Расчет автомобильного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

Кафедра «Автомобили и двигатели»

Пояснительная записка к курсовому проекту

Расчет автомобильного двигателя

Проектировал

Студент группы б1ЭТТК31

Бадягин Александр Андреевич

Саратов 2015

Содержание

1. Техническое задание на проектирование

2. Тепловой расчет автомобильного двигателя

2.1 Выбор и обоснование исходных данных для теплового расчета

2.2 Методика теплового расчета

2.3 Результаты теплового расчета

3. Динамический расчет автомобильного двигателя

3.1 Выбор и обоснование исходных данных для динамического расчета

3.2 Методика динамического расчета

3.3 Результаты динамического расчета

4. Расчет деталей на прочность

4.1 Расчетные режимы

4.2 Расчет деталей цилиндровой группы

4.2.1 Расчет стенки цилиндра

4.2.2 Расчет силовых шпилек (болтов) крепления головки

4.3 Расчет деталей поршневой группы

4.3.1 Расчет поршня

4.3.2 Расчет поршневого пальца

4.3.3 Расчет поршневого кольца

Список использованной литературы

1. Техническое задание на проектирование

Спроектировать автомобильный карбюраторный двигатель внутреннего сгорания для грузового автомобиля. Выполнить тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя внутреннего сгорания, рассчитать детали автомобильного двигателя на прочность и его системы.

Исходные данные для проектирования:

Тип двигателя - карбюраторный двигатель легкового автомобиля.

Мощность Ne =230 кВт.

Номинальная частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности n =4600 об/мин.

Топливо - бензин.

2. Тепловой расчет автомобильного двигателя

2.1 Выбор и обоснование исходных данных для теплового расчета

Для проведения теплового расчета проектируемого двигателя:

Параметры окружающей среды:

Давление свежего заряда, поступающего к двигателю, из атмосферы, принимается равным атмосферному давлению т.е. P0 =0,1 МПа. Температура свежего заряда принимается равной температуре атмосферного воздуха, т.е. T0=293 К.

Элементарный состав топлив обычно выражается в относительных массовых долях [1]:

- массовая доля углерода в топливе gC=0,855;

- массовая доля водорода в топливе gH=0,145;

- массовая доля кислорода в топливе gO=0;

- низшая теплота сгорания топлива HU=44000 ;

- средняя молярная масса топлива мT=110 ;

- отношение количества водорода к количеству угарного газа в продуктах сгорания при работе двигателя на обогащенных смесях k=0,45.

Степень сжатия:

Степень сжатия принимаем ?=10 так как в двигателе используется топливо с высоким октановым числом, имеет высокую антидетонационную стойкость, двигатель имеет жидкостную систему охлаждения, поршень и головка цилиндров двигателя изготовлены из алюминиевого сплавов.

Коэффициент избытка воздуха:

На данном двигателе установлен карбюратор, поэтому принимаем низкий коэффициент избытка воздуха =0,95.

Параметры остаточных газов:

Показатель давления принимаем равным Pr =0,115 МПа.

Так как двигатель с большой частотой вращения коленчатого вала.

Температуру остаточных газов принимаем равной Tr =950 К, так как двигатель быстроходный и имеет высокую степень сжатия.

Подогрев свежего заряда от стенок:

Принимаем ?Т=15 К так как у данного двигателя отсутствует специальный подогрев, имеется раздельные впускной и выпускной трубопроводы, водяная система охлаждения и высокая быстроходность.

Коэффициент наполнения цилиндров:

Коэффициент наполнения принимаем v=0,87.

Так как высокая быстроходность и расширенные фазы впуска.

Показатель политропы сжатия:

Показатель политропы сжатия принимаем n1=1,38. Так как с увеличением частоты вращения двигателя показатель n1 возрастает, из-за уменьшения продолжительности теплообмена между зарядом и стенками цилиндра, процесс сжатия приближается к адиабатному.

Показатель политропы расширения:

Величина n2 снижается с увеличением быстроходности двигателя и с увеличением диаметра цилиндра, поэтому n2=1,28.

Коэффициент выделения тепла при сгорании:

Повышение значений достигается за счет сокращения потерь тепла в стенки, выбора рациональной формы камеры сгорания, от его быстроходности и условий охлаждения. Учитывая эти свойства, коэффициент выделения тепла принимаем = 0,93.

