- •2 Параметры рабочего тела
- •Параметры окружающей среды и остаточные газы
- •4 Процесс впуска
- •5 Процесс сжатия
- •6 Процесс сгорания
- •7 Процесс расширения
- •8 Индикаторные параметры рабочего цикла дизеля
- •9 Эффективные показатели работы дизеля
- •4. Уравновешивание двигателя
- •5. Расчет и проектирование деталей двигателя
- •Максимальная угловая скорость холостого хода равна
- •Определяем диаметральные зазоры в горячем состоянии
- •Определяем напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии
- •Определяем монтажный зазор в замке поршневого кольца
- •6 . Расчет систем двигателя Расчет системы газораспределения
- •А) выпуклого профиля; б) вогнутого профиля
- •Расчет системы смазки
- •Расчет масляного радиатора
- •Расчет системы охлаждения
- •8. Выводы
Определяем напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии
, МПа,
МПа.
Определяем напряжение изгиба при надевании кольца на поршень , МПа,
где m=1,57,
МПа.
Определяем монтажный зазор в замке поршневого кольца
, мм,
где ∆'к=0,08 мм - минимально допустимый зазор;
к и ц - коэффициенты линейного расширения материала кольца и гильцы цилиндра;
Тк=498К, Тц=388К;
мм.
Расчет шатуна
Материал шатуна сталь 40Х, втулки – бронза, модуль упругости материала шатуна ЕСТ=2,2×105 МПа, коэффициент линейного расширения ст=1×10-5 1/К, предел прочности σ=980 МПа, предел усталости при изгибе σ–1=350 МПа, предел усталости при растяжении σ–1р=300 МПа, предел текучести σт=800 МПа; для материала втулки определяем модуль упругости ЕВТ=1,15×105 МПа, коэффициент линейного расширения вт=1,8×10-5 1/К.
Определяем внутренний диаметр верхней головки шатуна
d = (1,1...1,25)dп., мм,
d = 1,2·45=50 мм.
Определяем радиальную толщину стенки втулки
s=2,5 мм,
Определяем наружный диаметр головки шатуна
dгол = (1,25...1,65)dп., мм,
dгол = 64 мм.
Определяем длину поршневой головки шатуна
lш = (0,33...0,45)d, мм,
lш = 46 мм.
Определяем суммарное давление на поверхности головки от запрессовки втулки и нагрева головки и втулки
, МПа,
где Δ=0,04 - натяг от запрессовки втулки, мм;
Δt = 0,044 – натяг от нагрева головки, мм;
t=110 – температура подогрева головки, град.;
=0,3 – коэффициент Пуассона.
МПа.
Определяем напряжение на наружной поверхности головки шатуна
, МПа,
Рис. 3 Схема верхней головки шатуна:
а) для растяжения; б) для сжатия
МПа.
Определяем напряжение на внутренней поверхности
, МПа,
МПа.
Определяем изгибающий момент в вертикальном сечении проушины
M0= –Pj пор. гр rср (0,00033 φзад – 0,0297), Нм,
где Pj пор. гр= – mпор. грRω2(1+λ) – сила инерции поршневой группы, Н;
rср = (dгол + d)/4, мм;
φзад = 110º – угол заделки, град,
rср = (0,064 + 0,05)/4=0,0285 м,
Н,
Нм.
Определяем величину нормальной силы в этом же сечении
N0 = – Pj пор. гр (0,572 – 0,0008 φзад), Н,
Н.
Определяем величину нормальной силы в расчетном сечении от растягивающей силы для выбранного угла заделки φзад
Nφ зад = N0cosφзад – 0,5(–Pj пор. гр)(sinφзад – cosφзад), Н,
Н.
Определяем изгибающий момент в расчетном сечении
Mφ зад = М0 + N0rср(1 – cos φзад) + 0,5 Pj пор. грrср(sin φзад – cos φзад), Нм,
Нм.
Определяем напряжение от растяжения в наружном слое
, МПа,
где h = 3 мм – толщина стенки головки;
- коэффициент, учитывающий наличие запрессованной втулки;
Fст = (dгол – d)lш – площадь сечения головки шатуна, мм2;
Fвт = (d – dп.н)lш – площадь сечения втулки, мм2,
мм2,
мм2,
,
МПа.
Определяем суммарную силу, сжимающую головку
Pсж = (pz – p0)Fпор + (– Pj max), Н,
Н.
Определяем нормальную силу для нагруженного участка
Nсж φ зад = Pсж[[sin φзад/2 - (φзад /π)sin φзад - (1/π) cos φзад] + N0/Pг,] , Н,
Н.
Определяем изгибающий момент для нагруженного участка
, Нм,
где N0/Рc; =0,0009 и М0/(Рc;rср)=0,00025 ,
Нм.
Определяем напряжения в наружном слое от сжимающей силы
, МПа,
МПа.
Определяем запас прочности
,
где σ–1р - предел выносливости материала при растяжении,
σ–1р=300МПа,
ασ = 0,12 – коэффициент, зависящий от характеристики материала;
ε′σ = 0,7 – коэффициент, учитывающий влияние технологического фактора,
.
Расчет стержня шатуна.
Определяем силу инерции, растягивающую шатун на холостом ходе
Pj = –(mпор.гр+0,275 mш) Rω2(1+λ), Н,
где mш=3,6 кг – масса шатуна,
МН.
Определяем максимальную силу давления газов, сжимающую шатун
Pг = (pz max – p0)Fпор, МН,
где p0 = 0,1 МПа – атмосферное давление,
МН.
Определяем суммарное напряжение при сжатии с учетом продольного изгиба в плоскости качания шатуна
, МПа,
где Кх=1,15 – коэффициент, учитывающий продольный изгиб;
Fш. ср – площадь шатуна в расчётном сечении,
м2,
МПа.
Определяем суммарное напряжение при сжатии с учетом продольного изгиба в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна
где Ку=1,05 – коэффициент, учитывающий продольный изгиб шатуна автомобильного двигателя в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна,
МПа.
Определяем напряжение растяжения
σр = Pj / fш. ср, МПа,
МПа.
Определяем амплитуду напряжения в плоскости х сечения шатуна
, МПа,
МПа.
Определяем среднее напряжение в плоскости х сечения шатуна
, МПа,
МПа.
Определяем амплитуду напряжения в плоскости y
, МПа,
МПа.
Определяем среднее напряжение в плоскости y
, МПа,
МПа.
Определяем запас прочности шатуна в плоскости x
,
где ασ =0,12,
Определяем запас прочности шатуна в плоскости y
,
Расчет кривошипной головки шатуна
Определяем силу, отрывающую крышку нижней головки шатуна
P′j = – [(mпор. гр + mш)(1 + λ) + (mш. к – mкр)] Rω2, МН,
где mш=0,9 кг – масса шатуна, совершающая возвратно-поступательное движение;
mпор. гр=2, 4 кг;
mш.к =2,7 кг – масса шатуна, совершающая вращательное движение;
mкр =0,9 кг – масса отъемной крышки,
МН.
Определяем напряжения в материале крышки
, МПа, []=300МПа,
где с –расстояние между осями шатунных болтов, м, с=0,113;
Jв – момент инерции расчетного сечения вкладыша,
;
J-момент инерции расчетного сечения крышки;
м
r1 – внутренний радиус кривошипной головки,
м;
d-диаметр шатунной шейки, d =0,074 м;
t-толщина стенки вкладыша, t=0,003 м;
=длина кривошипной головки, =0,048 м;
Wиз= м3 – момент сопротивления изгибу;
Fкр – площадь сечения крышки с вкладышем, м2,
МПа.
Расчет шатунных болтов
Принимаем материал болтов сталь 40ХН, количество болтов iб=2, номинальный диаметр болта d=14 мм, шаг резьбы t=1,5 мм.
Считаем, что плотность стыка обеспечивается условием
Pпр > Pj,
где Pj – сила инерции, отрывающая крышку; Pj =0,0107 МН;
Pпр – сила предварительной затяжки, МН.
Определяем силу предварительной затяжки
Pпр = (2 – 3) Pj / iб, МН,
где z – число болтов, которыми крышка притягивается к шатуну,
МН.
Определяем величину суммарной силы, растягивающей болт
Рб = Рпр + χPj /iб, МН,
где =0,15 – коэффициент нагрузки,
МН.
Определяем максимальное напряжение в болте в сечении по наименьшему диаметру
, МПа,
где dв=d-1,4t=0,014-1,4·0,0015=0,0119 м,
МПа.
Определяем минимальное напряжение в этом же сечении
, МПа,
МПа.
Определяем амплитуду напряжения
, МПа,
МПа.
Определяем среднее напряжение
, МПа,
МПа.
Определяем запас прочности болта для выбранного материала стали
,
где Кσ =6 – коэффициент концентрации напряжений;
=0,17 - коэффициент, зависящий от характеристики материала;
=0,9 – коэффициент, учитывающий технологические факторы;
- допустимое значение напряжения для материала болтов,
=380 МПа.