Тепловой, кинематический, динамический и прочностной расчет двигателя внутреннего сгорания
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
1.
Эти силы действуют по оси цилиндра и как и силы давления газов считаются положительными, если направлены к оси коленчатого вала, и отрицательными, если направлены от коленвала.
Рисунок 5.2. Схема сил и моментов, действующих на КШМ
Силы давления газов
Силы давления газов в цилиндре двигателя в зависимости от хода поршня определяются по индикаторной диаграмме, построенной по данным теплового расчета.
Сила давления газов на поршень действует по оси цилиндра:
где - давление газов в цилиндре двигателя, определяемое для соответствующего положения поршня по индикаторной диаграмме, полученной при выполнении теплового расчета; для переноса диаграммы из координат в координаты , используем метод Брикса.
Для этого строим вспомогательную полуокружность. Точка соответствует ее геометрическому центру, точка смещена на величину (поправка Брикса). По оси ординат в сторону НМТ. Отрезок соответствует разнице перемещений, которые совершает поршень за первую и вторую четверть поворота коленчатого вала.
Проведя Из точек пересечения ординаты с индикаторной диаграммой линии, параллельные оси абсцисс до пересечения с ординатами при угле , получим точку величины в координатах (см. диагр. 5.1).
- давление в картере;
- площадь поршня.
Результаты заносим в таблицу 5.1.
Суммарная сила:
Суммарная сила - это алгебраическая сумма сил, действующих в направлении оси цилиндра:
Сила перпендикулярная оси цилиндра.
Эта сила создает боковое давление на стенку цилиндра.
- угол наклона шатуна относительно оси цилиндра,
Сила, действующая вдоль оси шатуна
Сила, действующая вдоль кривошипа:
Сила, создающая крутящий момент:
Крутящий момент одного цилиндра:
Вычисляем силы и моменты, действующие в КШМ через каждые15 поворота кривошипа. Результаты вычислений заносим в таблицу 5.1
Построение полярной диаграммы сил, действующих на шатунную шейку
Строим координатную систему и с центром в точке 0, в которой отрицательная ось направлена вверх.
В таблице результатов динамического расчёта каждому значению б=0, 15, 30…720 соответствует точка с координатами . Наносим на плоскость и эти точки. Последовательно соединяя точки, получаем полярную диаграмму. Вектор, соединяющий центр с любой точкой диаграммы, указывает направление вектора и его величину в соответствующем масштабе.
Строим новый центр отстоящий от по оси на величину удельной центробежной силы от вращающейся массы нижней части шатуна . В этом центре условно располагают шатунную шейку с диаметром .
Вектор, соединяющий центр с любой точкой построенной диаграммы, указывает направление действия силы на поверхность шатунной шейки и ее величину в соответствующем масштабе.
Для определения средней результирующей за цикл , а так же ее максимального и минимального значений полярной диаграммы перестраивают в прямоугольную систему координат в функции угла поворота коленчатого вала. Для этого на ось абсцисс откладываем для каждого положения коленчатого вала углы поворота кривошипа, а на оси ординат - значения , взятые из полярной диаграммы, в виде проекций на вертикальную ось. При построении диаграммы все значения считаются положительными.
двигатель тепловой показатель прочность
6. Расчет на прочность
Расчет поршня
В процессе работы поршень находится под воздействием сил давления газов и высокой температуры. В результате в нем возникают механические и тепловые напряжения.
Механические напряжения в днище поршня достигают максимального значения при наибольшем давлении сгорания . Методов точного расчета пока не имеется в виду сложности и быстротечности протекающих процессов. Поэтому расчет проводится по приближенным расчетным соотношениям. При этом днище поршня рассматривается как пластина постоянной толщины, заделанная по контуру и нагруженная равномерно (рисунок 6.1)
Рисунок 6.1. Схема напряжений изгиба в днище поршня
Большая часть головок судовых дизелей выполняется без каких-либо ребер, так как благодаря этому днище может свободно деформироваться при нагреве. При указанной конструкции, днище можно условно рассматривать как круглую пластину постоянной толщины, жестко заделанную по контуру, у которой прогибы малы по сравнению с толщиной, и нагруженную наибольшим равномерно-распределенным давлением газов при сгорании pz (рисунок 6.1, а).
Наибольшие напряжения на контуре днища:
в тангенциальном направлении
в радиальном направлении
в центре днища
двигатель тепловой показатель прочность
где м - коэффициент Пуассона, для чугуна и стали м = 0,3;
- расстояние от центра пластины до места защемления,
_;
- толщина цилиндрической части головки поршня:
;
- толщина донышка поршня ;
- радиальная толщина кольца .
Направление положительных моментов указано на рис. 6.1, а.
Положительные моменты вызывают на огневой поверхности днища (АС) положительные нап