Коэффициент скругления индикаторной диаграммы:

Коэффициент скругления индикаторной диаграммы учитывает отклонения действительного процесса от расчетного цикла вследствие наличия конечных скоростей сгорания, а также опережения зажигания и предварения выпуска. Учитывая эти факторы принимаем коэффициент скругления равным = 0,97.

Отношение хода поршня к диаметру цилиндра:

Отношение хорда поршня к диаметру цилиндра значительно влияет как на показатели рабочего процесса двигателя, так и на его износостойкость.

Принимаем равным m=0,9. Так как уменьшение величины m способствует снижению массы и высоты двигателя, увеличению индикаторного КПД и коэффициента наполнения, а также снижению средней скорости поршня и износов деталей цилиндропоршневой группы.

Таблица №1

Исходные данные для теплового расчета

№ n|n	Наименование параметров, переменных	Обозн.	Единицы измерен.	Значение
1	2	3	4	5
1	Максимальная мощность	N	кВт	230
2	Частота вращения коленчатого вала	n	мин-1	4600
3	Низшая теплота сгорания топлива	Hu	кДж/кг	44000
4	Молекулярная масса топлива	Mr	кг/кмоль	110
5	Температура окружающей среды	То	K	293
6	Подогрев свежего заряда от стенок	?Т	K	15
7	Давление остаточных газов	Рr	МПа	0,115
8	Температура остаточных газов	Tr	K	950
9	Коэффициент наполнения цилиндра	зv	-	0,87
10	Коэффициент выделения тепла при сгорании топлива	?	-	0,93
11	Показатель политропы сжатия	n1	-	1,38
12	Показатель политропы расширения	n2	-	1,28
13	Давление окружающей среды	Ро	МПа	0,1
14	Коэффициент скругления индикаторной диаграммы	?	-	0,97
15	Степень сжатия	е	-	10
16	Тактность двигателя	ф	-	4
17	Средняя скорость движения поршня	Vп	м/с	14
18	Коэффициент избытка воздуха	б	-	0,95
19	Число цилиндров	i	-	8
20	Отношение S/D - хода поршня к диаметру	S/D	-	0,9

2.2 Методика теплового расчета

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

, ;

Состав и количество продуктов сгорания

- при :

, ;

,;

, ;

, ;

, ;

,.

расчет автомобильный двигатель

Химический и действительный коэффициенты молекулярного изменения:

, .

Средняя мольная теплоемкость свежей смеси перед сгоранием:

, .

Коэффициенты для определения средней мольной теплоемкости 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

Давление газов в цилиндре в конце расширения:

для двигателей с искровым зажиганием

, МПа;

Температура газов в цилиндре в конце расширения:

- для двигателей с искровым зажиганием

, К;

Определение индикаторных показателей

Среднее индикаторное давление:

- для двигателей с искровым зажиганием

, МПа;

Индикаторный к.п.д. двигателя:

.

где = 1,22 - плотность воздуха при условиях окружающей среды.

Удельный индикаторный расход топлива:

, .

Опредление 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 (Vп=12,0 ).

Среднее эффективное давление:

, МПа.

Механический к.п.д. двигателя:

.

Удельный эффективный расход топлива:

, .

Эффективный к.п.д. двигателя:

.

Определение рабочего объема двигателя и размеров его цилиндров

Рабочий объем двигателя:

, л.

Здесь - заданная мощность двигателя, кВт.

- тактность двигателя (=4 для 4-х тактных двигателей, =2 для 2-х 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.

2.3 Результаты теплового расчета

Тепловой расчет, прописанный выше, был выполнен с использованием прикладной программы, разработанной на кафедре “Автомобили и двигатели”. Результаты расчета сведены в таблицу №2.

Таблица №2 Результаты теплового расчета.

№ n|n	Наименование параметров, переменных	Обозн.	Единицы измерен.	Значение
1	2	3	4	5
1	Коэффициент остаточных газов	-	-	0,0453
2	Давление газов в конце впуска	Pa	МПА	0,09
3	Температура газов в конце впуска	Ta	К	336
4	Давление остаточных газов	Pr	МПА	0,45
5	Температура остаточных газов	Tr	К	1517
6	Давление газов в конце сжатия	Pc	МПА	2,25
7	Температура газов в конце сжатия	Tс	К	806
8	Давление газов в цилиндре в конце сгорания	Pz	МПА	8,58
9	Температура газов в цилиндре в конце сгорания	Tz	К	2891
10	Среднее индикаторное давление скругленной диаграммы	Pi	МПА	1,20
11	Среднее эффективное давление	Pe	МПА	0,97
13	Рабочий объем цилиндра двигателя	Vh	Л	6,16
14	Удельный индикаторный расход топлива	gi	г/(кВт*ч)	226,59
15	Удельный эффективный расход топлива	ge	г/(кВт*ч)	278,66
16	Давление в конце расширения	Pb	МПа	0,45
17	Индикаторный КПД двигателя	зi	-	0,361
18	Эффективный КПД двигателя	зe	-	0,294
19	Диаметр поршня	D	м	0,1029
20	Ход поршня	S	м	0,0926

3. Динамический расчет автомобильного двигателя

3.1 Выбор и обоснование исходных данных для динамического расчета

Принимаем значения отношения радиуса кривошипа к длине шатуна равным л = 0,27. Так как с увеличением значений л увеличиваются силы инерции и нормальные боковые силы, действующие на зеркало цилиндра, в результате чего увеличивается износ деталей цилиндропоршневой группы.

Учитывая малый диаметр поршня:

-массу поршневой группы принимаем равной mпг=150 кг/м2.

-масса шатунной группы принимаем равной mш=160кг/м2.

Распределение массы шатуна по осям верхней и нижней головок:

- на ось верхней головки =0,2•133=40 кг/м2.

- на ось нижней головки =133-27=120 кг/м2.

Конструктивные массы КШМ, совершающие возвратно-поступательное движение:

=27+97=190 кг/м2.

Конструктивные массы КШМ, совершающие вращательное движение:

=120 кг/м2.

3.2 Методика динамического расчета

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.

,

где , 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 , МПа.

3.3 Результаты динамического расчета

Динамический расчет был выполнен с использованием прикладной программы “Matlab”, на кафедре “Автомобили и двигатели”. Результаты расчета сведены в таблицу №3.

Таблица №3

Результаты динамического расчета

	Рj,	P,	T,	Мi*10,	Z,	Zp,
оп.к.в.	МПа	МПа	МПа	Н*м	МПа	МПа
1	-2.5927	-2.6027	0	0	-2.6027	-3.8921
11	-2.5285	-2.5385	-0.5581	-0.0215	-2.4792	-3.7686
21	-2.3407	-2.3507	-1.0088	-0.0388	-2.1343	-3.4237
31	-2.0436	-1.6696	-1.2691	-0.0500	-1.6386	-2.9280
41	-1.6596	-2.0536	-1.2986	-0.0426	-1.0899	-2.3793
51	-1.2165	-1.2265	-1.1063	-0.0287	-0.5898	-1.8792
61	-0.7452	-0.7552	-0.7448	-0.0113	-0.2203	-1.5097
71	-0.2760	-0.2860	-0.2944	0.0061	-0.0273	-1.3167
81	0.1635	0.1535	0,081	0.1585	-0.0150	-1.3044
91	0.5512	0.5412	0.5412	0.0208	-0.1518	-1.4411
101	0.8725	0.8625	0.8081	0.0311	-0.3840	-1.6734
111	1.1205	1.1105	0.9439	0.0363	-0.6535	-1.9429
121	1.2964	1.2864	0.9593	0.0369	-0.9111	-2.2005
131	1.4080	1.3980	0.8809	0.0339	-1.1250	-2.4144
141	1.4682	1.4582	0.7404	0.0285	-1.2822	-2.5716
151	1.4924	1.4824	0.5663	0.0218	-1.3848	-2.6742
161	1.4962	1.4862	0.3788	0.0146	-1.4437	-2.7330
171	1.4925	1.4825	0.1889	0.0073	-1.4721	-2.7615
180	1.4903	1.4803	0.0189	0.0007	-1.4802	-2.7696
181	1.4903	1.4803	0	0	-1.4803	-2.7697
190	1.4922	1.4825	-0.1700	-0.0065	-1.4741	-2.7635
200	1.4959	1.4880	-0.3603	-0.0139	-1.4497	-2.7390
210	1.4935	1.4886	-0.5498	-0.0212	-1.3972	-2.6866
220	1.4720	1.4718	-0.7290	-0.0281	-1.3035	-2.5929
230	1.4161	1.4226	-0.8794	-0.0339	-1.1568	-2.4462
240	1.3102	1.3262	-0.9743	-0.0375	-0.9535	-2.2428
250	1.1412	1.1701	-0.9832	-0.0379	-0.7039	-1.9933
260	0.9006	0.9473	-0.8802	-0.0339	-0.4364	-1.7257
270	0.5865	0.6581	-0.6548	-0.0252	-0.1960	-1.4854
280	0.2049	0.3118	-0.3214	-0.0124	-0.0364	-1.3258
290	-0.2303	-0.0721	-0.0744	0.0029	-0.0055	-1.2949
300	-0.6977	-0.4631	0.4596	0.0177	-0.1261	-1.4155
310	-1.1702	-0.8185	0.7467	0.0288	-0.3786	-1.6680
320	-1.6175	-1.0828	0.8574	0.0330	-0.6893	-1.9787
330	-2.0087	-1.1881	0.7549	0.0291	-0.9325	-2.2219
340	-2.3156	-1.0757	0.4831	0.0186	-0.9668	-2.2562
350	-2.5151	-0.7108	0.1716	0.0066	-0.6907	-1.9801
оп.к.в.	МПа	МПа	МПа	Н*м	МПа	МПа
360	-2.5921	0.3189	-0.0071	-0.0003	0.3188	-0.9706
370	-2.5406	5.3730	1.0649	0.0410	5.2713	3.9819
380	-2.3647	3.7974	1.5532	0.0598	3.4814	2.1920
390	-2.0777	2.3017	1.3817	0.0532	1.8658	0.5764
400	-1.7012	1.3528	1.0326	0.0398	0.9045	-0.3849
410	-1.2626	0.9070	0.8083	0.0311	0.4526	-0.8368
420	-0.7927	0.7996	0.7834	0.0302	0.2488	-1.0406
430	-0.3220	0.8890	0.9129	0.0352	-0.1024	-1.1870
440	0.1215	1.0747	1.1113	0.0428	-0.0849	-1.3743
450	0.5152	1.2898	1.2959	0.0499	-0.3390	-1.6284
460	0.8436	1.4916	1.4087	0.0542	-0.6410	-1.9304
470	1.0990	1.6559	1.4233	0.0548	-0.9525	-2.2419
480	1.2818	1.7723	1.3413	0.0517	-1.2359	-2.5253
490	1.3994	1.8412	1.1822	0.0455	-1.4658	-2.7552
500	1.4640	1.8705	0.9731	0.0375	-1.6326	-2.9219
510	1.4911	1.8724	0.7390	0.0285	-1.7404	-3.0298
520	1.4963	1.8605	0.4979	0.0192	-1.8018	-3.0912
530	1.4929	1.8122	0.2540	0.0098	-1.7967	-3.0861
540	1.4903	1.7181	-0.0219	0.0008	-1.7180	-3.0074
540	1.4903	1.7181	-0.0219	0.0008	-1.7180	-3.0074
550	1.4922	1.6009	-0.1836	-0.0071	-1.5917	-2.8811
560	1.4959	1.5120	-0.3661	-0.0141	-1.4731	-2.7625
570	1.4935	1.5085	-0.5571	-0.0215	-1.4159	-2.7053
580	1.4720	1.4870	-0.7365	-0.0284	-1.3169	-2.6063
590	1.4161	1.4311	-0.8846	-0.0341	-1.1637	-2.4531
600	1.3102	1.3252	-0.9736	-0.0375	-0.9528	-2.2422
610	1.1412	1.1562	-0.9715	-0.0374	-0.6955	-1.9849
620	0.9006	0.9156	-0.8508	-0.0328	-0.4218	-1.7111
630	0.5865	0.6015	-0.5985	-0.0230	-0.1791	-1.4685
640	0.2049	0.2199	-0.2267	-0.0087	-0.0257	-1.3151
650	-0.2303	-0.2153	0.2221	0.0086	-0.0163	-1.3057
660	-0.6977	-0.6827	0.6775	0.0261	-0.1859	-1.4752
670	-1.1702	-1.1552	1.0537	0.0406	-0.5343	-1.8237
680	-1.6175	-1.6025	1.2690	0.0489	-1.0202	-2.3096
690	-2.0087	-1.9937	1.2668	0.0488	-1.5647	-2.8541
700	-2.3156	-2.3006	1.0332	0.0398	-2.0676	-3.3570
710	-2.5151	-2.5001	0.6036	0.0232	-2.4295	-3.7189

4. Расчет деталей на прочность

4.1 Расчетные режимы

Режим максимальной мощности

Частота вращения коленчатого вала nN =4600 об/мин.

Максимальное давление газов при вспышке PzN=8,58 МПа

Режим максимального крутящего момента

Частота вращения коленчатого вала карбюраторных двигателей:

=0,5•4600=2300 об/мин.

Режим максимальной частоты вращения при холостом ходе

Частота вращения коленчатого вала карбюраторных двигателей:

nxx=1,24•nN=1,24•4600=5704 об/мин.

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

4.2 Расчет деталей цилиндровой группы

4.2.1 Расчет стенки цилиндра

В качестве материала для изготовления блока цилиндров принимаем серый чугун СЧ35-56.

Проверка стенки цилиндра на разрыв:

=0,0072 м.

где D=0,1029 м - диаметр цилиндра;

[]=60 МПа - допускаемое нормальное напряжение на разрыв для чугунов;

PzM=8,58 Мпа - давление газов в цилиндре при вспышке на режиме максимального крутящего момента.

4.2.2 Расчет силовых шпилек (болтов) крепления головки

В качестве материала для изготовления шпилек используем сталь 40Х.

Диаметр шпилек (болтов):

d = 0.14•D=0,14•0,1029=0,0144 м.

где D=0,1029 м - диаметр цилиндра.

Газовая сила, действующая на шпильку (болт):

=8,58•0,0099/4=0,021 МН.

где PzM=8,58 МПа - максимальное давление газов при вспышке в цилиндре на режиме максимального крутящего момента;

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

Fпр - площадь проекции камеры сгорания на плоскость, перпендикулярную оси цилиндра, ограниченную завальцованным краем прокладки.

Fпр = 1,2•Fп=1,2•0,0083=0.0099 м.

где Fп - площадь днища поршня:

Fп =0,10292•3,14/4=0,0083 м.

Усилие предварительной затяжки шпильки (болта):

=3• (1-0,2) •0,021=0,0504 МН

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

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

Максимальная сила, растягивающая шпильку (болт):

=0,0504+0,2•0,021=0,0546 МН.

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

=0,0546/0,000058=941 МПа.

=0,0504 /0,000058=868 МПа.

где f =0,000058 м - площадь минимального сечения стержня шпильки (болта).

Среднее значение и амплитуда напряжений цикла:

=904,5 МПа.

=36,5 МПа.

Определение области диаграммы усталостной прочности:

0,04<0,71

Запас прочности рассчитываем по пределу текучести:

=900/941=0,95

n<2.5 - условие выполняется.

4.3 Расчет деталей поршневой группы

4.3.1 Расчет поршня

В качестве материала для изготовления поршня применяем сплав алюминия АЛ30.

Максимальное напряжение изгиба в диаметральном сечении днища поршня равно:

=8,58•(0,098/2•0,0052)І=761 МПа,

где PzM=8,58 МПа - максимальное давление газов при вспышке на режиме максимального крутящего момента;

Di=0,098 м - внутренний диаметр головки поршня в зоне первого поршневого кольца;

=0,0052 м - толщина днища поршня без ребер.

и>25 МПа - условие не выполняется, поэтому на днище поршня устанавливаем ребра жесткости.

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

=8,58•0,0083/0,0017=41,8МПа,

где Fx-x =0,0017 м2 - площадь сечения "X - X" поршня;

Fп =0,0083 м2 - площадь поршня;

cж <40 МПа - условие не выполняется.

Напряжения разрыва:

=60•0,0083•0,0395•6002(1+0,27)•10-6=0,0105,

где mгп=0,6•150=60 кг/м2 - конструктивная масса головки поршня с кольцами, расположенная выше сечения "X - X";

хх =600 рад/с - угловая скорость вращения коленчатого вала при максимальной мощности;

R=0,0395 м - радиус кривошипа;

=0,27 - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

ур<10 МПа - условие выполняется.

Проверка юбки поршня на износостойкость:

=0,0071/0,1029•0,07=0,97 МПа,

где

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

=0,1•8,58•0,0083=0,0071 МН.

=0,07 м - высота юбки поршня;

<0,98 МПа - условие выполняется.

4.3.2 Расчет поршневого пальца

В качестве материала для изготовления поршневого пальца используем сталь 45ХА.

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

=8,58•0,0083=0,071МН.

где =8,58 МПа - давление газов при вспышке на режиме максимального крутящего момента;

=0,0083 м2 - площадь поршня.

