Конструирование бензинового двигателя для легкового автомобиля
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
где FA-A-площадь сечения, ослабленного отверстиями для отвода масла,
Fп - площадь поршня;
Pzmax-максимальная сила давления газов, на днище поршня.
Напряжение sс не должны превышать для алюминиевых поршней 30…40 МПа.
Напряжения от сжатия sс=30,21 МПа не превышает допускаемых. Прочность обеспечивается.
Растягивающие напряжения в сечении, ослабленном отверстиями для отвода масла [2]:
, (6.60)
где сила инерции части поршня с кольцами, расположенной выше сечения FA-A [2]:
, (6.61)
где mг-масса головки поршня: ;
w-частота вращения вала двигателя в режиме холостого хода [2]:
, (6.62)
где nх.х.max.=1,07n=1,075800=6206 мин-1- максимальная частота вращения вала двигателя в режиме холостого хода.
Напряжения sР не должны превышать для алюминиевых поршней 4…10 МПа. Напряжение от растяжения sР=4,44МПа не превышает допустимые. Прочность обеспечивается.
Напряжения при изгибе и срезе кольцевой перемычки [2]:
(6.63)
, (6.64)
где высота первой перемычки.
Суммарные напряжения согласно третьей гипотезе прочности[2]:
. (6.65)
Напряжения sS не должны превышать 30…40 МПа для поршней из алюминиевых сплавов. Суммарные напряжения sS=17 МПа не превышают допускаемые. Прочность обеспечивается.
Рассчитаем юбку поршня. Максимальное удельное давление на юбку поршня [2]:
, (6.66)
где Nmax-наибольшая нормальная сила, действующая на стенку цилиндра [2]:
, (6.67)
где hю-высота юбки, hю=60 мм.
Удельное давление на стенку цилиндра pю не должно превышать 1 МПа. Удельное давление pю=0,7543 МПа не превышает допустимого. Прочность обеспечивается.
Рассчитаем диаметры головки и юбки поршня.
Диаметры головки и юбки поршня в холодном состоянии [2]:
; (6.68)
, (6.69)
где =0,56мм ,=0,16 мм
Диаметральные зазоры в горячем состоянии [2]:
; (6.70)
, (6.71)
где , приняты с учетом водяного охлаждения двигателя.
6.1.2 Расчет поршневого кольца
Поршневые кольца предназначены для обеспечения герметичности внутрицилиндрового пространства, отвода теплоты от поршня в стенки гильзы и удаления с них излишков масла.
Поршневое кольцо изготовлено из серого чугуна марки СЧ20.
Среднее давление кольца на стенку цилиндра [2]:
, (6.72)
где Е=10 5 МПа - модуль упругости для чугуна,
.
Среднее давление компрессионного кольца на стенку цилиндра Рср не должно превышать 0,37 МПа.
Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии [2]:
. (6.73)
Максимальные напряжения, возникающие при разведении замка в процессе надевания кольца на поршень [2]:
, (6.74)
где k - коэффициент, зависящий от способа приложения усилий к кольцу при надевании его на поршень (в расчете принимаем k=1,57) .
Монтажный зазор DЗ в замке поршневого кольца [2]:
, (6.75)
где DЗ - минимальный допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя (DЗ=0,08 мм);
aк, aц - коэффициенты линейного расширения материалов кольца и цилиндра,
tк, tц, t0-температуры соответственно кольца и цилиндра в рабочем состоянии двигателя и начальная температура .
6.1.3 Расчет поршневого пальца
Поршневой палец предназначен для шарнирного соединения поршня с шатуном и является осью, относительно которой совершаются колебательные движения шатуна.
Поршневой палец плавающего типа выполнен из стали 15Х () с последующей цементацией поверхностного слоя и закалкой.
Разрушение пальца вызывается чаще всего напряжениями, возникающими при его овализации, изгибе и срезе. Износостойкость пальца зависит от его удельных давлений на втулку шатуна и на бобышки поршня.
Давление, приходящееся на единицу площади проекции опорной поверхности в бобышках поршня [2]:
, (6.76)
где Lб.п. - расстояние между бобышками поршня;
Lп. - длина поршневого пальца;
k-коэффициент, зависящий от массы поршневого пальца,
, (6.77)
где mп.г. - масса поршневой группы.
Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна [2]:
, (6.78)
где сила инерции поршневой группы, Н;
длина поршневой головки шатуна.
Напряжение рб не должны превышать 50 МПа. Давление рб=30,94 МПа. не превышает допустимые. Прочность обеспечена.
Давление рш не должно превышать 60 МПа . Давление рш=33,77 МПа не превышает допустимые. Прочность обеспечена.
Напряжение в среднем сечении пальца при его изгибе [2]:
, (6.79)
где
.
Допускаемые нормальные напряжения при изгибе [sи]=200…250 МПа. Напряжения sи=147,3МПа не превышают допустимые. Прочность обеспечена.
Напряжения, возникающие при срезе пальца [2]:
. (6.80)
Допускаемые касательные напряжения . Касательное напряжение t=94 МПа, не превышает допустимые. Прочность обеспечивается.
Максимальная диаметральная деформация пальца при овализации [2]:
, (6.81)
где поправочный коэффициент:
.
Диаметральная деформация Ddmax не должна превышать 0,001dн=0,00124=0,024 мм. Диаметральная деформация не превышает допустимую.
Напряжения, возникающие при овализации пальца:
а) на внешней поверхности пальца в горизонтальной плоскости (точка 1, рисунок 6.2) [2]:
; (6.82)
Рисунок 6.2 Эпюра напряжений, возникающих при овализации пальца
б) на внутренней поверхности в горизонтальной плоскости (точка 2,