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)

5.8 Равномерность крутящего момента и равномерность хода двигателя.

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.

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

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:

- среза:

МПа (6.10)

где D=93 мм – диаметр цилиндра;

 hп=4 мм – толщина верхней кольцевой перемычки.

- изгиба:

МПа (6.11)

- сложное:

 МПа (6.12)

допускаемые напряжения sS (МПа) в верхних кольцевых перемычках с учетом значительных температурных нагрузок находятся в пределах:

для поршней из алюминиевых сплавов…………….…30-40.

Удельное давление поршня на стенку цилиндра:

 МПа (6.13)

 МПа (6.14)

где Nmax=0.0025 МН – наибольшая нормальная сила, действующая на стенку

цилиндра при работе двигателя на режиме максималь-

ной мощности.

Для современных автомобильных и тракторных двигателей q1 = 0.3 ¸ 1.0 и q2 = 0.2 ¸ 0.7 МПа.

Гарантированная подвижность поршня в цилиндре достигается за счет установления оптимальных диаметральных зазоров между цилиндром и поршнем при различных тепловых нагрузках, возникающих в процессе работы дизеля. По статистическим данным для алюминиевых поршней с неразрезными юбками

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15