РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ [1, с.197222, 245261]

7. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ [1, с.197222, 245261]

7.1. Расчет поршня

На основании данных теплового расчета, скоростной характеристики и динамического расчета получили:

диаметр цилиндра D=80 мм;

ход поршня: S=70 мм;

действительное максимальное давление сгорания: p_Zд=4,647 МПа;

площадь поршня: F_п=50,24 см²;

наибольшая нормальная сила: N_max=0,0015 МН при =450⁰

масса поршневой группы: m_п=0,5024 кг;

частота вращения: n_max=4500 об/мин;

отношение радиуса кривошипа к длине шатуна: =0,285.

В соответствии с существующими аналогичными двигателями и с учетом соотношений, приведенных в табл.50 1,с.206, принимаем:

толщина днища поршня: =6 мм;

высота поршня: H=84 мм;

высота юбки поршня: h_ю=52 мм;

высота верхней части поршня h₁=32 мм;

внутренний диаметр поршня: d_i=60,4 мм;

диаметр бобышки: d_б=32 мм;

расстояние между торцами бобышек: b=32 мм;

расстояние до первой поршневой канавки: e=8 мм;

радиальная толщина кольца: t_К= t_М=3 мм;

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

толщина стенки головки поршня: s=6 мм;

толщина стенки юбки поршня: _ю=3 мм;

величина верхней кольцевой перемычки: h_п=4 мм;

число и диаметр масляных каналов в поршне: n_m’=10 и d_m=1 мм.

Схема поршня представлена на рис.7.1.

Материал поршня  алюминиевый сплав, _п=2210^-6_­ 1/К; материал гильзы цилиндра  чугун, _ц=1110^6 1/К.

Напряжение изгиба в днище поршня: _из=p_Zд(r₁/)²,

где r₁=D/2(s+t+t)=80/2(6+3+0,8)=30,2 мм.

_из=4,647(30,2/6)²=117,73 МПа.

Днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости, т.к. _из25 Мпа.

Напряжение сжатия в сечении xx :

_сж=P_Zд/F_xx,

где P_zд=p_ZдF_п=4,6470,005024=0,0233 МН;

_сж=0,0233/0,00119=19,56 МПа .

F_xx=(/4)(d_k²d­­_i²)n_m’( d_kd­­_i )d_m/2;

F_xx=((3,14/4)(72,4²60,4²)106))10^-6=0,00119 м².

d_k=D2(t+t);

d_k=802(3+0,8)=72,4 мм.

Напряжение разрыва в сечении xx:

максимальная угловая скорость холостого хода: _{х.х max}=n _{х.х max}/30;

_{х.х max}=3,145300/30=555 рад/с.

масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения xx: m_xx=0,5m_п;

m_xx=0,50,5024=0,2512 кг.

максимальная разрывающая сила: P_j=m_xxR²_{х.х max} (1+)10^6;

P_j=0,25120,035555²(1+0,285)10^-6 =0,00348 МН.

напряжение разрыва: _р=P_j/F_xx;

_р=0,00348/0,00119=2,924 МПа.

Напряжение в верхней кольцевой перемычке:

среза: =0,0314p_ZдD/h_п; =0,03144,64780/3=3,89 МПа.

изгиба: _из=0,0045p_Zд(D/h_п)²; _из=0,00454,647(80/3)²=14,87 МПа.

сложное: _=(_из²+4²); _=(14,87²+43,89²)=16,78 МПа.

Удельное давление поршня на стенку цилиндра:

q₁=N_max/(h_юD); q₁=0,2930,005024/(0,0560,080)=0,32 МПа.

q₂=N_max/(HD); q₂=0,2930,005024/(0,0840,080)=0,22 МПа.

Диаметры головки и юбки поршня:

D_г=D_г; D_г=800,56=79,44 мм.

D_ю=D_ю; D_ю=800,16=79,84 мм.

где _г=0,007D=0,00780=0,56 мм; _ю=0,002D; _ю=0,00280=0,16 мм.

Диаметральные зазоры в горячем состоянии:

_г’=D1+_ц(Т_цТ₀)D_г1+_п(Т_гТ₀);

_г’=801+1110^6(450293)79,441+2210^6(650293)=0,074 мм;

_ю’=D1+_ц(Т_цТ₀)D_ю1+_п(Т_юТ₀);

_ю’=801+1110^6(450293)79,841+2210^-6(550293)=0,02 мм,

где Т_ц=450 К, Т_г=650 К, Т_ю=550 К приняты с учетом воздушного охлаждения двигателя [1,с.203];

_ц =1110^6 1/К и _п=2210^61/Ккоэффициенты линейного расширения материалов цилиндра и поршня.