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>