Расчет поршневого кольца

7.2. Расчет поршневого кольца

Параметры кольца 1,с.206:

радиальная толщина кольца: t=3 мм;

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

высота кольца: а=3 мм;

разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и в рабочем состоянии:

А₀=10 мм.

материал кольца: серый чугун, Е=1,010⁵ МПа.

Среднее давление кольца на стенку цилиндра:

;

МПа.

Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности: p=p_ср_к.

Значения _к для различных углов  приведены на с.213 [1].

Результаты расчетов р представлены в табл.7.1. По данным табл.7.1. строим эпюру давлений компрессионного кольца на стенку цилиндра (рис.7.2.).

Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии: _из1=2,61р_ср(D/t1)²;

_из1=2,610,112(80/31)²=192,6 МПа.

Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень:_из2=,

где m=1,57  коэффициент, зависящий от способа монтажа кольца.

Таблица 7.1.

_из2= МПа.

Монтажный зазор в замке поршневого кольца: _к=_к’+D[_к (Т_кТ₀) _ц (Т_цТ₀)],

где _к’=0,08 мм минимально допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя;

_к =1110^6 1/К и _ц=1110^-6 1/К  коэффициенты линейного расширения материала кольца и гильзы цилиндра; Т_ц=450 К, Т_к=550 К и Т₀=293 К.

_к=0,07+3,1480[1110^-6(550293)1110^-6(450293)]=0,356 мм.

7.3. Расчет поршневого пальца

Параметры поршневого пальца принимаем по табл.50 [1,c.206]:

наружный диаметр пальца: d_п=20 мм;

внутренний диаметр пальца: d_в=14 мм;

длина пальца: l_п=66 мм;

длина втулки шатуна: l_ш=30 мм;

расстояние между торцами бобышек: b=32 мм;

материал поршневого пальца: сталь 15Х, Е=210⁵ МПа.

Палец плавающего типа.

Действительное максимальное давление: p_zmax=p_Zд=4,647 МПа .

Расчетная сила, действующая на поршневой палец:

газовая: P_zmax=p_zmaxF_п; P_zmax=4,6470,005024=0,0233 МН.

инерционная: P_j=m_п²R(1+)10^-6, где  =n _м/30=3,142700/30=282,6 рад/с;

P_j=0,5024282,6²0,035(1+0,285)=0,001805 МН.

расчетная: P=P_zmax+kP_j, где k=0,8  коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца.

P=0,02330,80,001805=0,0219 МН.

Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна: q_ш=P/(d_пl_ш);

q_ш=0,0219/(0,020,03)=36,5 МПа.

Удельное давление пальца на бобышки: q_б=P/[d_п(l_п-b)];

q_б=0,0219/[0,02(0,0660,032)]=32,21 МПа.

Напряжение изгиба в среднем сечении пальца: _из=,

где =d_в/d_п=14/20=0,7 – отношение внутреннего диаметра кольца к наружному.

_из= МПа.

Касательное напряжение среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна:

=;

= МПа.

Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации:

d_{п max}=;

d_{п max}=0,0297 мм.

Напряжение овализации на внешней поверхности пальца:

в горизонтальной плоскости (рис.7.3. точки 1, =0°):

_{а 0°}=;

_{а 0°}115,45 МПа;

в вертикальной плоскости (рис.7.3. точки 3, =90°):

_{а 90°};

_{а 90°}199,78 МПа.

Напряжение овализации на внутренней поверхности пальца:

в горизонтальной плоскости (рис.7.3. точки 2, =0°):

_{i 0°};

_{i 0°}291,14 МПа.

в вертикальной плоскости (рис.7.3. точки 4, =90°):

_{i 90°}=;

_{i 90°}166,18 МПа.

Расчетная схема поршневого пальца приведена на рис. 7.3.