Разработка конструкции бензинового автомобильного двигателя мощностью 90 кВт
Анализ тенденций развития автомобильного двигателестроения. Материалы в современном двигателестроении и тенденции применения новых материалов. Описание конструкции двигателя. Тепловой и динамический расчет. Технология работ по сборке-разборке двигателя.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.10.2012 |
| Размер файла | 2,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Описание работы системы подачи топлива.
Функцией системы подачи топлива является обеспечение подачи необходимого количества топлива в двигатель на всех рабочих режимах. Топливо подается в двигатель, форсунками, установленными в головке двигателя. В состав системы входят: электробензонасос, реле включения электробензонасоса, топливный фильтр, топливомагистрали (подающая и сливная), рампа форсунок (топливные форсунки, регулятор давления топлива, штуцер контроля давления топлива внешним прибором).
Электробензонасос, установленный в топливном баке или выносного типа, подает топливо через магистральный топливный фильтр и линию подачи топлива на рампу форсунок. Электробензонасос подает топливо с давлением P>280 кПа. Регулятор давления на рампе форсунок поддерживает постоянный перепад давления между впускной трубой и нагнетающей магистралью рампы. Избыток топлива сверх потребного форсункам, возвращается в топливный бак по отдельной магистрали слива. ЭБУ включает топливные форсунки попарно. Пары форсунок включаются попеременно через каждые 180є поворота КВ. Эта схема называется попеременным синхронным двойным впрыском. Точное дозирование топлива обеспечивается точным регулированием давления топлива и управления форсунками. Подаваемое напряжение на форсунку включает электромагнитный клапан форсунки. Электромагнитный клапан открывает закрытый шариковый клапан, подавая во впускной канал конический факел топлива под давлением. Поскольку давление топлива поддерживается постоянным регулятором, объем подаваемого топлива пропорционален времени, в течение которого форсунка находится в открытом состоянии (длительность импульса). ЭБУ поддерживает оптимальное соотношение состава смеси путем изменения длительности импульсов.
Описание работы системы зажигания.
В данной системе зажигания применяется модуль зажигания, состоящий из 2-х катушек и электронным управлением. Система не требует регулировок опережения угла зажигания, т.к. эту роль управление зажиганием несет ЭБУ. В системе зажигания применяется метод распределения искры, называемый методом "холостой искры". Цилиндры двигателя объединены в рабочие пары 1-3 и 2-4 и искрообразование происходит одновременно в двух цилиндрах - в цилиндре, в котором заканчивается такт сжатия (рабочая искра), и в цилиндре, в котором происходит такт выпуска (холостая искра).
Управление зажиганием в системе осуществляется с помощью электронного сигнала зажигания ЭБУ. Для точного управления зажиганием ЭБУ использует следующую информацию:
Ш частота вращения КВ (обороты);
Ш нагрузка двигателя (массовый расход воздуха);
Ш температура охлаждающей жидкости;
Ш положение КВ.
Описание работы системы гашения детонации.
Продолжительная детонация может привести к серьезным повреждениям внутренних деталей двигателя. Для гашения детонации применяется электронная система гашения детонации. Система обеспечивает гашение детонации путем корректировки угла опережения зажигания. Она позволяет использовать максимальный угол опережения зажигания, обеспечивая тем самым хорошие ездовые качества и нужный расход топлива. Чувствительным элементом системы является датчик детонации, определяющий детонацию при работе двигателя. Система управляет детонацией индивидуально по цилиндрам, т.е. она может определить, в каком цилиндре происходит детонация и уменьшить угол опережения зажигания только для этого цилиндра или для любой комбинации цилиндров.
Описание работы системы кондиционирования воздуха.
ЭБУ следит за входным сигналом запроса на включение кондиционера и регулирует нагрузку компрессора кондиционера на двигатель с помощью реле управления муфтой компрессора. ЭБУ использует этот сигнал, чтобы:
1. Отрегулировать положение регулятора х.х. для компенсации дополнительной нагрузки, создаваемой для двигателя компрессором кондиционера.
2. Включить реле, управляющее работой компрессора кондиционера.
Описание работы системы охлаждения.
Система охлаждения служит для охлаждения нагревающихся деталей двигателя и поддержания рабочей температуры охлаждающей жидкости. Система охлаждения данного типа: жидкостная, закрытого типа, с принудительной циркуляцией жидкости, с расширительным бачком. Система имеет насос охлаждающей жидкости, неразборный термостат, электровентилятор, радиатор, трубопроводы, шланги, сливные пробки. Привод насоса осуществляется от зубчатого ремня привода распределительного вала. В систему охлаждения подключена печка отопителя салона.
Система охлаждения заполняется антифризом или тосолом, который предотвращает замерзание и образование накипи в системе. Жидкость представляет собой этиленгликолевую смесь с антикоррозийными антивспенивающими присадками.
При работе двигателя нагретая в рубашке охлаждения жидкость поступает через выпускной патрубок по шлангу в радиатор для охлаждения или в термостат, в зависимости от положения клапана термостата. Далее охлаждающая жидкость всасывается насосом и направляется в рубашку охлаждения двигателя для последующего охлаждения. По шлангам малого диаметра обеспечивается циркуляция жидкости для прогрева горючей смеси, а так же прогрев зоны дроссельной заслонки (в дроссельном патрубке). К системе охлаждения подключена печка отопителя салона автомобиля.
автомобильный двигатель конструкция сборка
Описание работы вентилятора системы охлаждения.
ЭБУ управляет реле включения электровентилятора системы охлаждения двигателя. Электровентилятор включается и выключается в зависимости от температуры двигателя (от 100єС до 105єС), частоты вращения КВ, работы кондиционера и других факторов.
Рис. 3.1. Система охлаждения двигателя ВАЗ-2111:
1 - расширительный бачок; 2 - пробка; 3 - пароотводящий шланг; 4 - шланг от расширительного бачка к термостату; 5 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 6 - дроссельный узел; 7 - подводящий шланг радиатора; 8 - отводящий шланг радиатора; 9 - левый бачок радиатора; 10 - правый бачок радиатора; 11 - сливная пробка; 12 - сердцевина радиатора; 13 - кожух электровентилятора; 14 - крыльчатка электровентилятора; 15 - электродвигатель; 16 - зубчатый шкив насоса; 17 - крыльчатка насоса; 18 - зубчатый ремень привода распределительного вала; 19 - отводящий патрубок радиатора отопителя; 20 - подводящая труба насоса; 21 - кран; 22 - радиатор отопителя; 23 - шланг отвода жидкости от дроссельного патрубка; 24 - шланг подвода охлаждающей жидкости к дроссельному патрубку; 25 - датчик указателя температуры охлаждающей жидкости; 26 - выпускной патрубок; 27 - подводящий патрубок отопителя; 28 - термостат; 29 - датчик уровня охлаждающей жидкости.
Описание работы системы вентиляции картера.
