Расчет двигателя типа 6ЧН 26/34

Расчет двигателя типа 6ЧН 26/34

Описание двигателя

Дизели устанавливаются на судах - перегружателях речного флота и на земснарядах в качестве приводов грунтовых насосов, а также поставляются для замены изношенных в дизельгенераторах.

Главный судовой дизель 6ЧН 26/34 с понижающим редуктором и пневматической системой дистанционного автоматизированного управления предназначен для установки на буксирах - кантовщиках и транспортно-крановых судах ограниченного района плавания для работы на винт регулируемого шага.

№	Параметры	6ЧН 26/34
1	Мощность, кВт	320-500
2	Количество цилиндров	6
3	Диаметр цилиндра / ход поршня, мм	260 / 340
4	Рабочий объем цилиндров, л	100,08
5	Степень сжатия	12,5
6	Среднее эффективное давление, кг/см2	3,5-14,1
7	Максимальное давление сгорания, кг/см2	75-100
8	Частота вращения, об/мин	500-600
9	Средняя скорость поршня, м/с	5,67
10	Направление вращения, если смотреть на дизель со стороны маховика	правое
11	Удельный расход топлива, г/кВт ч	211
12	Удельный расход масла на угар, г/кВт ч	1,35
13	Срок службы масла, ч	1500-3000
14	Объем масла в системе смазки, л	340-500
15	Объем воды в системе охлаждения, л	250-350
16	Ресурсы, ч: - непрерывной работы -до переборки -до капитального ремонта	1000-1200 10000-18000 60000-70000
17	Габариты,мм: -длина - шрина - высота	3930 1760 2650
18	Масса, сухая, кг	12000

Общее устройство систем

Дизели четырехтактные, нереверсивные, с вертикальным однорядным расположением цилиндров, с непосредственным впрыском топлива, с газотурбинным наддувом и охлаждением наддувочного воздуха.

Дизель 6ЧНП 26/34 с понижающим редуктором устанавливается на судовой фундамент и жестко крепится к нему. Дизель оборудован местным постом управления и дистанционным автоматизированным управлением режимами.

Остов дизелей состоит из блок-картера и фундаментной рамы, скрепленных анкерными связями, образующих жесткую конструкцию, на которой смонтированы все остальные детали и узлы.

На переднем торце дизеля размещены: турбокомпрессор, охладитель наддувочного воздуха, фильтр топлива, насосы воды, масла, топливоподкачивающий и маслопрокачивающий насосы.

Со стороны заднего торца размещены: щит приборов, главный пусковой клапан, распределитель воздуха, механизм безопасности, регулятор скорости, привод распредвала.

На верхней части дизеля размещены крышки рабочих цилиндров, к которым крепятся: впускной коллектор, выпускной коллектор и коллектор отвода воды из крышек цилиндров.

На стороне управления дизелем размещены: распределительный вал, топливные насосы и их приводы, привод впускных и выпускных клапанов, механизм регулирования подачи топлива, тяга с защелками механизма безопасности и фильтр тонкой очистки масла.

На противоположной управлению стороне дизеля расположены: коллектор подачи охлаждающей воды к втулкам рабочих цилиндров, предохранительные противовзрывные клапаны, охладители масла и воды с регуляторами температуры прямого действия.

Коленчатый вал стальной. Со стороны переднего торца на коленчатом вале располагаются шестерни привода насосов воды и масла, с заднего торца - шестерня привода распределительного вала.

Для гашения колебаний и обеспечения необходимой степени неравномерности вращения коленчатого вала дизель 6ЧНП 26/34 имеет силиконовый демпфер, который одновременно является маховиком, а также составляет часть упругой муфты отбора мощности.

Поршень цельный, чугунный, охлаждаемый маслом.

Шатун стальной, штампованный с прямым разъемом нижней головки.

Турбокомпрессоры с фильтром - глушителем на входе.

Регулятор скорости гидравлический, непрямого действия, со встроенным серводвигателем и стоп-устройством.

Топливная система состоит из шестеренчатого топливоподкачивающего насоса с редукционным клапаном, сдвоенного фильтра тонкой очистки, отдельных топливных насосов высокого давления для каждого цилиндра и форсунок.

Система смазки циркуляционная, под давлением, со свободным сливом масла в раму и откачиванием в отдельно расположенный маслобак. На дизеле установлен двухсекционный масляный насос. Первая секция насоса - нагнетает масло через фильтры из маслобака в дизель, вторая секция - откачивает масло из картера в маслобак. Предпусковая прокачка дизеля маслом производится пневмоагрегатом, смонтированным на подмоторной раме. Фильтрация масла производится фильтром полнопоточным тонкой очистки со сменными фильтрующими элементами и центробежным фильтром, расположенным на маслобаке.

Система охлаждения дизеля водяная двухконтурная, состоит из двух водяных насосов внутреннего и внешнего контуров, охладителя наддувочного воздуха, охладителя масла, охладителя воды, регулятора температуры масла, регулятора температуры воды и расширительного бачка. Дизель и турбокомпрессор охлаждаются циркулирующей пресной водой внутреннего контура, а наддувочный воздух, масло и вода охлаждаются в охладителях воздуха, воды и масла проточной водой внешнего контура (забортной водой).

Система пуска пневматическая (сжатым воздухом давлением 25-30 кГс/см2) состоит из пусковых баллонов, главного пускового клапана, воздухораспределителя золотникового типа и пусковых клапанов на крышках цилиндров.

Средства контроля над работой дизеля и состоянием параметров расположены на щите приборов дизеля:

Манометры масла, топлива, наддувочного воздуха.

Термометры воды, выходящей из дизеля; масла, поступающего в дизель.

Система для измерения температуры выпускных газов на выходе из каждого цилиндра, перед турбокомпрессором и за турбокомпрессором.

Тахометр частоты вращения коленчатого вала.

Топливо для работы применяется дизельное марки Л по ГОСТ 305-82, моторное ДТ ГОСТ 1667-68 и мазут Ф5 ГОСТ 10585-75.

Масло в дизеле должно применяться марок М-10Г2ЦС, М10ДЦЛ20, М14ДЦЛ20 ГОСТ 12337-84. Заменителями указанных масел могут быть масла зарубежных фирм с классом вязкости SAE-30.

Охлаждающая жидкость внутреннего контура - пресная вода с временной жесткостью 1,5-3,0 мГм. экв/л. с добавлением антикоррозионной присадки.

Выбор исходных данных

Среднее эффективное давление P_е=1,4 МПа

Диаметр цилиндра D=26 см

Ход поршня S=34 см

Частота вращения коленчатого вала двигателя n=500 об/мин

Атмосферное давление P₀=0,1013 МПа

Температура окружающей среды T₀=293K

Давление наддува P_K=(0,15ч0,2)P_e=0,2*1,4=0,24МПа

Коэффициент избытка воздуха б=1,8ч2,2

Принимаем б=1,85

Коэффициент остаточных газов г_г=0,01ч0,04

Принимаем г_г=0,03

Коэффициент использования тепла в точке z: о_z=0,7ч0,85

Принимаем о_z=0,85

Коэффициент использования тепла в точке b: о_b=0,8ч0,92

Принимаем о_b=0,91

Коэффициент скругления индикаторной диаграммы о=0,96

Степень сжатия е=12ч16 Принимаем е=12,5

Степень повышения давления при сгорании л=1,437

Механический к.п.д.: з_м=0,87ч0,94 Принимаем з_м=0,87

Температура отработавших газов Т_г=800К

Массовый состав топлива: C=0,865 кг/кг O=0,004 кг/кг

H=0,126 кг/кг S=0,005 кг/кг

Низшая теплота сгорания:

Q_н^р=418, 7[81*C+300*H-26(O-S)-6(9*H+W)] кДж/кг

Q_н^р=418, 7[81*0,865+300*0,126-26*(0,004-0,005)-6*(9*0,126+0)]=42303 кДж/кг

Показатель политропы сжатия n_К=1,75

Подогрев заряда от стенок цилиндра ДT_а=10К

Снижение температуры в воздухоохладителе ДT_охл=90К

Потеря давления в воздухоохладителе ДP_охл=0,003 МПа

Расчёт процесса наполнения

Температура воздуха за компрессором

Температура воздуха перед двигателем

T_s=T_K-ДT_охл=424,04-90=334,04K

Температура заряда к концу процесса наполнения

Давление воздуха перед двигателем

P_s=P_K-ДP_охл=1,4-0,003=0,237 МПа

Давление заряда к концу процесса наполнения

P_a=k_a*P_s, k_a=0,97

k_a-коэффициент изменения давления при наполнении, зависящий от конструкции впускных органов и оборотности двигателя.

