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:
(