Далее из точки "0" отлаживается вниз по оси величина вектора силы Кιш и получается, таким образом, новый полюс Ош. Относительного этого полюса построенная кривая представляет собой полярную диаграмму результирующих сил Rшш, действующих на шатунную шейку, ориентированного относительно неподвижного кривошипа, фиксированного в ВМТ.
При построении полярной диаграммы пользуются масштабом:
МТ = 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 Рzmax = 6,57 МПа;
- Максимальная нормальная сила Nmax = 2881 Н;
- Масса поршневой группы mпг = 2,38 кг;
- Максимальная частота вращения холостого хода nmax = 1850 мин-1;
- Высота поршня Н = 125 мм;
- Высота юбки поршня hю = 72 мм;
- Радиальная толщина кольца t = 5,0 мм;
- Радиальный зазор кольца в канавке ∆t = 0,75 мм;
- Высота верхней межкольцевой перемычки hп = 5,05 мм;
- Число масляных каналов nм = 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 Тц 380 º К (температура стенок цилиндров).
Тг – температура головки поршня.
Тг = 473...723 º К 490 º К
Тю – температура юбки поршня.
Тю 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).
σпк – радиальная толщина кольца Sпк = 4,5 мм
Уmax = 1,6...1,8.
Давление кольца на стенку цилиндра в любой точке:
Рφ – сводим в таблицу.
Форма кольца в свободном состоянии, обеспечивающая требуемый характер распределения давления:
где rм – 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:
Допускаемые напряжения:
Максимальное напряжение при разведении замка в процессе надевания кольца на поршень:
где К = 1,57 – коэффициент, зависящий от способа приложения усилий к кольцу при надевании его на поршень.
Монтажный зазор ∆з в прямом замке холодного кольца:
где - минимально допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя:
Принято
- коэффициент линейного расширения материалов кольца и цилиндра.
- температура кольца;
- температура гильзы;
- начальная температура.
4.1.3. Расчет поршневого пальца
Материал – сталь 12 ХНЗА, HRC = 56...62
Размеры пальца:
Наружный диаметр: dн = 40 мм;
Внутренний диаметр: dв = 24 мм;
Длина пальца: Lп = 90 мм;
Длина поршневой головки шатуна: Lпг = 37 мм;
Расстояние между торцами бобышек: Lбп = 43 мм.
Сила инерции, действующая на поршневой палец:
Сила давления газов, действующая на поршневой палец:
Расчетная сила, действующая на поршневой палец:
где k = 0,72 – коэффициент зависящий от массы пальца (0,68...0,8).
Удельное давление на втулку поршневой головки шатуна:
Удельное давление на бабышки поршня:
Допускается Рб = 15...50 МПа.
Напряжение в среднем сечении пальца при его изгибе:
где γ = 0,6 = db / dп = 24 / 40 =0,6
Касательные напряжения в сечениях между бабышками и головкой шатуна при срезе:
Максимальная диаметральная деформация пальца при овализации:
где К – поправочный коэффициент.
Е = 2,2·105 – модуль упругости материала пальца (сталь).
Напряжения от деформации пальца:
Точка 1.
Точка 2.
Точка 3.
Точка 4.
На основании полученных значений напряжений строим их эпюру.
Рис. 7. Эпюра напряжений при овализации пальца: а) на внутренней поверхности; б) на внешней.
Монтажный зазор между пальцем и бобышками поршня:
где апп = 11·10-6 1/ ºС, ап = 22·10-6 1/ ºС.
∆tпп = 105 ºС, ∆tп = 125 ºС
принимаем равной 0,04 мм
Для облегчения сборки пальца с поршнем, последний следует прогревать.
4.2. Расчет деталей шатунной группы
4.2.1. Расчет шатуна
Исходные данные:
- Максимальное давление сгорания: Рzmax = 6,57 МПа;
на режиме n = 1700 мин-1, при φз = 370 º ПКВ.
- Масса поршневой группы: mпг = 2,544 кг;
- Масса шатунной группы: mш = 2,7 кг;
- Максимальная частота вращения холостого хода: nххmax = 1850 мин-1;
- Ход поршня: S = 125 мм;
- Длина поршневой головки: Lпг = 37 мм;
- Диаметр шатунной шейки: dшш = 68 мм;
- Длина кривошип. головки: Lкг = 40 мм;
- Высота двутаврового сечения в центре масс шатуна: hш = 36 мм;
- Ширина двутаврового сечения в центре масс: bш = 24 мм.
Шатун изготовлен из углеродистой стали 40Х.
Еш = 2,2·105 МПа;
Ев = 1,15·105 МПа;
ав = 18·10-6 1/ ºС;
аг = 11·10-6 1/ ºС.
Для стали 40Х выбираем:
Предел прочности σв = 980 МПа;
Предел усталости:
- при изгибе σ-1 = 350 МПа;
- при растяжении σ-1р = 300 МПа;
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
