Расчёт деталей двигателя

Расчёт поршня

Наиболее напряжённым элементом поршневой группы является поршень, воспринимающий высокие газовые, инерционные и тепловые нагрузки. Его основными функциями являются уплотнение внутрицилиндрового пространства и передача газовых сил давления с наименьшими потерями кривошипно-шатунному механизму. Поршень представляет собой достаточно сложную деталь как в отношении самой конструкции, так и в отношении технологии и подбора материала при его изготовлении.

При работе двигателя температура потока горящей топливо-воздушной смеси, омывающей днище поршня, сильно меняется от минимальной при пуске и прогреве двигателя до максимальной на режимах наибольших нагрузок. При этом максимальную температуру имеет днище поршня, а минимальную – юбка.

Значительная часть теплового потока от днища и огневого пояса поршня быстро уходит в стенку цилиндра через поршневые кольца и только часть теплоты передаётся на бобышки, а затем и в юбку поршня. При этом отвод теплоты от бобышек значительно меньше, чем от стенок юбок, которые контактируют со стенками цилиндра. В результате по оси бобышек поршень расширяется значительно больше и становится овальным. Оптимальная форма поршня для вновь проектируемого двигателя подбирается в результате кропотливых и длительных экспериментов.

Рисунок 3.1 – Схема поршня

Проверочный расчёт элементов поршня осуществляется без учёта переменных нагрузок, величина которых учитывается при установлении соответствующих допускаемых напряжений.

На основании данных расчетов (теплового, скоростной характеристики и динамического) имеем:

диаметр цилиндра D = 130 мм;

ход поршня S = 140 мм;

максимальное давление сгорания рz = 12,64 МПа;

при частоте вращения nн = 2000 мин-1;

площадь поршня Fп = 133 см²;

наибольшая нормальная сила Nmax = 0,01076 МН;

масса поршневой группы mп = 3,52 кг;

максимальная частота вращения nх.х. max = 2200 мин-1.

В соответствии с существующими аналогичными двигателями принимаем:

высота поршня Н = 150 мм;

высота юбки поршня hю = 80 мм;

радиальную толщину кольца t = 5,2 мм;

радиальный зазор кольца в канавке поршня ∆t = 0,8 мм;

толщина стенки головки поршня s = 13 мм;

толщина верхней кольцевой перемычки hп = 6 мм;

число и диаметр масляных каналов в поршне nм = 10 и dм = 2 мм;

высота огневого (жарового) пояса е = 19,2 мм;

высота верхней части поршня hI = 96 мм;

материал поршня – алюминиевый сплав, αп = 22·10-6 1/К;

материал гильзы цилиндра – чугун, αц = 11·10-6 1/К.

Головка поршня в сечении х – х, ослабленная отверстиями для отвода масла, проверяется на сжатие и разрыв.

Напряжение сжатия (МПа) определяется по формуле:

, МПа, (3.1)

где МН – максимальная сжимающая сила, МН;

Fx-x – площадь сечения х-х, м².

Максимальная сжимающая сила определится по формуле:

, МН, (3.2)

, МН.

площадь сечения х-х Fx-x определяется по формуле:

, м², (3.3)

где – диаметр поршня по дну канавок, м;

– внутренний диаметр поршня, м;

– площадь продольного диаметрального сечения масляного канала, м².

Диаметр поршня по дну канавок определяется по формуле:

, мм, (3.4)

мм.

Внутренний диаметр поршня определяется по формуле:

, мм, (3.5)

мм.

Площадь продольного диаметрального сечения масляного канала определится по формуле:

Популярные материалы:

Организация коммерческой деятельности на предприятиях автомобильного транспорта в условиях рынка
Формы и методы организации коммерческой деятельности в автотранспортных и транспортно-экспедиционных предприятиях, состав и функции коммерческих служб этих предприятий, распределение обязанностей между их сотрудниками зависят от целого ря ...

Определение нагрузок, действующих на провода контактной сети
В режиме минимальной температуры несущий трос испытывает только вертикальную нагрузку – от собственного веса проводов контактной сети; ветер и гололед отсутствуют. Расчет нагрузок, действующих на провода цепной контактной подвески, распо ...

Определение усилия на рулевом колесе
Испытания «усилие на рулевом колесе» предназначены для определения усилий, которые должен прилагать водитель для поворота управляемых колес. Испытания «усилие на рулевом колесе» проводят на испытательном участке дороги как на неподвижном ...