Сила инерции поршневой группы, передающаяся на верхнюю головку шатуна:

Pjпп=-150•0,0083•0,0395•2412•(1+0,27)•10-6=-0,0036 МН,

где =150 кг/ м2 - конструктивная масса поршневой группы, принятая в динамическом расчете;

=241 рад/с - угловая скорость вращения коленчатого вала на режиме максимального момента;

R =0,0395 м - радиус кривошипа;

=0,27 - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Расчетные силы, действующие на палец во втулке верхней головки шатуна Pвг и в бобышках поршня Pбп:

Pвг = Pг +Pjпп=0,071-0,0036=0,0674 МН.

Pбп = Pг +КпPjпп=0,071-0,86•0,0036=0,0679 МН,

где Кп =0,86 - коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца.

Нормальные напряжения поперечного изгиба в опасном сечении в середине поршневого пальца:

.

уи=0,0679(0,067+2•0,03-1,5•0,034)/1,2(1-0,354)0,0273=221 МПа.

уи <250 МПа - условие выполняется.

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

.

фср=0,85•0,0679•(1+0,6+0,62)/(1-0,64)•0,022=26,5 МПа.

фср<250 МПа - условие выполняется.

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

.

?d=1,35•1030,679•1,56/2,2•105•0,067=0,0097 мм.

?d=?0,02 - условие выполняется.

В этих формулах

п=0,35. - отношение внутреннего диаметра пальца di к наружному dп; Е = 2,2105МПа - модуль упругости первого рода для материала пальца;

lп =0,067 м- длина поршневого пальца;

b=0,04 м - расстояние между торцами бобышек поршня;

lвг =0,034 м - длина опорной поверхности поршневого пальца во втулке верхней головки шатуна.

Давление пальца на втулку верхней головки шатуна:

qвг=0,0674/(0,02•0,034)=99 МПа.

qвг >60 МПа - условие выполняется.

Давление пальца на бобышки поршня:

qбп=0,0679/[0,027(0,09-0,04)]=50 МПа.

qбп ?50 МПа - условие выполняется.

4.3.3 Расчет поршневого кольца

Среднее радиальное давление кольца на стенку цилиндра:

=0,152•1,0•105•2,5/[(26-1)3•26]=0,087 МПа.

где Е =1105 МПа - модуль упругости первого рода для калечного чугуна;

А0- зазор в замке поршневого кольца в свободном состоянии;

t - радиальная толщина кольца;

D - диаметр цилиндра.

По статистическим данным:

= 26.

= 2,5.

Максимальное напряжение поперечного изгиба кольца в рабочем состоянии:

.

уи=2,61•0,087(26-1)2=142 МПа.

при надевании кольца на поршень:

.

уи=4•1•105•(1-0,114•2,5/[1,57(26,4-1,4)•26,4]=275 МПа.

В этих формулах

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

уи <450 МПа- условия выполняются.

Монтажный зазор в замке поршневого кольца в холодном состоянии:

?=0,06+3,14•74(11•10-6•(500-290)-11•10-6(390-290))=0,34 мм.

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

- коэффициент линейного расширения материала поршневого кольца и гильзы цилиндра;

Тк, Тц - температуры соответственно кольца и цилиндра в рабочем состоянии. При жидкостном охлаждении Тк=500 К, Тц=390 К,

Т0 = 290 К - температура окружающей среды.

Список использованной литературы

1. Методические указания к выполнению самостоятельной работы по дисциплине «Автомобильные двигатели» для студентов специальности 150200 ААХ и по дисциплине «Рабочие процессы, конструкция и основы расчета энергетических установок и транспортно-технологического оборудования» для студентов специальности 230100 СТМ всех форм обучения.

2. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине "Автомобильные двигатели" для студентов специальности 150200 и дисциплине "Рабочие процессы, конструк-ция и основы расчета энергетических установок и транспортно технологического оборудования" для студентов специальности 230100 всех форм обучения.

3. Двигатели внутреннего сгорания: Учеб. Для вузов по спец. “Строительные и дорожные машины и оборудование” / Хачиян А. С., Морозов К.А., Луканин В.Н. и др.; Под ред. В.Н. Луканина. - 2-е изд.,перераб.и доп. - М.: Высш. Шк., 1985 - 311 с., ил.

4. Ховах М.С. и Маслов Г.С. Автомобильные двигатели. Изд. 2-е, пер. и доп.”Машиностроение”, 1971 стр.456.

5. Автомобильные двигатели. Под ред. М.С. Ховаха. М., А22 “Машиностроение”, 1977 - 591 с. с ил.

Размещено на Allbest.ru

...