5. Расчет основных деталей двигателя. Расчет скорости поршня двс

5. Расчет основных деталей двигателя

5.1.Расчет поршневой группы

5.1.1. Расчет поршня

Исходные данные для расчета поршня.

По данным теплового и динамического расчета:

Диаметр цилиндра - D= 80 мм

Ход поршня -S= 30 мм

Максимальное давление сгорания - рzд= 6,88 МПа (=380)

Площадь поршня - Fп= 0,0054

Наибольшая удельная нормальная сила - рNmax= 0,4 МПа

Масса поршневой группы - mп= 0,54 кг

По табл. 12.1. [1] принимаем:

Толщина днища поршня

 = (0,05…0,09)*D= =(0,05…0,09)*88=4,2…7,5 = 7 мм

Высота поршня

Н=(0,08…1,2)*D=(0,8…1,2)*83=66…98 = 83 мм

Высота юбки поршня

hю= (0,6…0,75)*D= (0,6…0,75)*83 = 49…62 = 55 мм

Радиальная толщина кольца

t= (0,035…0,045)*D= (0,035…0,045)*83 = 2,9…3,7 = 3,5 мм

Радиальный зазор кольца в канавке поршня

t= 0,7…0,95 мм = 0,9 мм

Толщина стенки головки поршня

S= (0,05…0,1) *D= = (0,05…0,1) * 83 = 4,2…8,3 = 8 мм

Величина верхней кольцевой перемычки

hп= (0,03…0,05)*D= (0,03…0,05)*83 = 2,5…4,2 = 3 мм

Высота кольца

а = 1,5…4,0 мм = 3 мм

Число и диаметр масляного канала

n'м= 8;dм= (0,3…0,5)*a= (0,3…0,5)*3 =0,9…1,5 = 1 мм

Материал поршня – алюминиевый сплав п= 22*10-61/К

Материал гильзы цилиндра – серый чугун ц= 22*10-61/К

Напряжения изгиба в днище поршня

 []из= 150 МПа

где ri=D/2 – (s+t+t) = 83/2 – (8+3,5+0,9) = 29,1 мм

Допускаемое напряжение изгиба при наличии ребер жесткости

[]из= 150 МПа

Напряжения сжатия в сечении х-х

сж= Рzд/Fх-х= 0,037 / (1668*10-6) = 22,2 МПа[]сж= 40 МПа

где Рzд= рzд*Fп= 6,88*54*10-4= 0,037МН

dк = D – 2*(t+t) = 83 – 2*(3,5+0,9)=74,2 мм

Напряжения разрыва в сечении х-х

Максимальная угловая скорость холостого хода

Масса головки поршня, расположенная выше сечения х-х

mx-x= 0,5*mп= 0,5*0,54 = 0,27 кг

Максимальная разрывающая сила

Рj=mx-x*R*2х.х.мах*(1+)=0,27*0,035*6282*(1+0,25)*10-6=0,004659 МН

Напряжение разрыва

р= Рj/Fx-x= 0,004659/(1668*10-6) =2,96 МПа[]р= 10 МПа

Напряжения в верхней кольцевой перемычки

среза

изгиба

эквивалентные

 []экв= 40 МПа

Удельное давление поршня на стенку цилиндра

МПа[q1] = 1 МПа

МПа[q2] = 0,7 МПа

Диаметры головки и юбки поршня с учетом монтажных зазоров

Dг=D-г= 83 – 0,58 = 82,42 мм

Dю=D-ю= 83 – 0,17 = 82,83 мм

где г= 0,007 *D= 0,007* 83 = 0,58 мм

ю= 0,002 *D= 0,007* 83 = 0,17 мм

Диаметральные зазоры в горячем состоянии

'г=D*[1+ц*(Тц– Т0)]-Dг*[1+п*(Тг-Т0) =

83*[1+11*10-6*(385-288)] – 82,42*[1+22*10-6*(550-288)]= 0,20 мм

'ю=D*[1+ц*(Тц– Т0)]-Dю*[1+п*(Тю-Т0) =

83*[1+11*10-6*(385-288)] – 82,42*[1+22*10-6*(420-288)]= 0,019 мм

Тц= 383…388 = 385К; Тг= 473…723 =550К; Тю= 403…473 = 420К принято по [1] при жидкостном охлаждении.

5.1.2.Расчет поршневого кольца

Материал кольца – серый легированный чугун, Е = 1,2*105МПа

Среднее давление кольца на стенку цилиндра

где А0= 3*t= 3*3,5 = 10,5 мм – разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состоянии.

Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии

Напряжение изгиба кольца при надевании его на поршень

где m= 1,75 – коэффициент, зависящий от способа надевания кольца.

Монтажный зазор в замке поршневого кольца

к='к+*D*[к*(Тк-Т0)-ц*(Тц-Т0)]=

= 0,08 + *83*[11*10-6*(500-288)-11*10-6*(385-288)] = 0,406 мм

где 'к= 0,06…0,1 мм = 0,08 мм – минимально допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя; Тц= 385К; Тк=473…573 = 500К при жидкостном охлаждении.

5.1.3. Расчет поршневого пальца

Исходные данные для расчета

Наружный диаметр пальца

dп= (0,22…0,28)*D= (0,22…0,28)*83 = 18… 23 = 23 мм

Внутренний диаметр пальца

dв= (0,65…0,75)*dп= (0,65…0,75)*23 = 14,95…17,25 = 15 мм

Длина пальца

lп= (0,85…0,9) *D= (0,85…0,9) * 83 = 71…75 = 71 мм

Длина втулки шатуна

lш= (0,28…0,32)*D= (0,28…0,45)*83=23…37 = 30 мм

Расстояние между торцами бобышек

b= (0,3…0,5)*D= (0,3…0,5)*83 = 25…42 = 30 мм

Материал поршневого пальца – сталь 15Х, Е = 2*105МПа

Частота вращения при максимальном крутящем моменте nм= 3000 мин-1

Расчетная сила, действующая на поршень

Р = Рzmax+k*Pj= 0,037 + 0,8*0,0023 = 0,0388 МН

где Рzд= рzд*Fп= 6,88*54*10-4= 0,037 МН

Рj=mп*R*2м*(1+) = 0,54*0,035*3142*(1+0,25)*10-6=0,0023 МН

k= 0,76…0,86 = 0,8 – коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца.

studfiles.net

1.3 Диаметр цилиндра и ход поршня. Оценка, расчет и выбор конструктивных параметров двигателя

2.3 Расчёт поршня. Расчет автотракторного двигателя внутреннего сгорания (прототип СМД-62)

Расчет и построение внешней характеристики ДВС. Эффективный крутящий момент. Средняя скорость поршня

6. Расчет и построение внешней характеристики ДВС

Для анализа работы ДВС для определения области их применения используются скоростные, нагрузочные, регулировочные характеристики. Обычно все характеристики получают экспериментальным путем, при проектировании нового двигателя скоростные и нагрузочные характеристики могут быть построены аналитическим методом. В этом случае используют эмпирические зависимости полученные при большом количестве опытных данных.

Внешняя (скоростная) характеристика представляет собой графическую зависимость мощности Ре, вращающего момента Те и удельного расхода топлива ge от частоты вращения коленвала nc. Эта характеристика снимается обычно на специальных тормозных стендах при испытаниях реальных ДВС. Измеряются значения nei и gei при изменении нагрузки Tei, а мощность Рei вычисляется (подача топлива максимальная).

Если на скоростную характеристику наложить закон изменения регулировочного органа, то получим регулировочную характеристику.

Основными параметрами являются внешние характеристики, которые получаются при максимальном положении регулировочного органа.

С достаточной точностью внешняя характеристика может быть построена по результатам теплового расчета приведенного для максимального режима мощности.

Для построения характеристики бензинового ДВС:

, [кВт] (6.1)

где Pe.x. – эффективная мощность;

nx – шаг изменения частоты вращения коленвала, об/с. Для бензинового ДВС частота вращения холостого хода принимается равной nx.x.=600 об/с, шаг изменения принимаем равным Δnx.=500 об/с;

Эффективный крутящий момент:

, [кН*м] (6.2)

Средняя скорость поршня:

, [м/с] (6.3)

Эффективное давление:

, [МПа] (6.4)

где τ – число тактов в одном цикле работы ДВС, (τ=4).

Среднее давление механических потерь:

, [МПа] (6.5)

Среднее индикаторное давление:

, [МПа] (6.6)

Средний индикаторный крутящий момент:

, [кН*м] (6.7)

Удельный эффективный расход:

, [г/кВт*ч] (6.8)

Часовой расход топлива:

, [кг/ч] (6.9)

Коэффициент избытка воздуха изменяется в зависимости от частоты вращения коленвала. Для бензиновых двигателей , кроме nx.x.:

, (6.10)

Важной характеристикой эффективной работы ДВС является коэффициент наполнения и для выбранного закона изменения коэффициента избытка воздуха, коэффициент наполнения определяется:

, (6.11)

Полученные значения сводятся в таблицу.

Таблица 6.1 – Числовые значения внешних характеристик

nx, об/с	Pex, кВт	Mex, Нм	Unx, м/с	рmx, МПа	рix, МПа	Mix, Нм	qex,	Ge, кг/ч	ax	ήVx
600	8,92	142,04	1,62	0,052	1,114	149,01	0,28	2,4	0,81
1100	17,37	150,87	2,98	0,068	1,196	159,98	0,26	3,5	0,85
1600	25,7	153,46	4,33	0,083	1,230	164,52	0,24	6,2	0,9
2100	32,89	149,64	5,68	0,098	1,217	162,78	0,24	7,9	0,9
2600	37,93	139,38	7,04	0,114	1,156	154,62	0,25	9,5	0,9
3100	39,84	122,78	8,39	0,129	1,013	135,50	0,27	10,8	0,9
3600	37,6	99,79	9,74	0,144	0,890	119,05	0,30	11,4	0,9

vunivere.ru

5. Расчет основных деталей двигателя. Расчет скорости поршня двс