Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Саратов государственный технический университет

Кафедра «Автомобили и двигатели»

Пояснительная записка к курсовому

проекту по дисциплине «Силовые агрегаты»

Двигатель автомобильный

Выполнил:

Студент группы б2 ЭТТК - 31

Алексеев Илья Алексеевич

Проверил:

Доц. каф. «АВД»

Сычев Александр Михайлович

Саратов 2015

Оглавление

• 1. Техническое задание на проектирование автомобильного двигателя
• 2. Тепловой расчёт автомобильного двигателя
• 2.1 Выбор и обоснование исходных данных для теплового расчёта
• 2.2 Методика теплового расчета автомобильного двигателя
• 2.3 Результаты теплового расчёта автомобильного двигателя
• 3. Динамический расчёт автомобильного двигателя
• 3.1 Выбор и обоснование исходных данных для динамического расчета
• 3.2 Методика динамического расчёта
• 3.3 Результаты динамического расчёта
• 4. Расчёт деталей
• 4.1 Расчётные режимы
• 4.2 Расчёт деталей цилиндровой группы
• 4.3 Расчёт деталей поршневой группы
• Литература

1. Техническое задание на проектирование автомобильного двигателя

1. Номер задания- 21

2. Тип двигателя и его назначение - с искровым зажиганием, рядный 4-х цилиндровый, для легкового автомобиля.

3. Максимальная эффективная мощность, Nmax= 58 кВт.

4. Частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности, n=5650 об/мин.

5. Топливо - бензин.

2. Тепловой расчёт автомобильного двигателя

2.1 Выбор и обоснование исходных данных для теплового расчёта

Проектируемый двигатель не имеет наддува, следственно мы принимаем давление свежего заряда, поступающего к двигателю, равным атмосферному т.е. Р0= 0,1 МПа, а его температура равна температуре атмосферного воздуха Т0= 293 К.

Принимаем средний элементарный состав, молекулярную массу, низшую теплоту сгорания и среднюю молярную массу равными соответственно [1]:

массовая доля углерода в топливе = 0,855;

массовая доля водорода в топливе = 0,145;

массовая доля кислорода в топливе = 0;

Нu= 44000 кДж, =110 .

Принимаем степень сжатия =9 единиц, для получения оптимального к.п.д.

Коэффициент избытка воздуха выбираем равным = 0,95, так как это способствует увеличению мощности.

Величину давления остаточных газов принимаем равной = 0,12 Мпа, получаем неполноту сгорания топлива, в следствии этого наш двигатель не является быстроходным.

Температуру остаточных газов принимаем равной = 1000 К, так как степень сжатия не большая, а коэффициент избытка воздуха имеет большое значение.

Величину подогрева свежего заряда от стенок принимаем равной = 8 К, так как нет специального подогрева, система охлаждения жидкостная.

Коэффициент наполнения цилиндров принимаем равным = 0,78,

так как проектируемый двигатель обладает малой быстроходностью.

Показатель политропы сжатия принимаем равной = 1,385 вследствие малой быстроходности.

Показатель политропы расширения принимаем равной = 1,265 вследствие интенсивного охлаждения цилиндров.

Коэффициент использования теплоты при сгорании принимаем =0,93, так как в проектируемом двигателе выбрана рациональная форма камеры сгорания.

Коэффициент скругления индикаторной диаграммы принимаем равным = 0,96, так как он учитывает отклонения действительного процесса от расчетного цикла вследствие конечных скоростей сгорания, а также опережения зажигания и предварения выпуска.

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра принимаем равным = 0,9 , так как уменьшается масса и высота двигателя.

2.2 Методика теплового расчета автомобильного двигателя

Определение параметров конца впуска

Коэффициент остаточных газов:

.

Температура газов в конце впуска:

, К.

Давление газов в конце впуска:

, МПа.

Определение параметров конца сжатия

Давление газов в конце сжатия:

, МПа.

Температура газов в конце сжатия:

, К.

Определение параметров конца сгорания

Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива:

- в киломолях:

, ;

- в килограммах:

, .

Количество свежей смеси перед сгоранием:

- для двигателей с искровым зажиганием:

, ;

Потеря низшей теплоты сгорания топлива вследствие теоретического недостатка воздуха (определяется только при ):

, .

