147178 (594277), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Рис. 5.1 Схема уравновешивания двигателя

5.8 Равномерность крутящего момента и равномерность хода дви

гателя.

Равномерность крутящего момента:

; (5.36)

Избыточная работа крутящего момента:

Дж (5.37)

где – площадь над прямой среднего крутящего момента, мм².

рад в мм – масштаб угла поворота вала на

диаграмме М_кр.

Равномерность хода двигателя принимаем δ=0.01.

Момент инерции движущихся масс двигателя, приведенных к оси коленчатого вала:

кг·м² (5.38)

6. РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА НА ПРОЧНОСТЬ

6.1 Расчет поршня

Наиболее напряженным элементом поршневой группы является поршень, воспринимающий высокие газовые, инерционные и тепловые нагрузки, поэтому при его изготовлении к материалу предъявляются повышенные требования. Поршни автомобильных и тракторных двигателей изготовляют в основном из алюминиевых сплавов и реже из чугуна.

Основные конструктивные соотношения размеров элементов поршня (рис. 6.1) приведены в табл. 6.1. Величину верхней части поршня h₁ выбираем, исходя из обеспечения одинакового давления опорной поверхности поршня по высоте цилиндра и прочности бобышек, ослабленных отверстиями для пропуска масла. Это условие обеспечивается при

(6.1)

где h_r – высота головки поршня.

Расстояние b между торцами бобышек зависит от способа крепления поршневого пальца и обычно принимается на 2-3 мм больше длины верхней головки шатуна l_ш. Конкретные значения конструктивных элементов поршня принимаются по прототипам с учетом соотношений, приведены в табл. 6.1.

Поверочный расчет элементов поршня осуществляется без учета переменных нагрузок, величина которых учитывается при установлении соответствующих допускаемых напряжений. Рассчитывают днище, стенку головки, верхнюю кольцевую перемычку, опорную поверхность и юбку поршня.

Днище поршня рассчитывается на изгиб от действия максимальных газовых условий р_zmax как равномерно нагруженная круглая плита, свободно опирающаяся на цилиндр.

Рис. 6.1 Схема поршня

Материал поршня – алюминиевый сплав, α_п=22·10^-6 1/К.

Материал гильзы цилиндра – серый чугун, α_ц=11·10^-6 1/К.

Для дизелей максимальное давление газов обычно достигается при работе на режиме максимальной мощности.

Таблица 6.1

Напряжение изгиба (МПа) в днище поршня

МПа (6.2)

где р_zmax=р_z=6.356 МПа – максимальное давление сгорания;

мм – внутренний радиус днища.

Днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости. Кроме того, в целях повышения износо- и термостойкости поршня целесообразно осуществить твердое анодирование днища и огневого пояса, что уменьшит возможности перегрева и прогорания днища, а также пригорания верхнего компрессионного кольца.

При отсутствии у днища ребер жесткости допустимые значения напряжений _из (МПа) лежат в пределах:

Для поршней из алюминиевых сплавов …………….…..…20-25

При наличии ребер жесткости _из возрастают:

Для поршней из алюминиевых сплавов …………………...до 50-150

Головка поршня в сечении х–х, ослабленная отверстиями для отвода масла, проверяется на сжатие и разрыв.

Напряжение сжатия в сечении х-х:

площадь сечения х – х

м² (5.3)

где мм – диаметр поршня по дну канавок;

мм – внутренний диаметр поршня;

мм² – площадь продольного диаметрального

сечения масляного канала.

Максимальная сжимающая сила:

МН (6.4)

Напряжение сжатия:

МПа (6.5)

Допустимые напряжения на сжатие для поршней из алюминиевых сплавов _сж = 30 40 МПа.

Напряжение разрыва в сечении х-х:

- максимальная угловая скорость холостого хода:

рад/с (6.6)

- масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения х-х:

кг (6.7)

- максимальная разрывающая сила:

(6.8)

МН

Допустимые напряжения на разрыв для поршня из алюминиевых сплавов _р = 4 10 МПа.

- напряжение разрыва:

МПа (6.9)

Напряжение в верхней кольцевой перемычке:

- среза:

МПа (6.10)

где D=93 мм – диаметр цилиндра;

h_п=4 мм – толщина верхней кольцевой перемычки.

- изгиба:

МПа (6.11)

- сложное:

МПа (6.12)

допускаемые напряжения (МПа) в верхних кольцевых перемычках с учетом значительных температурных нагрузок находятся в пределах:

для поршней из алюминиевых сплавов…………….…30-40.

Удельное давление поршня на стенку цилиндра:

МПа (6.13)

МПа (6.14)

где N_max=0.0025 МН – наибольшая нормальная сила, действующая на стенку

цилиндра при работе двигателя на режиме максималь-

ной мощности.

Для современных автомобильных и тракторных двигателей q₁ = 0.3 1.0 и q₂ = 0.2 0.7 МПа.

Гарантированная подвижность поршня в цилиндре достигается за счет установления оптимальных диаметральных зазоров между цилиндром и поршнем при различных тепловых нагрузках, возникающих в процессе работы дизеля. По статистическим данным для алюминиевых поршней с неразрезными юбками

∆_r=(0.006 0.008)D=0.007·93=0.651 мм (6.15)

∆_ю = ( 0.001 0.002 )D=0.002·93=0.186 мм (6.16)

Диаметры головки и юбки поршня:

мм (6.17)

мм (6.18)

Диаметральные зазоры в горячем состоянии:

(6.19)

мм

(6.20)

мм

где _ц=1110^-6 1/К – коэффициент линейного расширения материала

цилиндра;

_п=2210^-6 1/К - коэффициент линейного расширения материала поршня;

Т_ц =383 К – температура стенок цилиндра;

Т_r = 593 К – температура головки в рабочем состоянии;

Т_ю =413 К – температура юбки поршня в рабочем состоянии;

Т_о =293 К – начальная температура цилиндра и поршня.

6.2 Расчет поршневого кольца

Поршневые кольца работают в условиях высоких температур и значительных переменных нагрузок, выполняя три основные функции:

– герметизации надпоршневого пространства в целях максимально возможного использования тепловой энергии топлива;

– отвода избыточной доли теплоты от поршня в стенки цилиндра;

– "управление маслом", т.е. рационального распределения масляного слоя по зеркалу цилиндра и ограничения попадания масла в камеру сгорания.

Материал кольца – серый чугун. Е=1.2·10⁵ МПа.

Среднее давление кольца на стенку цилиндра:

(6.21)

МПа

где мм.

Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности при каплевидной форме эпюры давления:

, [МПа] (6.22)

Результаты расчета р, а также μ_к для различных углов ψ приведены ниже:

По этим данным построена каплевидная эпюра давлений кольца на стенку цилиндра (рис. 5.2).

Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии:

Характеристики

Список файлов ВКР