Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала
Для проведения расчета результирующей силы, действующей на шатунную шейку рядного двигателя, составляют таблицу 5.3, в которую переносят значения силы Т. Суммарная сила, действующая на шатунную шейку по радиусу кривошипа:
кН (5.29)
где: кН (5.30)
Результирующая сила R ш.ш., действующая на шатунную шейку, подсчитывается графическим сложением векторов сил Т и Рк при построении полярной диаграммы. Масштаб сил на полярной диаграмме для суммарных сил Мр=0.1 кН в мм. Значения R ш.ш для различных φ заносят в таблицу и по ним строят диаграмму R ш.ш в прямоугольных координатах. По развернутой диаграмме R ш.ш определяют:
кН (5.31) R ш.ш.max=22.9 кН, R ш.ш. min=4.85 кН,
где ОВ – длина диаграммы, мм F – площадь под кривой R ш.ш , мм2 .
Таблица 5.3 Силы, действующие на шатунную шейку
По полярной диаграмме строят диаграмму износа шатунной шейки. Сумму сил Rш.ш.j, действующих по каждому лучу диаграммы износа (от 1 до 12) определяют с помощью таблицы 5.4. По данным таблицы в масштабе по каждому лучу откладывают величину суммарных сил ΣRш.ші от окружности к центру. По лучам 4 и 5 силы ΣRш.ші не действуют, а по лучам 6,7 и 8 действуют силы только в интервале 360є<φ<390є. По диаграмме износа определяют расположение оси масляного отверстия .
Таблица 5.4
Уравновешивание Порядок работы двигателя 1-2-4-3. Промежутки между вспышками равны 180є. Коленчатый вал двигателя имеет кривошипы, расположенные под углом 180є. 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 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 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 h 1 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 р zmax 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
Напряжение изгиба (МПа) в днище поршня
МПа (6.2)
где р zmax=р z =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 [s из] (МПа) лежат в пределах: Для поршней из алюминиевых сплавов …………….…..…20-25 При наличии ребер жесткости [s из] 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; h п=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 q 1 = 0.3 ¸ 1.0 и q 2 = 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
∆r=(0.006 ¸ 0.008)D=0.007·93=0.651 мм (6.15)
∆ю = ( 0.001 ¸ 0.002 )D=0.002·93=0.186 мм (6.16)
Диаметры головки и юбки поршня:
мм (6.17) мм (6.18)
Диаметральные зазоры в горячем состоянии: (6.19) мм
(6.20) мм
где aц=11×10-6 1/К – коэффициент линейного расширения материала цилиндра; aп=22×10-6 1/К - коэффициент линейного расширения материала поршня; Тц =383 К – температура стенок цилиндра; Тr = 593 К – температура головки в рабочем состоянии; Тю =413 К – температура юбки поршня в рабочем состоянии; То =293 К – начальная температура цилиндра и поршня.
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (297)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |