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:

Длина основных элементов кузова
Длина основных элементов кузова и подкузовных частей проектируемого магистрального тепловоза свзаны между собой уравнением габаритного баланса локомотива nк · Iк + Iмаш + Iхол = nт · Iт + 2 · Iсв + Iмт где Iк – длина кабины машиниста, м ...

Зарубежные модели
Американские БЛА В настоящее время в вооруженных силах США насчитывается более 4200 БЛА свыше 20 типов. Интенсивность их использования в последнее время значительно выросла, в результате чего суммарный налет стратегических и тактических ...

Тяговый редуктор
Передача вращающего момента от тягового электродвигателя на ось колесной пары осуществляется с помощью тягового редуктора (рис.13), который не имеет принципиальных конструктивных отличий от тягового редуктора тепловоза 2ТЭ10Л. Ведущая шес ...