Система вентиляции картера обеспечивает удаление картерных газов. В отличие от некоторых других систем вентиляции картера, в системе с распределенным впрыском топлива атмосферный воздух в картер не подается. Система имеет три шланга. Первый шланг (8) представляет собой шланг большого диаметра, по которому картерные газы поступают в маслоотделитель. Второй и третий шланги (шланги первого и второго контуров) представляют собой два дополнительных шланга (один малого диаметра (3), другой большого (5)), по которым картерные газы, прошедшие маслоотделитель, подаются в камеру через дроссельный патрубок. Маслоотделитель расположен в крышке головки цилиндров. Первый контур имеет калиброванное отверстие (жиклер) в дроссельном патрубке. От маслоотделителя к жиклеру идет шланг малого диаметра. Шланг большего диаметра (шланг второго контура) идет от маслоотделителя к шлангу впускной трубы (пространство перед дросселем).
На режиме холостого хода все картерные газы подаются через жиклер первого контура (шланг малого диаметра). На этом режиме во впускной трубе создается высокое разрежение, и картерные газы эффективно отсасываются в пространстве за дросселем. Жиклер ограничивает объем отсасываемых газов, чтобы не нарушалась работа двигателя на холостом ходу.
На режимах под нагрузкой, когда дроссельная заслонка открыта частично или полностью, через жиклер первого контура проходит небольшое количество картерных газов. В этом случае их основной объем проходит через второй контур (шланг большего диаметра) в шланг впускной трубы перед дроссельным патрубком и затем сжигается в камере сгорания.
Рис. 3.2. Схема вентиляции картера двигателя:
1 - ресивер; 2 - дроссельный патрубок; 3 - шланг первого контура; 4 - шланг впускной трубы; 5 - шланг второго контура; 6 - крышка головки цилиндров; 7 - сетка маслоотделителя; 8 - вытяжной шланг
Описание работы системы впуска воздуха.
Система впуска воздуха состоит из каналов в головке цилиндров, впускной трубы, ресивер, дроссельного патрубка, шланга впускной трубы, датчика массового расхода воздуха, воздушного фильтра, заборника воздушного фильтра.
Наружный воздух всасывается через патрубок забора воздуха, расположенный внизу под корпусом воздушного фильтра. Затем воздух проходит через фильтрующий элемент воздушного фильтра, датчик массового расхода воздуха, шланг впускной трубы и дроссельный патрубок. После дроссельного патрубка воздух направляется в каналы ресивера и впускной трубы, а затем в головку цилиндров и цилиндры.
Дроссельный патрубок дозирует количество воздуха, поступающего во впускную трубу. Поступлением воздуха в двигатель управляет дроссельная заслонка, соединенная с приводом педали акселератора. Возможно внедрение "электронной педали", устраняющей механическую связь педали и дроссельной заслонки. Дроссельный патрубок имеет в своем составе датчик положения дроссельной заслонки и регулятор х.х.
Рис. 3.3 Схема системы питания.
|
1 - реле зажигания 2 - выключатель зажигания 3 - аккумуляторная батарея 4 - нейтрализатор 5 - датчик концентрации кислорода 6 - адсорбер с электромагнитным клапаном 7 - воздушный фильтр 8 - датчик массового расхода воздуха 9 - регулятор холостого хода 10 - датчик положения дроссельной заслонки 11 - дроссельный узел 12 - колодка диагностики 13 - тахометр 14 - спидометр 15 - контрольная лампа "CHECK ENGINE" 16 - блок управления иммобилайзером 17 - модуль зажигания 18 - форсунка |
19 - регулятор давления топлива 20 - датчик фаз 21 - датчик температуры охлаждающей жидкости 22 - свеча зажигания 23 - датчик положения коленчатого вала24 - датчик детонации 25 - топливный фильтр 26 - контроллер 27 - реле включения вентилятора 28 - электровентилятор системы охлаждения 29 - реле включения электробензонасоса 30 - топливный бак 31 - электробензонасос с датчиком указателя уровня топлива 32 - сепаратор паров бензина 33 - гравитационный клапан 34 - предохранительный клапан 35 - датчик скорости 36 - двухходовой клапан |
Описание работы регулятора х.х. (РХХ)
ЭБУ управляет частотой вращения КВ на режиме х.х. с помощью РХХ. Он состоит из шагового электродвигателя и соединенного с ним клапана с конусной иглой. Клапан РХХ, установленный в обходном канале подачи воздуха дроссельного патрубка, на режиме х.х. выдвигается или убирается управляющими сигналами ЭБУ. РХХ регулирует частоту вращения КВ на режиме х.х. в соответствие с нагрузкой двигателя при закрытой дроссельной заслонке, управляя количеством воздуха, подаваемым в обход дроссельной заслонки. Необходимая частота вращения КВ, при нормальных условиях работы двигателя, запрограммировано в ЭБУ.
Когда дроссельная заслонка закрывается при торможении двигателем, РХХ увеличивает количество воздуха, подаваемого в обход дроссельной заслонки, обеспечивая обеднение топливовоздушной смеси. Это снижает выбросы углеводородов и окиси углерода, происходящие при быстром закрытии дроссельной заслонки.
4.Тепловой и динамический расчет двигателя
4.1 Тепловой расчет двигателя
4.1.1 Результаты теплового расчета двигателя
В результате теплового расчета были получены индикаторные и эффективные показатели двигателя, построена внешняя скоростная характеристика. Также были получены диаграммы внутрицилиндровых процессов.
Далее приводится файл исходных данных для оптимизированного варианта расчета рабочего процесса для номинальной мощности:
Ниже приводится иллюстративный материал к данному расчету:
Рис. 4.1.1.1. Графики изменения термодинамических параметров рабочего тела и параметров тепловыделения на рабочих ходах
Рис. 4.1.1.2. Графики изменения термодинамических параметров рабочего тела
4.1.2 Анализ результатов теплового расчета двигателя
Из полученных расчетных данных следует, что двигатель на номинальных оборотах (5300 об/мин) развивает мощность 89.68 кВт, (требовалось по заданию 90,0 кВт). При этом коэффициент наполнения равен 0,824. Данные высоких показателей удалось добиться за счет применения в конструкции этого двигателя четырех клапанов на цилиндр.
Расход топлива на номинальном режиме работы приемлемый (25,99 кг/час при 5300 об/мин и полном дросселе). Значение Pz не превышает 65,14 Бар на номинальном режиме, что для данного двигателя вполне приемлемо.
4.2 Динамический расчет двигателя
4.2.1 Выбор и обоснование исходных данных для динамическогорасчета двигателя
Динамический расчет двигателя осуществляется с помощью программы dnmk.exe. Поскольку относительные размеры коленчатого вала, шатуна и поршня практически соответствуют коленчатому валу, шатуну и поршню двигателя ВАЗ-2106, то массогабаритные показатели указанных деталей задаем пропорционально кубу соотношения диаметров цилиндра проектируемого двигателя и прототипа.
Для ввода исходных данных для динамического расчета двигателя используется программа Poddnm.exe.
Цель расчета:
Нагрузки на шейки КВ и набегающие моменты на шейках.
Признак конструкции двигателя:
Одноблочный, шатуны центральные.
Признак повторяемости порядка работы цилиндров в отсеках.
Вспышки идут равномерно.
Конструктивные признаки:
Количество цилиндров в двигателе - 4.
Количество блоков в двигателе - 1.
Количество коленвалов в двигателе - 1.
Конструктивные параметры двигателя:
Угол между обратным направлением силы тяжести и главным блоком - 0 град.
Углы заклинки кривошипов (против часовой стрелки, начиная со второго).
В данном двигателе применен коленчатый вал равномерной продольно симметричной схемы с порядком работы цилиндров 1-3-2-4,
поэтому углы заклинки: 0-180-180-0.
Таблица углов вспышек.
По цилиндрам: 1-й - 0 2-й - 180 4-й - 360 3-й - 540 град.
Массы элементов КШМ.
Поршневого комплекта - 0,500 кг.
Шатунного механизма в сборе - 0,820 кг.
Шатунной шейки - 0,450 кг.
Коленчатого вала без противовесов и маховика - 10,0 кг.
Файл исходных данных к динамическому расчету:
4.2.2 Результаты динамического расчета двигателя
Расчет производится с помощью программы dnmk.exe. Для расчета этой программе необходимы файл исходных данных dnm00*.dat и файл полученный при тепловом расчете двигателя ind00*.dat для номинального режима.
В результате расчета на выходе получаем файлы:
ppr.dat - для расчетов на прочность.
mom.dat - таблица набегающих моментов на шейках КВ.
dvl.dat - таблица давлений.
ngr.dat - таблица нагрузок на шейки КВ.
Далее приводится файл протокола динамического расчета Dnp001.txt:
ТАБЛИЦА НАГРУЗОК НА ВЫБРАННЫЕ ШЕЙКИ [Бар]
Количество точек таблицы = 144 Шаг таблицы = 5.000000 [град.]
Ниже представлен графический материал к проведенному расчету (номинальный режим работы двигателя):
Рис. 4.2.2.1. Диаграмма давлений на поршень двигателя.
Рис. 4.2.2.2. Диаграмма набегающих моментов на шатунные шейки к/вала
Рис. 4.2.2.3. Диаграмма набегающих моментов на коренных шейках к/вала и выходной крутящий момент двигателя.
Рис. 4.2.2.4. Диаграмма выходного крутящего момента двигателя
Рис. 4.2.2.5. Диаграмма нагрузок на шатунную шейку к/вала.
Рис. 4.2.2.6. Диаграмма нагрузок на коренные шейки к/вала.
4.2.3 Анализ результатов динамического расчета двигателя
В результате динамического расчета мы получили таблицы: набегающих моментов на шейках КВ, давлений, нагрузок на шейках КВ. Эти данные используются в дальнейшем в прочностном расчете.
В наиболее тяжелых условиях по нагрузкам, работает третья коренная шейка КВ, а по моментам - третья шатунная и третья коренная. Значит самая тяжело нагруженная шейка двигателя - третья коренная. Условия работы шатунных шеек одинаковые.
5. Прочностной расчет шеек коленчатого вала и шатуна
5.1 Выбор и обоснование исходных данных для прочностного расчета двигателя
Прочностной расчет производится с помощью программы proch.exe. В расчете используются геометрические характеристики эскизной проработки двигателя. Для прочностного расчета требуется файл ppr.dat (полученный из динамического расчета) и файл prh.dat ,в который заносятся геометрические исходные данные и данные по используемым материалам.
Далее приводится файл исходных данных к прочностному расчету деталей движения двигателя.
Benzin MNBL-Center
3500. ! Предел усталостной прочности материала К/ВАЛА при изгибе, [Бар]
2200. ! Предел усталостной прочности материала к/вала при кручении, [Бар]
0.046 ! Диаметр ШАТУННОЙ шейки, [м]
0.000 ! Диаметр облегчающего отверстия шатунной шейки, [м]
0.000 ! Эксцентриситет расположения облегчающего отверстия, [м],
0.005 ! Диаметр отверстия для смазки в шатунной шейке, [м]
90.0 ! Угол расположения маслоподводящего отверстия, [град.]
.002 ! Радиус галтели шатунной шейки, [м]
0.049 ! Диаметр КОРЕННОЙ шейки, [м]
0.000 ! Диаметр облегчающего отверстия коренной шейки, [м]
0.005 ! Диаметр отверстия для смазки в коренной шейке, [м]
.002 ! Радиус галтели коренной шейки, [м]
0.060 ! Ширина ЩЕКИ, [м]
0.025 ! Толщина щеки, [м]
120. ! Угол заделки ПОРШНЕВОЙ ГОЛОВКИ ШАТУНА, [град.]
0.025 ! Осевая длина головки, [м]
0.024 ! Внутренний диаметр ПГШ, [м]
0.034 ! Внешний диаметр ПГШ, [м]
3000. ! Предел усталости материала ШАТУНА, [Бар]
0.15 ! Масса части шатуна над сечением стержня с min площадью, [кг]
0.20 ! Масса части шатуна над средним сечением стержня, [кг]
2.15E-4 ! Минимальная площадь стержня, [м^2]
2.45E-4 ! Площадь в среднем сечении стержня, [м^2]
0.11 ! Масса КРЫШКИ с вкладышем, [кг]
0.022 ! Осевая длина вкладыша, [м]
0.024 ! Осевая длина крышки, [м]
0.002 ! Толщина вкладыша, [м]
0.012 ! Толщина крышки, [м]
0.064 ! Расстояние между болтами ( плечо ), [м]
2 ! Число БОЛТОВ
0.007 ! Внутренний диаметр резьбы, [м]
0.0075 ! Средний диаметр резьбы, [м]
0.11 ! Коэффициент трения в резьбе
11000. ! Предел текучести материала болта, [Бар]
4500. ! Предел усталости болта при растяжении, [Бар]
0.022 ! Номинальный ( наружный ) диаметр ПОРШНЕВОГО ПАЛЬЦА, [м]
0.012 ! Внутренний диаметр поршневого пальца, [м]
0.072 ! Длина пальца, [м]
0.020 ! Длина опорной части поршневой бобышки, [м]
0.032 ! Расстояние между бобышками, [м]
0.024 ! Опорная длина подшипника верхней головки шатуна, [м]
!
! Пределы усталостной прочности необходимо задавать
! с учетом коэффициента упрочнения соответствующей детали._
5.2 Результаты прочностного расчета двигателя
В результате прочностного расчета получаем файл pro.txt.
РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ДВИЖЕНИЯ ПО МЕТОДУ Р.С. Кинасошвили
РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ДВИЖЕНИЯ ПО МЕТОДУ Р.С.Кинасошвили
Бензиновый 90 кВт
*** Вариант 001 ***
ЭФФЕКТИВНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ КОНЦЕНТРАЦИИ
На краю отверстия для смазки:
коренной шейки по TAU ................ 2.432
шатунной шейки по SIGMA .............. 2.730
шатунной шейки по TAU ................ 2.394
В галтели шатунной шейки:
в плоскости колена по SIGMA .......... 5.132
в перпендикулярной плоскости по SIGMA 2.764
по касательным напряжениям TAU ....... 3.482
В галтелях сопряжения щек с шейками:
коренной по SIGMA - точка 1 .......... 5.052
шатунной по SIGMA - точка 2 .......... 5.132
коренной по TAU ...................... 3.833
шатунной по TAU ...................... 3.482
РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Отсек 1
ШАТУННАЯ ШЕЙКА
На краю отверстия для смазки:
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 225.3 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... 105.8 [Бар]
Амплитуда напряжений цикла TAYa ...... 100.2 [Бар]
Среднее напряжение цикла TAYm ........ 47.0 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 5.50
Запас прочности на кручение .......... 8.92
Общий запас прочности ................ 4.11 [1.5-4.0]
На галтели в плоскости кривошипа:
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 334.8 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... 26.6 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 2.03
Запас прочности на кручение .......... 6.18
Общий запас прочности ................ 1.69 [1.5-4.0]
- в плоскости, перпендикулярной кривошипу:
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 165.2 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... 77.6 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 7.41
Общий запас прочности ................ 4.16 [1.5-4.0]
Максимальной удельное давление от Pz 420.3 [Бар] [80-500]
КОРЕННАЯ ШЕЙКА
Максимальное напряжение цикла ........ 243.5 [Бар]
Минимальное напряжение цикла ......... -88.0 [Бар]
Амплитуда напряжений цикла TAYa ...... 165.7 [Бар]
Среднее напряжение цикла TAYm ........ 77.8 [Бар]
Запас прочности на кручение .......... 4.65 [1.5-6.0]
Максимальной удельное давление от Pz 339.1 [Бар] [80-500]
ЩЕКА 1
Максимальное напряжение сжатия (1) ... -164.6 [Бар]
Максимальное напряжение растяжения (2) 390.0 [Бар]
Расчетная точка 1 (коренная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 188.7 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -24.2 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 3.69
Запас прочности на кручение .......... 3.40
Общий запас прочности ................ 2.19 [1.2-3.0]
Расчетная точка 2 (шатунная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 447.3 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -57.3 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 1.53
Запас прочности на кручение .......... 6.18
Общий запас прочности ................ 1.30 [1.2-3.0]
ЩЕКА 2
Максимальное напряжение сжатия (1) ... -164.6 [Бар]
Максимальное напряжение растяжения (2) 390.0 [Бар]
Расчетная точка 1 (коренная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 188.7 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -24.2 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 3.69
Запас прочности на кручение .......... 3.40
Общий запас прочности ................ 2.19 [1.2-3.0]
Расчетная точка 2 (шатунная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 447.3 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -57.3 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 1.53
Запас прочности на кручение .......... 6.18
Общий запас прочности ................ 1.30 [1.2-3.0]
Отсек 2
ШАТУННАЯ ШЕЙКА
На краю отверстия для смазки:
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 227.8 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... 106.9 [Бар]
Амплитуда напряжений цикла TAYa ...... 202.7 [Бар]
Среднее напряжение цикла TAYm ........ 65.4 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 5.44
Запас прочности на кручение .......... 4.44
Общий запас прочности ................ 3.02 [1.5-4.0]
На галтели в плоскости кривошипа:
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 339.9 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... 166.0 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 1.97
Запас прочности на кручение .......... 3.07
Общий запас прочности ................ 1.45 [1.5-4.0]
- в плоскости, перпендикулярной кривошипу:
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 167.7 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... 78.7 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 7.30
Общий запас прочности ................ 2.49 [1.5-4.0]
ЩЕКА 1
Максимальное напряжение сжатия (1) ... -171.3 [Бар]
Максимальное напряжение растяжения (2) 396.8 [Бар]
Расчетная точка 1 (коренная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 196.5 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -25.2 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 3.54
Запас прочности на кручение .......... 3.40
Общий запас прочности ................ 2.15 [1.2-3.0]
Расчетная точка 2 (шатунная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 455.0 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -58.2 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 1.51
Запас прочности на кручение .......... 3.07
Общий запас прочности ................ 1.19 [1.2-3.0]
КОРЕННАЯ ШЕЙКА
Максимальное напряжение цикла ........ 208.8 [Бар]
Минимальное напряжение цикла ......... -150.7 [Бар]
Амплитуда напряжений цикла TAYa ...... 179.8 [Бар]
Среднее напряжение цикла TAYm ........ 29.1 [Бар]
Запас прочности на кручение .......... 4.37 [1.5-6.0]
ЩЕКА 2
Максимальное напряжение сжатия (1) ... -171.3 [Бар]
Максимальное напряжение растяжения (2) 396.8 [Бар]
Расчетная точка 1 (коренная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 196.5 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -25.2 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 3.54
Запас прочности на кручение .......... 3.17
Общий запас прочности ................ 2.07 [1.2-3.0]
Расчетная точка 2 (шатунная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 455.0 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -58.2 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 1.51
Запас прочности на кручение .......... 3.07
Общий запас прочности ................ 1.19 [1.2-3.0]
Отсек 3
ШАТУННАЯ ШЕЙКА
На краю отверстия для смазки:
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 227.8 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... 106.9 [Бар]
Амплитуда напряжений цикла TAYa ...... 218.5 [Бар]
Среднее напряжение цикла TAYm ........ 4.1 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 5.44
Запас прочности на кручение .......... 4.20
Общий запас прочности ................ 2.92 [1.5-4.0]
На галтели в плоскости кривошипа:
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 339.9 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... 26.3 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 2.00
Запас прочности на кручение .......... 2.89
Общий запас прочности ................ 1.44 [1.5-4.0]
- в плоскости, перпендикулярной кривошипу:
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 167.7 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... 78.7 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 7.30
Общий запас прочности ................ 2.36 [1.5-4.0]
ЩЕКА 1
Максимальное напряжение сжатия (1) ... -171.3 [Бар]
Максимальное напряжение растяжения (2) 396.8 [Бар]
