КОНСТРУКЦІЯ ТА ДИНАМІКА
ДВИГУНІВ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ
Тип: обов’язковаВикладач: Митрофанов Олександр СергійовичРік підготовки: 4-йСеместр: 7-йКількість кредитів: 9 Кількість модулів: 2Кількість змістових модулів: 5Загальна кількість годин: 270Вид контролю: екзамен, курсовий проєктРобоча програма 2023 р. Робоча програма 2024 р.
Набуті компетентності
● Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі і практичні роботи у галузі енергетичного машинобудування або у процесі навчання, що передбачає застосування теорії тепломасообміну, технічної термодинаміки, гідрогазодинаміки, трансформації (перетворення) енергії, технічної механіки та методів відповідних наук і характеризується комплексністю та невизначеністю умов.● Знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності.● Здатність продемонструвати систематичне розуміння ключових аспектів та концепції розвитку галузі енергетичного машинобудування.● Здатність застосовувати свої знання і розуміння для визначення, формулювання і вирішення інженерних завдань з використанням методів електричної інженерії.● Здатність застосовувати стандартні методи розрахунку при проектуванні деталей і вузлів енергетичного і технологічного обладнання.
Результати навчання
● Знання і розуміння математики, фізики, тепломасообміну, технічної термодинаміки, гідрогазодинаміки, трансформації (перетворення) енергії, технічної механіки, конструкційних матеріалів, систем автоматизованого проектування енергетичних машин на рівні, необхідному для досягнення результатів освітньої програми.● Знання і розуміння інженерних наук на рівні, необхідному для досягнення інших результатів освітньої програми, в тому числі певна обізнаність в останніх досягненнях.● Застосовувати інженерні технології, процеси, системи і обладнання відповідно до спеціальності 142 Енергетичне машинобудування; обирати і застосовувати придатні типові аналітичні, розрахункові та експериментальні методи; правильно інтерпретувати результати таких досліджень.● Проектувати об’єкти енергетичного машинобудування, застосувати сучасні комерційні та авторські програмні продукти на основі розуміння передових досягнень галузі.● Розуміння застосовуваних методик проектування і досліджень у сфері енергетичного машинобудування, а також їх обмежень.● Застосовувати практичні навички вирішення завдань, що передбачають реалізацію інженерних проектів і проведення досліджень.
Модуль 1.
Змістовий модуль № 1. Загальна будова ДВЗ та конструкція деталей остова.
Тема № 1. Класифікація суднових ДВЗ. Основні визначення та маркування двигунів.
Тема № 2. Загальна будова двотактного та чотиритактного ДВЗ з наддувом. Функціональні системи ДВЗ.
Тема № 3. Можливі варіанти виготовлення та з’єднання деталей остова. Конструктивні схеми блоків циліндрів, фундаментних рам та піддонів, умови їх роботи та вимоги до них.
Тема № 4. Втулка робочого циліндру. Умови роботи. Відмінні особливості конструкції втулок двотактних та чотиритактних ДВЗ.
Тема № 5. Кришка робочого циліндру. Умови роботи. Відмінні особливості конструкції кришок двотактних та чотиритактних ДВЗ.
Змістовий модуль № 2. Конструктивні схеми деталей руху.
Тема № 6. Конструктивні схеми кривошипно-шатунних механізмів двигунів різних типів. Типи поршнів, умови їх роботи та вимоги до них.
Тема № 7. Поршневий палець. Поршневі кільця. Конструкція, умови роботи.
Тема № 8. Конструкція шатунів, умови роботи та вимоги до них.
Лекція 9. Конструкція колінчастих валів, умови роботи та вимоги до них.
Лекція 10. Конструктивні схеми механізму газорозподілу двигунів різних типів, будова їх деталей та умови роботи.
Змістовий модуль № 3. Системи ДВЗ.
Лекція 11. Принципові схеми системи паливоподачі, вимоги до неї. Устрій форсунок та насосів високого тиску.
Лекція 12. Принципові схеми масляної системи, вимоги до неї, характеристики елементів.
Лекція 13. Принципові схеми системи охолодження, вимоги до неї, характеристики елементів.
Лекція 14. Принципові схеми систем повітропостачання та газовипуску, вимоги до них, характеристики елементів.
Змістовий модуль №4. Кінематика КШМ та сили, діючі в двигуні.
Лекція 15. Принципові схеми КШМ двигунів різних типів. Основні співвідношення та припущення прийняті в розрахунках динаміки ДВЗ.
Лекція 16. Кінематика центрального КШМ.
Лекція 17. Кінематика зміщеного КШМ.
Лекція 18. Кінематика КШМ V-подібного двигуна з причіпним шатуном.
Лекція 19. Визначення приведених мас для розрахунку сил інерції.
Лекція 20. Сили інерції від мас, що обертаються та поступово рухаються.
Лекція 21. Визначення сили тиску газів та рушійної сили.
Лекція 22. Аналіз дії рушійної сили на елементи КШМ, підшипники та двигун в цілому.
Лекція 23. Визначення сумарних дотичних зусиль та крутного моменту в багатоциліндрових двигунах.
Лекція 24. Степінь нерівномірності обертання колінчастого валу її визначення та шляхи забезпечення необхідної величини. Розрахунок маховика.
Змістовий модуль №5. Динамічна неврівноваженість двигуна та крутильні коливання в установках з ДВЗ.
Лекція 25. Визначення результуючих сил інерції та їх моментів у багатоциліндрових двигунах.
Лекція 26. Визначення результуючих сил інерції та їх моментів у багатоциліндрових двигунах графічним способом.
Лекція 27. Врівноваження двигунів.
Лекція 28. Власні та змушуючи коливання в крутильних системах.
Лекція 29. Змушені та резонансні крутильні коливання в ДВЗ.
Лекція 30. Методика розрахунку крутильних коливань та способи їх зменшення.
Модуль 2. Курсовий проєкт
● Вивчення конструктивних схем двигунів різного типу (ВОД, СОД, МОД).● Конструкція кришок циліндрів, блока циліндрів, втулок та фундаментальної рами.● Вивчення схем та конструктивних елементів КШМ двигунів різних типів.● Вивчення будови поршнів різного типу, виконання їх ескізів.● Вивчення будови шатунів та виконання їх ескізів.● Вивчення будови колінчастих валів та виконання їх ескізів.● Розгляд конструктивних схем механізму газорозподілу та будова їх елементів.● Розгляд принципових схем системи паливоподачі, устрою елементів та виконання їх ескізів.● Розгляд принципових схем системи охолодження, устрою елементів та виконання їх ескізів.● Розгляд принципових схем системи змащення, устрою елементів та виконання їх ескізів.● Розгляд принципових схем систем повітропостачання та газовипуску, устрою елементів і виконання їх ескізів.● Розрахунок та побудова графіків переміщення, швидкості та прискорення поршня двигуна. Аналіз закону переміщення в залежності від кута оберту колінчастого валу.● Визначення сил інерції та тиску газів.● Визначення рушійної сили та її дії на КШМ.● Визначення сумарних дотичних сил та крутного моменту ДВЗ.● Розрахунок ступеня нерівномірності обертання колінчастого валу двигуна.● Визначення необхідності в маховику та розрахунок його розмірів.● Визначення неврівноважених сил інерції та моментів в двигуні.● Розгляд методів зрівноваження неврівноважених сил та моментів.● Складання розрахункових схем для визначення крутильних коливань.
Тема курсового проєкту: Динамічний розрахунок двигуна (марка)
Курсовий проєкт складається з розрахунково-пояснювальної записки та графічної частини.
Розрахунково-пояснювальна записка містить: – титульний лист;– завдання на виконання курсового проєкту;– зміст;– вступ (стислий опис мети виконуваного курсового проєкту та основних очікуваних результатів);– опис конструкції двигуна-прототипу;– визначення вихідних даних для синтезу робочого процесу двигуна при його роботі на номінальному режимі;– розрахунок номінального режиму двигуна-прототипу;– розрахунок та побудова індикаторної діаграми;– вибір параметрів та схеми дії сил на КШМ, їх визначення і побудова;– визначення сумарної дотичної сили, побудова графіка;– розрахунок та побудова полярних діаграм навантажень на шейки колінчастого валу;– визначення неврівноважених сил та моментів сил інерції графічним та аналітичним способами; – розрахунок маховика;– пропозиції та обґрунтування можливих конструктивних змін, спрямованих на підвищення працездатності й надійності роботи двигуна-прототипу; – висновки (у висновку необхідно навести основні підсумки виконаних розрахунків із зазначенням основних кількісних та якісних результатів);– перелік використаної літератури.
Графічна частина складається з плакатів, що містять індикаторну діаграму, рисунки розрахункової схеми дії сил на КШМ, графіків сил, діючих на КШМ та сумарної дотичної сили, а також полярних діаграм навантажень на шийки колінчастого валу. Також до графічної частини входить робоче креслення аркуш формату А1 (або А2) деталі механізму руху двигуна, або складальне креслення самого двигуна. Вибір типу креслення здійснюється викладачем.
Бланк завдання на виконання курсового проєкту
Теми курсових проєктів (2024/2025 н.р.)
Графік консультацій з курсового проєкту (2024/2025 н.р. - професор Тимошевський Б.Г., професор Митрофанов О.С.)
Методичні вказівки для виконання курсового проєкту
Прототип курсового проєкту №1 Прототип курсового проєкту №2
1. В чому полягає принцип роботи чотиритактного двигуна?
2. В чому полягає принцип роботи двотактного двигуна?
3. Навести схему загальної будови чотиритактного ДВЗ та описати взаємодію його основних елементів.
4. Навести схему загальної будови двотактного ДВЗ та описати взаємодію його основних елементів.
5. Навести схему загального устрою чотиритактного ДВЗ з наддувом.
6. Які деталі входять до складу деталей остова, варіанти їх компоновки?
7. Поясніть конструктивні схеми ДВЗ.
8. Навести схеми кришок циліндрів, умови їх роботи.
9. Навести можливі схеми блоків циліндрів.
10. Навести схеми втулок циліндрів для різних типів двигунів.
11. Навести шляхи удосконалення втулок циліндрів з метою зниження їх теплового стану.
12. Способи ущільнення місць з'єднання втулок та кришок, втулки й блока циліндрів.
13. Навести конструктивні схеми фундаментних рам та піддонів.
14. Навести конструктивні схеми КШМ двигунів різних типів.
15. Які основні функції крейцкопфного вузла двигуна? Опишіть його устрій.
16. Які типи поршнів використовуються в ДВЗ?
17. Які умови роботи поршнів та вимоги до них?
18. Навести методи зниження теплових та механічних навантажень у поршні.
19. Які способи охолодження поршнів?
20. Навести конструктивні схеми шатунів, які використовуються в ВОД, СОД та МОД.
21. Які типи кілець використовують в ДВЗ? Опишіть їх конструкцію.
22. Поясніть принципи роботи маслоз'ємних кілець.
23. Які конструкції колінчастих валів використовуються в ДВЗ?
24. Як здійснюється змащення шийок колінчастих валів?
25. Як визначається кут заклинки кривошипів колінчастого валу?
26. Які конструктивні схеми механізму газорозподілу використовуються в ДВЗ?
27. Які деталі входять до складу механізму газорозподілу двигуна? Опишіть їх взаємодію.
28. Які типи приводів розподільчих валів застосовуються в ДВЗ?
29. Який профіль мають кулачки для приводу механізму газорозподілу?
30. Навести конструктивні схеми клапанів та сформулювати вимоги до них.
31. Як виконується регулювання теплового зазору в клапанному механізмі?
32. Навести конструктивні схеми клапанів, що мають охолодження.
33. Поясніть роботу механізму газорозподілу з гідроприводом.
34. Як розташовані клапани на кришці циліндрів.
35. Які схеми паливних систем використовуються в дизельних ДВЗ. Сформулюйте вимоги до них.
36. Яким чином здійснюється регулювання кількості палива, подаваемого в циліндр ДВЗ.
37. Поясніть принцип роботи паливного насосу високого тиску.
