Проектирование судового двигателя внутреннего сгорания (стр. 4 из 7)

Далее каждый участок делят на одинаковое число равных отрезков и нумеруют их.

Ординаты кривой, соответствующие одним и тем же номерам точек, графически суммируют, в результате чего находят ординаты суммарной кривой касательных усилий.

Соединив концы ординат, получим кривую одного участка. На остальных участках кривая будет повторяться.

На суммарную диаграмму касательных усилий наносят линию сопротивления приводимого в действие гребного винта.

Постоянная удельная сила сопротивления t_c находится из уравнения:

,

Таблица 2

№ точки	0	1	2	3	4	5	6	7	8
Угол поворота мотыля [°]	0	15	30	45	60	75	90	105	120
	120	135	150	165	180	195	210	225	240
	240	255	270	285	300	315	330	345	360
	360	375	390	405	420	435	450	465	480
	480	495	510	525	540	555	570	585	600
	600	615	630	645	660	675	690	705	720
№ точки	0	1	2	3	4	5	6	7	8
ЗначениеPk [МПа]	0	-0.493	-0.767	-0.707	-0.364	0.095	0.492	0.714	0.745
	0.745	0.633	0.445	0.224	0	-0.225	-0.451	-0.666	-0.832
	-0.832	-0.941	-0.938	-0.856	-0.758	-0.708	-0.698	-0.548	0
	0	1.186	1.735	1.708	1.577	1.454	1.345	1.207	1.015
	1.015	0.780	0.522	0.259	0	-0.224	-0.443	-0.633	-0.745
	-0.745	-0.724	-0.493	-0.097	0.363	0.705	0.761	0.495	0
∑	0.183	0.441	0.504	0.531	1.16	1.097	1.006	0.57	0.183

3.4 Определение махового момента и главных размеров маховика

Из диаграммы касательных усилий видно, что в каждый момент прохождения цикла суммарное значение касательного усилия будет изменяться как по величине, так и по направлению. Следовательно и вызванный этим усилием крутящий момент так же не останется постоянным. Это означает, что коленчатый вал вращается неравномерно.

Неравномерности вращения характеризуются степенью неравномерности:

,

Где w_max - максимальная угловая скорость за цикл, 1/с;

w_min - минимальная угловая скорость за цикл, 1/с;

w_ср - средняя угловая скорость, равная:

Рекомендуемые значения d при номинальном режиме работы двигателей лежат в следующих пределах:

÷ - для ДВС работающих на гребной винт.

Вес и размеры моховика можно определить из выражения мохового момента двигателя:

Где G - вес маховика, кг;

D_м - диаметр окружности, проходящий через центр тяжести моховика;

J_м - момент инерции вращения моховика.

Где J - момент инерции массы всех вращающихся частей шатунно-мотылевого механизма, приведённый к шейке мотыля;

J_ДВ - момент инерции массы движущихся частей двигателя.

Значение J может быть определено из выражения:

Где V_s - объём, описываемый поршнем за один ход и равный V_s=0.056

.

F_{д max}, F_{д min} - наибольшее и наименьшее действительное значение алгебраической суммы отрицательных и положительных площадок суммарной диаграммы касательных усилий.

Момент инерции массы движущихся частей двигателя оценивается следующим образом:

Где

- масса поступательно движущих частей всех цилиндров, кг;

R - радиус мотыля.

Диаметр D_м определяется из уравнения:

Диаметр должен быть выбран из расчёта, чтобы окружная скорость

на внешней окружности обода чугунного моховика не превышала 25...30 м/с, а стального - 40...45 м/с.

Вес маховика, приведённый к средней окружности обода:

Вес обода:

Полный вес моховика:

4. Расчёт прочностных деталей двигателя

4.1 Детали поршневой группы

Расчёт поршня.

Рис. 1 - Конструктивные размеры поршня

1. Диаметр головки поршня:

D₁=D-(0,0008...0,008)×D=0.390-0,008×0.390=0.3869 м.

2. Диаметр юбки поршня:

D₂=D-(0,0008...0,008)×D=0.3869 м.

3. Толщина днища:

d=(0,12...0,18)×D=0.060 м.

4. Расстояние от первого кольца до кромок днища:

C=(0,15...0,3)×D=0.080 м.

5. Толщина цилиндрической стенки головки:

S₁=(0,03...0,1)×D=0.020м.

6. Толщина направляющей части юбки:

S₂=(0,02...0,05)×D=0.010м.

7. Длина направляющей части юбки:

L_н=(1.3…1.4)×S=0.611м.

8. Расстояние от нижней кромки юбки до оси поршневого кольца:

L_п=(0.6…0.9)D=0.351м.

9. Полная длина поршня тихоходных ДВС тронкового типа:

L=(1.05…1.3)S=0.500м.

10. Необходимая длина направляющей части поршня:

Где: N_max=0.1×P_z – при l=1/4

k=400×10³ Н/м² – допускаемое удельное давление на 1м² площади проекции боковой поверхности поршня

Мн – сила, действующая на поршень в конце сгорания топлива.

11. Расчёт поршня на изгиб:

Где: d=(0.08…0.15)×D=0.039м – толщина днища для стальных охлаждаемых поршней;

[s_из]£150×10⁶ Н/м² – допускаемое напряжение на изгиб для стальных поршней;

– условие прочности выполняется.

Расчёт поршневого пальца.

1. Диаметр пальца:

d=(0,35...0,45)×D=0.156м.

2. Длина вкладыша головного подшипника:

l=(0,45...0,47)×D=0.180м.

3. Внутренний диаметр кольца:

d₀=(0,4...0,5)×d=0.078м.

4. Длина пальца:

l_п=(0,82...0,85)×D=0.325м.

5. Расстояние между серединами опор пальца:

l₁=l+(l_п-l)/2=0.180+(0.325-0.180)/2=0.2525м.

6. Длина опорной части бабышки:

a=(l_п-l)/2=0.0725м.

7. Напряжение изгиба, возникающее в момент действия силы:

8. Напряжение среза:

9. Условие прочности выполняется, т.к. выполняются условия:

s_из£[s]_из;s_ср£[s]_ср:

s_из=31 МПа <[s]_из=(150...180) МПа;

s_ср=22.28 МПа <[s]_ср=50 МПа.

10. Для определения степени овализации пальца, определим по методу Кинасошвили увеличение наружного диаметра в горизонтальной плоскости:

Где: Е=2,1×10¹¹Па – модуль Юнга стали.

Условие

<0,07 выполняется.

11. Удельное давление в подшипнике скольжения

,

Где:

=(20…25)×10⁶Па – допускаемое давление на вкладыш, изготовленный из бронзы.

Условие прочности выполнено.

12.Удельное давление на гнездо бобышки

Где:

=(25…45)×10⁶Па – допускаемое давление на бобышку, изготовленный из чугуна.

.

Условие прочности выполняется.

4.2 Расчёт коленчатого вала

Рис. 2 - Конструктивные размеры коленчатого вала

1. Валы изготовляют из углеродистых сталей 35 и 45, легированных сталей марок 30Х, 45Х, 18ХН, 20ХН3А, 30ХМА, а также из модифицированного чугуна марки СЧ 38-60. Механические характеристики марок сталей, применяемых для изготовления коленчатых валов

Материал коленчатого вала – сталь 18ХН

s_р=60¸65кг/мм² – предел прочности при растяжении

s_т=34¸35кг/мм² – предел текучести

2. Диаметр коленчатого вала: