládaný otu výočtu dříku ojnice

10 Nejrve je tanovili základní rozěry ojnice, nyní e budee věnovat volbě dříku ojnice. Vzhlede ke zůobu uložení ok ojnice, je dle teorie vzěru rozdílný zůob uchycení těchto ok v dvou na ebe kolých rovinách

11 Z vyobrazení je zřejé, že v říadě ouěrného růřezu dříku (nař. kruhový růřez ), by tuhot dříku ve ěru ( dle B ) byla čtyřikrát větší než v rovině kolé na tento ěr. Je celá řada vhodných růřezů, které jou navrženy tak, aby lňovali odínku tejné tuhoti v obou hlavních rovinách kyvu ojnice. Zvolíe i náledující tvar.

12 Vzhlede k tou, že výočet oocí Steinerovy věty většině tudentů ůobí neřekonatelné otíže, je zvolen otu, kdy výledný obrazec rozdělíe do dílčích obrazců, kteří ají těžiště lochy na řílušné oe k které tanovujee kvadratický oent lochy. Z náledujícího obrázku je otu zřejý 1)Určení kvadratických oentů růřezů k oá A a B J A 193,0 J B 497,00 )Porovnání tuhoti ojnice v obou rovinách J A /J B 3,887 3)Určení štíhlotního oěru ojnice v obou rovinách S ( ) 84 i A (J A /S) 0,5 4,80 i B (J B /S) 0,5,43 l ojnice 110 lred A 110 lred B 55 λ A lred A / i A,94 λ B lred B /i B,61 4)kontrola naáhání dříku ojnice na tlak σd ítu /S 138,01 Po vyodelování jednotlivých oučátí klikového echaniu, je ožno určit jejich hotnoti, olohy jejich těžišť a další otřebné hodnoty ro určení dynaického chovaní echaniu.

13 Základní vztahy ro ohyb klikového echaniu Dráha ítu v libovolné ítě x r. kde α ω. t tča ( 1 coα ) r oloěr kliky ( ) r 1 1 λ ( ro rychloběžné otory, do u l 3,5 5 l délka ojnice α úhel natočení ω úhlová rychlot 1 ± λ.in α kliky Pro výočet oužijee tab. roceor EXCEL. oaloběžných Muíe i nejrve tanovit čaový úek, který bude základní araetre tabulky. Vzhlede k tu, že budee chtít, abycho ěli hlavně údaj na točení úhlu kliky, vyjdee z náledující úvahy Klika e ná otočí za jednu ekundu f krát (f(1/)). Tí urazí celkový úhel φ. Pokud chcee. Aby úhlový úek byl nař. 5, uíe rovét náledující výočet Φ f. 360 ( / ) t (1 ) t ψ t. ψ ( ) f (1 ) ča za který e klika otočí o α 1 kde ψ je ožadovaná velikot kroku natočení kliky Mějte tedy ožadavek na výočet růběhu dráhy o kroku 5, kdy ž f 0 (1/) Φ t ča za který e klika otočí o α 1 t (1 ) f ( ψ ) kde , () t (1 ) ( / ). 5 0, , () je ožadovaná velikot kroku natočení kliky

14 Po těchto úvodních výočtech, ůžee řitouit k výočtů oocí tabulky v EXCELU. Nejrve narograujee růběh dráhy ítu Z tabulky je zřejé, že algoritu výočtu e od řádku 18 oakuje. Takže tačí narograovat řádky až 18. Poto další řádky vytvoříe koírování řádku 18. Obdobně zíkáe další tabulku ro výočet rychloti ítu

15 a další tabulku ro výočet zrychlení ítu. Na základě zíkaných hodnot, ůžee řitouit k řešení dynaiky klikového echaniu. Dále jou ro vaši kontrolu uvedeny výledky výočtu: Dráha ítu-výočet

16 Dráha ítu-graf Rychlot ítu-výočet

17 Rychlot ítu-graf Zrychlení ítu-výočet

18 Zrychlení ítu-graf

19 Silové oěry v klikové echaniu Síla na ít vlive tlakového edia D i π 4 kde D růěr ítu ( ) tlak lynu ůobící na ít ( Pa)

20 Setrvačná íla ouvných hot ( ) ojnice čáti e oouvající hotnot křižáku hotnot tyče ítní hotnot kroužků a čeu ít včetně ítu hotnot hot ouvných hotnot a o k t o k t

21 Odtředivá íla rotujících hot Zde uíe těleo kliky rozdělit na eleenty a určit jejich hotnoti i a vzdálenot r i od oy otáčení r ω hotnot rotujícíchčátí klik. echaniu hotnot r oloěry těžišť i c c c r i or c + i ri r hotnot rotujícíchčátí ω π f r or hotnot zaloenéčáti klik. hřídele redukovaná na oloěr kliky r jednotlivýchčátí jednotlivýchčátí úhlová rychlot zaloení ojnice kliky zaloení kliky Pro rychloběžné alovací otory bývá o 0,3 o, or 0,7 o, kde o je hotnot koletní ojnice

22 Výledná íla na ít + +. g i g e uvažuje jen u tojacích trojů Rozklad íly na ítní čeu norálová íla n tgβ zachycena těnou válce íla v ojnici o co β o 1,0

23 Síly na klice ).in( tangenciální ).co( radiální β α β α + + o t o r Vyvažování hot ouvných vývažku hotnot z r řádu íly etr Zanedbáe in ložek do rozložíe z ilu etrvačnou vyvažující závaží íla odtředivá r a íly etrvačné Vyvažování il odtředivých vyvážení ro vývažku hotnot je z r z r íly odtředivé Vyvažování z z Ch cz c c cz cz c c α ω α ω α ω α ω ω α λ α ω ω ω co co.. z ložku vertikální co z ložku horizontální.. ) co (co / z Cv z Ch ±

24 Nevyvážená ložka Cv e u vertikálních trojů zachycuje základovýi šrouby. U horizontálních trojů e v raxi vyvažuje jen /.