Расчетная точка 1 (коренная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 196.5 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -25.2 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 3.54
Запас прочности на кручение .......... 3.17
Общий запас прочности ................ 2.07 [1.2-3.0]
Расчетная точка 2 (шатунная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 455.0 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -58.2 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 1.51
Запас прочности на кручение .......... 2.89
Общий запас прочности ................ 1.17 [1.2-3.0]
КОРЕННАЯ ШЕЙКА
Максимальное напряжение цикла ........ 237.1 [Бар]
Минимальное напряжение цикла ......... -214.0 [Бар]
Амплитуда напряжений цикла TAYa ...... 225.6 [Бар]
Среднее напряжение цикла TAYm ........ 11.5 [Бар]
Запас прочности на кручение .......... 3.51 [1.5-6.0]
ЩЕКА 2
Максимальное напряжение сжатия (1) ... -171.3 [Бар]
Максимальное напряжение растяжения (2) 396.8 [Бар]
Расчетная точка 1 (коренная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 196.5 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -25.2 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 3.54
Запас прочности на кручение .......... 2.54
Общий запас прочности ................ 1.81 [1.2-3.0]
Расчетная точка 2 (шатунная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 455.0 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -58.2 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 1.51
Запас прочности на кручение .......... 2.89
Общий запас прочности ................ 1.17 [1.2-3.0]
Отсек 4
ШАТУННАЯ ШЕЙКА
На краю отверстия для смазки:
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 225.3 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... 105.8 [Бар]
Амплитуда напряжений цикла TAYa ...... 227.8 [Бар]
Среднее напряжение цикла TAYm ........ 72.8 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 5.50
Запас прочности на кручение .......... 3.96
Общий запас прочности ................ 2.82 [1.5-4.0]
На галтели в плоскости кривошипа:
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 334.8 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... 160.6 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 2.00
Запас прочности на кручение .......... 2.74
Общий запас прочности ................ 1.42 [1.5-4.0]
- в плоскости, перпендикулярной кривошипу:
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 165.2 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... 77.6 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 7.41
Общий запас прочности ................ 2.25 [1.5-4.0]
ЩЕКА 1
Максимальное напряжение сжатия (1) ... -164.6 [Бар]
Максимальное напряжение растяжения (2) 390.0 [Бар]
Расчетная точка 1 (коренная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 188.7 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -24.2 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 3.69
Запас прочности на кручение .......... 2.54
Общий запас прочности ................ 1.84 [1.2-3.0]
Расчетная точка 2 (шатунная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 447.3 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -57.3 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 1.53
Запас прочности на кручение .......... 2.74
Общий запас прочности ................ 1.17 [1.2-3.0]
КОРЕННАЯ ШЕЙКА
Максимальное напряжение цикла ........ 261.7 [Бар]
Минимальное напряжение цикла ......... -46.4 [Бар]
Амплитуда напряжений цикла TAYa ...... 154.1 [Бар]
Среднее напряжение цикла TAYm ........ 107.7 [Бар]
Запас прочности на кручение .......... 4.94 [1.5-6.0]
ЩЕКА 2
Максимальное напряжение сжатия (1) ... -164.6 [Бар]
Максимальное напряжение растяжения (2) 390.0 [Бар]
Расчетная точка 1 (коренная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 188.7 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -24.2 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 3.69
Запас прочности на кручение .......... 3.63
Общий запас прочности ................ 2.27 [1.2-3.0]
Расчетная точка 2 (шатунная):
Амплитуда напряжений цикла SIGMAa .... 447.3 [Бар]
Среднее напряжение цикла SIGMAm ...... -57.3 [Бар]
Запас прочности на изгиб ............. 1.53
Запас прочности на кручение .......... 2.74
Общий запас прочности ................ 1.17 [1.2-3.0]
РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ШАТУНА И ПОРШНЕВОГО ПАЛЬЦА
ПОРШНЕВАЯ ГОЛОВКА ШАТУНА
Напряжение на внешней поверхности ПГШ
от растягивающей силы инерции при FI=0 401.5 [Бар]
- при FI=90 -9.9 [Бар]
- при FI=ALFA 932.6 [Бар]
Напряжение на внутренней пов-ти ПГШ
от растягивающей силы инерции при FI=0 447.3 [Бар]
- при FI=90 -75.1 [Бар]
- при FI=ALFA 1121.9 [Бар]
Напряжение на внешней поверхности ПГШ
от суммарной сжимающей силы при FI=0 -80.9 [Бар]
- при FI=90 196.5 [Бар]
- при FI=ALFA -877.2 [Бар]
Напряжение на внутренней пов-ти ПГШ
от суммарной сжимающей силы при FI=0 -104.1 [Бар]
- при FI=90 248.1 [Бар]
- при FI=ALFA -1115.5 [Бар]
Напряжение на внешней поверхности ПГШ
от запрессовки втулки и нагрева ...... 301.7 [Бар]
Напряжение на внутренней пов-ти ПГШ
от запрессовки втулки и нагрева ...... 453.6 [Бар]
Расчет запаса прочности для внешней
поверхности ПГШ в заделке ( FI=ALFA )
Максимальное напряжение цикла ........ 1234.4 [Бар]
Минимальное напряжение цикла ......... -575.5 [Бар]
Среднее напряжение цикла ............. 329.4 [Бар]
Амплитуда напряжений цикла ........... 904.9 [Бар]
Запас прочности ПГШ в заделке ........ 3.14 [2.5-5.0]
Максимальной удельное давление от Pz 767.2 [Бар] [500-900]
СТЕРЖЕНЬ ШАТУНА
Макс. напр. сжатия в мин. сечении .... 1518.2 [Бар] [1000-4000]
Мин. напр. растяжения в мин. сечении . -438.1 [Бар]
Макс. напр. сжатия в среднем сеч. .... 1421.6 [Бар] [1000-4000]
Мин. напр. растяжения в среднем сеч. . -417.1 [Бар]
Запас прочности под порш. головкой ... 2.76 [2.0-3.0]
Запас прочности в среднем сечении .... 2.94 [2.0-3.0]
КРЫШКА НИЖНЕЙ ГОЛОВКИ ШАТУНА
Напряжение изгиба в среднем сечении .. 245.5 [Бар] [1000-2500]
Уменьшение диаметра головки .......... 5.4 [мкм] [Delta/2]
БОЛТЫ НИЖНЕЙ ГОЛОВКИ ШАТУНА
Суммарное нормальное напряжение ...... 2424.8 [Бар]
Касательное напряжение при кручении .. 561.1 [Бар]
Сложное напряжение в расчетном сеч. .. 2612.3 [Бар]
Запас статической прочности .......... 4.21 [1.5-3.0]
Амплитуда переменных напряжений ...... 161.7 [Бар]
Запас прочности по переменным напр. .. 5.57 [2.5-5.0]
ПОРШНЕВОЙ ПАЛЕЦ
Максимальное напряжение изгиба ....... 2875.5 [Бар] [2500-5000]
Напряжение среза ..................... 627.1 [Бар]
Максимальное касательное напряжение .. 1189.2 [Бар] [500-2500]
Напряжение на внешней поверхности
при FI=0 ..... 435.7 [Бар]
Напряжение на внутренней поверхности
при FI=0 ..... -2350.8 [Бар]
Напряжение на внешней поверхности
при FI=90 .... -1448.4 [Бар]
Напряжение на внутренней поверхности
при FI=90 .... 1103.5 [Бар]
Наибольшие удельные нагрузки
на опорную поверхность пальца .... 634.3 [Бар]
Наибольшие удельные нагрузки
на бобышки поршня ................ 380.6 [Бар]
Максимальная овализация .............. 3.1 [мкм] [ 22.0]
END OF DATA
5.3 Анализ результатов прочностного расчета двигателя
По результатам расчетов можно сказать, что рассчитываемые элементы отвечают предъявляемым им требованиям усталостной прочности.
Коэффициенты запаса прочности укладываются в требуемые пределы (табл. 5.3.1).
Таблица 5.3.1. Коэффициенты запаса прочности в элементах к/вала.
|
Отсек |
1 |
2 |
3 |
4 |
Допустимо |
|
|
Шатунная шейка |
4,11 |
3,02 |
2,92 |
2,82 |
1,5 - 4 |
|
|
Коренная шейка |
4,65 |
4,37 |
3,51 |
4,94 |
1,5 - 6 |
|
|
Щека |
1,3 |
1,19 |
1,17 |
1,17 |
1,2 - 3 |
Минимальный запас прочности по щеке в четвертом отсеке (1,27), тем не менее, допустимый запас прочности для нее составляет 1,2.
Поршневая головка шатуна
Запас прочности в заделке 3,14 (2,5 -- 5)
Стержень шатуна
Запас прочности под поршневой головкой 2,76 (2 - 3)
Запас прочности в среднем сечении 2,94 (2 - 3)
Болты нижней головки шатуна
Запас прочности по переменным напряжениям 5,57 (2,5 - 5)
Вывод: конструкция деталей движения вполне работоспособна.
6. Анализ уравновешенности двигателя
Проанализируем уравновешенность двигателя по всем шести признакам. Выбранная схема коленчатого вала - равномерная продольно-симметричная. Интервал между вспышками, из условия равенства интервалов - 180 град. ПКВ.
Схема действия сил в двигателе:
Для такого двигателя:
Сумма радиусов-векторов центробежных сил инерции НВМ равна нулю.
Результирующий продольный момент центробежных сил инерции НВМ также равен нулю.
Сумма сил инерции первого порядка равна нулю.
Результирующий продольный момент сил инерции первого порядка равен нулю.
Сумма сил инерции второго порядка равна:
PII = 4MsR cos2
Результирующий момент сил инерции второго порядка равна нулю.
Таким образом, в данном двигателе остаются неуравновешенными силы инерции второго порядка. В многооборотных двигателях данная сила не вызывает существенных вибраций, поэтому специальных мер по ее уравновешиванию принимать не будем.
7. Технология проведения работ по сборке-разборке двигателя
7.1 Разборка двигателя
Перед тем как проделать операцию по разборке двигателя необходимо:
Ш слить масло из картера
Ш открутить масляный фильтр
Ш слить охлаждающую жидкость
Ш очистить и отмыть двигатель от грязи и масляных загрязнений
Ш установить на стенд для разборки
Разборку проводите в следующем порядке.
1. Снимите кронштейн задней подвески силового агрегата, отвернув болты крепления к блоку цилиндров.
2. Ослабив хомут крепления, отсоедините датчик массового расхода воздуха от шланга впускной трубы.
3. Ослабив хомуты крепления, отсоедините верхние шланги системы вентиляции картера от шланга впускной трубы, от дроссельного патрубка и крышки головки цилиндров. Снимите шланг впускной трубы, ослабив хомут его крепления к дроссельному патрубку.
4. Ослабив хомуты, отсоедините шланги подвода и отвода охлаждающей жидкости от дроссельного патрубка, от выпускного патрубка головки цилиндров и от подводящей трубы насоса охлаждающей жидкости. Снимите дроссельный патрубок вместе с прокладкой, отвернув гайки крепления к ресиверу.
5. Выверните из блока цилиндров датчик детонации и снимите датчик уровня масла, отвернув болт крепления. Отвернув болт крепления, снимите с крышки масляного насоса датчик положения коленчатого вала. Снимите датчик фаз, отвернув болты крепления к головке цилиндров.
6. Выверните датчик температуры охлаждающей жидкости для системы впрыска топлива из выпускного патрубка охлаждающей рубашки головки цилиндров.
7. Снимите трубки подвода и слива топлива, отсоединив их от рампы форсунок, регулятора давления топлива и от кронштейна на головке цилиндров. Снимите вакуумный шланг, отсоединив его от патрубков на ресивере и регуляторе давления топлива.
8. Снимите экран ресивера. Отсоедините высоковольтные провода от свечей и модуля зажигания и выньте их из зажимов на ресивере.
9. Снимите модуль зажигания, отвернув гайки крепления к крышке головки цилиндров.
10. Снимите кронштейн регулирующего наконечника троса привода дроссельной заслонки, отвернув два болта, и зажимы высоковольтных проводов, отвернув гайки крепления.
11. Снимите направляющую трубку с указателем уровня масла, отвернув болт ее крепления к ресиверу.
12. Снимите ресивер, ослабив хомуты муфт, соединяющих ресивер с впускной трубой, и отвернув гайки крепления ресивера к опорам на крышке головки цилиндров. Снимите муфты с патрубков впускной трубы. Снимите нижний шланг вентиляции картера, ослабив хомуты крепления к патрубку на крышке головки цилиндров и к штуцеру на блоке цилиндров.
13. Снимите жгут проводов форсунок, отсоединив провода от форсунок и скобы крепления от рампы форсунок.
14. Снимите рампу форсунок с регулятором давления и форсунками, отвернув два болта крепления к головке цилиндров.
15. Отверните гайки крепления и снимите впускную трубу с прокладкой. Ключом 67.7812.9553 выверните свечи зажигания из головки цилиндров.
16. Ослабив натяжение, снимите ремень привода генератора. Снимите генератор и кронштейн его крепления.
17. Заблокируйте маховик фиксатором 67.7820.9526, отверните болт крепления шкива (демпфера) привода генератора и снимите шкив... Придерживая шкивы распределительного вала от проворачивания приспособлением 67.7811.9509, отверните болты крепления шкивов, снимите шкивы и шпонку. Снимите зубчатый шкив с коленчатого вала.
18. Отверните болты крепления задней защитной крышки зубчатого ремня и снимите ее. Отверните болты крепления насоса охлаждающей жидкости и выньте его из гнезда в блоке цилиндров вместе с прокладкой.
19. Снимите выпускной коллектор с экраном и прокладкой, отвернув гайки крепления и отсоединив кронштейн подводящей трубы насоса охлаждающей жидкости.
20. Отсоедините шланги от термостата и снимите его.
21. Снимите подводящую трубу насоса охлаждающей жидкости и отводящий патрубок с прокладкой.
22. Приспособлением А.60312 снимите масляный фильтр с прокладкой.
23. Снимите крышку головки цилиндров, отвернув болты крепления. Отверните болты крепления головки цилиндров и снимите ее в сборе с корпусом подшипников и с распределительными валами.
24. Переверните двигатель картером вверх и снимите масляный картер с прокладкой. Снимите приемник и масляный насос.
25. Отверните гайки шатунных болтов, снимите крышки шатунов и осторожно выньте через цилиндры поршни с шатунами.
26. Заблокируйте маховик фиксатором 67.7820.9526, и отверните болты крепления маховика, снимите шайбу болтов и маховик с коленчатого вала. Снимите держатель заднего сальника коленчатого вала с прокладкой.
27. Снимите крышки коренных подшипников вместе с нижними вкладышами. Выньте из гнезд подшипников коленчатый вал, а затем верхние вкладыши и упорные полукольца из средней опоры.
7.2 Разборка и сборка головки цилиндров
Разборка. Установите головку цилиндров на подставку. Выверните датчик указателя температуры охлаждающей жидкости из головки цилиндров и датчик контрольной лампы давления масла из корпуса подшипника распределительного вала. Снимите кронштейн крепления топливных трубок.
Выньте из отверстий головки цилиндров и корпуса подшипников распределительных валов направляющую трубу свечей зажигания.
Снимите корпус подшипников распределительных валов. При этом одновременно удаляются заглушки. Выньте распределительные валы из опор головки цилиндров и снимите с них сальники.
Выньте из отверстий головки цилиндров толкатели клапанов. Освободите клапаны от сухарей, сжимая пружины клапанов приспособлением 67.7823.9562. Снимите пружины с тарелками. Поверните головку цилиндров и выньте с нижней стороны клапаны. Снимите маслоотражательные колпачки с направляющих втулок и опорные шайбы пружин.
Сборка. Очистите головку цилиндров и корпуса подшипников от остатков старого герметика, грязи и масла.
Установите опорные шайбы пружин. Смажьте моторным маслом клапаны, отверстия под толкатели, отверстия направляющих втулок клапанов и новые маслоотражательные колпачки (старые не использовать). Оправкой 41.7853.9618 напрессуйте на направляющие втулки колпачки. Вставьте клапаны в направляющие втулки, установите пружины и тарелки пружин.
Сжимая пружины приспособлением 67.78239505, установите сухари клапанов. Вставьте в отверстия головки цилиндров толкатели клапанов.
Поставьте установочные втулки корпусов подшипников распределительного вала. Смажьте моторным маслом опорные шейки и кулачки распределительных валов и уложите их в опоры головки цилиндров.
На поверхность головки цилиндров, соприкасающаяся с корпусом подшипников распределительных валов, нанесите герметик жгутиком диаметром 2 мм (запускать двигатель разрешается не ранее, чем через 1 ч после нанесения герметика).
Установите корпус подшипников и затяните болты его крепления.
Оправкой 67.7853.9580 запрессуйте новые сальники распределительных валов, предварительно смазав их моторным маслом. С другой стороны головки цилиндров запрессуйте заглушки,
Наденьте на направляющую трубу свечей зажигания уплотнительные кольца, предварительно смазав их моторным маслом. Установите направляющую трубу в отверстия головки цилиндров и корпус подшипника распределительного вала. Заверните в головку цилиндров датчик указателя температуры охлаждающей жидкости, а в корпус подшипников распределительных валов - датчик контрольной лампы давления масла. Перед установкой, на сопрягающиеся поверхности датчиков, головки цилиндров и корпуса подшипников нанесите герметик. Прикрепите к головке цилиндров кронштейн крепления топливных трубок.
8.Технология производства шатуна
8.1 Конструктивные особенности шатуна
Шатуны двигателей внутреннего сгорания воспринимают большие, динамические нагрузки, поэтому с целью обеспечения достаточной прочности и жесткости они имеют двутавровое сечение, их изготовляют из сталей марок 40, 40Х, 40ХФА, 45, 45Г2 и др. Шатуны обычно имеют крышку с плоским шлифованным разъемом и плавное сопряжение стержня с головками. Применяют и другие сопряжения шатуна крышкой.
Рис. 8.1.1 Виды соединений тела шатуна с крышкой
а) косой по треугольным шлицам б) прямой по треугольным шлицам в) С «колотым» разъемом
У шатунов поверхность разъема представляет собой хрупкий излом. Достоинством этой конструкции является обеспечение высокой точности центрирования крышки и тела шатуна (погрешность порядка 0,001...0,002 мм), недостатком -- ремонтная технологичность практически равна нулю.
Шатунные болты изготовляют из сталей с содержанием углерода не менее 0,3%. Шаг резьбы на болтах обычно 1 мм. Шатунные болты шлифуют по наружной поверхности, в том числе и галтели, а резьбу накатывают. Для повышения усталостной прочности болты подвергают термической обработки. Гайки, обычно высокие, имеют увеличенную опорную поверхность и удерживаются от проворачивания только силами трения в резьбе и на опорной поверхности.
Для неподвижного соединения поршневого пальца с верхней головкой шатуна устанавливают натяг 0,02...0,04 мм. В современных двигателях предпочтение отдают применению плавающих пальцев. Для этого в верхнюю головку шатуна устанавливают бронзовую (сталебронзовую) втулку. Из-за малого зазора между пальцем и втулкой после запрессовки втулки в верхнюю головку шатуна необходимо окончательно обработать ее отверстие. Шатуны с плавающими пальцами в верхней головке шатуна имеют отверстие для смазки сопряжения втулка-палец.
Рис. 8.1.2 Варианты соединения поршневого пальца с верхней головкой шатуна.
а) неподвижно б) подвижно во втулки в) подвижно без втулки
При отсутствии втулки в сопряжении с плавающим пальцем ремонтная технологичность сопряжение очень низкая (верхней головки шатуна) при отсутствии пальцев ремонтных размеров. Шатуны в одном двигателе могут различаться по массе в среднем на 1% (от массы шатуна). При этом необходимо оценивать отдельно как массу нижней головки, совершающую вращательное движение и уравновешиваемую противовесами, так и верхней головки шатуна участвующей в поступательном перемещении вместе с поршнем. В сумме обе массы должны быть равны массе всего шатуна.
Заготовки шатунов получают штамповкой в несколько стадий с промежуточной термообработкой, что обеспечивает упрочнение материала при его небольшой твердости, но высокой вязкости. Шатуны двигателей должны подвергаться 100% проверке с помощью магнитных дефектоскопов для выявления трещин и других скрытых дефектов. К готовому шатуну двигателя предъявляют следующие технические требования. Точность обработки нижней головки -- по 6-му квалитету, а верхней -- по 7-му квалитету, шероховатость поверхности соответственно Ra=0.4 мкм и Ra= 0,8 мкм. Допускаемое отклонение формы головок шатуна задают в пределах допуска; в ряде случаев для нижней головки требования в отношения допустимых отклонений формы ужесточают. Расстояние между осями верхней и нижней головок шатуна выдерживают с погрешностью до ±0,05 мм, в дизельных двигателях до ±0,1 мм. Отверстия под шатунные болты обрабатывают по 7...8-му квалитетам с шероховатостью поверхности Ra=1,6мкм. Отклонение от параллельности осей верхней и нижней головок шатуна не должно превышать 0,04...0,05 мм на100 мм измеряемой длины. На уравновешенность всего двигателя оказывают большое влияние положение центра тяжести каждого шатуна и его масса. Поэтому после окончательной обработки производят подгонку шатунов по массе и сортируют их на группы. Технологический маршрут обработки резанием зависит от вида заготовки шатуна, которая может быть цельноштампованной (совместно с крышкой) или штампованной отдельно от крышки. Цельноштампованные шатуны вначале обрабатывают (предварительно) совместно с крышкой, после чего крышка отрезается и дальнейшую обработку шатуна и крышки производят раздельно. Во всех случаях окончательную обработку шатуна выполняют после его сборки с крышкой. Таким образом, крышки шатунов не могут быть взаимозаменяемы.
Основные задачи обработки резанием шатуна сводятся к точной обработке отверстий в верхней и нижней головках и торцов головок, получению точного разъема в нижней головке и двух точных отверстий под шатунные болты. Технологические базы на первых операциях -- торцы и наружные поверхности головок, на последующих операциях -- торцы и обработанное отверстие.
Основные методы обработки шатуна -- фрезерование, протягивание, сверление и растачивание. Отделочная обработка состоит в хонинговании отверстия нижней головки и растачивании или раскатывании отверстия втулки верхней головки. Шатуны обрабатывают на специальных многошпиндельных и агрегатных станках или автоматических линиях.
Шлифование производят на пятикруговом торцешлифовальном станке с медленным вращением стола.
Обработку цельноштампованного шатуна в такой последовательности. На первых операциях обрабатывают торцы головок и площадки на них, растачивают предварительно отверстие верхней головки. Отрезают крышку нижней головки и шлифуют торцы стыка, обрабатывают отверстия под шатунные болты совместно в шатуне и крышке.
Рис.8.1.3 Схема измерения приведенных масс шатунов
а) к кривошипу Mк б) к поршню Mп в) суммарная масса шатуна
Mш=Mп+Mк
Производят сверление, зенкерование и развёртывание этих отверстий. Взамен зенкерования и развертывания в ряде случаев применяют протягивание. В крышке и шатуне фрезеруют гнезда под замки вкладышей.
После сборки шатуна с крышкой производят сверление смазочных отверстий, предварительное растачивание нижней головки, чистовое и тонкое растачивание отверстий в обеих головках. После запрессовки втулки в верхнюю головку хонингуют отверстие нижней головки и растачивают отверстие втулки верхней головки.
У раздельно штампованных шатунов после предварительного шлифования торцов обеих головок и крышки шатуна производят протягивание боковых установочных площадок, плоскостей разъема и полуокружностей гнезд вкладышей, а далее обработка ведется так же, как и цельноштампованных шатунов.
В готовом шатуне контролю подвергают диаметры отверстий верхней и нижней головок, положение их осей в двух плоскостях, высоту головок, расстояние между осями и другие параметры. Для контроля используют индикаторные и пневматические устройства. При обработке шатунов на автоматических линиях точность его изготовления обеспечивают средствами активного контроля в процессе выполнения отдельных операций.
Таблица 8.2. Схема технологического процесса обработки шатуна резанием.
|
№ |
Операция |
Описание операции |
Тип станка |
Эскиз |
|
|
1 |
Фрезерная |
Фрезеровать торцы головок шатуна |
Продольно-фрезерный двухстоечный и четырехшпиндельный |
||
|
2 |
Шлифовальная |
Шлифовать предварительно торцы нижней и верхней головок |
Плоскошлифовальный полуавтомат |
||
|
3 |
Шлифовальная |
Шлифовать чисто торцы нижней и верхней головок |
Плоскошлифовальный полуавтомат |
||
|
4 |
Сверлильная |
Сверлить и зенкеровать отверстие верхней головки и зенковать две фаски |
Агрегатный |
||
|
5 |
Фрезерная |
Фрезеровать опорные площадки под гайки |
Вертикально фрезерный |
||
|
6 |
Фрезерная |
Отрезать крышки |
Горизонтально фрезерный для резки |
||
|
7 |
Шлифовальная |
Шлифовать плоскости стыка шатуна и крышки |
Плоскошлифовальный |
||
|
8 |
Сверлильная |
Сверлить, зенкеровать и развернуть отверстия под шатунные болты совместно с крышкой |
Вертикально сверлильный |
||
|
9 |
Фрезерная |
Фрезеровать в шатуне и крышке гнезда замков вкладышей |
Горизонтально фрезерный |
||
|
10 |
Слесарная |
Собрать шатун с крышкой двумя болтами и затянуть гайки крутящим моментом 50…60 Нм |
Гайковерт, динамометрический ключ |
||
|
11 |
Сверлильная |
Сверлить и зенковать отверстие диаметром 6 мм в верхней головке шатуна |
Вертикально сверлильный |
||
|
12 |
Сверлильная |
Снять фаски на нижней головке шатуна |
Вертикально сверлильный |
||
|
13 |
Расточная |
Расточить чисто отверстия головок шатуна |
Расточной восьми шпиндельный |
||
|
14 |
Расточная |
Расточить тонко отверстия головок шатуна |
Отделочно-расточной |
||
|
15 |
Слесарная |
Запрессовать бронзовую втулку в отверстие верхней головки шатуна |
Пневматический пресс |
||
|
16 |
Расточная |
Расточить отверстия во втулке верхней головки шатуна |
Отделочно-расточной |
||
|
17 |
Моечная |
- |
Моечная машина |
||
|
18 |
Контрольная |
- |
- |
8.3 Расчет штучного времени на производство шатуна
Пример расчета проведем на операции сверление отверстия в верхней головке шатуна. Данные по другим операциям приведены в таблице.
l - длина обработки, i - число проходов, S - величина подачи, n - число оборотов. Исходя из расчетов на механическую обработку одного шатуна требуется 17 минут времени.
Талица 8.3.1 Время обработки заготовки одного шатуна
Подобные документы
Техническая характеристика двигателя. Тепловой расчет рабочего цикла двигателя. Определение внешней скоростной характеристики двигателя. Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма и системы жидкостного охлаждения. Расчет деталей на прочность.
курсовая работа [365,6 K], добавлен 12.10.2011Проектирование автомобильного двигателя дизельного типа, расчет его технических характеристик. Тепловой и динамический расчеты. Размеры двигателя, оценка его показателей. Расчет системы смазки (масляный насос, центрифуга, масляный радиатор, подшипники).
курсовая работа [327,2 K], добавлен 10.12.2013Основные требования, предъявляемые к автомобильным и тракторным двигателям. Тепловой расчет бензинового двигателя, выбор исходных параметров. Построение внешней скоростной характеристики. Патентно-информационный поиск аналогов заданного типа двигателя.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 12.10.2011Описание конструкции самолета АН-148, его узлы. Прочностной расчет конструкции панели сопла гондолы двигателя, схема его нагружения. Технологический процесс приготовления связующего ЭДТ-69Н. Экономический эффект от внедрения композиционных материалов.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 13.05.2012Принцип действия, основные характеристики и элементы конструкции синхронного вертикального двигателя, область применения. Расчет электромагнитного ядра явнополюсного синхронного двигателя, его оптимизация по минимуму приведенной стоимости и резервов.
курсовая работа [4,7 M], добавлен 16.04.2011Описание двигателя MAN 9L 32/40: общая характеристика и функциональные особенности, структурные элементы и их взаимодействие. Выбор и обоснование исходных данных для теплового расчета двигателя, определение эффективных показателей. Расчет на прочность.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.10.2011Тепловой расчет двигателя на номинальном режиме работы. Расчет процессов газообмена, процесса сжатия. Термохимический расчет процесса сгорания. Показатели рабочего цикла двигателя. Построение индикаторной диаграммы. Расчет кривошипно-шатунного механизма.
курсовая работа [144,2 K], добавлен 24.12.2016Термогазадинамический расчет двигателя, профилирование лопаток рабочих колес первой ступени турбины. Газодинамический расчет турбины ТРДД и разработка ее конструкции. Разработка плана обработки конической шестерни. Анализ экономичности двигателя.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 22.01.2012Тепловой расчет двигателя. Расчет рабочего цикла для определения индикаторных, эффективных показателей работы двигателя и температурных условий работы. Зависимость теплового расчета от совершенства оценки ряда коэффициентов. Проектирование двигателя.
курсовая работа [168,5 K], добавлен 01.12.2008Назначение двигателя и привода механизма газораспределения. Порядок работы цилиндров. Схема расположения колен коленчатого вала. Равномерность чередования одноименных тактов. Тепловой и динамический расчет двигателя. Расчет цилиндро-поршневой группы.
дипломная работа [6,3 M], добавлен 15.03.2011
