Конструирование четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с одним цилиндром, работающего по схеме вращающегося цилиндра-клапана

Дипломная работа - Разное

Другие дипломы по предмету Разное

?илиндров-1Количество тактов-4Отношение: диаметр поршня/ход поршня-63/56Рабочий объем цилиндрасм3175Частота вращения коленчатого вала при номинальной мощностиоб/мин5000Номинальная мощностькВт7,44Степень сжатия-7.5Геометрический критерий подобия-0,25

5.1Расчет на прочность элементов поршневой группы

 

Расчет поршня

а) Расчет днища поршня.

Материал поршня - алюминиевый сплав.

Основные размеры конструктивных элементов поршневой группы выбираем на основании статистических данных.

 

Таблица 5.2 - Основные конструктивные соотношения размеров элементов поршня

ПараметрЗначениеH/D0.9 1.3?/D0.06 0.09s/D0.05 0.10? ю , мм1.5 4.5h/D0.07 0.08hп/D0.03 0.05h2/D0.41 0.61hю/D0.68 0.71diD-2(s+t+?t)t/D (толщина кольца)компрессионные: 0.04 0.045маслосъемные: 0.038 0.043?t, мм (радиальный зазор между кольцом и стенкой канавки)компрессионные: 0.7 0.95маслосъемные: 0.9 1.1iмо (количество маслосъемных отверстий в стенке поршня)6 12dм/C (диаметр маслосъемных отверстий)0.3 0.5C, мм (высота поршневых колец)1.5 4.0dп/D0.24 0.28(dвн/dп)=?0,65 0,75lп/D0.85 0.9a/D0.28 0.45b/D0.30 0.50dб/D0.30 0.50

где, D - диаметр поршня

? - толщина днища

s - минимальная толщина поршня

? ю - высота юбки

h - высота жарового пояса поршня

hп - высота перемычки (первой)

h2 - расстояние между концом юбки и пальцем

di - внутренний диаметр поршня

H - высота поршня

dп - внешний диаметр пальца

dвн - внутренний диаметр пальца

lп - длина пальца

a - длина втулки шатуна

b - расстояние между бобышками

dб - средний диаметр бобышки

В соответствии с существующими аналогичными двигателями и с учетом соотношений приведенных в таблице принимаем:

 

 

 

?=4 мм; Н=57 мм; s=4 мм; ?ю=2 мм; h=5 мм; hп=3 мм; h2=26 мм; iмо=6; dп=21 мм; dвн=13.65 мм; lп=54 мм; a=28 мм; b=32 мм; dб=19 мм; di=48.2 мм; tк=2.6 мм; tм=2.4 мм; ?tк=0.7 мм; ?tм=1 мм; С=2 мм; dм=1 мм; hю=45 мм;

 

Рисунок 5.1 Расчётные модели элементов поршня

 

В связи со сложностью конфигурации днища поршня, трудностью установления характера нагружения и величины упругости заделки контура днища, днище рассчитывается как круглая пластина, заделанная по контуру и нагруженная равномерно распределенной нагрузкой. Берется режим максимального крутящего момента, когда сила давления газов имеет максимальное значение. Вследствие чего получаем два нормальных напряжения: радиальное и кольцевое (максимальные значения которых возникают на контуре днища) [8, стр. 41].

ri=(di/2)=48.2/2=24.1 мм - внутренний радиус поршня

pz=7.478 (МПа) - максимальное давление (считается равномерным) (из динамического расчета)

? - толщина днища

?r - радиальное напряжение

?? - кольцевое напряжение

 

 

где, ?=0.26 (коэффициент Пуассона для алюминиевых сплавов)

т. к. допускаемое напряжение [?]=(40 60) (МПа), принимаем значение di =39 мм, ?=6 мм

Полученные значения напряжений не превышают допускаемых значений. Условие выполняется.

Расчет термических напряжений.

Поток тепла идет по толщине днища и по радиусу к стенкам поршня.

Допущение: температура по контуру совпадает с температурой стенки поршня.

Максимальные термические напряжения возникают на контуре пластины (при r=ri).

Радиальное термическое напряжение:

 

 

Тц - температура в центре пластины

Тк - температура на контуре пластины

k - коэффициент, учитывающий податливость корпуса поршня на корпусе пластины

?=2210-6 1/К - коэффициент линейного расширения материала поршня

Е=0.65105 (МПа) - модуль Юнга

 

 

h - длина верхней части поршня

h=(?+rп-ri)=(6+31.5-24.1)=13.4 (мм)

rп=(D/2)=31.5 (мм) - радиус поршня

Примечание: перепад температур определяем следующим образом:

 

 

q - тепловая нагрузка на днище [Вт/м2]

?=150 [Вт/мК]- коэффициент теплопроводности материала днища

Тепловую нагрузку определяем следующим образом:

 

 

?=0.1 - доля всего тепла, которая остается в днище поршня

N - номинальная мощность двигателя

Н=43961 [кДж/кг] - низшая теплота сгорания топлива

g=328 [гр/кВтчас] - удельный расход топлива

i-число цилиндров

 

Fп=(?D2/4)=(3.140.0632/4)=3.1210-3 (м2) -площадь торца поршня

Определяем радиальное термическое напряжение:

- кольцевое термическое напряжение.

Аналогичным образом определяем термические напряжения, обусловленные перепадом температуры по толщине днища поршня. В этом случае за счет перепада температуры по толщине поршня максимальные напряжения возникают на торце днища.

 

 

где, Тк.с. - температура газов в камере сгорания

Твн.п. - температура внутренней поверхности поршня

 

 

Складывая термические напряжения, определяем полное термическое напряжение.

 

 

Полное напряжение (термическое + механическое от давления газов) не должны превышать допускаемые напряжения: [?]= (70 120) (МПа)

 

 

Расчет стенки поршня.

Расчет стенки поршня будем производить по сечению маслосъемного кольца.

 

Рисунок 5.2 - расчётные модели элементов поршня

 

где, dм.о.- диаметр маслосъемного отверстия

В сечение I-I, под действием давления газов, возникают напряжения сжатия, а под действием сил инерции растягивающие напряжения.

напряжение сжатия:

 

где,

 

- площадь поршня по сечению маслосъемного кольца

nм.о.=6 - число маслосъемных отверстий

- площадь поперечно?/p>