P_a=0,97*P_s=0,97*0,237=0,225 МПа

Коэффициент наполнения

Расчёт процесса сжатия

Средняя мольная теплоёмкость воздуха

C_x'=a_v'+b'T=19,26+0,0025T

Средняя мольная теплоёмкость чистых продуктов сгорания

C_x''=a_v''+b''T=20,47+0,0036T

Средний показатель политропы сжатия

Принимаем n₁=1,372 в первом приближении

Принимаем n₁=1,372

Давление в конце сжатия

P_c=P_a*еⁿ¹=0,225*12,5^1,372=7,0916 МПа

Температура в конце сжатия

T_c=T_a* е^n1-1=357,3*12,5^1,372-1=900,37К

Расчёт процесса сгорания

Количество воздуха для сгорания

Действительное количество воздуха для сгорания

L=бL₀=1,85*0,4934=0,91509 кмоль/кг

Химический коэффициент молекулярного изменения

- изменение количества молей газов при сгорании 1 кг топлива

Действительный коэффициент молекулярного изменения

Доля топлива, сгоревшая в точке z

x_z= о_z / о_b=0,85/0,91=0,9341

Коэффициент молекулярного изменения в точке z

Постоянная топлива

Средняя мольная изохорная теплоёмкость смеси в точке z

25,82

Принимаем T_Z=1944 K

Максимальное давление сгорания

P_Z=л*P_C=1,437*7,0916=10,1919 МПа

Расчёт процесса расширения

Степень последующего расширения

Степень предварительного расширения



Принимаем T_b=1137K

Средняя мольная изохорная теплоёмкость смеси продуктов сгорания и избыточного воздуха в конце расширения точки b

Средний показатель политропы расширения

Принимаем n₂=1,2562; T_b=1137К

Давление в конце процесса расширения

Определение индикаторных показателей

Теоретическое среднее индикаторное давление

Действительное среднее индикаторное давление

P_i=P_i'*о=1,6909*0,96=1,6232 МПа

Индикаторный удельный расход топлива

Индикаторный к.п.д.

Определение эффективных показателей

Среднее эффективное давление

P_e=P_i*з_м=1,6232*0,87=1,4122 МПа

Эффективный удельный расход топлива

g_e=g_i/з_м=0,1938/0,87=0,2228 кг/(кВт*ч)

Эффективный к.п.д.:

з_е= з_i *з_м=0,4353*0,87=0,3787

N_i=13,1*D²*S*z*P_e*n*i=13,1*0,26²*0,34*4*1,4*500*6=732,2 кВт

N_e=N_i*з_м=732,2*0,88=637,8 кВт

Расчет и построение теоретической индикаторной диаграммы

Длина индикаторной диаграммы L_V=228 мм

m_V=L_V/е=228/12,5=18,24

Высота диаграммы L_P=112 мм

m_P= P_Z/L_p =10,1919/112=0,091

Полный объём цилиндра V_a=V_S+V_C=17+1,48=18,48 дм³

Рабочий объём цилиндра V_S=17 дм³

Объём камеры сгорания

дм³

Процесс сжатия

Процесс расширения

Ординаты политропы сжатия и расширения. Таблица.

	Pсж	Pрш
1	7,0916	10,1919
1,25	5,228473	10,1919
1,549	3,900794	10,1919
1,75	3,302011	8,743662
2	2,751486	7,393394
2,5	2,028607	5,586059
3	1,581409	4,442608
4	1,067556	3,095209
6	0,613575	1,859877
8	0,414203	1,295794
10	0,305383	0,979034
12	0,238062	0,778628
12,5	0,225151	0,739706

Для процесса сжатия

V/VC	lg(V/VC)	n1(lg(V/VC))	(V/VC)n1	P, МПа
1,0000	0,0000	0,0000	1,0000	7,0916
1,2500	0,0969	0,1324	1,3563	5,2285
1,5000	0,1761	0,2405	1,7399	4,0759
1,7500	0,2430	0,3319	2,1477	3,3020
2,0000	0,3010	0,4111	2,5774	2,7515
3,0000	0,4771	0,6517	4,4844	1,5814
4,0000	0,6021	0,8224	6,6428	1,0676
6,0000	0,7782	1,0629	11,5578	0,6136
8,0000	0,9031	1,2335	17,1211	0,4142
10,0000	1,0000	1,3659	23,2220	0,3054
12,0000	1,0792	1,4741	29,7888	0,2381

Для процесса расширения

V/VC	lg(V/VC)	n2(lg(V/VC))	(V/VC)n2	P, МПа
1,5490	0,1673	0,2102	1,5124	11,6773
1,7500	0,2430	0,3053	2,0198	8,7437
2,0000	0,3010	0,3781	2,3887	7,3934
2,5000	0,3979	0,4998	3,1615	5,5861
3,0000	0,4771	0,5993	3,9752	4,4426
4,0000	0,6021	0,7564	5,7057	3,0952
6,0000	0,7782	0,9776	9,4954	1,8599
8,0000	0,9031	1,1345	13,6289	1,2958
10,0000	1,0000	1,2562	18,0385	0,9790
12,0000	1,0792	1,3557	22,6813	0,7786



Динамический расчет

Динамика двигателя характеризуется теми силами, которые действуют в кривошипно-шатунном механизме. Этими силами являются силы давления газов и инерционные силы, возникающие при движении деталей. Инерционные силы, кроме величин ускорений движущихся деталей, зависят также от их массы.

Схема сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм двигателя

При работе двигателя суммарная сила, приложенная к центру поршневого пальца, представляет собой алгебраическую сумму силы P давления газов и сил инерции X поступательно движущихся частей:

F = P ± X,

Сила, приложенная к поршневому пальцу при работе кривошипно-шатунного механизма, может быть разложена на силу, действующую вдоль шатуна Рш, и силу, нормальную к оси цилиндра N. Сила Рш, действующая по шатуну и перенесенная к центру кривошипа, может быть разложена на силу тангенциальную Т и радиальную Z. Тангенциальная сила Т, действуя на радиусе r кривошипа, обеспечивает вращение коленчатого вала двигателя и развитие на нем крутящего момента Mкр. При вращении коленчатого вала от неуравновешенных вращающихся частей кривошипа возникает центробежная сила S, приложенная к центру шатунной шейки. Радиальная сила Z и центробежная сила S воспринимаются подшипниками коленчатого вала и создают соответствующую нагрузку на подшипники вала. Сила N, нормальная к стенке цилиндра, действуя на плече А от центра поршневого пальца до центра коленчатого вала, создает обратный крутящий момент Мобр, численно равный крутящему моменту Мкр двигателя. Обратный крутящий момент воспринимается от корпуса двигателя рамой автомобиля через детали подвески двигателя. Значения всех указанных сил периодически изменяются по своей величине и направлению за один полный оборот коленчатого вала. Нагрузка на подшипники определяется значениями максимальных и средних удельных давлений на шатунные и коренные шейки вала.

Постоянная кривошипа

r=s/2=34/2=17 см

L_ш=260 мм

л=r/L_ш=170/660=0,2576

Избыточное давление

P_из=P_Г-P₀

в=arcsin(л*sinц)

Движущая сила

P_дв=Р_Г-Р₀+Р_j+P_Т

Сила инерции

P_j=-m_Srw²(cosц+ л*cos2ц)

m_S - возвратно-поступательная масса

m_S=250ч700 Принимаем m_S=600

Угловая скорость

w=(р*n)/30=(3,14*500)/30=52,4 с^-1

Сила тяжести

P_Т=m_Sg=600*9,81=5886 Па

Нормальная сила

N=P_двtgв

Сила, действующая по оси шатуна

Q= P_дв/cosв

Радиальная сила

Касательная сила

Расчёты приведены в таблице

Средняя суммарная касательная сила

T_Уцср=УT_Уц*(Дц/б)