Химический и действительный коэффициенты молекулярного изменения:

, .

Средняя мольная теплоемкость свежей смеси перед сгоранием:

, .

Коэффициенты для определения средней мольной теплоемкости продуктов сгорания:

- при :

,

;

Состав и количество продуктов сгорания

- при :

, ;

,;

, ;

, ;

, ;

,.

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов перед сгоранием:

, .

Температура газов в цилиндре в конце сгорания (в К) находится из уравнения сгорания, имеющего вид:

- для двигателей с искровым зажиганием:

;

Каждое из этих выражений после подстановки численных значений известных величин превращается в квадратное уравнение вида:

,

где a,b,c - некоторые числовые коэффициенты, получающиеся в результате вычислений.

Для двигателей с искровым зажиганием определяется степень повышения давления:

.

Давление газов в цилиндре в конце сгорания:

, МПа.

Определение параметров конца расширения

Температура газов в цилиндре в конце расширения:

- для двигателей с искровым зажиганием:

, К;

Давление газов в цилиндре в конце расширения:

- для двигателей с искровым зажиганием:

, МПа;

Определение индикаторных показателей

Среднее индикаторное давление:

- для двигателей с искровым зажиганием:

, МПа;

Индикаторный КПД двигателя:

,

где = 1,2 - плотность воздуха при условиях окружающей среды.

Удельный индикаторный расход топлива:

, .

Определение эффективных показателей двигателя. Среднее давление механических потерь можно приближенно подсчитать по эмпирическим формулам:

- для двигателей с искровым зажиганием с числом цилиндров не более 6 и отношением

, , МПа;

Здесь - средняя скорость поршня, предварительно принимаемая в соответствии с конструкцией и типом двигателя

Среднее эффективное давление:

, МПа.

Механический КПД двигателя:

.

Удельный эффективный расход топлива:

, .

Эффективный КПД двигателя:

.

Определение рабочего объема двигателя и размеров его цилиндров

Рабочий объем двигателя, л:

,

здесь - заданная мощность двигателя, кВт;

- тактность двигателя (=4 для 4-тактных двигателей, =2 для 2-тактных двигателей);

- среднее эффективное давление, МПа;

- частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин.

Рабочий объем одного цилиндра двигателя, л:

,

где - число цилиндров проектируемого двигателя (задается предварительно).

Диаметр цилиндра, мм:

.

Ход поршня, мм:

.

Величины и округляются до ближайшего целого числа.

2.3 Результаты теплового расчёта автомобильного двигателя

По выше описанной методике теплового расчёта автомобильного двигателя, бал выполнен расчёт по программе, на ПЭВМ, разработанной на кафедре «Автомобили и двигатели». Результаты сведены в таблицу 1

Таблица 1

Результаты теплового расчета автомобильного двигателя

№	Параметр	Значение	Единица измерения.
1	Коэф. остаточных газов, г.	0,0536	-
2	Температура в конце впуска, Ta .	337	К
3	Давление в конце впуска, Pa.	0,09	МПа
4	Температура в конце сжатия, Tc.	784	К
5	Давление в конце сжатия, Pc.	1,85	МПа
6	Температура в конце сгорания, Tz.	2864	К
7	Давление в конце сгорания, Pz.	7,18	МПа
8	Температура в конце расширения, Tb.	1600	К
9	Давление в конце расширения, Pb.	0,45	МПа
10	Среднее индикаторное давление, Pi.	1,11	МПа
11	Индикаторный КПД, зi.	0,353	-
12	Удел. индикаторный расход топлива, g i.	231	г/кВт*ч
13	Среднее эффективное давление, Pe.	0,9	МПа
14	Эффективный КПД, зe.	0,288	-
15	Удельный эффективный расход топлива, ge.	283	г/кВт*ч
16	Рабочий обьем двигателя (Vл)	1,37	л
17	Диаметр цилиндра (D)	75,8	мм
18	Ход поршня (S)	75,8	мм

3. Динамический расчёт автомобильного двигателя

3.1 Выбор и обоснование исходных данных для динамического расчета

Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна

Значения отношения радиуса кривошипа к длине шатуна для современных автомобильных двигателей принимаем равным л=0,27.

Таблица 2

Конструктивные массы подвижных частей кривошипно-шатунного механизма. Поршневая группа

Элементы КШМ	Конструктивные массы,
	Двигатели с искровым зажиганием
Поршневая группа с поршнем из алюминиевого сплава	115
Шатун	140

двигатель автомобильный кривошип шатун

Распределение массы шатуна по осям верхней и нижней головок обычно составляют:

- на ось верхней головки;

- на ось нижней головки.

Конструктивные массы КШМ, совершающие возвратно-поступательное движение:

.

Конструктивные массы КШМ, совершающие вращательное движение:

.

3.2 Методика динамического расчёта

Значения функции хода поршня:

.

Масштабные значения перемещения поршня:

,

где - полный ход поршня.

Избыточное давление газов в цилиндре , МПа

Функция ускорения поршня .

Удельная сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс, МПа.

,

, МПа.

Здесь - масса возвратно-поступательно движущихся деталей, отнесенная к площади поршня, ;

- радиус кривошипа, м;

- угловая скорость вращения коленчатого вала, ;

Удельное суммарное усилие, действующее на поршень , МПа.

Тригонометрическая функция для подсчета тангенциальных усилий

.

Удельная тангенциальная сила, действующая на шатунную шейку

, МПа.

Тригонометрическая функция для подсчета радиальной силы, действующей на шатунную шейку .

Удельная радиальная сила, действующая на шатунную шейку

, МПа.

Удельная центробежная сила инерции вращающихся масс:

, МПа,

где - масса вращающихся деталей, отнесенная к площади поршня, ;

- радиус кривошипа, м;

- угловая скорость вращения коленчатого вала, .

Удельное результирующее усилие, действующее на шатунную шейку ,

3.3 Результаты динамического расчёта

По выше описанной методике динамического расчёта автомобильного двигателя, был выполнен расчёт по программе на ПЭВМ, разработанной на кафедре «Автомобили и двигатели». Результаты сведены в таблицу 3.

