Среднее давление кольца на стенку цилиндра

p _cp=0,152E(A₀/t)/((D/t-1)³(D/t))=0,152∙1,2∙10⁵∙(10,5/3,5)/(75/3,5-1)³∙(75/3,5))=0,3 МПа,

где A₀=3t=3∙3,5=10,5.

Давление (МПа) кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности определяется по формуле

p = p _срµ_к,

где µ_к – переменный коэффициент, определяемый изготовителем в соответствии с принятой формой эпюры давления кольца на зеркало цилиндра. Для бензиновых двигателей можно принять грушевидную форму эпюры давления кольца.

По этим данным построена грушевидная эпюра давлений кольца на стенку цилиндра (рис. 12.6).

Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии

σ_из1=2,61 p _cp(D/t-1)²=2,61∙0,3∙(75/3,5-1)²=326 МПа.

Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень

σ_из2=(4E(1-0,114A₀/t))/(m(D/t-1,4)(D/t))=(4∙1,2∙10⁵∙(1-0,114∙10,5/3,5))/(1,57∙ (75/3,5-1,4)∙(75/3,5))=457 МПа.

Монтажный зазор в замке поршневого кольца

Δ_к=Δ’_к+πD[ а _ц(T _к- Т ₀)- а _ц(T _ц- Т ₀)]=0,08+3,14∙75∙[11∙10^-6∙(493-293)-11∙10^-6∙(383-293)]=0,365 мм,

где Δ’_к=0,08 мм, Т _ц=383, Т _ц=493 и Т ₀=293 К.

Расчет поршневого пальца карбюраторного двигателя

Основные данные для расчета приведены в § 12.1. Кроме того, принимаем: действительное максимальное давление сгорания p _max= p_{z д}=4,8688 МПа при n _м=3000 мин^-1 (из расчета скоростной характеристики), наружный диаметр пальца d _п=22 мм, внутренний диаметр пальца d _в=15 мм, длину пальца l _п=68 мм, длину втулки шатуна l _ш=28 мм, расстояние между торцами бобышек b =32 мм. Материал поршневого пальца – сталь 15Х, Е=2∙10⁵ МПа. Палец плавающего типа.

Расчетная сила, действующая на поршневой палец:

газовая

P_{z max}= p_{z max} F _п=4,8688∙44,16∙10^-4=0,0183 МН;

инерционная

P_j =- m _пω²_м R (1+λ)∙10⁶=-0,442∙314²∙0,0375∙(1+0,285)∙10^-6=-0,00839 MH,

где ω_м=π n _м/30=3,14∙3000/30=314 рад/c;

расчетная

P = P _max+ kP_j =0,0183-0,82∙0,00839=0,0252 МН.

 

 

Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна

q _ш= P / d _п l _ш=0,0252/0,022∙0,028=40,8 МПа.

Удельное давление пальца на бобышки

q _б= P / d _п(l _п- b)=0,0252/0,022∙(0,068-0,032)=31,8 МПа.

Напряжение изгиба в среднем сечении пальца

σ_из= P (l _п+2 b -1,5 l _ш)/1,2(1-α⁴) =0,0252∙(0,068+2∙0,032-1,5∙0,028)/1,2∙(1-0,682⁴)∙0,022³=226 МПа,

где α= d _в/ d _п=15/22=0,682.

Касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна

τ=0,85 P (1+α+α²)/(1-α⁴) d _п²=0,85∙0,0252∙(1+0,682+0,682²)/(1-0,682⁴)∙0,022²=177 МПа.

Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации

Δ d _п.max=(1,35 P / Е l _п)(1+α/1-α)³[0,1-(α-0,4)³]=((1,35∙0,0252) / (2∙10⁵∙0,068))∙ ((1+0,682)/(1-0,682))³∙[0,1-(0,682-0,4)³]∙10³=0,0286 мм.

Напряжения овализации на внешней поверхности пальца:

в горизонтальной плоскости (точки 1, Ψ=0˚)

σ_α0˚=(15 Р / l _п d _п)[0,19((2+α)(1+α))/(1-α)²)-(1/(1-α))][0,1-(α-0,4)³]= =((15∙0,0252)/(0,068∙0,022))∙[0,19∙((2+0,682)∙(1+0,682))/(1-0,682)²)-(1/(1-0,682))]∙[0,1-(0,682-0,4)³]=104 МПа;

в вертикальной плоскости (точки 3, Ψ=90˚)

σ_α90˚=-(15 Р / l _п d _п)[0,174((2+α)(1+α))/(1-α)²)-(0,636/(1-α))][0,1-(α-0,4)³]=

=((-15∙0,0252)/(0,068∙0,022))∙[0,174∙((2+0,682)∙(1+0,682))/(1-0,682)²)+(0,636/(1-0,682))]∙[0,1-(0,682-0,4)³]=-191 МПа.

 

 

Напряжения овализации на внутренней поверхности пальца:

в горизонтальной плоскости (точки 2, Ψ=0˚)

σ_α0˚=-(15 Р / l _п d _п)[0,19((1+2α)(1+α))/(1-α)²α)+(1/(1-α))][0,1-(α-0,4)³]=

=((-15∙0,0252)/(0,068∙0,022))∙[0,19∙((1+2∙0,682)∙(1+0,682))/(1-0,682)²∙0,682)+(1/(1-0,682))]∙[0,1-(0,682-0,4)³]=-276 МПа;

в вертикальной плоскости (точки 4, Ψ=90˚)

σ_α90˚=(15 Р / l _п d _п)[0,174((1+2α)(1+α))/(1-α)²α)-(0,636/(1-α))][0,1-(α-0,4)³]=

=((15∙0,0252)/(0,068∙0,022))∙[0,174∙((1+2∙0,682)∙(1+0,682))/(1-0,682)²∙0,682)-(0,636/(1-0,682))]∙[0,1-(0,682-0,4)³]=157 МПа.

 

Рисунок 6 – Расчетная схема поршня

Заключение

В данном курсовом проекте были произведены тепловой расчет и тепловой баланс карбюраторного двигателя, кинематический, динамический расчет бензинового двигателя и расчет поршневой группы двигателя. Все расчеты показали целесообразность конструкции данного типа двигателя.

По результатам теплового расчета была построена индикаторная диаграмма и внешние скоростные характеристики карбюраторного двигателя.

По результатам кинематического и динамического расчетов бензинового двигателя были построены следующие диаграммы: диаграммы перемещения, скорости и ускорения поршня; диаграмма сил, действующих в кривошипно-шатунной механизме; диаграмма крутящего момента двигателя; полярная диаграмма нагрузки на первую шатунную шейку; диаграмма нагрузки на первую шатунную шейку, развернутая по углу поворота коленчатого вала; условная диаграмма износа первой шатунной шейки; полярная диаграмма нагрузки на вторую коренную шейку, развернутая по углу поворота коленчатого вала; условная диаграмма износа второй коренной шейки.

По результатам расчета поршневой группы бензинового двигателя была построена расчетная схема поршня.

Также в ходе выполнения курсового проекта были закреплены знания, полученные при изучении теоретического курса дисциплины «Прикладные расчёты двигателей», освоена методика и получены практические навыки теплового расчёта и теплового баланса карбюраторного двигателя, кинематический и динамические расчеты бензинового двигателя и расчет поршневой группы.