5. Расчет, выбор материала и проектирование поршневых колец.

Поршневые кольца предназначены для снижения прорыва газов (компрессионные и маслосъемные, если они двухфункциональные), передачи смазки гильзам цилиндров (за счет их насосного эффекта), снятия лишней смазки (маслосъемные) и передачи тепла от поршня стенкам цилиндра.

С увеличением количества колец утечки уменьшаются, однако не пропорционально их количеству. Если утечки газов при одном кольце принять за 100%, то при двух они составляют 70%, при трех – 58, при четырех – 50 (рисунок 8). Поэтому нет смысла чрезмерно увеличивать их количество. В настоящее время в дизелях используются 5…6 компрессионных колец, в ДсИЗ – 3…4. Есть дизеля, у которых всего три кольца: два – компрессионных и одно – двух функциональное (компрессионное и маслосъемное).

Для снижения утечек делают «разнос» замков. Фиксацию колец предусматривают в основном в двухтактных двигателях с щелевой продувкой. Условия работы колец очень тяжелые: - трение большое (75% потерь на трение приходится на пары кольца - цилиндр);

- через них отводится в систему охлаждения 50-60% тепла (остальное тепло отводится маслом и другими элементами).Температура первого кольца  200С. Допустимой считается 220С (при применении комплексных присадок к маслу).Изготавливают кольца из перлитных легированных присадками никеля, вольфрама, хрома, молибдена, кремния чугунов СЧ 21, СЧ 24 и др. отливкой с последующей проточкой и вырезкой замка. В последние годы стали применять стальные витые кольца (ЗИЛ-130 и др.), но в качестве первых компрессионных они не используются.

Рисунок 9 Кольцо: А и В зазоры в замке в свободном и рабочем (установленном в цилиндр) положениях

Преимущественно используются прямые замки (рисунок 9).

Берут: а=0,05D

в=(0,55…0,75) а (но не менее 2 мм).

6. Расчет, выбор материала и проектирование шатуна.

Шатуны - при V-образном расположении цилиндров могут быть одинаковыми для всех цилиндров и располагаться по два на каждой шейке. Тогда цилиндры одного ряда смещаются относительно другого (у ЯМЗ-236 и 238 смешены на 30 мм). Изготовляют из высокоуглеродистых сталей 40, 45, 40Х, 45Г2 и легированных сталей 18ХНВА, 18ХНМА, 40ХНМА и др. (таблицы 2 и 3, Приложения III) ковкой в штампах с последующей термической обработкой (отпуск до HR_c=27…41). Иногда применяют титаноалюминиевые сплавы.

Верхняя головка шатуна рассчитывается на растяжение по выражению:

 []=2…5 МПа,

где т_S – удельная масса возвратно-поступательно движущихся деталей;

D₂, D₁ и l_г.ш. – см. рисунок 11;

D – диаметр цилиндра;

r и  - радиус кривошипа и угловая скорость вращения коленчатого вала.

Оценивают также и жесткость верхней головки:

0,01…0,007 (здесь  - уменьшение среднего диаметра при нагрузке и одновременно зазор между пальцем и верхней головкой).

Стержень шатуна рассчитывают на напряжения сжатия и изгиба, устойчивость и др. (рисунок 12). Напряжение сжатия определяется по выражению: , где: - усилие от максимального давления газов; Аmin – минимальная площадь сечения стержня (Е-Е по рисунку 11). Напряжение изгиба определяют по сечению х-х (от инерционных усилий при угле 90 между шатуном и кривошипом (рисунок 12). Суммарное напряжение: , здесь Rг – усилие вдоль стержня шатуна от давления газов при угле 90. Если п<2000 мин-1, то изг незначительно. На устойчивость проверяют по выражению:

F_кр=R_г, _z2,5…5,00,

Здесь F_кр - критическое усилие, превышение которого вызывает потерю устойчивости первоначальной формы стержня. В связи с переходом на короткоходные двигатели значение расчета на устойчивость снижается. Крышка нижней головки нагружается инерционными усилиями, которые имеют максимальное значение в ВМТ поршня (рисунок 13).

;