147563 (Проектирование судового двигателя внутреннего сгорания), страница 3

Определяем ординату наивысшей тчк. горения, у меня она (т.к. Pk=0.767МПа).

Соединив концы отмеченных ординат плавной кривой, получим диаграмму удельных касательных усилий. Знак удельной силы Р_к считается положительным, если направление Р_к совпадает с направлением движения поршня, и отрицательным, если Р_к направлена в сторону, противоположную его перемещению. При положительном значении Р_к силы, действующие в механизме, будут являться движущими, а при отрицательном - силами сопротивления.

Площадь диаграммы удельных касательных усилий есть величина, пропорциональная работе касательной силы за один цикл. Силы инерции изменяют только форму диаграммы, а площадь её остаётся неизменной, так как работа этих сил за полный цикл равна нулю.

3.3 Суммарная диаграмма касательных усилий

Изменение касательного усилия всего двигателя представляется суммарной диаграммой касательных усилий, которая для всех цилиндров может быть построена путём суммирования ординат кривых касательных усилий от всех цилиндров, сдвинутых по отношению друг к другу на угол ₀ - угол поворота радиуса мотыля между двумя последовательными вспышками.

Угол ₀ из условия равномерности вращения коленчатого вала принимается для четырёхтактных двигателей равным 720⁰/i

Для построения суммарной диаграммы основание диаграммы касательных усилий делят на участки, соответствующие углу оборота мотыля между двумя последовательными вспышками.

Далее каждый участок делят на одинаковое число равных отрезков и нумеруют их.

Ординаты кривой, соответствующие одним и тем же номерам точек, графически суммируют, в результате чего находят ординаты суммарной кривой касательных усилий.

Соединив концы ординат, получим кривую одного участка. На остальных участках кривая будет повторяться.

На суммарную диаграмму касательных усилий наносят линию сопротивления приводимого в действие гребного винта.

Постоянная удельная сила сопротивления t_c находится из уравнения:

,

Таблица 2

3.4 Определение махового момента и главных размеров маховика

Из диаграммы касательных усилий видно, что в каждый момент прохождения цикла суммарное значение касательного усилия будет изменяться как по величине, так и по направлению. Следовательно и вызванный этим усилием крутящий момент так же не останется постоянным. Это означает, что коленчатый вал вращается неравномерно.

Неравномерности вращения характеризуются степенью неравномерности:

,

Где _max - максимальная угловая скорость за цикл, 1/с;

_min - минимальная угловая скорость за цикл, 1/с;

_ср - средняя угловая скорость, равная:

Рекомендуемые значения при номинальном режиме работы двигателей лежат в следующих пределах:

÷ - для ДВС работающих на гребной винт.

Вес и размеры моховика можно определить из выражения мохового момента двигателя:

Где G - вес маховика, кг;

D_м - диаметр окружности, проходящий через центр тяжести моховика;

J_м - момент инерции вращения моховика.

Где J - момент инерции массы всех вращающихся частей шатунно-мотылевого механизма, приведённый к шейке мотыля;

J_ДВ - момент инерции массы движущихся частей двигателя.

Значение J может быть определено из выражения:

Где V_s - объём, описываемый поршнем за один ход и равный V_s=0.056 .

F_{д max}, F_{д min} - наибольшее и наименьшее действительное значение алгебраической суммы отрицательных и положительных площадок суммарной диаграммы касательных усилий.

Момент инерции массы движущихся частей двигателя оценивается следующим образом:

Где - масса поступательно движущих частей всех цилиндров, кг;

R - радиус мотыля.

Диаметр D_м определяется из уравнения:

Диаметр должен быть выбран из расчёта, чтобы окружная скорость

на внешней окружности обода чугунного моховика не превышала 25...30 м/с, а стального - 40...45 м/с.

Вес маховика, приведённый к средней окружности обода:

Вес обода:

Полный вес моховика:

4. Расчёт прочностных деталей двигателя

4.1 Детали поршневой группы

Расчёт поршня.

Рис. 1 - Конструктивные размеры поршня

1. Диаметр головки поршня:

D₁=D-(0,00080,008)D=0.390-0,0080.390=0.3869 м.

2. Диаметр юбки поршня:

D₂=D-(0,00080,008)D=0.3869 м.

3. Толщина днища:

=(0,120,18)D=0.060 м.

4. Расстояние от первого кольца до кромок днища:

C=(0,150,3)D=0.080 м.

5. Толщина цилиндрической стенки головки:

S₁=(0,030,1)D=0.020м.

6. Толщина направляющей части юбки:

S₂=(0,020,05)D=0.010м.

7. Длина направляющей части юбки:

L_н=(1.3…1.4)S=0.611м.

8. Расстояние от нижней кромки юбки до оси поршневого кольца:

L_п=(0.6…0.9)D=0.351м.

9. Полная длина поршня тихоходных ДВС тронкового типа:

L=(1.05…1.3)S=0.500м.

10. Необходимая длина направляющей части поршня:

Где: N_max=0.1P_z – при =1/4

k=40010³ Н/м² – допускаемое удельное давление на 1м² площади проекции боковой поверхности поршня

Мн – сила, действующая на поршень в конце сгорания топлива.

11. Расчёт поршня на изгиб:

Где: =(0.08…0.15)D=0.039м – толщина днища для стальных охлаждаемых поршней

_из15010⁶ Н/м² – допускаемое напряжение на изгиб для стальных поршней

– условие прочности выполняется.

Расчёт поршневого пальца.

1. Диаметр пальца:

d=(0,350,45)D=0.156м.

2. Длина вкладыша головного подшипника:

l=(0,450,47)D=0.180м.

3. Внутренний диаметр кольца:

d₀=(0,40,5)d=0.078м.

4. Длина пальца:

l_п=(0,820,85)D=0.325м.

5. Расстояние между серединами опор пальца:

l₁=l+(l_п-l)/2=0.180+(0.325-0.180)/2=0.2525м.

6. Длина опорной части бабышки:

a=(l_п-l)/2=0.0725м.

7. Напряжение изгиба, возникающее в момент действия силы:

8. Напряжение среза:

9. Условие прочности выполняется, т.к. выполняются условия:

_{изиз срср}

_из=31 МПа _из=(150180) МПа

_ср=22.28 МПа _ср=50 МПа

10. Для определения степени овализации пальца, определим по методу Кинасошвили увеличение наружного диаметра в горизонтальной плоскости: