Проектирование систем двигателей внутреннего сгорания (стр. 4 из 18)

где F – площадь, заключенная под кривой М_кр

F = 6000 мм²;

L – длина графика,

L = 180 мм

Эффективный крутящий момент двигателя:

Эффективный момент по данным теплового расчета:

Ошибка расчета составляет:

что допустимо [1, стр. 45]

3.9. Построение полярной диаграммы сил, действующих на шатунную шейку

Результирующая сила R_шш, нагружающая шатунную шейку кривошипа, определяется как геометрическая сумма сил Т_Σ, К_Σ и К_ιш

Т.к. геометрическая сумма сил Т_Σ и К_Σ равна силе S_Σ, действующей вдоль оси шатуна, то выражение для силы R_шш можно записать в виде:

Поскольку сила К_ιш при n = const постоянна по величине и всегда направлена по радиусу кривошипа, построение полярной диаграммы силы R_шш начинают с построения полярной диаграммы сил S_Σ. Оно сводится к графическому сложению векторов сил К_Σ и Т_Σ в прямоугольных координатах К_Σ – Т_Σ. Причем за положительное направление оси К_Σ берется направление вниз от начала координат, а оси Т_Σ – вправо. Полученные точки соединяются плавной непрерывной линией.

Далее из точки "0" отлаживается вниз по оси величина вектора силы К_ιш и получается, таким образом, новый полюс О_ш. Относительного этого полюса построенная кривая представляет собой полярную диаграмму результирующих сил R_шш, действующих на шатунную шейку, ориентированного относительно неподвижного кривошипа, фиксированного в ВМТ.

При построении полярной диаграммы пользуются масштабом:

М_Т = 408 Н/мм

4. РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА

4.1. Расчет деталей поршневой группы

Поршневая группа двигателя включает поршень, поршневой палец, поршневые кольца и детали крепления пальца (стопорные кольца, грибки).

4.1.1. Расчет поршня

Исходные данные:

- Диаметр цилиндра D = 110 мм;

- Максимальное давление сгорания Рz_max = 6,57 МПа;

- Максимальная нормальная сила N_max = 2881 Н;

- Масса поршневой группы m_пг = 2,38 кг;

- Максимальная частота вращения холостого хода n_max = 1850 мин^-1;

- Высота поршня Н = 125 мм;

- Высота юбки поршня h_ю = 72 мм;

- Радиальная толщина кольца t = 5,0 мм;

- Радиальный зазор кольца в канавке _∆t = 0,75 мм;

- Высота верхней межкольцевой перемычки h_п = 5,05 мм;

- Число масляных каналов n_м = 10;

- Диаметр масляных каналов d = 2,5 мм.

Материал поршня – алюминиевый сплав,

;

Материал гильзы – чугун специальный,

.

Рис.4. Расчетная схема поршня.

Определяем площадь сечения А – А.

;

где

Максимальная сжимающая сила:

Напряжение сжатия:

Максимальная угловая скорость холостого хода:

Масса поршневой головки с кольцами, расположенными выше сечения

А – А:

Максимальная разрывающая сила:

Определяем напряжение разрыва:

Определяем напряжение в верхней межкольцевой перемычке.

Напряжение среза:

Напряжение изгиба:

Суммарное (третья теория прочности):

Определяем удельное давление поршня на стенки цилиндра:

Диаметры головки и юбки поршня в холодном состоянии:

где ∆_г и ∆_ю – соответственно теоретические диаметральные зазоры для верхнего и нижнего торцов поршня.

Диаметральные зазоры в горячем состоянии:

где Т_ц

380 º К (температура стенок цилиндров).

Т_г – температура головки поршня.

Т_г = 473...723 º К

490 º К

Т_ю – температура юбки поршня.

Т_ю

420 º К.

4.1.2. Расчет поршневого кольца

Кольца чугунные, СЧ20.

Определяем среднее давление кольца на стенку цилиндра:

где Е = 1·10⁵ МПа – модуль упругости материала поршневого кольца (СЧ20);

Ж – раствор замка (разность зазоров в замке кольца в свободном его состоянии и min допускаемого).

σ_пк – радиальная толщина кольца S_пк = 4,5 мм

У_max = 1,6...1,8.

Давление кольца на стенку цилиндра в любой точке:

Р_φ – сводим в таблицу.

Форма кольца в свободном состоянии, обеспечивающая требуемый характер распределения давления:

где r_м – средний радиус кольца.

Рис. 5. Эпюра радиального Рис. 6. Форма поршневого кольца

Давления по окружности цилиндра. в свободном состоянии.

Результаты расчета сводим в таблицу.

Таблица 4.

φº	0	30	60	90	120	150	180
Рφ, МПа	0,197	0,192	0,154	0,092	0,097	0,192	0,254
Y	0	0,0049	0,0157	0,0189	-0,005	-0,0635	-0,1331
X	0,1008	0,1152	0,1492	0,1809	0,1889	0,1618	0,1014
ρ, мм	40,86	41,0682	41,556	41,993	42,037	41,514	40,5102

Максимальное напряжение, возникающее при изгибе кольца в рабочем состоянии в его поперечном сечении против замка: