5.1 Расчёт цилиндропоршневой группы
5.1.1 Расчёт поршня
На основании данных теплового расчёта скоростной характеристики получили что:
– Диаметр поршня D=100мм;
– Ход поршня S=86мм;
– Максимальное давление сгорания pz=7,57МПа, при nN=3310 об/мин и действительном давлении сгорания pzd=6,43МПа;
– Площадь поршня Fп=78,5см2;
– Наибольшая нормальная сила Nmax=2864 H, при φ=3900;
– Масса поршневой группы mn=1,18 кг;
– Обороты максимальной скорости, nxx=3975 об/мин, при λ=0,269.
В соответствии с существующими аналогичными двигателями и с учётом соотношений принимаем по таблице 51 [1]:
– Толщина днища поршня δ=9мм;
– Высота поршня Н=105мм;
– Высота юбки поршня hю=75мм;
– Радиальная толщина кольца t=4мм;
– Задиальный зазор кольца в канавке поршня: Δt=0,9мм;
– Толщина стенки головки поршня S=7мм;
– Толщина первой кольцевой перемычки hп=5мм;
– Число масляных каналов в поршне nм/=4 шт;
– Диаметр масляного канала dм=0,9 мм.
Материал поршня – высококремнистый аллюминивый сплав.
αп = 25.10-6 1/град. – коэффициент линейного расширения материала поршня.
Материал гильзы цилиндра – серый чугун.
αв = 11.10-6 1/град.
Напряжение изгиба в днище поршня:
σиз = Pzmax . (ri/δ)2 , (128)
где, ri = (D/2)-(S + t + Δt) = (100/2)-(7 + 4 + 0,9) = 38,1мм.
σиз = 7,57. (38,1/9)2 = 135,7 МПа.
Днище поршня должно быть усилено рёбрами жёсткости.
При наличии у днища рёбер жёсткости расчётное напряжение не превышает допустимого значения [σиз]=50÷150МПа.
Напряжение сжатия в сечении х-х:
σсж=Рzmax/Fx-x МПа, (129)
где Рzmax = рz . Fп = 7,57 . 78,5 . 10-4 = 0,059 МН – максимальная сила давления газов на днище поршня.
Fx-x- площадь сечения х-х.
Fx-x = (π/4) . (dr2-di2) - nм/ . F/ мм2, (130)
где F/- площадь продольного диаметрального сечения масляного канала, мм.
F/ = ((dx-di) / 2) .dм (131)
где – диаметр поршня по дну канавок;
.
.
Напряжение разрыва в сечении Х-Х. Сила инерции возвратно-поступательного движущихся масс определяется для режима максимальной частоты вращения при холостом ходе двигателя.
– Максимальная угловая скорость холостого хода:
, (132)
рад/с.
– Масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения х-х, определяется по геометрическим размерам ил по формуле:
(133)
кг.
– Сила инерции возвратно-поступательного движущихся масс определяется для режима максимальной частоты вращения при холостом ходе двигателя.
Максимальная разрывающая сила:
(134)
МН.
– Напряжение разрыва:
(135)
МПа
= 2,78 МПа < [] = 4÷10МПа – для алюминиевых сплавов.
Напряжение в верхней кольцевой перемычке:
Толщина верхней кольцевой перемычки форсированных двигателей с высокой степенью сжатия рассчитывается на срез и и изгиб от действия максимальных газовых усилий.
– Напряжение среза кольцевой перемычки:
τ = 0,0314 . рzмах . D / hп (136)
Мпа.
– Напряжение изгиба:
(137)
Мпа.
– Сложное напряжение:
(138)
Мпа.
= 16,6 МПа < [] = 30 ÷ 40 МПа.
Удельные давления юбки поршня и всей высоты на стенку цилиндра определяются соответственно:
, (139)
где Nmax – наибольшая нормальная сила, действующая на стенку цилиндра при работе двигателя на режиме максимальной мощности;
МПа.
(140)
МПа.
В целях предотвращения заклинивания поршней при работе двигателя диаметров головки и юбки поршня определяют, из наличия необходимых зазоров между стенками цилиндра и поршня в холодном состоянии:
; (141)
, (142)
где мм – диаметральный зазор между стенкой цилиндра и головкой поршня;
мм – диаметральный зазор между стенкой цилиндра и юбкой поршня;
мм;
мм.
Правильность установленных размеров проверяют по формулам:
(143)
.
(144)
где и - коэффициенты линейного расширения материалов цилиндров и поршня;
Тц,=388 К; Тг=523 К; Тю=403 К – соответственно температура стенок цилиндра, головки и юбки, принятые с учетом водяного охлаждения;
То – начальная температура цилиндра и поршня;
и - диаметральные зазоры в горячем состоянии;
... и точки расширения соединяем плавными кривыми. После этого достраиваем процессы газообмена. Полученная индикаторная диаграмма двигателя внутреннего сгорания дизеля MAN изображена на рисунке 14.1. Рисунок 14.1 - Индикаторная диаграмма ДВС MAN. Выводы Результаты расчетов и общепринятые границы изменения расчетных параметров сводим в таблицу. Таблица - Результаты расчетов. НАЗВАНИЕ ...
... 137.1 31.2 217.5 1590 634.3 105.6 29.7 360 1060 582.0 64.60 27.9 630 530 482.5 26.78 25,63 957.1 4. Заключение Первый раздел курсового проекта “Тепловой и динамический расчет двигателя” выполнен в соответствии с заданием на основе методической и учебной технической литературы. Рассчитанные показатели рабочего цикла, работы, размеров, кинематики и динамики проектируемого ...
... (кг.град.) – удельная газовая постоянная для воздуха. (1) Потери давления на впуске. При учете качественной обработки внутренних поверхностей впускных систем для карбюраторного двигателя можно принять β2 + ξВП = 2,8 и ωВП = 95 м/с. β – коэффициент затухания скорости движения заряда в рассматриваемом сечении ...
... из уравнения: (24) где – коэффициент выделения тепла; – низшая теплотворная топлива принимаем = 42,8 МДж/м3. Отсюда: 1.3.13 Давление конца сгорания Давление конца сгорания в двигателе с воспламенением от сжатия определяется: (25) 1.3.14 Степень предварительного расширения Степень предварительного расширения для двигателя с воспламенением от сжатия определяется по ...
0 комментариев