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

Дипломная работа - Разное

Другие дипломы по предмету Разное

?о сечения маслосъемного отверстия

 

 

Эти напряжения не должны превышать допускаемых значений: [?]=(30 40) МПа.

Учет сил инерции.

На режиме холостого хода возникают максимальные силы инерции (в верхней мертвой точке), что приводит к возникновению напряжений растяжения:

 

(5.14)

 

где, - головная сила инерции, действующая на верхнюю часть поршня

 

(5.15)

 

Мгол. - масса головной части поршня

В приближенном вычислении Мгол.=(0.4 0.6)m п

mп=0.374 кг - масса поршня (из динамического расчета) => Мгол=0.150кг; r=0.028 м - радиус кривошипа (из динамического расчета); ?хх=523.599 (рад/с) - угловая скорость коленвала, соответствующая числу его оборотов (из динамического расчета)

Эти напряжения не должны превышать допускаемых напряжений: [?]=(4 10) МПа. Условие выполняется.

Расчет перемычки.

Проведем расчет на прочность первой перемычки между канавками для поршневых колец.

 

р1>р2

 

Возникают напряжения среза () в перемычке:

 

(5.16)

 

Рисунок 5.3 - Расчётные модели элементов поршня

 

где, Рп=(р1-р2)Fпер - сила, действующая на перемычку

 

Fпер=(?/2)((Dп)2-(dк)2) - площадь среза

 

Для приближенного расчета принимаем:

р1=0.9рz

р2=0.22рz

В результате преобразований получаем:

 

(5.17)

 

Сила Рп действуя на перемычку, кроме среза перемычки изгибает ее, и создает нормальные напряжения изгиба.

В перемычке возникают одновременно напряжение среза и нормальное напряжение изгиба.

Рассчитаем перемычку между канавками колец на изгиб (напряжения изгиба).

 

(5.18)

 

При расчете перемычки на изгиб условно пластину распрямляем.

lп=?dк - длина канавки

- изгибающий момент(5.19)

- момент сопротивления сечения пластины(5.20)

 

Рисунок 5.4 - Схема нагружения перемычки поршня

После преобразований получаем:

 

(5.21)

 

Определяем эквивалентное напряжение.

 

(5.22)

 

Чтобы перемычка оставалась прежней эквивалентное напряжение не должно превышать допустимых: [?]=(30 40) МПа.

Условие выполняется.

 

Гарантия подвижности поршня.

Проверку подвижности поршня определяем для прогретого двигателя по величине диаметрального зазора между поршнем и цилиндром.

 

(5.23)

 

- необходимый зазор между поршнем и цилиндром в прогретом состоянии

? - монтажный зазор

Охлаждение воздушное

Тц=463 К - температура цилиндра в прогретом состоянии

Тп=523 К - температура поршня в прогретом состоянии

То=293 К - начальная температура поршня и цилиндра

?ц=2210-6 (1/К) - коэффициенты линейного расширения материала цилиндра

?п=2210-6 (1/К) - коэффициенты линейного расширения материала поршня

Зазор определяем в верхней и нижней части поршня (головки и юбки поршня).

?Г=(0.0060.008)Dп=0.0060.063=0.378 мм - монтажный зазор головки поршня

?ю=(0.0010.004) Dп=0.0040.063=0.252 мм - монтажный зазор юбки поршня

Рекомендуемый диапазон допускаемых значений:

/Dц=(23)10-3=0.163/63=0.0026

/Dц=(0.51)10-3=0.037/63=0.0006 . Условие выполняется.

Расчет поршневого пальца.

 

Рисунок 5.5 - Расположение пальца в поршне

 

Расчет пальца является проверочным.

Основные нагрузки, действующие на палец:

Рz - сила от давления газов

Рj - силы инерции

Температурные нагрузки

Пальцы бывают свободно плавающие и закрепленные.

Перечисленные выше нагрузки создают в пальце:

напряжения изгиба (?изг.)

напряжения среза (?max)

напряжения, вызванные изменением формы поперечного сечения пальца (овализацией)

а) Расчет поршневого пальца на изгиб.

В качестве материала для пальца выберем сталь 15Х

 

Рисунок 5.6 - Схема нагружения поршневого пальца

 

Для расчета пальца на изгиб применяем схему распределенного контактного давления по длине бобышек и верхней головки шатуна.

 

Рисунок 5.7 - Схема нагружения поршневого пальца

 

В результате получаются максимальные напряжения изгиба в точке 3 поперечного сечения пальца.

 

- формула Кинасошвили(5.24)

 

- геометрический параметр пальца.

Р=Рz+Рjп - суммарная сила от давления продуктов сгорания (газов) и сил инерции.

сила инерции от массы поршня действующая на втулку шатуна:

 

(5.25)

 

P=-3588.7+23331.4=19742.7 (Н)

Допускаемое напряжение для легированной стали: [?]=(150 300) МПа. Условие выполняется.

б) Расчет поршневого пальца на срез.

Для определения перерезывающей силы используем формулу Журавского:

 

 

(5.26)

 

где, Smax - статический момент

- максимальная перерезывающая сила

Iz - момент инерции

После преобразований получаем:

 

(5.27)

 

Максимальное касательное напряжение сравнивается с допускаемым: [?]=100 МПа. Условие выполняется.

 

в) Расчет поршневого пальца на износ (износостойкость пальца)

Выполняется по аналогии с расчетом износостойкости юбки. Определяем износостойкость на концах и в средней части пальца. Расчет выполняем по величине удельного давления между поверхностью пальца и поверхностью сопрягаемых деталей: втулка шатуна, бобышка.

Условное контактное давление между поршнем и шатуном:

 

 

Материал поршневого пальца сталь 15Х

условное контактное давление между пальцем и бобышками:

(