б=720/i=720/6=120

УT_Уц=13,726

T_Уцср=13,726*(15/120)=1,716 МПа

Вращающий момент

M_вр= УT_Уц*r*F_n=13,726*0,17*0,0531=0,124 МН*м

r=170мм - радиус кривошипа

F_n - площадь поршня; F_n=рD²/4=3,14*0,26²/4=0,0531 м²

M_вр.ср..= T_Уцср*r*F_n=1,716*0,17*0,053=0,0155 МН*м

Среднее индикаторное давление

P_i= (T_Уцср*р)/(i*z)=1,716*3,14/(6*0,5)=1,797 МПа

ц, град	ц,	в,	PГ,	Pj,	Pдв,	N,	Q,	Z,	T,
	рад	рад	МПа	МПа	МПа	МПа	МПа	МПа	МПа
0	0,0000	0,0000	0,237	-0,8559	-0,6189	0	-0,6189	-0,6189	0
10	0,1744	-0,1406	0,237	-0,8352	-0,5982	-0,026	-0,6042	-0,5846	-0,1295
20	0,3489	0,2374	0,237	-0,7745	-0,5375	-0,0461	-0,5530	-0,4893	-0,2272
30	0,5233	-0,2573	0,237	-0,6786	-0,4416	-0,0556	-0,4566	-0,3546	-0,269
40	0,6978	0,1931	0,237	-0,5542	-0,3172	-0,0517	-0,3232	-0,2098	-0,2435
50	0,8722	-0,0676	0,237	-0,4104	-0,1734	-0,0338	-0,1738	-0,0855	-0,1546
60	1,0467	-0,0786	0,237	-0,2568	-0,0198	-0,0044	-0,0199	-0,0061	-0,0193
70	1,2211	0,2007	0,237	-0,1031	0,1339	0,0324	0,1366	0,0154	0,1369
80	1,3956	-0,2589	0,237	0,042	0,279	0,0709	0,2886	-0,0213	0,287
90	1,5700	0,2324	0,237	0,1712	0,4082	0,1054	0,4195	-0,1054	0,4082
100	1,7444	-0,1308	0,237	0,2798	0,5168	0,1313	0,5213	-0,219	0,4861
110	1,9189	-0,0114	0,237	0,3653	0,6023	0,1456	0,6023	-0,3428	0,5162
120	2,0933	0,1501	0,237	0,4279	0,6649	0,1475	0,6725	-0,4602	0,5021
130	2,2678	-0,2419	0,237	0,4698	0,7068	0,1379	0,7280	-0,56	0,4528
140	2,4422	0,2553	0,237	0,4948	0,7318	0,1191	0,7563	-0,6372	0,3791
150	2,6167	-0,1852	0,237	0,5074	0,7444	0,0938	0,7574	-0,6915	0,291
160	2,7911	0,0566	0,237	0,5123	0,7493	0,0643	0,7505	-0,7261	0,1958
170	2,9656	0,0894	0,237	0,5135	0,7505	0,0326	0,7535	-0,7447	0,0982
180	3,1400	-0,2079	0,237	0,5135	0,7505	0	0,7670	-0,7505	0
190	3,3144	0,2600	0,2268	0,5135	0,7402	-0,0322	0,7659	-0,7346	-0,0969
200	3,4889	-0,2269	0,2318	0,5123	0,7441	-0,0639	0,7637	-0,721	-0,1945
210	3,6633	0,1208	0,2405	0,5074	0,7479	-0,0942	0,7534	-0,6948	-0,2923
220	3,8378	0,0228	0,2537	0,4948	0,7485	-0,1219	0,7487	-0,6517	-0,3878
230	4,0122	-0,1594	0,2724	0,4698	0,7423	-0,1448	0,7518	-0,5881	-0,4755
240	4,1867	0,2460	0,2984	0,4279	0,7263	-0,1611	0,7488	-0,5027	-0,5485
250	4,3611	-0,2527	0,3342	0,3653	0,6996	-0,1691	0,7225	-0,3981	-0,5995
260	4,5356	0,1769	0,384	0,2798	0,6637	-0,1686	0,6742	-0,2813	-0,6244
270	4,7100	-0,0454	0,454	0,1712	0,6252	-0,1614	0,6258	-0,1614	-0,6252
280	4,8844	-0,1001	0,5547	0,042	0,5967	-0,1516	0,5997	-0,0457	-0,614
290	5,0589	0,2146	0,7037	-0,1031	0,6007	-0,1452	0,6148	0,069	-0,6141
300	5,2333	-0,2605	0,9313	-0,2568	0,6745	-0,1496	0,6980	0,2077	-0,659
310	5,4078	0,2210	1,2914	-0,4104	0,881	-0,1719	0,9030	0,4346	-0,7854
320	5,5822	-0,1105	1,879	-0,5542	1,3248	-0,2157	1,3329	0,8762	-1,0168
330	5,7567	-0,0341	2,8468	-0,6786	2,1682	-0,2732	2,1695	1,7411	-1,3207
