- •1. Общий подход к расчету и проектированию двигателя.
- •2 Выбор типа, тактности, чисел оборотов и цилиндров и расположения цилиндров двигателя
- •3. Методика расчета и проектирования маховика.
- •5. Расчет, выбор материала и проектирование поршневых колец.
- •6. Расчет, выбор материала и проектирование шатуна.
- •7. Расчет, выбор материала и проектирование коленчатого вала.
- •9. Расчет, выбор материала и проектирование поршня.
- •11. Методика расчета системы смазки.
- •12. Методика расчета системы охлаждения.
- •13. Методика расчета механизма газораспределения.
- •14. Перечислите пути повышения долговечности механизма газораспределения.
- •15. Современные и перспективны материалы для изготовления деталей двс.
- •16. Расчет кулачка топливного насоса высокого давления.
- •17. Какие формы тарелок клапанов в каких случаях применяются?
- •18. Как определить количество и диаметр распыливающих отверстий форсунок дизелей?
- •19. Как определяются производительности жидкостного насоса и вентилятора системы охлаждения?
- •20. Какие функции выполняет система смазки?
- •21. Какие требования предъявляются к блок - картеру и как они учитываются при его проектировании и изготовлении?
- •22. Какой термообработке подвергает поршневой палец?
- •23. Какие факторы учитываются при определении числа компрессионных колец.
- •24. Перечислите основные элементы коленчатого вала.
- •26. Как рассчитывается и проектируется кулачок распределительного вала механизма газораспределения?
2 Выбор типа, тактности, чисел оборотов и цилиндров и расположения цилиндров двигателя
Выбор этот производят ориентируясь на выполненные двигатели.
Тип двигателя (дизельный, ДсИЗ) выбирают с учетом его назначения и преимуществ и недостатков известных конструкций.
При выборе тактности следует учесть, что в двухтактных двигателях при прочих равных условиях:
- мощность может быть в два раза выше (из-за того, что рабочий ход поршня совершается в течение каждого оборота). В двигателях с кривошипно-камерной продувкой она оказывается выше только на 60...70 % (из-за потерь заряда при газообмене). Следует заметить, что с появлением наддува это достоинство двухтактных двигателей не стало иметь решающего значения;
- меньше деталей может быть (при кривошипно-камерной продувке);
- обеспечивается более равномерный крутящий момент (Мкр) и, в результате, ниже оказывается масса маховика.
Число цилиндров влияет на инерционные усилия и максимальный крутящий момент и во многом определяет весовые показатели двигателя (рисунок 1).С увеличением числа цилиндров удельный вес и габаритный объем обычно снижается. Расположение цилиндров во многом определяет длину двигателя и жесткость ряда его деталей, а также удельный вес, фронтальную площадь F и габаритный объем Vдв двигателя. Так, при V-образном расположении цилиндров жесткость блок-картера и коленчатого вала существенно возрастают, а длина двигателя сокращается на 30%. Частота вращения коленчатого вала п в отечественных карбюраторных двигателях достигает 5000…6000 мин-1, а в дизелях – 3200 и больше.
С увеличением частоты вращения крутящий момент двигателя и, следовательно, размеры всех его основных деталей уменьшаются:
,
где п - мин-1; К=716,2 – если Nе в л.с. и 945 – в кВт.
Двигатели с меньшим диаметром цилиндра являются, как правило, более быстроходными.
Частота вращения определяет и среднюю скорость поршня:
.
В современных двигателях Ст равна 10…13 м/с - в легковых автомобилях; 8...10 - в грузовых и 6,5...8 -в тракторах.
С увеличением Ст возрастают все инерционные усилия, т.е. механическая напряженность работы двигателя и, как следствие, снижается моторесурс двигателя.
3. Методика расчета и проектирования маховика.
Наружный диаметр маховика D выбирают, ориентируясь на допустимую максимальную окружную скорость: , м.с.
Обычно D=200…500 мм.
Если V70 м/с (п5000 мин-1), то маховик изготавливают отливкой из чугуна (предел прочности 110 МПа), а если выше (п>5000 мин-1) – отливкой или штамповкой из стали (200 МПа).
Из выражения (4) находим: .
С учетом того, что на маховик приходится 0,85…0,90 от момента инерции всех подвижных деталей получаем: Jм=(0,75…0,90)J.
Рисунок 5 Схема маховика двигателя Д-21А; кретиком обозначен центр тяжести сечения маховика |
Момент инерции маховика связан с его конструктивными параметрами и массой выражением: , (7) где т – масса маховика; Dо - диаметр центра тяжести его сечения (рисунок 5). Величину называют маховым моментом. С увеличением числа цилиндров двигателя и при переходе с четырехтактных на двухтактные двигатели |
Lизб уменьшается и в результате момент инерции маховика снижается. Средний диаметр обода маховика можно принять ориентируясь на опытные данные из соотношения Dср=(2…3)S, где S – ход поршня. Наружный диаметр маховика примерно 350…500 мм в тракторных и 300…450 в автомобильных двигателях.
4. Расчет, выбор материала и проектирование поршневого пальца.
Рисунок 3 Схема пальца.Поршневой палец работает в условиях резко переменных нагрузок, высоких температур и полужидкостного трения. Наиболее широко применяются полые пальцы (рисунок 3) плавающего типа с наружной коркой с высокой твердостью и «вязкой» остальной части. Изгибающие нагрузки приводят к некоторой деформации отверстий в зоне выхода из бобышек и головки шатуна. При профилировании пальца по рисунку 4 (использовала фирма Mahle, Германия) эта деформация существенно уменьшается.
Рисунок 4 Профилированный (канавками) палец |
Пальцы изготавливают из сталей – 45, 20, 15ХН, 15Х, 20ХЗ и др. (таблица 2 и 3 Приложения III). Пальцы из малоуглеродистых сталей подвергают цементации на глубину 0,5…2,0 мм, высокоуглеродистых – закаливают ТВЧ на глубину 1…1,5 мм до твердости HRC=58-65 (сердцевина - до 36), иногда даже используют азотирование.
Наружная поверхность шлифуется и полируется. Относительный зазор между пальцем и бобышками и головкой шатуна =0,0005…0,001.Максимальная овализация пальца в автотракторных двигателях: dmax=(0,0005…0,001)dп (не более >0,05 мм). Основные размеры пальца назначают в долях от диаметра поршня.
Рисунок 5 Расчетная схема пальца |
Изгибающий момент может определяться в положениях поршня, соответствующих максимальному давлению сгорания в цилиндре (RZ) и максимальному инерционному усилию (Рj max): и . |
Изгибающие моменты по величине, например, RZ составят (рисунок 5): Максимальный изгибающий момент будет при : или и напряжение изгиба [],
где , см3 – момент сопротивления изгибу. []=(20…30) кПа – для двигателей легковых автомобилей и (12…25) кПа – для всех других двигателей. |
В последние годы стали предлагать несколько иную схему расчета обеспечивающую, как считают, большую точность. Палец проверяют и на удельное давление. Для зоны головки шатуна оно равно (МПа): (20…60).
При выполнении этого условия смазка из зазора не выжимается. Аналогичную проверку делают и для приливов (бобышек) поршня, обеспечивая q15…50 МПа.