Расчет двигателя (стр. 5 из 6)

Удельное давление во втулке верхней головки шатуна:

,

Где F_S - суммарная сила, действующая на поршень,

l_г.ш – длина верхней головки шатуна, для бензиновых двигателей и дизелей

l_г.ш =0,3D=0,3*119=34,8 мм.

Удельное давление в бобышках поршня:

Где l_б – длина бобышки поршня, для бензиновых двигателей и дизелей:

l_б =0,98D/2 - l_г.ш – 2=0,98*119/2-40,6-2=20,04 мм.

В современных двигателях допускаемые удельные давления равны (материал-сталь 20,15Х,15ХН): для дизельных двигателей –

=32…40 Мпа; =30…35 Мпа.

Расчет поршневых колец. Размеры кольца определяем на основе нормативов, установленных ГОСТ на поршневые кольца.

Последовательность расчета следующая.

а). Задаемся величиной D/t=20…25 =25, определяющей упругость кольца.

б). Определяем зазор в замке кольца S₀ при его установке в цилиндр из соотношения S₀/t=2,5…4,0 = 4 → S₀=4*4,64=18,56 мм.

в). Определяем среднее давление кольца на стенку цилиндра (для грушевидной эпюры давления), МПа:

Где Е – модуль упругости материала кольца (для чугуна Е=1,2*10⁵ МПа).

Давление ( МПа ) кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности при каплевидной формы эпюры давления.

г). Строим эпюру радиальных давлений кольца на стенку цилиндра по данным таблицы 12.

Таблица 12 Относительные радиальные давления для грушевидной эпюры

Угол φ град	0	30	60	90	120	150	180
								μж	1,05	1,05	1,14	0,9	0,45	0,67	2,85
p	0,222	0,222	0,241	0,1899	0,09495	0,1414	0,601

Рис 7.2. Эпюра радиальных давлений кольца на стенку цилиндров

7.1.2 Компоновка и расчет деталей шатунной группы

Конструктивные размеры деталей этой группы приведены в табл. 13.

Таблица 13 Основные размеры деталей шатунной группы

Наименование размера	Обозначение	Предел значений размеров
		Значения, мм
Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна	l	0,26 (по прототипу)
Внутренний диаметр верхней головки шатуна	dв	46,4
Толщина втулки верхней головки шатуна	dвт	2,9
Наружный диаметр верхней головки шатуна	dг	58
Длина верхней головки шатуна	lвгш	40,6
Высота стержня шатуна у верхней головки	Нв	34,8
Высота стержня шатуна в средней части	Нср	34,8
Толщина стержня шатуна	t	4,872
Толщина шатунного вкладыша	dшв	3,48
Толщина перемычки между отверстием под болт и вкладышем	Dшв	1
Толщина перемычки между отверстием под болт и наружной стенкой нижней головки шатуна	Dшн	2
Диаметр шатунных болтов	dшб	13,92
Толщина стенки нижней крышки шатуна	aкш	16,24
Ширина нижней головки шатуна	агш	110,2
Растояние между шатунными болтами	lшб	95,12

Положение шатуна на компоновочной схеме определяется точками А и Б в ходе разметки кривошипно-шатунного механизмаю. Учитывая, что одним из требований к конструкции шатуна является возможность его демонтажа через цилиндр, рекомендуется следующая последовательность отработки его конструктивных элементов.

Рис 7.3. Компоновка шатунной группы

Откладывают на компоновочной схеме ширину нижней головки шатуна а_гш и, обозначив плоскость разъема, намечают внутри голвки перемычки D_шн и диаметры болтов d_шб. Отложив от каждого отверстия под болты в направлении оси шатунной шейки перемычку

и толщину вкладыша d_шв, находят размер шатунной шейки d_ш. Ориентировочно

d_ш=(0,63…0,75)D=73,02 мм – для дизельных двигателей

Компоновка верхней головки шатуна выполняется на базе бобышки поршня. Выбрав наружный диаметр пальца d_п и толщину втулки верхней головки шатуна d_вт, из точки А проводят две окружности радиусами d_п /2 и d_п /2 +d_вт, одна из которых будет изображать наружный контур поршневого пальца, а вторая - наружный контур втулки верхней головки шатуна. Затем из того же центра окружностью радиусом d_г/2 вычерчивается наружный контур верхней головки шатуна.