340	5,9311	0,1683	4,3466	-0,7745	3,572	-0,3066	3,6232	3,2518	-1,5098
350	6,1056	-0,2496	6,1567	-0,8352	5,3215	-0,2312	5,4917	5,2005	-1,1518
360	6,2800	0,2496	10,1919	-0,8559	9,336	0	9,6346	9,336	-0,0001
370	6,4544	-0,1683	10,1919	-0,8352	9,3567	0,4066	9,4908	9,144	2,0251
380	6,6289	0,0341	10,1919	-0,7745	9,4174	0,8082	9,4229	8,573	3,9803
390	6,8033	0,1105	7,6288	-0,6786	6,9502	0,8756	6,9929	5,5812	4,2334
400	6,9778	-0,2210	5,2063	-0,5542	4,652	0,7574	4,7680	3,0768	3,5705
410	7,1522	0,2605	3,6874	-0,4104	3,277	0,6394	3,3914	1,6166	2,9213
420	7,3267	-0,2146	2,73	-0,2568	2,4732	0,5485	2,5313	0,7616	2,4161
430	7,5011	0,1001	2,1098	-0,1031	2,0068	0,485	2,0169	0,2306	2,0516
440	7,6756	0,0454	1,6953	0,042	1,7372	0,4413	1,7390	-0,1329	1,7874
450	7,8500	-0,1769	1,4099	0,1712	1,5811	0,4082	1,6062	-0,4082	1,5811
460	8,0244	0,2527	1,2086	0,2797	1,4883	0,3781	1,5371	-0,6308	1,4001
470	8,1989	-0,2460	1,0638	0,3653	1,4291	0,3454	1,4735	-0,8134	1,2248
480	8,3733	0,1594	0,9585	0,4279	1,3864	0,3075	1,4042	-0,9595	1,0469
490	8,5478	-0,0228	0,8815	0,4698	1,3513	0,2637	1,3517	-1,0706	0,8657
500	8,7222	-0,1208	0,8256	0,4948	1,3204	0,215	1,3301	-1,1496	0,684
510	8,8967	0,2269	0,786	0,5074	1,2934	0,163	1,3274	-1,2016	0,5056
520	9,0711	-0,2599	0,7597	0,5123	1,272	0,1092	1,3162	-1,2326	0,3325
530	9,2456	0,2079	0,7446	0,5135	1,2581	0,0547	1,2858	-1,2485	0,1646
540	9,4200	-0,0894	0,4468	0,5135	0,9603	0	0,9642	-0,9603	0
550	9,5944	-0,0566	0,2234	0,5135	0,7368	-0,032	0,7380	-0,7312	-0,0964
560	9,7689	0,1852	0,2234	0,5123	0,7357	-0,0631	0,7485	-0,7129	-0,1923
570	9,9433	-0,2553	0,2234	0,5074	0,7308	-0,0921	0,7553	-0,6789	-0,2856
580	10,1178	0,2419	0,2234	0,4948	0,7182	-0,1169	0,7397	-0,6253	-0,3721
590	10,2922	-0,1501	0,2234	0,4698	0,6932	-0,1353	0,7011	-0,5492	-0,4441
600	10,4667	0,0114	0,2234	0,4279	0,6513	-0,1444	0,6513	-0,4508	-0,4918
610	10,6411	0,1308	0,2234	0,3653	0,5887	-0,1423	0,5938	-0,3351	-0,5045
620	10,8156	-0,2324	0,2234	0,2798	0,5031	-0,1278	0,5170	-0,2132	-0,4733
630	10,9900	0,2589	0,2234	0,1712	0,3946	-0,1019	0,4082	-0,1019	-0,3946
640	11,1644	-0,2007	0,2234	0,042	0,2654	-0,0674	0,2708	-0,0203	-0,273
650	11,3389	0,0786	0,2234	-0,103	0,1203	-0,0291	0,1207	0,0138	-0,123
660	11,5133	0,0677	0,2234	-0,2568	-0,0334	0,0074	-0,0335	-0,0103	0,0326
670	11,6878	-0,1932	0,2234	-0,4104	-0,187	0,0365	-0,1905	-0,0922	0,1667
680	11,8622	0,2574	0,2234	-0,5542	-0,3308	0,0539	-0,3421	-0,2188	0,2539
690	12,0367	-0,2374	0,2234	-0,6786	-0,4552	0,0573	-0,4683	-0,3655	0,2772
700	12,2111	0,1406	0,2234	-0,7745	-0,5511	0,0473	-0,5566	-0,5017	0,233
710	12,3856	0,0000	0,2234	-0,8352	-0,6118	0,0266	-0,6118	-0,5979	0,1324
720	12,5600	-0,1406	0,2234	-0,8559	-0,6325	0	-0,6388	-0,6325	0

