5.7 Уравновешивание
Порядок работы двигателя 1-2-4-3. Промежутки между вспышками равны 180º. Коленчатый вал двигателя имеет кривошипы, расположенные под углом 180º.
Центробежные силы инерции рассчитываемого двигателя и их моменты полностью уравновешены:
и (5.32)
Силы инерции первого порядка и их моменты также уравновешены:
и (5.33)
Силы инерции второго порядка для всех цилиндров направлены в одну сторону:
(5.34)
Уравновешивание сил инерции второго порядка в рассчитываемом двигателе нецелесообразно, ибо применение двухвальной системы с противовесами для уравновешивания значительно усложнит конструкцию двигателя.
Моменты от сил инерции второго порядка в связи с зеркальным расположением цилиндров полностью уравновешены:
(5.35)
Рис. 5.1 Схема уравновешивания двигателя
5.8 Равномерность крутящего момента и равномерность хода дви
гателя.
Равномерность крутящего момента:
; (5.36)
Избыточная работа крутящего момента:
Дж (5.37)
где – площадь над прямой среднего крутящего момента, мм2.
рад в мм – масштаб угла поворота вала на
диаграмме Мкр.
Равномерность хода двигателя принимаем δ=0.01.
Момент инерции движущихся масс двигателя, приведенных к оси коленчатого вала:
кг·м2 (5.38)
6. РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА НА ПРОЧНОСТЬ
6.1 Расчет поршня
Наиболее напряженным элементом поршневой группы является поршень, воспринимающий высокие газовые, инерционные и тепловые нагрузки, поэтому при его изготовлении к материалу предъявляются повышенные требования. Поршни автомобильных и тракторных двигателей изготовляют в основном из алюминиевых сплавов и реже из чугуна.
Основные конструктивные соотношения размеров элементов поршня (рис. 6.1) приведены в табл. 6.1. Величину верхней части поршня h1 выбираем, исходя из обеспечения одинакового давления опорной поверхности поршня по высоте цилиндра и прочности бобышек, ослабленных отверстиями для пропуска масла. Это условие обеспечивается при
(6.1)
где hr – высота головки поршня.
Расстояние b между торцами бобышек зависит от способа крепления поршневого пальца и обычно принимается на 2-3 мм больше длины верхней головки шатуна lш. Конкретные значения конструктивных элементов поршня принимаются по прототипам с учетом соотношений, приведены в табл. 6.1.
Поверочный расчет элементов поршня осуществляется без учета переменных нагрузок, величина которых учитывается при установлении соответствующих допускаемых напряжений. Рассчитывают днище, стенку головки, верхнюю кольцевую перемычку, опорную поверхность и юбку поршня.
Днище поршня рассчитывается на изгиб от действия максимальных газовых условий рzmax как равномерно нагруженная круглая плита, свободно опирающаяся на цилиндр.
Рис. 6.1 Схема поршня
Материал поршня – алюминиевый сплав, αп=22·10-6 1/К.
Материал гильзы цилиндра – серый чугун, αц=11·10-6 1/К.
Для дизелей максимальное давление газов обычно достигается при работе на режиме максимальной мощности.
Таблица 6.1
|
Наименование |
диапазон |
значение |
|
|
Толщина днища поршня, d |
(0,12 ¸ 0,20)D |
8 |
|
|
Высота поршня, Н |
(1,0 ¸ 1,7)D |
105 |
|
|
Высота верхней части поршня, h1 |
(0,6 ¸ 1,0)D |
|
|
|
Высота юбки поршня, hю |
(0,6 ¸ 1,1)D |
65 |
|
|
Диаметр бобышки, dб |
(0,3 ¸ 0,5)D |
|
|
|
Расстояние между торцами бобышек, b |
(0,3 ¸ 0,5)D |
44 |
|
|
Толщина стенки юбки поршня, dю, мм |
2,0 ¸ 5,0 |
|
|
|
Толщина стенки головки поршня, s |
(0,05 ¸ 0,10)D |
7 |
|
|
Расстояние до первой поршневой канавки, l |
(0,11 ¸ 0,20)D |
|
|
|
Толщина первой кольцевой перемычки, hп |
(0,04 ¸ 0,07)D |
4 |
|
|
Радиальная толщина кольца, t |
|
|
|
|
компрессионного |
(0,040 ¸ 0,045)D |
4 |
|
|
маслосъемного |
(0,038 ¸ 0,043)D |
3 |
|
|
Высота кольца, а, мм |
3-5 |
3 |
|
|
Разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состоянии Ао |
(3,2 - 4,0) t |
|
|
|
Радиальный зазор кольца в канаве поршня ∆t, мм |
|
|
|
|
компрессионного |
0,70 – 0,95 |
0.8 |
|
|
маслосъемного |
0,9 – 1,1 |
|
|
|
Внутренний диаметр поршня, di |
D – 2 ( s+t+∆t ) |
|
|
|
Число масляных отверстий в поршне, nм |
6-12 |
10 |
|
|
Диаметр масляного канала, dм |
(0,3 - 0,5) a |
1 |
|
|
Наружный диаметр пальца, dп |
(0,30 ¸ 0,38)D |
24 |
|
|
Внутренний диаметр пальца, dв |
(0,50 ¸ 0,70)dп |
16 |
|
|
Длина пальца, lп |
(0,80 ¸ 0,90)D |
80 |
|
|
Длина втулки шатуна, lш |
(0,33 ¸ 0,45)D |
40 |
|
Напряжение изгиба (МПа) в днище поршня
МПа (6.2)
где рzmax=рz=6.356 МПа – максимальное давление сгорания;
мм – внутренний радиус днища.
Днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости. Кроме того, в целях повышения износо- и термостойкости поршня целесообразно осуществить твердое анодирование днища и огневого пояса, что уменьшит возможности перегрева и прогорания днища, а также пригорания верхнего компрессионного кольца.
При отсутствии у днища ребер жесткости допустимые значения напряжений [sиз] (МПа) лежат в пределах:
Для поршней из алюминиевых сплавов …………….…..…20-25
При наличии ребер жесткости [sиз] возрастают:
Для поршней из алюминиевых сплавов …………………...до 50-150
Головка поршня в сечении х–х, ослабленная отверстиями для отвода масла, проверяется на сжатие и разрыв.
Напряжение сжатия в сечении х-х:
площадь сечения х – х
м2 (5.3)
где мм – диаметр поршня по дну канавок;
мм – внутренний диаметр поршня;
мм2 – площадь продольного диаметрального
сечения масляного канала.
Максимальная сжимающая сила:
МН (6.4)
Напряжение сжатия:
МПа (6.5)
Допустимые напряжения на сжатие для поршней из алюминиевых сплавов [sсж] = 30 ¸ 40 МПа.
Напряжение разрыва в сечении х-х:
- максимальная угловая скорость холостого хода:
рад/с (6.6)
- масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения х-х:
кг (6.7)
- максимальная разрывающая сила:
(6.8)
МН
Допустимые напряжения на разрыв для поршня из алюминиевых сплавов [sр] = 4 ¸ 10 МПа.
- напряжение разрыва:
МПа (6.9)
Напряжение в верхней кольцевой перемычке:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16
