Моделювання конструкції чотиритактного атмосферного бензинового двигуна
Автор: Лейцюсь Роман Михайлович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Зменшення робочого об’єму та кількості циліндрів двигуна, щоб змен-шити викиди вуглекислого газу та споживання палива. Щоб мати можливість підтримувати таку ж продуктивність меншого двигуна, що й більший атмос-ферний двигун, він повинен бути оснащений турбонаддувом. Менший робо-чий об’єм і менша кількість циліндрів означає меншу вагу двигуна, менші втрати на тертя та менший момент інерції двигуна. Однак вага та тертя, зао-щаджені на відсутньому циліндрі, можуть бути частково повернуті сюди, оскільки більшість двигунів зі зменшенням розміру потребують балансува-льного валу. Тому розроблення одноциліндрового, бензинового, атмосферного дви-гун, який буде служити технологічним демонстратором автомобільного дви-гуна, а параметри двигуна будуть конкурувати з нинішніми малооб’ємними автомобільними двигунами, є актуальною задачею проєктування і моделю-вання параметрів конструкції двигуна. Об’єкт дослідження: силова дія на кривошипного-шатунний механізм одноциліндрового чотиритактного бензинового атмосферного двигуна внут-рішнього згоряння. Предмет дослідження: геометричні, кінематичні та силові параметри взаємодії кривошипного-шатунного механізму. Мета дослідження: розробка конструктивного рішення сучасного чоти-ритактного двигуна внутрішнього згоряння з іскровим запалюванням з біль-шою ефективністю робочого процесу та поліпшеними експлуатаційними па-раметрами. У першому розділі проаналізовано існуючі конструкції найбільш типових 5 двигунів внутрішнього згоряння. Розглянуто особливості конструкції, їх харак-теристики та проаналізовано переваги й недоліки. Обґрунтовано доцільність ро-зроблення двигуна атмосферного типу. Для реалізації поставленої мети магістерської роботи поставлені задачі. У другому розділі проведено загальну компоновку двигуна на основі розро-блення його каркасу в CAD системі. Виділено основну систему двигуна – криво-шипно-шатунну. Завдання кривошипно-шатунного механізму - перетворити пря-молінійний зворотно-поступальний рух поршня в обертовий рух колінчастого вала. Приведено розрахунок кривошипно-шатунного механізму. Для чотиритактного бензинового двигуна з робочим об’ємом 500 см3 і діа-метром поршня 84 мм й ходом 90,2 мм максимальний крутний момент буде 55,95 Н·м при 4000 об/хв. Ступінь стиснення 14:1 уможливить максимальну потуж-ність 31,73 кВт при 6000 об/хв. Газорозподільчий механізму DOHC, змінна фаза фаз впускного клапана. У третьому розділі проведено моделювання шатуна методом скінченних елементів. Шатун зачеплений чотиригранними елементами з проміжними вуз-лами. Розмір елемента 2 мм. У центрі шатуна і поршневого пальця є точка, яка з’єднується жорсткою розеткою за допомогою елементів фіксації з опорними по-верхнями. Граничні умови вводяться в центральній точці шатуна. Граничні умови забороняють зміщення і обертання шатуна в усіх трьох напрямках. Найбільше напруження виходить під вушком шатуна, тут напруження дося-гає значення 263,93 МПа, в боковій поверхні натяг становить 197,95 МПа. Мак-симальна деформація відбувається в вушка шатуна. Вона становить 0,08 мм. В четвертому розділі роботи здійснено економічну оцінку отриманого про-ектного рішення. Спершу проведено планування виконання магістерської ро-боти та розрахунок витрат на її виконання. Далі виконано розрахунки експлуата-ційних витрат для отриманого проектного рішення та визначено ціни спожи-вання проектного рішення. Термін розробки та впровадження проектного рі-шення триватиме 58 днів, а витрати на його розробку і впровадження складати-муть 29596,2 грн. Дане проектне рішення матиме термін використання – 5 років. 6 Річні витрати на експлуатацію проектного рішення становитимуть 32757,5 грн. Проектне рішення матиме ціну споживання для організації-розробника 115,4 грн. за день та для організації-покупця – 117,28 грн. за день протягом усього те-рміну використання. Отримані в роботі проектні рішення та відповідні результати досліджень вказують на їх тьактуальніс та доцільність використання на практиці. Проведені економічні розрахунки – свідчать про економічну ефективність їх виконання та подальшого застосування. Ключові слова: двигун згоряння, шатун, поршень, CAD система, напру-ження максимальне, деформація максимальна, метод скінченних елементів