Таблица 3

Результаты динамического расчёта автомобильного двигателя

?,оп.к.в.	Pj, МПа	P?, МПа	Т, МПа	Мi•100, H•м	Z, МПа	Zp, МПа
1	2	3	4	5	6	7
1,0000	-2,5872	-2,5972	0	0	-2,5972	-3,9903
11,0000	-2,5209	-2,5309	-0,5695	-0,0097	-2,4696	-3,8627
21,0000	-2,3275	-2,3375	-1,0260	-0,0175	-2,1141	-3,5072
31,0000	-2,0220	-2,0320	-1,2830	-0,0219	-1,6056	-2,9988
41,0000	-1,6282	-1,6382	-1,2997	-0,0222	-1,0480	-2,4411
51,0000	-1,1756	-1,1856	-1,0881	-0,0186	-0,5476	-1,9407
61,0000	-0,6966	-0,7066	-0,7069	-0,0121	-0,1886	-1,5817
71,0000	-0,2233	-0,2333	-0,2427	-0,0042	-0,0154	-1,4085
81,0000	0,2155	0,2055	0,2134	0,0036	-0,0269	-1,4200
91,0000	0,5970	0,5870	0,5870	0,0100	-0,1846	-1,5777
101,0000	0,9066	0,8966	0,8349	0,0143	-0,4288	-1,8219
111,0000	1,1380	1,1280	0,9466	0,0162	-0,6973	-2,0904
121,0000	1,2936	1,2836	0,9390	0,0161	-0,9409	-2,3340
131,0000	1,3829	1,3729	0,8433	0,0144	-1,1308	-2,5239
141,0000	1,4209	1,4109	0,6945	0,0119	-1,2590	-2,6521
151,0000	1,4250	1,4150	0,5216	0,0089	-1,3328	-2,7259
161,0000	1,4128	1,4028	0,3438	0,0059	-1,3677	-2,7608
171,0000	1,3989	1,3889	0,1698	0,0029	-1,3804	-2,7735
181,0000	1,3931	1,3831	0,0000	0,0000	-1,3831	-2,7762
180,0000	1,3932	1,3832	0,0169	0,0003	-1,3831	-2,7762
190,0000	1,3978	1,3883	-0,1528	-0,0026	-1,3815	-2,7746
200,0000	1,4112	1,4033	-0,3267	-0,0056	-1,3717	-2,7648
210,0000	1,4242	1,4193	-0,5056	-0,0086	-1,3425	-2,7356
220,0000	1,4225	1,4221	-0,6825	-0,0117	-1,2772	-2,6703
230,0000	1,3887	1,3948	-0,8399	-0,0144	-1,1597	-2,5528
240,0000	1,3053	1,3203	-0,9508	-0,0163	-0,9812	-2,3743
250,0000	1,1569	1,1844	-0,9819	-0,0168	-0,7470	-2,1401
260,0000	0,9333	0,9779	-0,9024	-0,0154	-0,4824	-1,8755
270,0000	0,6314	0,6999	-0,6959	-0,0119	-0,2322	-1,6253
280,0000	0,2565	0,3587	-0,3717	-0,0064	-0,0538	-1,4469
290,0000	-0,1775	-0,0264	0,0275	0,0005	-0,0012	-1,3943
300,0000	-0,6485	-0,4251	0,4279	0,0073	-0,1050	-1,4981
310,0000	-1,1283	-0,7954	0,7382	0,0126	-0,3524	-1,7455
320,0000	-1,5851	-1,0835	0,8750	0,0150	-0,6750	-2,0681
330,0000	-1,9862	-1,2269	0,7963	0,0136	-0,9528	-2,3459
340,0000	-2,3016	-1,1759	0,5401	0,0092	-1,0522	-2,4453
350,0000	-2,5071	-0,8950	0,2212	0,0038	-0,8688	-2,2619
360,0000	-2,5865	-0,0253	0,0006	0,0000	-0,0253	-1,4184
370,0000	-2,5335	4,1148	0,8346	0,0143	4,0339	2,6408
380,0000	-2,3522	2,9461	1,2325	0,0211	2,6914	1,2983
390,0000	-2,0570	1,8101	1,1103	0,0190	1,4542	0,0611
400,0000	-1,6708	1,0893	0,8483	0,0145	0,7148	-0,6783
410,0000	-1,2226	0,7750	0,7031	0,0120	0,3725	-1,0206
420,0000	-0,7447	0,7430	0,7387	0,0126	0,2132	-1,1799
430,0000	-0,2695	0,8754	0,9087	0,0155	0,0753	-1,3178
440,0000	0,1738	1,0839	1,1277	0,0193	-0,1211	-1,5142
450,0000	0,5619	1,3078	1,3148	0,0225	-0,3883	-1,7814
460,0000	0,8791	1,5079	1,4162	0,0242	-0,6980	-2,0911
470,0000	1,1184	1,6624	1,4118	0,0241	-1,0062	-2,3993
480,0000	1,2812	1,7633	1,3098	0,0224	-1,2742	-2,6673
490,0000	1,3766	1,8132	1,1355	0,0194	-1,4789	-2,8720
500,0000	1,4189	1,8224	0,9195	0,0157	-1,6154	-3,0085
510,0000	1,4256	1,8056	0,6879	0,0118	-1,6931	-3,0862
520,0000	1,4143	1,7783	0,4578	0,0078	-1,7291	-3,1222
530,0000	1,4000	1,7206	0,2315	0,0040	-1,7078	-3,1009
540,0000	1,3932	1,6242	0,0198	0,0003	-1,6241	-3,0172
540,0000	1,3932	1,6242	0,0198	0,0003	-1,6241	-3,0172
550,0000	1,3978	1,5110	-0,1663	-0,0028	-1,5035	-2,8966
560,0000	1,4112	1,4323	-0,3334	-0,0057	-1,4000	-2,7931
570,0000	1,4242	1,4442	-0,5145	-0,0088	-1,3661	-2,7592
580,0000	1,4225	1,4425	-0,6923	-0,0118	-1,2956	-2,6887
590,0000	1,3887	1,4087	-0,8484	-0,0145	-1,1714	-2,5645
600,0000	1,3053	1,3253	-0,9544	-0,0163	-0,9849	-2,3780
610,0000	1,1569	1,1769	-0,9757	-0,0167	-0,7423	-2,1354
620,0000	0,9333	0,9533	-0,8797	-0,0150	-0,4703	-1,8634
630,0000	0,6314	0,6514	-0,6477	-0,0111	-0,2162	-1,6093
640,0000	0,2565	0,2765	-0,2865	-0,0049	-0,0415	-1,4346
650,0000	-0,1775	-0,1575	0,1640	0,0028	-0,0072	-1,4003
660,0000	-0,6485	-0,6285	0,6325	0,0108	-0,1552	-1,5483
670,0000	-1,1283	-1,1083	1,0285	0,0176	-0,4910	-1,8841
680,0000	-1,5851	-1,5651	1,2639	0,0216	-0,9751	-2,3682
690,0000	-1,9862	-1,9662	1,2762	0,0218	-1,5270	-2,9201
700,0000	-2,3016	-2,2816	1,0480	0,0179	-2,0417	-3,4348
710,0000	- 2,5071	-2,4871	0,6146	0,0105	-2,4142	-3,8073
720,0000	2,5865	-2,5665	0,0582	0,0010	-2,5659	-3,9590

