Дизель с улучшенной неразделённой системой топливоподачи с электронным управлением. ООО

Режим максимального крутящего момента
Частота вращения коленчатого вала: nm= 0,5·2150=1075 об/мин.
Максимальное давление газов при вспышке PzM принимается равным значению давления PzM =9,04, полученному в тепловом расчете при рассмотрении процесса сгорания.
Режим максимальной частоты вращения при холостом ходе
nхх=1,2·2150=2580 об/мин.
Максимальная сила давления газов при вспышке на этом режиме мала по сравнению с силами инерции, поэтому можно принять .

5.1 Расчет деталей цилиндровой группы
Расчет стенки цилиндра
Толщина стенки цилиндра (гильзы) (ц выбирается из условий достаточной жесткости и обеспечения достаточного количества ремонтных расточек.
Стенка цилиндра двигателя водяного охлаждения проверяется на разрыв по образующей от внутреннего давления газов при вспышке PzM на режиме максимального крутящего момента, м:


где D=0,1195 – диаметр цилиндра, м. [(]=90 - допускаемое нормальное напряжение на разрыв, МПа, для стали составляет от 80 МПа до 100 МПа.
Расчет силовых шпилек (болтов) крепления головки
Силовые шпильки (болты) крепления головки проверяются на усталостную прочность от газовых сил и усилия предварительной затяжки.
За расчетный режим следует принять режим максимального крутящего момента. Материал шпильки – сталь 18ХНВА.
пределы прочности σв=1200 МПа
текучести σт=1000 МПа
усталость при растяжении – сжатии σ-1р=380 МПа
коэффициент приведения цикла при растяжении – сжатии αϬ=0,22
Диаметр шпилек (болтов) ориентировочно может быть определен на основании статистических данных
d = (0.12 - 0.14)D=0,12·119,5= 14,34 мм.
Полученное значение d скорректируем до ближайшего значения по ГОСТ (приложение 2)[2] d =16мм.
и .
Проекция поверхности камеры сгорания на площадь, перпендикулярную оси цилиндра при верхнем расположении клапанов

Давления газов на одну шпильку

где iшп - число шпилек (болтов), окружающих один цилиндр, iшп = 6.
Сила предварительной затяжки

где m = 3 - коэффициент затяжки шпильки для соединений с прокладками. χ = 0,25 – коэффициент основной нагрузки резьбового соединения.
Суммарная сила, растягивающая шпильку, без учета силы Pt

Минимальная сила, растягивающая шпильки

Максимальные и минимальные напряжения, возникающие в шпильке



Среднее значение и амплитуда напряжений цикла, МПа,



где εм=0,95 – масштабный коэффициент (максимальный размер составляет 16 мм), εп=0,8 – коэффициент, поверхностной чувствительности, (грубое обтачивание).
Так как

то запас прочности шпильки определяется по пределу текучести




5.2. Расчет поршневой группы

Поршень
Из теплового и динамического расчетов:
диаметр цилиндра D =119,5 мм
ход поршня S=119,5 мм
давление сгорания pz=9,04 МПа
обороты nN= 2150 мин-1
площадь поршня Fп = 0,01121 м2
наибольшая нормальная сила Nmax = 0,00818 МН при ϕ=370º
масса поршневой группы mп = 2,354 кг
λ=0,27

Таблица 7. Основные конструктивные размеры
Название Дизельные двигатели Размер Толщина днища поршня (0,12…0,20)·D 15мм Высота поршня (1,0…1,5)·D 130мм Высота огневого (жарового) пояса (0,11…0,20)·D 20мм Толщина первой кольцевой перемычки (0,04…0,06)·D 5мм Высота верхней части поршня (0,6…1,0)·D 70мм Высота юбки поршня (0,6…0,7)·D 95мм Внутренний диаметр поршня D – 2·(S + t + Δt) 77,9мм Толщина стенки головки поршня (0,05…0,1)·D 15мм Толщина стенки юбки поршня 2…5 5мм Радиальная толщина кольца компрессионного (0,040…0,045)·D 5мм маслосъемного (0,038…0,043)·D 4,5мм Радиальный зазор кольца в канавке поршня компрессионного 0,7…0,95 0,8мм маслосъемного 0,9…1,1 1,0мм Высота кольца 1,5…4,0 4мм


Разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состоянии (2,5…4)·t 20мм Число масляных отверстий в поршне 6…12 10мм Диаметр масляного канала (0,3…0,5)·a 2мм Диаметр бобышки (0,3…0,5)·D 60мм Расстояние между торцами бобышек (0,3…0,5)·D 42мм Наружный диаметр поршневого пальца (0,3…0,38)·D 40мм Внутренний диаметр поршневого пальца (0,50…0,70)·D 20мм Длина пальца плавающего (0,80…0,85)·D 90мм Длина головки шатуна плавающего
пальца (0,33…0,45)·D 40мм
Напряжение изгиба в днище поршня

