3.3.1 Расчёт головки поршня

Головка поршня рассчитывается на сжатие.

Напряжения в сечении , ослабленном отверстиями для отвода масла [5, стр. 260]:

(67)

где площадь сечения X-X [5, стр. 260]:

(68)

где диаметр поршня по дну канавок,

(69)

площадь продольного диаметрального сечения масляного канала,

(70)

внутренний диаметр поршня,мм

число масляных отверстий в поршне,.

максимальная сила давления газов, на днище поршня

Напряжение не должны превышать для алюминиевых поршней 30…40 МПа. Напряжения от сжатияне превышает допускаемых. Прочность обеспечивается.

Растягивающие напряжения в сечении [5, стр. 260]:

(71)

где сила инерции части поршня с кольцами, расположенной выше сечения:

(72)

где масса головки поршня, она определяется по её геометрическим размерам (приближённо она составляет 0,4…0,8 от массы поршневой группы),.

частота вращения вала двигателя в режиме холостого хода.

(73)

где максимальная частота вращения вала двигателя в режиме холостого хода,, не более.

Напряжения не должны превышать для алюминиевых поршней 4…10 МПа. Напряжение от растяженияне превышает допустимые. Условия прочности обеспечиваются.

Напряжения при изгибе и срезе кольцевой перемычки [5, стр. 261]:

(74)

где – высота первой перемычки,.

Суммарные напряжения согласно третьей гипотезе прочности:

(75)

Напряжения не должны превышатьдля поршней из алюминиевых сплавов. Суммарные напряженияне превышают допускаемые. Условия прочности обеспечиваются.

3.3.2 Расчёт юбки поршня

Расчёт юбки поршня заключается в определении ее максимального удельного давления на стенку цилиндра.

Максимальное удельное давление на юбку поршня [5, стр. 261]:

(76)

где наибольшая нормальная сила, действующая на стенку цилиндра,, из динамического расчёта;

высота юбки,мм.

Удельное давление на стенку цилиндра _.для автомобильных двигателей лежит в пределах. Удельное давлениене превышает допустимого. Условия прочности обеспечиваются.

3.3.3 Расчёт диаметров головки и юбки поршня

В целях предотвращения заклинивания поршней при работе двигателя необходимо наличие зазоров ,между стенками цилиндра и поршнем в нагретом состоянии [5, стр. 261]:

(77)

Диаметр головки поршня:

(78)

Диаметр юбки поршня:

(79)

Проверка правильности установленных размеров и:

(80) (81)

где температура стенок цилиндра,

температура головки поршня,

температура юбки поршня,

температура окружающей среды,

коэффициенты линейного расширения, для алюминиевого поршня:для чугунной гильзы:

3.3.4 Расчёт поршневого кольца

Расчёт поршневых колец заключается:

а) в определении среднего давления кольца на стенку цилиндра, которое должно обеспечивать достаточную герметичность камеры сгорания и не должно резко увеличивать потери мощности двигателя на трение колец о стенки цилиндра;

б) в построении эпюры давлений кольца по окружности;

в) в определении напряжений изгиба, возникающих в сечении, противоположенном замку, при надевании кольца на поршень и в рабочем состоянии;

г) в установлении монтажных зазоров в прямом замке кольца.

Наибольшей работоспособностью (устойчивостью к радиальным вибрациям) и долговечностью обладают поршневые кольца, эпюра давлений колец на зеркало цилиндра которых имеет грушевидную форму.

Расчёт производим для компрессионного кольца. Материал колец СЧ 20.

Построение грушевидной эпюры давлений производится на основе среднего давления на стенку цилиндра определяемого по формуле [5, стр. 269]:

(82)

где – модуль упругости материала,МПа;

– диаметр поршня,=110 мм;

– толщина поршневого кольца,;

– раствор замка, т.е. разность зазоров в замке кольца в свободном состоянии и минимально допустимом во время работы двигателя,, отсюда следует, что.

Результаты расчёта , а такжедля различных угловприведены ниже:

Таблица 4.3.4 – Результаты расчёта давлений кольца на зеркало цилиндра

, град	0	30	60	90	120	150	180
, рад	1,051	1,047	1,137	0,896	0,454	0,67	2,85
, МПа	0,178	0,177	0,192	0,152	0,077	0,113	0,482

Максимальное напряжение при изгибе кольца в рабочем состоянии, возникающее в его поперечном сечении напротив замка [5, стр. 272]:

(83)

Напряжения должны находится в пределах.

Максимальные напряжения, возникающие при разведении замка в процессе надевания кольца на поршень [5, стр. 272]:

(84)

где коэффициент, зависящий от способа приложения усилий к кольцу при надевании его на поршень (в прочностном расчёте принимается).

Минимальный зазор в прямом замке холодного кольца после заведения последнего в цилиндр определяется из условия неодинакового нагрева кольца и гильзы в работающем двигателе[5, стр. 272]:

(85)

где минимальный допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя (), принимаем;

коэффициенты линейного расширения материалов кольца и цилиндра;

температуры соответственно кольца и цилиндра в рабочем состоянии двигателя и начальная температура (), принимаем,.