б, град	1	2	3	4	5	6	7
0	0,0000	0,5021	-0,5485	-0,0001	1,0469	-0,4918	0,5087
10	-0,1295	0,4528	-0,5995	2,0251	0,8657	-0,5045	2,1101
20	-0,2272	0,3791	-0,6244	3,9803	0,6840	-0,4733	3,7186
30	-0,2690	0,2910	-0,6252	4,2334	0,5056	-0,3946	3,7412
40	-0,2435	0,1958	-0,6140	3,5705	0,3325	-0,2730	2,9683
50	-0,1546	0,0982	-0,6141	2,9213	0,1646	-0,1230	2,2925
60	-0,0193	0,0000	-0,6590	2,4161	0,0000	0,0326	1,7704
70	0,1369	-0,0969	-0,7854	2,0516	-0,0964	0,1667	1,3766
80	0,2870	-0,1945	-1,0168	1,7874	-0,1923	0,2539	0,9248
90	0,4082	-0,2923	-1,3207	1,5811	-0,2856	0,2772	0,3678
100	0,4861	-0,3878	-1,5098	1,4001	-0,3721	0,2330	-0,1505
110	0,5162	-0,4755	-1,1518	1,2248	-0,4441	0,1324	-0,1980
120	0,5021	-0,5485	-0,0001	1,0469	-0,4918	0,0000	0,5087



Расчёт на прочность шатуна

Шатун является звеном кривошипно-шатунного механизма, которое передает усилие поршня к коленчатому валу. Преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Нижняя головка шатуна обеспечивает шарнирное соединение шатуна с кривошипной шейкой коленчатого вала и образует корпус шатунного подшипника.

Определение основных размеров шатуна.

Диаметр поршневого пальца.

d_пп = (0.3-0.38)*D_ц = 0,35*0,26 = 0,091 м;

Внутренний диаметр верхней головки.

d_в = (1,2-1,25)* d_пп = 1,2*0,091 = 0,1092 м;

Наружный диаметр верхней головки.

d_н = (1,3-1,7)* d_пп = 1,7*0,091 = 0,1547 м;

Длина верхней головки шатуна.

l_в = (0.33-0.4)*D_ц = 0,4*0,26 = 0,104 м;

Диаметр шатунной шейки коленчатого вала.

d_ш = (0,56-0,75)*D_ц = 0,7*0,26 = 0,182 м;

Толщина стенки вкладыша.

t = (0.03-0.05)* d_ш = 0,04*0,182 = 0,007 м;

Расстояние между шатунными болтами.

l_б = (1,3-1,75)* d_ш = 1,5*0,182 = 0,273 м;

Длина нижней головки шатуна.

l_н = (0,45-0,9)* d_ш = 0,8*0,182 = 0,1456 м;

Размеры двутаврового сечения:

h = (1,2-1,4)* h = 1,4*0.0546 = 0,0764 м;

где: h_m = 0.5* d_в = 0.5*0.1092 = 0,0546;

b = (0.55-0.75)*h = 0,75*0,0764 = 0,0573 м;

а = 0,03 м, с = 0,015 м;

Длина шатуна.

l = r/ = 0,170/0,2576 = 0,659 м;

где: r - радиус кривошипа;

- кривошипно-шатунное отношение.

Условия работы шатуна

При работе шатун подвергается действию силы давления газов, действию усилия заедания поршня, действию сил инерции (шатун участвует в поступательном и во вращательном движении), действию силы трения.