Стержень шатуна имеет двутавровое сечение. Полки сходятся к верхней головке. Задавшись высотой сечений шатуна, проводят линии, ограничивающие наружный контур шатуна и контуры его полок. Затем эти линии сопрягаются плавными кривыми с соответствующими элементами верхней и нижней головок.

Расчет шатуна. Шатун подвергается действию асимметричной нагрузки, в результате чего возникают напряжения сжатия, растяжения и изгиба. Верхняя головка шатуна подвергается воздействию от сил инерции и сил давления газов. При проверочном расчете верхней головки шатуна можно ограничиваться расчетом на растяжение.

,

Где F_a.мах – максимальная сила инерции деталей поршневой группы, определенная по результатам динамического расчета;

l_вгш – длина верхней головки шатуна ;

d_вгш – толщина стенки головки

=(15…35) МПа, (для изготовления шатунов используются материалы: стали марок 40Р).

Расчет шатунных болтов. Шатунные болты нагружаются переменной разрывающей силой инерции поршневой и шатунной групп, а также испытывают значительное напряжение от предварительной затяжки гаек и изгиба, возникающего при перекосе опорных площадок род головкой и гайкой.

Диаметр шатунных болтов принимается при проектировании, а наружный диаметр головки болта принимается: d_гб=(1,3…1,5)d_шб =1,4*13,92=19,488 мм.

Расчет шатунных болтов сводится к определению напряжения растяжения на режиме максимальной частоты вращения с учетом их предварительной затяжки:

,

Где F_пр – сила предварительной затяжки болта:

F_пр=(0,7…0,8)F_a.мах=0,75*8,816=6,612 кН

c - коэффициент, учитывающий податливость болта и крышки шатуна, c=0,2…0,3, принимаем c=0,25

f_шб – минимальное сечение шатунного болта,

f_шб=p*d_шб²/4=3,14*13,92²/4=152,11 мм²

i_б=2 – число шатунных болтов.

=(120…250)МПа.

7.1.3 Компоновка и расчет цилиндра

На основании анализа преимуществ и недостатков различных конструктивных форм блока цилиндров и исходя из назначения двигателя выбирается тип блока цилиндров (с мокрыми или сухими гильзами, без гильз). Выбираем тип блока цилиндров с мокрыми гильзами. Это обеспечит лучший тепловой режим для пуска двигателя зимой.

Длина цилиндра (зеркала) находится по формуле:

L_ц = S+Н_п - d_н.в.= 119+139,2-15 = 243,2 мм_,

Где d_нв= 15 мм – нижний выбег ( выход юбки поршня из цилиндра при нахождении его в НМТ).

На компоновочной схеме на расстоянии D/2 от оси цилиндра проводится линия, изображающая зеркало цилиндра, от которой откладывается толщина стенки (d_ст.г) и вычерчивается контур рубашки охлаждения.

Одновременно с контуром рубашки охлаждения определяются посадочные гнезда и уплотнение гильзы. Рекомендуется отработку посадочных поясов начинать с нижнего посадочного пояса, где наносится выбранное значение d¹_ст..г и определяется диаметр D¹_п. Прибавив к нему 1…2 мм, получают диаметр верхнего посадочного пояса D_п, после чего определяют диаметр бурта гильзы D_б. Задавшись высотой бурта h_б и посадочных поясов, вычерчивают гильзу и ее уплотнение. Необходимые соотношения для этого берутся из табл.14.