4. Расчёт деталей

4.1 Расчётные режимы

Величина и характер изменения основных нагрузок, воздействующих на детали двигателя, зависят от эксплуатационного режима работы двигателя. Обычно рассчитывают детали для режимов, на которых они работают в наиболее тяжелых условиях.

Режим максимальной мощности

Частота вращения коленчатого вала nN =5650 об/мин берется из задания.

Максимальное давление газов при вспышке PzN =7,18 МПа снимается со скругленной индикаторной диаграммы.

Режим максимального крутящего момента

Частота вращения коленчатого вала:

= 0,5*5650 = 2825 (для карбюраторных двигателей),

Максимальное давление газов при вспышке PzM принимается равным значению давления PzM =7,18 , полученному в тепловом расчете при рассмотрении процесса сгорания (не скругленная индикаторная диаграмма).

Режим максимальной частоты вращения при холостом ходе

= 1,3*5650 = 7345

(для карбюраторных двигателей);

Максимальная сила давления газов при вспышке на этом режиме мала по сравнению с силами инерции, поэтому можно принять .

4.2 Расчёт деталей цилиндровой группы

Расчет стенки цилиндра

Толщина стенки цилиндра (гильзы) ц выбирается из условий достаточной жесткости и обеспечения достаточного количества ремонтных расточек.

Стенка цилиндра двигателя водяного охлаждения проверяется на разрыв по образующей от внутреннего давления газов при вспышке PzM на режиме максимального крутящего момента, м:

,

где D=0,0758 - диаметр цилиндра, м;

[]= 60 - допускаемое нормальное напряжение на разрыв, МПа:

для чугуна составляет от 40 МПа до 60 МПа,

PzM =7,18 - давление газов в цилиндре при вспышке на режиме максимального крутящего момента (из теплового расчета), МПа.

Расчет силовых шпилек (болтов) крепления головки

Силовые шпильки (болты) крепления головки проверяются на усталостную прочность от газовых сил и усилия предварительной затяжки.

За расчетный режим следует принять режим максимального крутящего момента.

Диаметр шпилек (болтов) ориентировочно может быть определен на основании статистических данных:

d =(0.12 - 0.14)D=0,13*0,0758=0,010 м ,

где D=0,0758 м - диаметр цилиндра.

Полученное значение d следует скорректировать до ближайшего значения по ГОСТ.

Таблица 4

Обозначение	Наружный диаметр, мм	Внутренний диаметр, мм	Площадь сечения по внутреннему диаметру, мм2
М121,5	12	10,376	84,5

Газовая сила, действующая на шпильку (болт), МН, определяется следующим образом:

,

где PzM=7,18 - максимальное давление газов при вспышке в цилиндре на режиме максимального крутящего момента, МПа;

iшп=4 - число шпилек (болтов), окружающих один цилиндр.

Fпр=0,0054 м- площадь проекции камеры сгорания на плоскость, перпендикулярную оси цилиндра, ограниченную завальцованным краем прокладки, м. При верхнеклапанном газораспределительном механизме

Fпр =(1,1 - 1,3)Fп=1,2*0,0045=0,0054м2,

где Fп 0,0045м2 - площадь днища поршня;

Усилие предварительной затяжки шпильки (болта), МН,

,

где m = 3 - коэффициент затяжки шпильки (болта);

ч=0,2- коэффициент основной нагрузки резьбового соединения.

Максимальная сила, растягивающая шпильку (болт), МН,

.

Максимальные и минимальные напряжения, возникающие в шпильке (болте), МПа,

,

,

где f=0,0006м2 - площадь минимального сечения стержня шпильки (болта), м2.

Среднее значение и амплитуда напряжений цикла, МПа,

,

.

После этого определяется, в какой области диаграммы усталостной прочности лежит данный цикл.

Если

,

0,029<0,79,

запас прочности подсчитывается по пределу текучести:

В этих формулах

a=0,08 - коэффициент приведения данного цикла к равно опасному симметричному;

-1=340 - предел усталости материала при симметричном цикле, МПа;

т=700 - предел текучести материала, МПа.

4.3 Расчёт деталей поршневой группы

Расчет поршня

1. Днище поршня (рис.1) проверяется на поперечный изгиб как круглая плита, свободно опирающаяся на кольцо и нагруженная равномерно распределенной нагрузкой максимального давления газов при вспышке на режиме максимального крутящего момента PzM .

Максимальное напряжение изгиба в диаметральном сечении днища поршня равно:

,

где PzM=7,18- максимальное давление газов при вспышке на режиме максимального крутящего момента, МПа;

Di=0,056 - внутренний диаметр головки поршня в зоне первого поршневого кольца, м;

=0,0053 - толщина днища поршня без ребер, м;

[и] =20…25 - допустимое нормальное напряжение изгиба для алюминиевых сплавов, МПа.

Следовательно нужно сделать ребра жесткости.

2. Сечение "X - X" (рис. 1) головки поршня на уровне нижнего маслосъемного кольца, ослабленное отверстиями для отвода масла, проверяется на сжатие и разрыв.

Напряжения сжатия возникают от максимальной силы давления газов при вспышке на режиме максимального крутящего момента PzM:

,

где Fx-x= =0,0046 - площадь сечения "X - X" поршня, м2;

Fп=0,0045 - площадь поршня, м2;

[cж] = 30…40 - допустимое нормальное напряжение сжатия для алюминиевых сплавов, МПа.

Напряжения разрыва , МПа, в сечении "X - X" возникают на режиме максимальной угловой скорости вращения коленчатого вала на холостом ходе хх от силы инерции Pjгп, МН, возвратно-поступательно движущейся массы головки поршня с поршневыми кольцами, расположенной выше сечения "X - X"

,



Рис.1. К расчету поршневой группы

Где

где mгп- конструктивная масса головки поршня с кольцами, расположенная выше сечения "X - X", кг/м2: , где mпг - конструктивная масса поршневой группы, принятая в динамическом расчете, кг/м2;

хх= (1,3…1,5) eN= 1,4*384,3 =538,02 - для карбюраторных двигателей, где eN - угловая скорость вращения коленчатого вала при максимальной мощности, рад/с;

R=0,0022- радиус кривошипа, м;

= R/L=0,3 - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, принятое в динамическом расчете;

[ур] = 4 … 10 - допустимое напряжение растяжения для алюминиевых сплавов, МПа.

3. Юбка поршня проверяется на износостойкость (давление) от максимальной боковой силы Pбок на режиме максимального крутящего момента:

,

где - расчетное давление на юбку поршня, МПа;

- максимальная нормальная боковая сила, действующая на стенку цилиндра, МН; МН;

=0,7*0,0758=0,053 - высота юбки поршня, м;

= 0,33 … 0,98 - допускаемое давление на юбку поршня, МПа.

дю= 3.5 мм

Расчет поршневого пальца

Максимальное напряжение в пальцах двигателей внутреннего сгорания имеет место на режиме максимального крутящего момента.

Газовая сила, передающаяся через палец от поршня на верхнюю головку шатуна, МН,

,

где =7,18 МПа - давление газов при вспышке на режиме максимального крутящего момента, МПа;

=0,0046м2- площадь поршня, м2 .

Сила инерции поршневой группы, передающаяся на верхнюю головку шатуна, МН,

,

где =115 - конструктивная масса поршневой группы, принятая в динамическом расчете, кг/ м2;

=1159,06 - угловая скорость вращения коленчатого вала на режиме максимального момента, рад/с;

R=0,0022 - радиус кривошипа, м;

= R/L=0,3 - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, принятое в динамическом расчете.

Расчетные силы, действующие на палец во втулке верхней головки шатуна Pвг и в бобышках поршня Pбп (рис. 1),

Pвг = Pг +Pjпг=0,033+0,001=0,034МН,

Pбп = Pг +КпPjпг=0,033+0,75*0,001=0,330МН,

где Кп =0,75- коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца.

Расчет поршневого пальца на прочность

Нормальные напряжения поперечного изгиба в опасном сечении в середине поршневого пальца, МПа,

Касательные напряжения от среза пальца в опасных сечениях, расположенных между бобышками и верхней головкой шатуна, МПа:

.

Максимальная овализация (наибольшее увеличение горизонтального диаметра) подсчитывается для средней, наиболее нагруженной части пальца, мм:

.

В этих формулах

=0,65- отношение внутреннего диаметра пальца di к наружному dп; для карбюраторных двигателей п=(0,65...0,75;

Е - модуль упругости первого рода для материала пальца (для легированных сталей Е = 2,2105 МПа);

lп=0,097 - длина поршневого пальца, м;

b=0,043- расстояние между торцами бобышек поршня, м;

lвг=0,037- длина опорной поверхности поршневого пальца во втулке верхней головки шатуна, м;

[и] = (100...250) - допускаемое нормальное напряжение изгиба, МПа;

[ср] = (60...250) - допускаемое касательное напряжение среза, МПа;

[d] = (0,005...0,02) - максимальная допускаемая овализация поршневого пальца, мм.

Расчет давлений на поверхности пальца

Давление пальца на втулку верхней головки шатуна

,

где []=(20...60) - допускаемое давление пальца в верхней головке шатуна, МПа.

Давление пальца на бобышки поршня

,

где [] = (15...30) - допускаемое давление пальца в бобышках поршня, МПа.

Расчет поршневого кольца. Поршневое кольцо проверяется на поперечный изгиб как защемленная консоль, нагруженная распределенной нагрузкой по заданной эпюре от действия собственных сил упругости при установке кольца в цилиндр.

Среднее радиальное давление кольца на стенку цилиндра, МПа, должно обеспечивать достаточную герметичность камеры сгорания при минимально возможных потерях на трение и незначительных износах самих колец и цилиндров:

МПа,

где Е =(1,0…1,2)105 МПа - модуль упругости первого рода для колечного чугуна;

t =0,0037м- радиальная толщина кольца;

D =0,1079м- диаметр цилинра;

= 4.

Рекомендуется иметь Рср = 0,14...0,4 МПа.

Максимальное напряжение поперечного изгиба кольца в рабочем состоянии:

,

при надевании кольца на поршень:

.

В этих формулах

m = 1,57 - коэффициент, зависящий от способа надевания кольца на поршень;

[] = 220...450 - допускаемое напряжение изгиба для колечного чугуна, МПа.

Монтажный зазор в замке поршневого кольца в холодном состоянии

где min = 0,06...0,1 мм - минимально допустимый зазор в замке кольца при работе.

Литература

1) Методические указания к выполнению самостоятельной работы. Составили: МИХАЙЛОВ Александр Федорович, СЫЧЕВ Александр Михайлович. Рецензент П.А. Ватин, Корректор Д.А. Козлова.

2) Двигатели внутреннего сгорания: Учебник/ В.Н. Луканин, К.А. Морозов, А.С. Хачиян и др.; Под ред. В.Н. Луканина.- М.:Высш. шк., 1985.- 311с.:ил.

3) Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн.: учебник/ В.Н. Луканин, И.В.

Алексеев, М.Г. Шатров и др.; Под ред. В.Н. Луканина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.:Высш. шк.,Кн.1: Теория рабочих процессов.- 2005.-479с.:ил.

4) Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн.: учебник/ В.Н. Луканин, К.А. Морозов, А.С. Хачиян и др.; Под ред. В.Н. Луканина. и М.Г. Шатрова - 2-е

изд., перераб. и доп. - М.:Высш. шк.,Кн.2: Динамика и конструирование.- 2005.-400с.:ил.

5) Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн.: учебник/ В.Н. Луканин,

М.Г.Шатров, Т.Ю. Кричевская и др.; Под ред. В.Н. Луканина. и М.Г.

Шатрова - 2-е изд., перераб. И доп. - М.:Высш. шк.,Кн.3: Компьютерный практикум.

Размещено на Allbest.ru