Сила газов, силы инерции и заедание поршня будут вызывать деформации растяжения-сжатия, изгиба. Сила трения будет вызывать износ вкладышей нижней головки шатуна и втулки поршневой головки. Знакопеременные нагрузки будут вызывать усталостные разрушения.

Напряжения сжатия в стержне шатуна:

кг/см²

где - минимальное сечение головки шатуна.

Сила , кроме сжатия, вызывает продольный изгиб.

Наименьший диаметр шатуна, в функции диаметра цилиндра, составит d=0.25D; наибольшая длина шатуна l определиться из условий наименьшего значения и наибольшего отношения S/D. Примем

=l/5,5 ; S/D=1.3

Расчёт с достаточной степенью точности может быть проведен по формуле, определяющей ломающие критические напряжения кг/см2 :

=(4700-23*l/i) кг/см2 ( для легированной стали).

По напряжениям подсчитывается критическая сила

=f кг,

где f - площадь среднего сечения шатуна в см2.

Отношение /= е

=12,5*10,1919=127,4.

В плоскости качания шатун можно рассматривать как балку с шарнирными опорами, при этом деформация изгиба распространяется по всей его длине. В плоскости, перпендикулярной качанию шатуна, его следует рассматривать как балку с заделанными концами, в данном случае деформация изгиба распространяется на половину длины шатуна.

Таким образом:

кгс/см² МПа;

кгс/см² МПа,

Где f - площадь среднего сечения шатуна:

см².

и - моменты инерции сечения относительно осей x и y:

см⁴;

см⁴.

Шатуны подвергаются ещё и значительному воздействию сил инерции массы шатуна, действующих в плоскости его движения. В этом случае шатуны, кроме того, необходимо проверять на изгиб указанными силами инерции. Наибольшее значение рассматриваемые силы имеют при угле между шатуном и мотылём, равном 90.

Наибольший изгибающий момент равен:

кгссм Нм,

где P - равнодействующая сил инерции:

 кгс кН,

где q - сила инерции элемента стержня шатуна длиной 1 см:

кгс/см кН/м,

где кгс/см³ - удельный вес материала шатуна.

Суммарные напряжения в стержне шатуна будут равны:

кгс/см² МПа МПа,

где W - момент сопротивления сечения шатуна, удаленного на расстояние от центра верхней головки.

Верхнюю головку шатуна проверяют на разрыв силой, возникающей при заедании поршня. Её условно принимают равной:

кгс кН.

Напряжения в верхней головке шатуна:

кгс/см² МПа МПа,

где см.

Для нормальной работы головного подшипника верхняя головка шатуна должна иметь соответствующую жёсткость. В соответствии с этим необходимо принятые размеры проверять на жёсткость. Относительная деформация верхней головки шатуна может быть определена по формуле:

мм/см мм/см,

где E - модуль упругости материала головки шатуна;

I - момент инерции сечения головки:

см⁴.

В двигателе 6ЧН26/34 шатунные болты изготовлены из стали 37ХНА3А.

Шатунные болты нижней головки шатуна проверяют на растяжение силой .

В то же время при монтаже нижней головки шатуна болты должны быть затянуты настолько, чтобы при действии силы P_в не была нарушена плотность соединения половинок головки. Усилие предварительного затяга Р_з принимают равным:



,

Тогда напряжения растяжения болтов составят

где i=4 - число болтов; f=2,08см² - наименьшее сечение болта

кг/см².

Независимо от напряжений, вызываемых силой Р_з, шатунным болтам необходимо обеспечить прочность при возможном заедании рабочего поршня. Сила Р условно принимается равной:

где D - диаметр цилиндра; р=15-20кг/см² - условное усилие на 1см² площади поршня.

Если Р будет больше Р_з то в качестве расчетной силы следует принять силу Р.

.

Литература

1. Танатар Д.Б. «Компоновка и расчет быстроходных двигателей с воспламенением топлива от сжатия» М.: «Морской транспорт».- 1952 г

2. Фомин Ю.Я. «Судовые двигатели внутреннего сгорания» - Л.: «Судостроение». - 1989 г

3. Ваншейдт В. А. «Конструирование и расчеты прочности судовых дизелей». - Л.: «Судостроение» - 1969 г .

4. Р.А. Зейнетдинов, И.Ф. Дьяков, С.В. Ярыгин «Проектирование автотракторных двигателей» Ульяновск 2004 г