Расчет поршневого кольца

Параметры кольца [1,с.206]:

радиальная толщина кольца: t=3 мм;

радиальный зазор кольца в канавке поршня: Dt=0,8 мм;

высота кольца: а=3 мм;

разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и в рабочем состоянии:

   А₀=10 мм.

материал кольца: серый чугун, Е=1,0*10⁵ МПа.

Среднее давление кольца на стенку цилиндра:

   ;

    МПа.

Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности: p=p_ср*m_к.

Значения m_к для различных углов y приведены на с.213 [1].

Результаты расчетов р представлены в табл.7.1. По данным табл.7.1. строим эпюру давлений компрессионного кольца на стенку цилиндра (рис.7.2.).

Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии: s_из1=2,61*р_ср*(D/t-1)²;

   s_из1=2,61*0,112*(80/3-1)²=192,6 МПа.

Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень:s_из2= ,

где m=1,57 - коэффициент, зависящий от способа монтажа кольца.

Таблица 7.1.

s_из2=  МПа.

Монтажный зазор в замке поршневого кольца: D_к=D_к’+pD[a_к (Т_к-Т₀)- a_ц (Т_ц-Т₀)],

где D_к’=0,08 мм -минимально допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя;

a_к =11*10^-6 1/К и a_ц=11*10^-6 1/К - коэффициенты линейного расширения материала кольца и гильзы цилиндра; Т_ц=450 К, Т_к=550 К и Т₀=293 К.

    D_к=0,07+3,14*80*[11*10^-6*(550-293)-11*10^-6*(450-293)]=0,356 мм.

Расчет поршневого пальца

Параметры поршневого пальца принимаем по табл.50 [1,c.206]:

  наружный диаметр пальца: d_п=20 мм;

  внутренний диаметр пальца: d_в=14 мм;

  длина пальца: l_п=66 мм;

  длина втулки шатуна: l_ш=30 мм;

  расстояние между торцами бобышек: b=32 мм;

  материал поршневого пальца: сталь 15Х, Е=2*10⁵ МПа.

Палец плавающего типа.

Действительное максимальное давление: p_{z max}=p_Zд=4,647 МПа .

Расчетная сила, действующая на поршневой палец:

 газовая: P_{z max}=p_{z max}*F_п; P_{z max}=4,647*0,005024=0,0233 МН.

 инерционная: P_j=-m_п*w²*R*(1+l)*10^-6, где w =p*n _м/30=3,14*2700/30=282,6 рад/с;

P_j=-0,5024*282,6²*0,035*(1+0,285)=-0,001805 МН.

расчетная: P=P_{z max}+k*P_j, где k=0,8 - коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца.

P=0,0233-0,8*0,001805=0,0219 МН.

Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна: q_ш=P/(d_п*l_ш);

q_ш=0,0219/(0,02*0,03)=36,5 МПа.

Удельное давление пальца на бобышки: q_б=P/[d_п(l_п-b)];

q_б=0,0219/[0,02*(0,066-0,032)]=32,21 МПа.

Напряжение изгиба в среднем сечении пальца: s_из= ,

где a=d_в/d_п=14/20=0,7 – отношение внутреннего диаметра кольца к наружному.

    s_из=  МПа.

Касательное напряжение среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна:

t= ;

    t=  МПа.

Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации:

     Dd_{п max}= ;

     Dd_{п max}= 0,0297 мм.

Напряжение овализации на внешней поверхности пальца:

 в горизонтальной плоскости (рис.7.3. точки 1, y=0°):

    s_{а 0°}= ;

    s_{а 0°} 115,45 МПа;

 в вертикальной плоскости (рис.7.3. точки 3, y=90°):

    s_{а 90°} ;

    s_{а 90°} -199,78 МПа.

Напряжение овализации на внутренней поверхности пальца:

 в горизонтальной плоскости (рис.7.3. точки 2, y=0°):

    s_{i 0°} ;

    s_{i 0°} -291,14 МПа.

 в вертикальной плоскости (рис.7.3. точки 4, y=90°):

    s_{i 90°}= ;

    s_{i 90°} 166,18 МПа.

Расчетная схема поршневого пальца приведена на рис. 7.3.