38. Які типи форсунок використовують в ДВЗ?
39. Які схеми охолодження використовують в двигунах транспортних засобів?
40. Які схеми охолодження використовують в двигунах стаціонарних установок?
41. Які елементи входять до складу системи охолодження та який їх устрій?
42. Які схеми змащення використовують в ДВЗ?
43. Які елементи входять до складу системи змащення та який їх устрій?
44. Які елементи входять до складу впускної системи та який їх устрій?
45. Які елементи входять до складу випускної системи та який їх устрій?
46. Які способи запуску ДВЗ в роботу Вам відомі?
47. Які схеми запуску ДВЗ в роботу, за допомогою стиснутого повітря, використовуються?
48. Які кінематичні схеми КШМ використовуються в ДВЗ?
49. Які переваги та недоліки мають КШМ крейцкопфних двигунів?
50. Поясніть графічний спосіб визначення переміщення поршня.
51. Як визначається швидкість поршня в залежності від кута повороту кривошипа?
52. Як визначається прискорення поршня в залежності від кута повороту кривошипа?
53. Визначити прискорення поршня у ВМТ та НМТ, й порівняти їх.
54. Як графічним методом (метод Толле) визначити прискорення поршня?
55. Які сили діють на КШМ двигуна?
56. Як визначаються сили інерції від мас які обертаються та поступово рухаються?
57. Як визначаються приведені маси деталей КШМ, які обертаються та поступово рухаються.
58. Як визначається сила тиску газів на поршень?
59. Як визначається рушійна сила, що діє на КШМ?
60. Які сили виникають у КШМ від дії рушійної сили?
61. Як визначаються сумарна дотична сила та крутний момент в багатоциліндровому двигуні?
62. Як визначається крутний момент двигуна та нерівномірність обертання (кутової швидкості) колінчастого валу?
63. Що таке ступінь нерівномірності обертання колінчастого валу та як він визначається?
64. Які шляхи поліпшення степеня нерівномірності обертання колінчастого валу Вам відомі?
65. Яким чином визначаються розміри маховика для забезпечення необхідного ступеня нерівномірності обертання колінчастого валу?
66. Які причини виникнення динамічної неврівноваженості двигуна?
67. Який двигун вважається врівноваженим та поясніть методику розрахунку його динамічної неврівноваженості?
68. Наведіть схему дії сил інерції в багатоциліндровому двигуні.
69. Як графічним методом визначити неврівноважену силу інерції та момент від мас, що обертаються?
70. Як графічним методом визначити неврівноважену силу інерції та момент першого порядку від мас, що поступово рухаються?
71. Як графічним методом визначити неврівноважену силу інерції та момент другого порядку від мас, що поступово рухаються?
72. Як графічним методом визначити неврівноважену силу та момент від системи сил інерції першого порядку ПРМ?
73. Як графічним методом визначити неврівноважену силу та момент від системи сил інерції другого порядку ПРМ?
74. Яким чином на двигуні виконується зрівноваження неврівноваженої сили інерції та моменту від мас, що обертаються?
75. Яким чином на двигуні виконується зрівноваження неврівноваженої сили інерції та моменту першого порядку від ПРМ?
76. Що таке вільні крутильні коливання?
77. Що таке змушені та резонансні крутильні коливання?
78. Опишіть методику визначення крутильних коливань?
79. Яким чином будується розрахункова схема для знаходження крутильних коливань?
80. Які є способи зменшення крутильних коливань?
81. На чому засновано принцип дії гасителя крутильних коливань?
Досягнення здобувача оцінюються за 100-бальною системою Університету.
Основна література
1. Суднові двигуни внутрішнього згоряння: Підручник / В.С. Наливайко, Б.Г. Тимошевський, С.Г. Ткаченко. Миколаїв : видавець Торубара В.В., 2015. – 332 с.
2. Наливайко В.С. Конструктивні вузли та системи суднових двигунів внутрішнього згоряння : навчальний посібник / В.С. Наливайко, Б.Г. Тимошевський. – Миколаїв : Нук, 2013. – 100 с.
3. Наливайко В. С. Суднові двигуни внутрішнього згоряння: Методичні вказівки до виконання графіко-розрахункових робіт / В. С. Наливайко, С. Г. Ткаченко, В. С. Хоменко. – Миколаїв: НУК, 2012. – 72 с.
4. Наливайко В. С., Ткаченко С. Г., Хоменко В. С. Конструкція і динаміка двигунів внутрішнього згоряння. Програма, методичні вказівки та контрольні завдання для студентів заочної форми навчання. – Миколаїв: НУК, 2008. – 64 с.
5. Ткаченко С. Г., Наливайко В. С., Хоменко В. С. Теорія двигунів внутрішнього згоряння. Програма, методичні вказівки та контрольні завдання для студентів заочної форми навчання. – Миколаїв: УДМТУ, 2001. – 56 с.
6. Марченко А. П., Рязанцев М. К., Шеховцов А. Ф. Двигуни внутрішнього згоряння : серія підручників у 6 т. Т. 1. Розробка конструкції форсованих двигунів наземних транспортних машин / ред. проф. А. П. Марченко та засл. діяча науки України проф. А. Ф. Шеховцова. Харків : Прапор, 2004. – 384 с.
7. Основи теорії та динаміки автомобільних двигунів : підручник / В. Ф. Шапко, С. В. Шапко. – Харків : Точка, 2016. – 232 с.
8. Марченко А. П., Рязанцев М. К., Шеховцов А. Ф. Двигуни внутрішнього згоряння : серія підручників у 6 т. Т. 2. Доводка конструкції форсованих двигунів наземних транспортних машин / ред. проф. А. П. Марченко та засл. діяча науки України проф. А. Ф. Шеховцова. Харків : Прапор, 2004. – 288 с.
9. Двигуни внутрішнього згоряння. Теорія: Підручник / В.Г. Дяченко; За ред. А. П. Марченка. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2008. – 488 с.
10. Абрамчук Ф. І., Гутаревич Ю.Ф., Долганов К.Є., Тимченко І.І. Автомобільні двигуни: Підручник. – К.: Арістей, 2004. – 474 с.
11. Абрамчук Ф. І., Двигуни внутрішнього згоряння: Серія підручників у 6 томах. Т.6 Надійність ДВЗ / Ф. І. Абрамчук, М. К. Рязанцев, А. Ф. Шеховцов / ред. проф. А. П. Марченко та засл. діяча науки України проф. А. Ф. Шеховцова. Харків : Прапор, 2004. – 324 с.
12. Шапко В. Ф., Шапко С. В. Основи теорії та динаміки автомобільних двигунів: підручник. – Харків: Точка, 2016. – 232 с
Допоміжна література
1. Шапко В. Ф. Автомобільні двигуни. Основи теорії двигунів внутрішнього згоряння: підручник. Кременчук: Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського, 2023. – 180 с.
2. Mollenhauer, K. Hanbbook of diesel engines / K. Mollenhauer, H. Tschoeke. – Berlin : Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010. – 634 p.
3. Pounder С.С. Marine diesel engines and gas turbines. – London : Dous Woodyard, 2009. – 887 p.
4. Caterpillar Motoren GmbH & Co. MaK M 25 C. Project Guide. Propulsion. 2012. 120 p.
5. Östreicher G., Doncic A., Goranov S., Pennycott A., Signorile M. WiCE -New Engine Control System for Two-Stroke Engines Vancouver. 2019.
6. MAN Diesel & Turbo. MAN 51/60DF. Project Guide – Marine Four-stroke dual-fuel engines compliant with IMO Tier II / IMO Tier III. 2015. 460 p.
7. Winterthur Gas & Diesel. X-35 B. Operation Manual. 2020. 486 p.
Інформаційні ресурси в інтернет
1. Національна бібліотека України ім. В. І. Вернадського. Режим доступу: http://www.nbuv.gov.ua2. Наукова бібліотека Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова. Режим доступу: http://lib.nuos.edu.ua3. Харківська державна наукова бібліотека імені В. Г. Короленка. Режим доступу: http://korolenko.kharkov.com