Реферат: Принципиальные схемы КШМ. Компоновочные схемы двигателей

<i/>елорусский  Национальный  Технический  Университет

Кафедра «Двигатели внутреннего сгорания»

Группа 101312

Отчетпо ознакомительной (учебной) практике

Проходил: Куделко В. В.

Руководитель: Хатянович В. И.

Минск

-2003-

Оглавление

Оглавление. 2

Принципиальныесхемы КШМ… 3

1.Общие принципы конструирования и расчетов. 3

2.Компоновочные схемы двигателей. 4

Литература… 9

 

/>Принципиальные схемы КШМ 1. Общие принципы конструирования и расчетов

Создание современного двигателя внутреннего сгорания-сложный процесс, в котором участвуют различные специа­листы. Центральное местов этом процессе занимает разработ­ка конструкторского проекта.

Конструирование двигателязаключается в инженерной раз­работке его конструкции. Научно-техническийпрогресс требует от конструкторов создания двигателей с высокими значениямиосновных показателей, главными из которых являются эконо­мичность, надежность,ресурс, материалоемкость, доступность изготовления и простота обслуживания. Длятого чтобы созда­ваемый двигатель удовлетворял перечисленным требованиям,необходимо при его проектировании использовать новые кон­структорские решения.Это не отрицает преемственности кон­струкции и возможности применения хорошозарекомендовав­ших себя конструкций, а также узлов и деталей.

Научно-технический прогресс вобласти двигателестроения зависит от развития отраслей, поставляющих материалы,ком­плектующие изделия, топлива и масла. Он осуществляется по комплекснымпланам, разрабатываемым на основе перспек­тивных типажей двигателей, подкоторыми понимается обосно­ванная совокупность минимального числа типов иразмеров двигателей. Типаж определяется мощностным рядом, в ко­торый входятдвигатели, одинаковые по компоновке и кон­струкции основных узлов и деталей.Целесообразно, чтобы вновь создаваемый двигатель являлся одним из элементовмощностного ряда, что обусловит сокращение сроков освоения новой конструкции иповышение качества изготовления двига­теля. Однако несмотря на всепреимущества, связанные с вне­дрением разработанных типажей, в качестве базовоймодели может быть принята принципиально новая и целесообразная стехнико-экономической точки зрения конструкция двигателя.

При создании новых двигателейи их семейств большое внимание уделяется степени их стандартизации иунификации, которая оценивается долей стандартизованных и унифициро­ванныхэлементов во всей конструкции двигателя. Степень уни­фикации должна определятьсяоптимальностью общего реше­ния компоновки конструкции и ее экономическойцелесообраз­ностью.

Непрерывное форсированиесовременных двигателей по удельной мощности сопровождается ростом температур инапряжений в их деталях. Поэтому большую роль при создании современныхдвигателей приобретают расчеты на прочность.

Расчет на прочность деталейдвигателя включает следую­щие основные этапы: составление расчетной схемы,отражаю­щей наиболее существенные особенности конструкции и усло­вий нагружениядеталей; анализ этой схемы с помощью современных методов расчета; формулировкуна основе прове­денного анализа практических выводов применительно к реаль­нойконструкции. Используемые ранее (при малых и средних уровнях форсирования),часто очень упрощенные, методы рас­чета на прочность деталей двигателя невызывали возражений, так как заложенные в самих конструкциях двигателей запасыпрочности при средних параметрах рабочего процесса были ве­лики. В настоящеевремя требуются методы расчета, значи­тельно более точно учитывающие геометриюдеталей и усло­вия их нагружения.

Особенности проектированиясовременных двигателей, предусматривающего (наряду с повышением качества) сниже­ниеего сроков при усложнении конструкции двигателя, обусло­вили созданиеавтоматизированного проектирования. При этом особенно возрастает роль расчетов,которые должны быть ориентированы на систематическое применение ЭВМ и выполненына качественно новом, более высоком уровне.

 2. Компоновочные схемы двигателей

Разнообразие областейприменения двигателей внутреннего сгорания и, следовательно, требований,предъявляемых к их конструкции, обусловливает сложность построения классифика­ционнойсхемы двигателей по конструктивным признакам.

Основной задачей приразработке классификационных схем является отбор нескольких общих признаков, набазе которых может быть проведено построение частных классификаций. Длявыявления этих признаков следует проанализировать тре­бования, предъявляемые кдвигателям в зависимости от их назначения.

Простота конструкции двигателяопределяется необходи­мостью, с одной стороны, облегчения его производства иэкс­плуатации, а с другой-повышения надежности.

Размеры двигателя и его массазависят от общей компонов­ки двигателя, конструктивных форм и размеров остова.Поэто­му целесообразно в качестве основы для классификации двига­телей выбратьпрежде всего геометрические признаки, и в частности расположение в пространствегеометрических осей главнейших его деталей.

Как правило, современныедвигатели внутреннего сгорания имеют механизмы для преобразованиявозвратно-поступатель­ного движения поршня во вращательное движение вала. Кбез-вальным двигателям относятся только свободнопоршневые ге­нераторы газа,дизель-компрессоры, дизель-молоты и двига­тель-трамбовка.

Один из основных факторов, определяющих конфигурациюдвигателя,-расположение и число рабочих цилиндров. В двига­телях с валом, нобез кривошипно-шатунного механизма (с на­клонной или иной шайбой) оси цилиндроврасположены парал­лельно оси вала.

Если оси трех и болеецилиндров находятся в одной плоско­сти, перпендикулярной оси вала, то ониобразуют так называе­мую звезду. Комбинирование отдельных цилиндров произво­дятчаще всего вдоль коленчатого вала. Конструкцию, в которой звезды расположенывдоль коленчатого вала, назы­вают многорядной звездой. В многорядныхзвездообразных двигателях оси цилиндров соседних звезд, в частности при />воз­душном охлаждении,могут быть смещены на половину угла между цилиндрами.

Формы конструкций двигателейзависят от взаимного рас­положения деталей, механизмов и вспомогательныхагрегатов. Общая компоновка может зависеть, например, от числа и рас­положенияраспределительных валов (верхнее или нижнее), от расположения агрегатоввоздухоснабжения и т. д. Хотя эти фак­торы не являются основными, тем не менееих следует учиты­вать при классификации отдельных узлов, систем вспомога­тельныхагрегатов и устройств.

/>Однорядныедвигатели характеризуются простотой кон­струкции и сравнительно высокойтехнологичностью изготов­ления. Указанные преимущества, а также большой опыт по­строенияи эксплуатации двигателей с вертикально располо­женными цилиндрамиобусловливают широкое применение подобных двигателей.

/>

/>Основноепреимущество V-образных двигателей перед одноряднымитакой же мощности-меньшие размеры и в пер­вую очередь меньшая длина, вследствиечего увеличена жест­кость таких ответственных деталей, как картера(блок-картера), крышки (головки) цилиндров и коленчатого вала. Наиболее ча­стоприменяемый угол между осями цилиндров 45-90°. Он определяется назначениемдвигателя, требованиями к размерам и порядком работы цилиндров, расположенных водном ряду. Там, где основное требование-уменьшение размеров и в пер­вуюочередь высоты, этот угол может быть и больше 90°.

Аналогичные преимущества имеютдвигатели с W-образно расположенными цилиндрами (рис.3), но большого распро­странения они не получили, главным образом вследствиеслож­ности конструкции шатунов, подшипников и других узлов и де­талей. Однако впоследнее время конструкторы вновь стали применять эту схему.

В некоторых случаях двигателивыполняют с Х-образно расположенными цилиндрами (рис. 4). Такие двигатели имеютнебольшие размеры по длине. Детали кривошипно-шатунного механизма, корпуса ираспределительного механизма в этом случае имеют очень сложную конструкцию. Углымежду осями цилиндров могут быть или разными (рис. 4), например 45, 60 и 120°,или одинаковыми.

В установках различногоназначения применяют также дви­гатели с горизонтальными противолежащимицилиндрами (рис. 5). Для машин наземного транспорта небольшая высота двигателяданного типа и удобство размещения его в машине являются в некоторых случаяхнесомненными преимуществами по сравнению с двигателями, имеющими вертикальноили V-образно />расположенные цилиндры.

