Дизельные двигатели речных судов
Курсовой проект - Транспорт, логистика
Другие курсовые по предмету Транспорт, логистика
весьма важное преимущество поршней, так как от их массы зависит значение силы инерции, действующей в кривошипно-шатунном механизме. Алюминиевые сплавы обладают высокой теплопроводностью, в связи с чем повышается теплоотдача от алюминиевых головок поршней к уплотнительным кольцам и цилиндровым втулкам. Температура таких поршней ниже чем у чугунных.
Недостатком поршней из алюминиевых сплавов является их более высокая стоимость. Кроме того, они быстро изнашиваются, а в результате значительного коэффициента линейного расширения алюминия приходится увеличивать зазор между поршнем и втулкой цилиндра, что нежелательно, так как при непрогретом двигателе поршни будут стучать.
Верхнюю часть головки поршня называют днищем, на которое действует давление газов. Форма его зависит от условий смесеобразования.
Толщину днища поршня выбирают обычно конструктивно и проверяют на прочность при испытании опытного образца. Точно рассчитать прочность днища сложно, так как необходимо учитывать его неплоскую форму, упругую заделку по контуру, тепловые напряжения.
Вследствие сильного нагревания головки при работе двигателя и ее расширения между головкой и втулкой цилиндра предусматривают значительный зазор, равный примерно 0,006*D.
Зазор между тронком и втулкой цилиндра составляет у чугунных поршней примерно 0,001*D, у поршней из алюминиевых сплавов - примерно 0,0015 - 0,0025*D.
Через уплотнительные кольца передается 75 - 80 % всего теплового потока от днища поршня. При этом через первое кольцо отводится 40 - 50 % всей теплоты, через второе - в 2 раза меньше, через третье - в 4 раза меньше.
Недостаточный отвод теплоты от днища поршня может привести к его перегреву и, как следствие этого, к появлению трещин.
В двигателях с высокими тепловыми напряжениями допускается изготовлять составной поршень, и применение проточного охлаждения поршня.
В таких поршнях, охлаждающее масло по каналам расположенным внутри стержня шатуна, через отверстие в головке шатуна впрыскивается в полость головки поршня, омывая центральную часть днища поршня, и по специальным каналам поступает в боковые полости головки поршня и затем стекает в картер двигателя. Головка у таких поршней обычно изготавливается из жаростойкого металла: сталь 2Х13 или из легированного чугуна.
Исходные данные:
Радиальный зазор в канавке поршня: t = 0.0009 м
Отношение длины мотыля к длине шатуна: = 0.25
Толщина стенки головки поршня:
Радиальная толщина кольца:
Внутренний диаметр поршня:
Диаметр поршня по дну канавок:
Толщина донышка поршня для поршней с искусственным охлаждением:
Расстояние от первого поршневого кольца до кромки донышка:
Толщина цилиндрической стенки головки поршня:
Чтобы устранить защемление поршня в цилиндре вследствие его расширения при нагревании, диаметр поршня должен быть меньше диаметра цилиндра.
Диаметральный зазор между головкой поршня и цилиндром:
Диаметральный зазор между направляющей частью поршня и цилиндром:
Напряжения сжатия в головке поршня:
Удовлетворяет условию
Внутренний радиус днища:
Изгибающий момент относительно сечения 1-1:
Момент сопротивления донышка:
Напряжение изгиба донышка поршня:
Удовлетворяет условию
Высота головки поршня:
Высота юбки поршня:
Наибольшая нормальная сила, действующая на стенку цилиндра:
Наибольшее допустимое давление на стенки цилиндра:
удовлетворяет условию
Наибольшее допустимое удельное давление на поверхность опорных гнезд пальца:
Удовлетворяет условию
В составном поршне шпильки, служащие для соединения его головки с направляющей частью, испытывают напряжения растяжения силами инерции головки и силами трения поршня.
При прохождении поршнем верхнего крайнего положения сила инерции, действующая на шпильки его головки, будет равна:
где G - вес головки поршня с охлаждающей жидкостью, кг;
- отношение длины мотыля к длине шатуна;
r - длина мотыля, м.
Усилие возникающее при заедании поршня и условно принимаемое равным:
Расчетные напряжения в шпильках определяют из уравнений:
где - диаметр шпилек, см;
m - число шпилек.
Для углеродистой стали допускается и для легированной .
Принимаем шпильки из легированной стали.
4.2.2 Расчет поршневого пальца
Поршневой палец работает в сравнительно тяжелых условиях: ударный характер нагрузки; большие удельные давления на поверхность пальца; воспринимает тепло от сильно нагретого донышка поршня; подвод масла на поверхность пальца затруднен. Поэтому материал пальца должен обладать вязкостью, высокой прочностью и твердой поверхностью.
Пальцы изготовляют путем поковки или штамповки. Для быстроходных дизелей из легированных сталей. Для получения необходимой твердости поверхность пальца цементируют и закаливают с глубиной цементованного слоя в зависимости от диаметра пальца 0,5 - 2 мм.
Коэффициент, учитывающий массу пальца: к = 0.97
Модуль упругости стали12ХНЗА:
Диаметр пальца: