Расчет конструкции двигателя внутреннего сгорания

Кинематика и динамика ДВС, приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма. Расчет поршня, кольца и пальца бензинового двигателя. Конструкция поршневой головки шатуна бензинового двигателя. Расчет гильзы и шпильки головки блока цилиндров ДВС.

Рубрика Транспорт
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 04.02.2016
Размер файла 4,8 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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

  • 1. Кинематика
  • 2. Динамика
  • 2.1 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма
  • 2.2 Удельные и полные силы инерции
  • 2.3 Удельные суммарные массы
  • 2.4 Крутящие моменты
  • 3. Поршневая группа
  • 3.1 Расчет поршня бензинового двигателя
  • 3.2 Расчет кольца поршневого бензинового двигателя
  • 3.3 Расчет пальца поршневого бензинового двигателя
  • 4. Шатунная группа
  • 4.1 Расчёт поршневой головки шатуна бензинового двигателя
  • 4.2 Расчёт кривошипной головки шатуна
  • 4.3 Расчет стержня шатуна бензинового двигателя
  • 4.4 Расчёт шатунного болта
  • 5. Расчет коленчатого вала
  • 5.1 Расчёт коленчатого вала рядного двигателя
  • 5.2 Расчет коренной шейки
  • 5.3 Расчет шатунной шейки
  • 5.4 Расчет щеки
  • 6. Расчёт корпуса двигателя
  • 6.1 Гильза цилиндра
  • 6.2 Расчет шпильки головки блока цилиндров
  • Список литературы
  • Приложение

1. Кинематика

Расчет четырехтактного четырехцилиндрового рядного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания. Данные для расчета в таблице 1.

Таблица 1. Исходные данные

n,об/мин

ф

л

Nе, кВт

Vh

i

pzд,МПа

5400

4

0,285

50

0,369

4

7,420

где: n - частота оборотов двигателя, ф - тактность двигателя, Vh - рабочий объем одного двигателя, Ne- мощность двигателя, i - количества цилиндров, p- максимальное давления.

Ход поршня предварительно выбираем: .

Радиус кривошипа:

R = S/2= R = 38,5 мм. (1.1)

Угловая скорость вращения коленчатого вала:

. (1.2)

Литраж двигателя:

, (1.3)

Среднее эффективное давление:

=, (1.4)

Диаметр цилиндра. Так как ход поршня предварительно был принят , то:

. (1.5)

Окончательно принимаем: S = , D = , R = .

Основные параметры и показатели двигателя:

- площадь поршня:

; (1.6)

- крутящий момент:

; (1.7)

Среднее давление механических потерь:

, (1.8)

где: .

Среднее индикаторное давление:

(1.9)

Механический КПД:

. (1.10)

В целях уменьшения высоты двигателя без значительного увеличения инерционных и нормальных сил отношение радиуса кривошипа к длине шатуна предварительно было принято . При этих условиях:

. (1.11)

Перемещение поршня:

. (1.12)

Расчёт производится аналитически через каждые угла поворота коленчатого вала.

Скорость поршня:

, (1.13)

Ускорения поршня:

. (1.14)

Таблица 2. Скорость, перемещение, ускорение.

ц°

ц, рад

SX, мм

VП, м/с

j, м/с 2

0

0,00

0,00

0,00

15820,08

20

0,35

2,96

9,44

14256,73

40

0,70

11,27

17,05

10040,32

60

1,05

23,36

21,54

4401,31

80

1,40

37,14

22,50

-1159,29

100

1,75

50,51

20,38

-5434,97

120

2,09

61,86

16,17

-7910,04

140

2,44

70,26

10,94

-8821,75

160

2,79

75,32

5,45

-8881,03

180

3,14

77,00

0,00

-8802,61

200

3,49

75,32

-5,45

-8881,03

220

3,84

70,26

-10,94

-8821,75

240

4,19

61,86

-16,17

-7910,04

260

4,54

50,51

-20,38

-5434,97

280

4,89

37,14

-22,50

-1159,29

300

5,24

23,36

-21,54

4401,31

320

5,59

11,27

-17,05

10040,32

340

5,93

2,96

-9,44

14256,73

360

6,28

0,00

0,00

15820,08

380

6,63

2,96

9,44

14256,73

400

6,98

11,27

17,05

10040,32

420

7,33

23,36

21,54

4401,31

440

7,68

37,14

22,50

-1159,29

460

8,03

50,51

20,38

-5434,97

480

8,38

61,86

16,17

-7910,04

500

8,73

70,26

10,94

-8821,75

520

9,08

75,32

5,45

-8881,03

540

9,42

77,00

0,00

-8802,61

560

9,77

75,32

-5,45

-8881,03

580

10,12

70,26

-10,94

-8821,75

600

10,47

61,86

-16,17

-7910,04

620

10,82

50,51

-20,38

-5434,97

640

11,17

37,14

-22,50

-1159,29

660

11,52

23,36

-21,54

4401,31

680

11,87

11,27

-17,05

10040,32

700

12,22

2,96

-9,44

14256,73

720

12,57

0,00

0,00

15820,08

Рисунок 1.1 - Перемещение поршня

Рисунок 1.2 - Скорость поршня

Рисунок 1.3 - Ускорение поршня

2. Динамика

2.1 Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма

Для элементов кривошипно-шатунного механизма бензинового двигателя с D=60 мм принимаем следующие конструктивные массы: , , . (2.1)

Масса поршневой группы (поршень из алюминиевого сплава) :

; (2.2)

Масса шатуна (стальной кованный шатун):

; (2.3)

Масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов (литой чугунный вал):

; (2.4)

Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

; (2.5)

Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа:

; (2.6)

Массы, совершающие возвратно-поступательное движение:

; (2.7)

Массы, совершающие вращательное движение:

(2.8)

2.2 Удельные и полные силы инерции

Удельная сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс:

(2.9)

Центробежная сила инерции вращающихся масс:

. (2.10)

Центробежная сила инерции вращающихся масс шатуна:

. (2.11)

Центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа:

. (2.12)

2.3 Удельные суммарные массы

Удельная сила, сосредоточенная на оси поршневого пальца:

. (2.13)

Удельная нормальная сила:

(2.14)

(значения берутся по таблице для )

Удельная сила, действующая вдоль шатуна:

. (2.15)

Удельная сила, действующая по радиусу кривошипа:

. (2.16)

Удельная и полная тангенциальные силы:

(2.17)

. (2.18)

Результаты вычислений заносим в таблицу 5 и таблицу 6.

По данным таблицы строим графики изменения удельных сил в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала .

Среднее значение тангенциальной силы за цикл:

. (2.19)

2.4 Крутящие моменты

Крутящий момент одного цилиндра:

кНм. (2.20)

Период изменения крутящего момента четырёхтактного двигателя с равными интервалами между вспышками:

=180 . (2.21)

Средний крутящий момент двигателя:

. (2.22)

Суммирование значений крутящих моментов всех двух цилиндров двигателя осуществляется табличным методом через каждые угла поворота коленчатого вала и по полученным данным строится кривая в масштабе в .

Таблица 3. Суммирование значений крутящих моментов

Цилиндры

Мкр, Н*М

1-й

2-й

3-й

4-й

?° кривош-а

Мкр.ц, Н*м

?° кривош-а

Мкр.ц, Н*м

?° кривош-а

Мкр.ц, Н*м

?° кривош-а

Мкр.ц, Н*м

0

0

0,000

180

0,000

360

0,000

540

0

0,000

20

20

-95,857

200

-33,837

380

145,085

560

-34,816

-19,425

40

40

-122,552

220

-67,665

400

204,971

580

-68,805

-54,051

60

60

-68,847

240

-90,925

420

138,949

600

-91,287

-112,110

80

80

16,768

260

-82,629

440

128,336

620

-79,884

-17,409

100

100

76,529

280

-30,582

460

146,779

640

-20,488

172,237

120

120

88,634

300

40,883

480

131,746

660

65,279

326,542

140

140

67,009

320

71,977

500

91,712

680

119,730

350,429

160

160

33,728

340

29,326

520

44,971

700

94,298

202,322

180

180

0,000

360

0,000

540

0

720

0,000

0,000

Рисунок 2.1 Крутящий момент

Рисунок 2.2. Зависимости сил от угла поворота кривошипа ДPг ? избыточное давление над поршнем, P ? удельная суммарная сила, Pj ? удельная сила инерции.

Рисунок 2.3 Зависимость сил S и N от угла поворота кривошипа

Сила N, действующая перпендикулярно оси цилиндра, называется нормальной силой и воспринимается стенками цилиндра.

Сила S, действующая вдоль шатуна, воздействует на него и далее передается кривошипу.

Рисунок 2.4. Удельная тангенциальная сила, рт

Рисунок 2.5. Удельная сила, действующая по радиусу, рк

Рисунок 2.6 Диаграмма нагрузки на шатунную шейку

Рисунок 2.7 Удельная сила, действующая по радиусу, рк

3. Поршневая группа

3.1 Расчет поршня бензинового двигателя

Диаметр цилиндра , ход поршня , действительное максимальное давление сгорания при , площадь поршня , наибольшую нормальную силу ,массу поршневой группы , частоту вращения и .

По таблице принимаем: толщина днища поршня , высота поршня , высота юбки поршня , радиальную толщину кольца , радиальный зазор кольца в канавке поршня , толщина стенки головки поршня , величина верхней кольцевой перемычки , число и диаметр масляных каналов в поршне и . Материал поршня - эвтектический алюминиевый сплав с содержанием кремния около 12%, ; материал гильзы цилиндра - серый чугун, .

Напряжение изгиба в днище поршня:

, (3.1)

где: . (3.2)

Днище поршня должно быть усилено рёбрами жёсткости. Кроме того, в целях повышения износо- и термостойкости поршня целесообразно осуществлять твёрдое анодирование днища и огневого пояса, что уменьшит возможности перегрева и прогорания верхнего компрессионного кольца.

.

Напряжение сжатия в сечении :

(3.3)

где:

; (3.4)

; (3.5)

; (3.6)

(3.7)

(3.8)

Напряжение разрыва в сечении :

. (3.9)

.

где:

- максимальная угловая скорость холостого хода

; (3.10)

- масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения

; (3.11)

- максимальная разрывающая сила

(3.12)

Напряжение в верхней кольцевой перемычке:

- среза

; (3.13)

- изгиба

; (3.14)

- сложное

. (3.15)

.

Удельное давление поршня на стенку цилиндра:

(3.16)

(3.17)

Ускорение приработки юбки поршня, а так же уменьшение трения и снижения износа пары - юкка поршня - стенка цилиндра - достигается покрытием юбки поршня тонким (0,003 - 0,005 мм) слоем олова, свинца или оловянно-свинцового сплава.

Гарантированная подвижность поршня в цилиндре достигается за счёт установления диаметральных зазоров между цилиндром и поршнем при их неодинаковом расширении в верхнем сечении головки поршня и нижнем сечении юбки .

Диаметры головки и юбки поршня с учётом монтажных зазоров:

(3.18)

(3.19)

Диаметральные зазоры в горячем состоянии:

(3.20)

(3.21)

где приняты с учётом жидкостного охлаждения двигателя.

3.2 Расчет кольца поршневого бензинового двигателя

Необходимые данные для расчёта кольца: диаметр цилиндра , действительное максимальное давление сгорания при , площадь поршня , массу поршневой группы , частоту вращения и .

По таблице принимаем: радиальная толщина кольца , коэффициент, зависящий от способа надевания кольца, . Материал кольца - серый легированный чугун, .

Среднее давление кольца на стенку цилиндра:

.(3.22)

Где

. (3.23)

Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности определяется по формуле:

. (3.24)

Где - переменный коэффициент, определяемый изготовлением в соответствии с принятой формой эпюры давления кольца на зеркало цилиндра. Для бензиновых двигателей можно принять грушевидную форму эпюры давления кольца со следующими параметрами:

Таблица 4. Данные для построения эпюры давления

0

30

60

90

120

150

180

1,05

1,04

1,02

1

1,02

1,27

1,5

p

0,214

0,212

0,207

0,203

0,207

0,258

0,305

По этим данным строится грушевидная эпюра давлений кольца на стенку цилиндра.

Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии:

. (3.25)

Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень:

. (3.26)

.

Монтажный зазор в замке поршневого кольца:

(3.27)

где.

Рисунок 3.1. Грушевидная эпюра давления кольца бензинового поршневого двигателя

3.3 Расчет пальца поршневого бензинового двигателя

Данные для расчета пальца: диаметр цилиндра , ход поршня , площадь поршня , наибольшую нормальную силу , массу поршневой группы , , действительное максимальное давление сгорания при . Принимаем: наружный диаметр пальца , внутренний диаметр пальца , длина пальца , длина втулки шатуна , расстояние между торцами бобышек . Материал поршневого пальца - сталь 15Х, . Палец закрепленного типа.

Сила, действующая на поршневой палец:

- газовая

; (3.28)

- инерционная

(3.29)

где

; (3.30)

- расчётная

. (3.31)

Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна:

. (3.32)

Удельное давление пальца на бобышки:

(3.33)

Напряжение изгиба в среднем сечении пальца:

(3.34)

где

.

Касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна:

.(3.35)

Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации:

(3.36)

Напряжение овализации на внешней поверхности пальца:

- в горизонтальной плоскости (точки 1, )

; (3.37)

- в вертикальной плоскости (точки 3, )

(3.38)

Напряжение овализации на внутренней поверхности пальца:

- в горизонтальной плоскости (точки 2, )

; (3.39)

.

- в вертикальной плоскости (точки 4, )

. (3.40)

;

4. Шатунная группа

4.1 Расчёт поршневой головки шатуна бензинового двигателя

Из расчётов имеем: давление сгорания ,массу поршневой группы ; массу шатунной группы ; максимальная частота вращения при холостом ходе ; ход поршня ; площадь поршня ; . Из расчёта поршневой группы имеем диаметр поршневого пальца ; длина поршневой головки шатуна . По таблице принимаем: наружный диаметр головки ; внутренний диаметр головки ; радиальная толщина стенки головки

hГ = (dГ - d)/2 =(20-16,5)/2=1,75 мм;

радиальная толщина стенки втулки

SВ = (d - dП)/2 =(16,5-15)/2=0,8 мм.

Материал шатуна - углеродистая сталь 45Г 2;

.

Материал втулки - бронза; .

Для стали 45Г 2: предел прочности , пределы усталости при изгибе и растяжении - сжатии , предел текучести , коэффициенты приведения цикла при изгибе и растяжении - сжатии .

- при изгибе

и ; (4.1)

- при растяжении - сжатии

и . (4.2)

Расчёт сечения I - I:

- максимальное напряжение пульсирующего цикла

(4.3)

где

- масса части головки выше сечения I -I

рад/с (4.4)

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

, (4.5)

, (4.6)

где

- эффективный коэффициент концентрации напряжений (головка не имеет резких переходов и концентрация напряжений в основном зависит от качественной структуры материала); - масштабный коэффициент, определяется по таблице; - коэффициент поверхностной чувствительности, определяется по таблице.

Запас прочности в сечении I - I:

. (4.7)

Напряжения от запрессованной втулки:

- суммарный натяг

, (4.8)

где - натяг посадки бронзовой втулки;

Дt = d(бВ - бТ)ДТ = 0,0145 мм

- температурный натяг; ДТ =110 К- средний подогрев головки и втулки.

удельное давление на поверхности соприкосновения втулки с головкой

(4.9)

где - коэффициент Пуассона;

Напряжение от суммарного натяга на внутренней поверхности головки:

(4.10)

у'i < [у] =150 МПа.

Напряжение от суммарного натяга на внешней поверхности головки:

(4.11)

у'a < [у] =150 МПа.

Расчет сечения A - A на изгиб; максимальная сила, растягивающая головку:

(4.12)

Где

щ = рn/30 = 3,1416 5400/30=565,49рад/с. (4.13)

Нормальная сила и изгибающий мамент в сечении О - О:

(4.14)

(4.15)

где =105 - угол заделки,

rср = (dГ + d)/4 = (20+16,5)/4=9,125 мм

- средний радиус головки.

Нормальная сила и изгибающий момент в расчетном сечении от растягивающей силы:

(4.16)

(4.17)

Напряжение на внешнем волокне от растягивающей силы:

(4.18)

, (4.19)

где

FГ = (dГ-d)lШ =(20-16,5)19=66,5 мм, (4.20)

FВ = (d - dП)lШ =(16,5-15) 19=28,5мм. (4.21)

Суммарная сила сжимающая головку:

Pсж = (p - p0)FП - mП2(cosц + лcos2ц) =(7,420-0,1) 28,274- 0,283 0,0385 (cos 10+0.285cos 20)=19165,475Н. (4.22)

Нормальная сила и изгибающий момент в расчетном сечении от сжимающей силы:

(4.23)

где Nсж 0/Pср=0,0005 и (Nсж 0/Pср )=0,0001 (4.24)

(4.25)

0,002, (4.26)

1,2588. (4.27)

Напряжение на внешнем волокне от сжимающей силы:

(4.28)

Максимальное и минимальное напряжение асимметричного цикла:

(4.29)

(4.30)

Среднее напряжение и амплитуды напряжения:

(4.31)

(4.32)

(4.33)

Так как

уакm =71,438 /153,485=0,4654 < (ву - бу)/(1 - ву) =3,98,

то запас прочности в сечении А - А определяется по пределу текучести:

. (4.34)

4.2 Расчёт кривошипной головки шатуна

Из динамического расчёта и расчёта поршневой головки шатуна имеем: радиус кривошипа м, массу поршневой группы , массу шатунной группы , угловую частоту вращения , . Из таблицы: диаметр шатунной шейки , толщина стенки вкладыша , расстояние между шатунными болтами , длина кривошипной головки .

Максимальная сила инерции

(4.35)

где mкр = 0,25mШ =0,25 0,4241 =0,106кг.

Момент сопротивления расчётного сечения

(4.36)

где

- внутренний радиус кривошипной головки шатуна.

Моменты инерции вкладыша и крышки

; (4.37)

. (4.38)

Напряжение изгиба крышки и вкладыша

(4.39)

где . (4.40)

4.3 Расчет стержня шатуна бензинового двигателя

кинематика двигатель поршень шатун

Из динамического расчёта имеем:

, при ц =10, (4.41)

, при ц =0. (4.42)

Принимаю данные:

LШ = 135,1 мм;

hШ min =11 мм;

hШ =15,4 мм;

bШ =14,78 мм;

aШ =4 мм;

tШ =4 мм;

Материал шатуна сталь 45Г 2.

Площадь и моменты инерции расчетного сечения В-В:

(4.43)

(4.44)

(4.45)

Максимальное напряжение от сжимающей силы:

- в плоскости качания шатуна

(4.46)

,

, (4.47)

уе = уВ =800 МПа.

- в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна

, (4.48)

, (4.49)

. (4.50)

Минимальное напряжение от растягивающей силы

. (4.51)

Среднее напряжения и амплитуды цикла:

(4.52)

(4.53)

(4.54)

(4.55)

(4.56)

(4.57)

где kу = 1,2 + 1,8·10-4В - 400) =1,272,

, определяются по таблице.

Так как

(4.58)

(4.59)

Запас прочности в сечении В -В определяется по пределу усталости:

(4.60)

(4.61)

4.4 Расчёт шатунного болта

Из расчёта кривошипной головки шатуна имеем: максимальную силу инерции, разрывающую кривошипную головку и шатунные болты:

Pjp =0,01344 МН. Принимаем: номинальный диаметр болта d=10 мм, шаг резьбы t=1мм, число болтов , материал - сталь 40Х.

По таблице для легированной стали 40ХHMA определяем: пределы прочности , текучести и усталости при растяжении - сжатии , коэффициенты приведения цикла при растяжении - сжатии .

(4.62)

(4.63)

Сила предварительной затяжки:

(4.64)

Суммарная сила растягивающий болт:

(4.65)

где

Максимальное и минимальное напряжение, возникающие в болте:

(4.66)

(4.67)

где dВ = d - 1,4t =10-1,4 1=8,6 мм=0,0086м. (4.68)

Среднее напряжения и амплитуды цикла:

(4.69)

(4.70)

(4.71)

где kу = 1 + q(бку - 1) =2,62, (1/стр. 251/табл. 11.6), (4.72)

бку =3, =1 (1/стр. 253/табл. 11.7), q =0,81(1/стр. 252/рис 11.2), еП =2.2- обработка роликом.

Так как

, (4.73)

то запас прочности болта определяется по пределу текучести:

(4.74)

5. Расчет коленчатого вала

5.1 Расчёт коленчатого вала рядного двигателя

На основании динамического расчёта имеем: коленчатый вал полноопоный с симметричными коленами, но с ассиметричным расположением противовесов; сила инерции противовеса, расположенного на продолжении щеки, Pпр=7.124; реакция на левой опоре от противовеса P'пр= -5.143; центробежная сила инерции вращающихся масс KR=-8.659 кН; радиус кривошипа R=38.5мм. С учётом соотношений и анализа существующих двигателей принимаем следующие основные размеры колена вала:

1) коренная шейка - наружный диаметр =42 мм, длина =44.4мм

2) шатунная шейка - наружный диаметр =36 мм, длина =30мм

3) расчётное сечение А -А щеки - ширина b =75 мм, толщина h =13.2мм.

Материал вала - легированная сталь 20.

Из таблицы и соотношений принимаем: пределы прочности и текучести и ; пределы усталости (выносливости) при изгибе, растяжении - сжатии и кручении ; коэффициенты приведения цикла при изгибе и кручении .

По формулам определяем:

- при изгибе

(5.1)

(5.2)

При кручении:

(5.3)

(5.4)

Удельное давление на поверхности шатунных шеек:

(5.5)

(5.6)

Результирующие силы, действующие на шатунную шейку:

Rш.ш ср =8348.11 Н,

Rш.ш max =16520.82 Н.

Рабочая ширина шатунного вкладыша:

l'ш.ш =lш.ш - 2rгал =26 мм, (5.7)

rгал =2 мм.

Коренных шеек:

Удельное давление на поверхности коренных шеек:

(5.8)

(5.9)

Рабочая ширина коренного вкладыша:

l'к.ш =lк.ш - 2rгал =44.4-2*2= 40.4 мм. (5.10)

5.2 Расчет коренной шейки

Момент сопротивления коренной шейки кручению:

(5.11)

Максимальное и минимальное касательное напряжение:

(5.12)

(5.13)

Скручивающие моменты:

Mmax = 204.971 Нм,

Mmin = -122.552 Нм

Среднее напряжение и амплитуда напряжений

(5.14)

(5.15)

(5.16)

где - коэффициент концентрации напряжений,

q =0,4- коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений, бКу =3- теоретический коэффициент концентрации напряжений,

еМф =0,9- масштабный коэффициент,

еПф =1.5- коэффициент поверхностной чувствительности.

Так как

, (5.17)

то запас прочности от касательных напряжений:

(5.18)

5.3 Расчет шатунной шейки

Момент сопротивления кручению шатунной шейки:

(5.19)

Максимальное и минимальное касательные напряжения:

(5.20)

(5.21)

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

(5.22)

(5.23)

(5.24)

Так как

(5.25)

то запас прочности шатунной шейки от касательных напряжений определяют по пределу усталости:

(5.26)

Максимальное и минимальное нормальное напряжения асимметричного цикла шатунной шейки:

(5.27)

(5.28)

Где: (5.29)

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

(5.30)

(5.31)

(5.32)

где ,

q =0,4, бКу =3, еПу =1,2- определены при расчете коренной шейки, еМу =0,75- масштабный коэффициент.

Запас прочности шатунной шейки от нормальных напряжений определяется по пределу усталости:

(5.33)

Общий запас прочности шатунной шейки:

(от 2 до 3) (5.34)

5.4 Расчет щеки

Максимальный и минимальный моменты, скручивающие щеку:

(5.35)

(5.36)

где T'max =2661,97Н, T'min =-1597,59Н.

Максимальное и минимальное касательные напряжения:

(5.37)

(5.38)

где

- момент сопротивления расчетного сечения А-А; м =0,292 определен при b/h =5,68.

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

(5.39)

(5.40)

(5.41)

где 0,672

- коэффициент концентрации напряжении, определенной по формулам q =0,4- коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений, rгал/h=0,152, бКу=1,3 - теоретический коэффициент концентрации, еМф =0,64- масштабный коэффициент, еПф =0,75- коэффициент поверхностной чувствительности.

Запас прочности от касательных напряжений определяем по пределу усталости:

(5.42)

Максимальное и минимальное нормальные напряжения щеки

(5.43)

(5.44)

где:

(5.45)

(5.46)

(5.47)

(5.48)

где Kmax =16537,9 Н, Kmin = -6267,18 Н.

, (5.49)

. (5.50)

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

(5.51)

(5.52)

(5.53)

где 1,12

- коэффициент концентрации напряжений; - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений; бКу =1,3 - теоретический коэффициент концентрации напряжений,; еМу =0,64 - масштабный коэффициент, определённый по таблице при ; еПу =2.- коэффициент поверхностной чувствительности, определённый по таблице для необработанной щеки.

Так как

(5.54)

то запас прочности щеки от нормальных напряжений определяют по пределу усталости:

(5.55)

Суммарный запас прочности:

(5.56)

6. Расчёт корпуса двигателя

6.1 Гильза цилиндра

На основании проведённых расчётов имеем: диаметр цилиндра D=60 мм, максимальное давление сгорание pzmax =7б 420 при n =5400 мин. Материал гильзы цилиндра - чугун СЧ 15-42: и .

Толщину стенки гильзы цилиндра выбирают конструктивно дг,=6мм.

Расчётная толщина стенки гильзы

(6.1)

где - допустимое напряжение на растяжение для чугуна.

Толщину стенки гильзы выбирают с некоторым запасом прочности, так как .

Напряжение растяжения в гильзе от действия максимального давления газов:

(6.2)

Температурные напряжения в гильзе

(6.3)

где - температурный перепад между внутренней и наружной поверхностями гильзы.

Суммарные напряжения в гильзе от давления газов и перепада температур:

- на наружной поверхности

(6.4)

- на внутренней поверхности

(6.5)

6.2 Расчет шпильки головки блока цилиндров

Диаметр цилиндра D = 60 мм; площадь поршня Fп=28,274 мм2 максимальное давление сгорания p= 7б 420при n=5400 об/мин. Число шпилек на один цилиндр номинальный диаметр шпильки d = 9 мм; шаг резьбы t = 1 мм; внутренний диаметр резьбы шпильки

По конструкционным соображениям принимаем материал шпильки - сталь 20Х.

По табл. 11.2 и 11.3 (стр. 248) для легированной стали 20Х определяем:

пределы прочности =650 МПа; текучести =500 и усталости при растяжении - сжатии =230 МПа

коэффициент приведения цикла при растяжении - сжатии as=0,14

(6.6)

(6.7)

Проекция поверхности камеры сгорания на плоскость, перпендикулярной плоскости оси цилиндра.

(6.8)

Сила давления газов, приходящаяся на одну шпильку:

(6.9)

Сила предварительной затяжки

(6.10)

m=3 коэффициент затяжки шпильки, =0,2 коэффициент основной нагрузки резьбового соединения.

Суммарная сила растягивающая шпильку без учета Pt:

(6.11)

(6.12)

Максимальные и минимальные напряжения в шпильке:

(6.13)

(6.14)

м3

площадь сечения шпильки по внутреннему диаметру резьбы

Среднее напряжение и амплитуда цикла:

(6.15)

(6.16)

(6.17)

(6.18)

где 4, q=0,74, 0,82, 0,99.

Так как

> (6.19)

То запас прочности шпильки определяются по пределу усталости

МПа

(6.20)

должно входить в предел от 2 до 4.

Список литературы

1. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: учеб. Пособие для вузов./А.И. Колчин, В.П. Демидов - 3-е изд. перераб. И доп. - М.: Высш. шк., 2002. - 496 с. : ил.

2. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей: [учебник для вузов по специальности "Двигатели внутреннего сгорания"] / В.П. Алексеев [ и др.] ; под общ. ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова.-- 4-е изд., перераб. и доп. - Москва: Машиностроение, 1990 .-- 288 с. : ил.

Приложение

Таблица 5.Динамика

j, м/сІ

PJ, МПа

p, МПА

tgв

pN, МПа

1/cosв

pS, МПа

cos(?+в)/cosв

5291,819

-0,747

9,780

0,000

0,000

1,000

9,780

1,000

5158,474

-0,729

10,306

0,050

0,511

1,001

10,319

0,976

4768,877

-0,674

7,559

0,098

0,740

1,005

7,596

0,906

4153,256

-0,587

5,130

0,144

0,739

1,010

5,183

0,794

3358,490

-0,474

3,490

0,186

0,650

1,017

3,550

0,646

2443,288

-0,345

2,485

0,224

0,556

1,025

2,546

0,471

1472,238

-0,208

1,891

0,255

0,482

1,032

1,951

0,279

509,404

-0,072

1,546

0,278

0,430

1,038

1,604

0,081

-387,782

0,055

1,347

0,292

0,394

1,042

1,403

-0,114

-1173,672

0,166

1,232

0,297

0,366

1,043

1,285

-0,297

-1818,000

0,257

1,162

0,292

0,340

1,042

1,211

-0,462

-2307,574

0,326

1,116

0,278

0,310

1,038

1,158

-0,603

-2645,910

0,374

1,079

0,255

0,275

1,032

1,113

-0,721

-2850,900

0,403

1,046

0,224

0,234

1,025

1,072

-0,814

-2950,878

0,417

1,016

0,186

0,189

1,017

1,033

-0,886

-2979,584

0,421

0,988

0,144

0,142

1,010

0,998

-0,938

-2970,708

0,420

0,966

0,098

0,095

1,005

0,970

-0,973

-2952,692

0,417

0,951

0,050

0,047

1,001

0,952

-0,993

-2944,475

0,416

0,946

0,000

0,000

1,000

0,946

-1,000

-2952,692

0,417

0,428

-0,050

-0,021

1,001

0,428

-0,993

-2970,708

0,420

0,433

-0,098

-0,042

1,005

0,435

-0,973

-2979,584

0,421

0,438

-0,144

-0,063

1,010

0,443

-0,938

-2950,878

0,417

0,440

-0,186

-0,082

1,017

0,448

-0,886

-2850,900

0,403

0,435

-0,224

-0,097

1,025

0,445

-0,814

-2645,910

0,374

0,418

-0,255

-0,106

1,032

0,431

-0,721

-2307,574

0,326

0,387

-0,278

-0,108

1,038

0,402

-0,603

-1818,000

0,257

0,341

-0,292

-0,100

1,042

0,355

-0,462

-1173,672

0,166

0,283

-0,297

-0,084

1,043

0,295

-0,297

-387,782

0,055

0,219

-0,292

-0,064

1,042

0,228

-0,114

509,404

-0,072

0,161

-0,278

-0,045

1,038

0,167

0,081

1472,238

-0,208

0,129

-0,255

-0,033

1,032

0,133

0,279

2443,288

-0,345

0,155

-0,224

-0,035

1,025

0,159

0,471

3358,490

-0,474

0,287

-0,186

-0,054

1,017

0,292

0,646

4153,256

-0,587

0,594

-0,144

-0,085

1,010

0,600

0,794

4768,877

-0,674

1,131

-0,098

-0,111

1,005

1,136

0,906

5158,474

-0,729

1,794

-0,050

-0,089

1,001

1,796

0,976

5291,819

-0,747

2,133

0,000

0,000

1,000

2,133

1,000

Таблица 6. Динамика

pK, МПа

sin(ц+в)/cos(в)

pT, МПа

T, кН

MКР.Ц, Нм

px, МПа

в

RШ.Ш, кН

среднее RШ.Ш, кН

-2,217

0,000

0,000

0,000

0,000

0,118

0,000

10,053

8,348

-1,838

0,434

-0,881

-2,490

-95,857

0,085

0,098

11,473

8,348

-0,926

0,786

-1,126

-3,183

-122,552

0,085

0,184

9,587

8,348

-0,178

0,993

-0,632

-1,788

-68,847

0,085

0,249

6,077

8,348

-0,017

1,036

0,154

0,436

16,768

0,085

0,284

4,269

8,348

-0,347

0,934

0,703

1,988

76,529

0,085

0,284

6,756

8,348

-0,794

0,739

0,814

2,302

88,634

0,085

0,249

8,333

8,348

-1,091

0,500

0,616

1,740

67,009

0,085

0,184

8,609

8,348

-1,206

0,250

0,310

0,876

33,728

0,085

0,098

8,072

8,348

-1,230

0,000

0,000

0,000

0,000

0,087

0,000

7,263

8,348

-1,210

-0,250

-0,311

-0,879

-33,837

0,089

-0,098

8,086

8,348

-1,101

-0,500

-0,622

-1,758

-67,665

0,097

-0,184

5,543

8,348

-0,815

-0,739

-0,835

-2,362

-90,925

0,113

-0,249

8,451

8,348

-0,375

-0,934

-0,759

-2,146

-82,629

0,145

-0,284

6,992

8,348

-0,031

-1,036

-0,281

-0,794

-30,582

0,208

-0,284

4,668

8,348

-0,106

-0,993

0,376

1,062

40,883

0,344

-0,249

5,146

8,348

-0,544

-0,786

0,661

1,870

71,977

0,676

-0,184

7,193

8,348

-0,562

-0,434

0,269

0,762

29,326

1,493

-0,098

6,137

8,348

0,001

0,000

0,000

0,000

0,000

2,336

0,000

3,783

8,348

5,849

0,222

1,333

3,768

145,085

8,270

0,050

16,521

8,348

3,931

0,434

1,883

5,324

204,971

6,452

0,098

12,653

8,348

1,050

0,786

1,276

3,609

138,949

3,143

0,184

4,425

8,348

0,273

0,993

0,971

2,745

105,667

1,699

0,249

5,758

8,348

-0,130

1,036

1,179

3,333

128,336

1,075

0,284

7,487

8,348

-0,666

0,934

1,348

3,812

146,779

0,776

0,284

9,482

8,348

-1,181

0,739

1,210

3,422

131,746

0,621

0,249

10,546

8,348

-1,493

0,500

0,843

2,382

91,712

0,539

0,184

10,388

8,348

-1,608

0,250

0,413

1,168

44,971

0,498

0,098

9,501

8,348

-1,629

0,000

0,000

0,000

0,000

0,486

0,000

3,785

8,348

-1,245

-0,250

-0,320

-0,904

-34,816

0,125

-0,098

8,210

8,348

-1,120

-0,500

-0,632

-1,787

-68,805

0,118

-0,184

8,739

8,348

-0,818

-0,739

-0,839

-2,371

-91,287

0,118

-0,249

8,470

8,348

-0,363

-0,934

-0,734

-2,075

-79,884

0,118

-0,284

6,886

8,348

-0,021

-1,036

-0,188

-0,532

-20,488

0,118

-0,284

4,376

8,348

-0,169

-0,993

0,600

1,696

65,279

0,118

-0,249

5,958

8,348

-0,905

-0,786

1,100

3,110

119,730

0,118

-0,184

9,454

8,348

-1,809

-0,434

0,866

2,449

94,298

0,118

-0,098

11,348

8,348

-2,217

0,000

0,000

0,000

0,000

0,118

0,000

10,053

8,348

Рис.1- Эпюра напряжения коленчатого вала.

Рис.2- Эпюра перемещения коленчатый вал.

Рис.3- Эпюра деформации коленчатого вала.

Рис.4-Эпюра напряжения шатуна.

Рис.5-Эпюра перемещения шатуна

Рис.6-Эпюра деформации шатуна.

Рис.7-Эпюра напряжения крышки шатуна.

Рис.8-Эпюра перемещения крышки шатуна.

Рис.9-Эпюра деформации крышки шатуна.

Рис.10-Эпюра напряжения поршня.

Рис.11-Эпюра перемещения поршня.

Рис.12-Эпюра деформации поршня.

Рис.13-Эпюра напряжения маслосъемного кольца.

Рис.14-эпюра перемещения маслосъемного кольца.

Рис.15-Эпюра деформации маслосъемного кольца.

Рис.16-Эпюра напряжения пальца.

Рис.17-Эпюра перемещения пальца.

Рис.18-Эпюра деформации пальца.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма. Расчет деталей поршневой группы. Система охлаждения бензинового двигателя - расчет радиатора, жидкостного насоса, вентилятора. Расчет агрегатов системы смазки - масляного насоса и масляного радиатора.

    курсовая работа [461,5 K], добавлен 04.03.2013

  • Тепловой расчет двигателя, характерные объёмы цилиндров. Параметры состояния газа перед впускными клапанами. Индикаторные показатели двигателя. Определение масс движущихся частей кривошипно-шатунного механизма. Нагрузочная характеристика двигателя.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 07.01.2014

  • Тепловой расчет и тепловой баланс проектируемого двигателя. Кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма. Прочностной расчет поршневой и шатунной групп, коленчатого вала, механизма газораспределения. Расчет элементов систем смазки и охлаждения.

    дипломная работа [1,8 M], добавлен 08.04.2013

  • Кинематический и динамический расчет кривошипно-шатунного механизма. Силы и моменты, действующие в КШМ. Определение скоростей и ускорений поршня и шатуна, избыточного давления продуктов сгорания. Приведение масс деталей. Уравновешивание двигателя.

    курсовая работа [1017,4 K], добавлен 24.03.2015

  • Описание механизма и технические характеристики двигателя ЗМЗ 4063. Порядок выполнения операций разборки-сборки блока цилиндров и головки блока. Технологический процесс ремонта головки и блока цилиндров двигателя. Диагностика отремонтированного двигателя.

    дипломная работа [5,3 M], добавлен 12.07.2012

  • Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Основные показатели и размеры цилиндра двигателя. Порядок выполнения расчета для поршневого двигателя. Электрооборудование и система пуска автомобиля. Расчет деталей газораспределительного механизма.

    дипломная работа [2,6 M], добавлен 05.12.2011

  • Двигатель внутреннего сгорания. Простейшая принципиальная схема привода автомобиля. Кинематический и динамический анализ кривошипно-шатунного механизма. Силовой расчет трансмиссии автомобиля. Прочностной расчет поршня и поршневого пальца двигателя.

    курсовая работа [31,6 K], добавлен 06.06.2010

  • Выбор параметров к тепловому расчету, расчет процессов наполнения, сжатия, сгорания и расширения. Индикаторные и эффективные показатели работы двигателя, приведение масс кривошипно-шатунного механизма, силы инерции. Расчет деталей двигателя на прочность.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 09.04.2010

  • Динамический расчёт двигателя. Кинематика кривошипно-шатунного механизма. Расчёт деталей поршневой группы. Система охлаждения двигателя. Расчет радиатора, жидкостного насоса, вентилятора. Система смазки двигателя, его эксплуатационная надёжность.

    курсовая работа [445,6 K], добавлен 27.02.2013

  • Тепловой расчёт двигателя. Определение основных размеров и удельных параметров двигателя. Выбор отношения радиуса кривошипа к длине шатуна. Расчет индикаторных параметров четырехтактного дизеля. Динамика и уравновешивание двигателя внутреннего сгорания.

    курсовая работа [396,0 K], добавлен 18.12.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.