/>

В двигателях со звездообразнорасположенными цилиндра­ми (рис. 6) проще осуществлять воздушное охлаждение,чем в двигателях с цилиндрами, расположенными в ряд. Однако, как правило,шатуны и коленчатые валы звездообразных дви

/>гателей оченьнагружены и имеют сложную конструкцию. По­следнее особенно характерно длядвигателей с цилиндрами расположенными в виде многорядной звезды (рис. 7),которые обладают меньшими размерами и массой при большей мощ­ности по сравнениюс другими одновальными двигателями

/>В связи снеобходимостью создания мощных быстроходных двигателей значительное вниманиеуделяется двухвальным и многовальным конструкциям. Конструктивные схемы по­добныхдвигателей весьма разнообразны. Двухвальные двига­тели могут быть выполненысдвоенными с двумя рядами па­раллельно расположенных цилиндров (рис. 8). В этомслучае два коленчатых вала соединены между собой зубчатой переда­чей.Необходимо отметить также двигатели с Н-образно (рис. 9) и I-образно расположенными цилиндрами. Наконец, цилиндры могутбыть расположены под углом и иметь общую (для двух цилиндров) камеру сгорания.

/>

/>Особо следуетостановиться на конструктивных схемах двухтактных двигателей с противоположнодвижущимися пор­шнями. Одновальные двигатели с противоположно движущи­мисяпоршнями могут быть:

с одним коленчатым валом-тронковые (рис. 10 а) и крейцкопфные(рис. 10,6);

с двумя коленчатыми валами ицилиндрами, расположенны­ми в ряд (цилиндры могут быть расположены вертикально,как показано на рис. На, или горизонтально);

с двумя коленчатыми валами исдвоенными, ромбообразно расположенными цилиндрами; с тремя коленчатыми валами,двумя рабочими полостями и V-образнорасположенными перевернутыми цилиндрами (рис. 12);

с тремя коленчатыми валами,тремя рабочими полостями и осями цилиндров, образующими треугольник (рис. 13);

/>/>с цилиндрами, оси которых параллельны осивала, и на­клонными вращающимися или качающимися шайбами для передачи вращениявалу.

Одновальные двигатели спротивоположно движущимися поршнями (см. рис. 10) имеют в основном валы с тремяколе­нами на каждый цилиндр. При этом два боковых колена, рас­положенных подуглом, близким к 180°, к среднему (основно­му) колену, связаны с верхнимпоршнем через траверсу и длинные тяги.

Двигатели, выполненные посхеме, показанной на рис. 13, имеют меньшие размеры и большую мощность. Они отли­чаютсясложностью некоторых узлов, в частности корпуса, и невозможностью доступа кдеталям (например, к некоторым насосам и форсункам) со стороны внутреннейполости. В этих двигателях один из поршней цилиндра управляет впуском, дру­гой-выпуском.Причем поршень, управляющий выпуском, омывается выпускными газами и находится вособо тяжелых условиях. Так как кривошипы каждого цилиндра смещены одинотносительно другого на угол, отличающийся от 180° на 10-15°, с коленчатоговала, управляющего выпуском, снимается большая мощность, и этот вал оказываетсяболее нагру­женным. В двигателях, выполненных по схемам, приведенным на рис. 12и 13, можно уравнять мощности, снимаемые с ко­ленчатых валов, присоединяя кодному колену вала поршень, управляющий выпуском, и поршень, управляющийвпуском. Рассмотренные схемы не исчерпывают всех возможных ра­циональныхкомпоновок, характеризуемых различным распо­ложением и числом цилиндров ивалов. По этим схемам вы-

полняют как четырехтактные(см. рис. 1-9), так и двухтактные двигатели.

Почти все двигателивнутреннего сгорания-двигатели про­стого действия. В таких двигателях можноприменять тронко-вую конструкцию поршня, что обусловливает уменьшение га­баритныхразмеров (главным образом в направлении оси цилиндра) и массы поступательнодвижущихся деталей, а также большую простоту конструкции.

При больших мощностях малооборотные двигатели про­стого действиявыполняют с крейцкопфом в основном для обеспечения большей надежности приэксплуатации и создания лучших условий работы поршневой группы. Принципдвойного действия позволяет увеличить мощность двигателя в 1,5-1,8 раза приотносительно небольшом увеличении его массы. Од­нако в настоящее времядвигатели двойного действия (обычно двухтактные) не выпускают, так как онихарактеризуются сложностью конструкции, очень тяжелыми условиями работыпоршневой группы, штока и других деталей. В таких двигате­лях трудно обеспечитьхорошее качество процессов газообмена и особенно смесеобразования в полостицилиндра, через кото­рую проходит шток. Применение же наддува позволяет полу­читьнеобходимую мощность и в более простых по конструк­ции двигателях простогодействия.

/>Литература

1.   «Автомобильныедвигатели» 2-е изд.

2.   «Автомобильныедвигатели. Теория, расчёт и конструирование» под редакцией Ховаха, Самойловича