где – внутренний радиус днища,


Днище поршня должно быть усиленно ребрами жесткости.
Напряжение сжатия (МПа)

где Pz. max = pz·FП – максимальная сила давления газов на днище поршня (МН), Fx-x – площадь сечения х – х (м2)






Допустимое напряжение на сжатие [σсж] для поршней из алюминиевых сплавов составляет 30…40 МПа.
Напряжение разрыва (МПа) в сечении х – х

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс для режима максимальной частоты вращения при холостом ходе двигателя




Допустимые напряжения на разрыв для поршней из алюминиевых сплавов [σP] = 4…10 МПа.
Напряжение среза кольцевой перемычки (МПа)

Напряжение изгиба кольцевой перемычки

Сложное напряжение по третьей теории прочности

Допустимые напряжения σƩ (МПа) в верхних кольцевых перемычках с учетом значительных температурных нагрузок находятся в пределах: 30…40 – для поршней из алюминиевых сплавов.
Максимальные удельные давления (МПа) юбки поршня hЮ и всей высоты Н поршня на стенку цилиндра определяются из уравнений:


Для современных автомобильных и тракторных двигателей
q1 = 0,3…1,0,
q2 = 0,2…0,7.
В целях предотвращения заклинивания поршней при работе двигателя размеры диаметров головки DГ и юбки DЮ поршня определим исходя из наличия необходимых монтажных зазоров и между стенками цилиндра и поршня в холодном состоянии. По статистическим данным для алюминиевых поршней с неразрезными юбками = (0,006…0,008)·D=0,735мм, = (0,001…0,002)·D=0,210мм. Установив и , определяют
DГ = D – =119,5-0,735=118,765 мм.
DЮ = D – =119,5-0,210=119,29 мм.
Правильность установленных размеров DГ и DЮ проверяют по формулам:




где αЦ и αП – коэффициенты линейного расширения материалов цилиндра и поршня , для алюминиевых сплавов αЦ = αП = 22·106 1/К; ТЦ,ТГ,ТЮ–температура в рабочем состоянии стенок цилиндра, головки и юбки поршня соответственно, при жидкостном охлаждении ТЦ = 383…388, ТГ = 473…723 и ТЮ = 403…473 К, Т0 =293 К – начальная температура цилиндра и поршня.
Поршневые кольца
Для поршневого кольца выберем материал – серый чугун.
Среднее давление (МПа) кольца на стенку цилиндра

где Е – модуль упругости материала кольца, Е = 1·104 МПа


Допустимое среднее радиальное давление рСР (МПа) для компрессионных колец 0,11…0,37.
Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности определяется по формуле

где μК – переменный коэффициент, определяемый изготовителем в соответствии с принятой формой эпюры давления кольца на зеркало цилиндра.
Таблица 8. Значения коэффициента μК для различных углов ψ
Параметр Значение Угол ψ, определяющий положение текущего давления кольца, град 0 30 60 90 120 150 180 Коэффициент μК для дизельного двигателя 1,05 1,05 1,14 0,90 0,45 0,67 2,85 Давление кольца 0,1365 0,1365 0,1482 0,117 0,0585 0,0871 0,3705
Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии

Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень

где m =1,57 коэффициент, зависящий от способа надевания кольца на поршень. Допустимое напряжение при изгибе кольца 220-450МПа.
Монтажный зазор в прямом замке поршневого кольца в холодном состоянии


где Δ´К – минимально допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя Δ´К = 0,06…0,10 мм.

Поршневой палец
Материал поршневого пальца – сталь 12ХН3А, Е=2,2∙106МПа.
Расчетная сила, действующая на поршневой палец:
газовая

инерционная

расчетная

где k = 0,76...86 коэффициент учитывающий массу поршневого пальца.
Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна

Удельное давление плавающего пальца на бобышки


где lп – общая длина пальца (м); b – расстояние между торцами бобышек (м); (lп – b) – длина опорной поверхности пальца в бобышках (м).
Для современных автомобильных и тракторных двигателей qШ = 40…80 МПа и qБ = 25…60 МПа. Нижние пределы относятся к тракторным двигателям.
Напряжение изгиба пальца при условии распределения нагрузки по длине пальца согласно эпюре
где – отношение внутреннего диаметра пальца к наружному.
Для автомобильных и тракторных двигателей [σИЗ] = 100…250 МПа.
Касательные напряжения от среза пальца в сечениях, расположенных между бобышками и головкой шатуна

Для автомобильных и тракторных двигателей [τ] = 60…250 МПа.
Максимальная овализация пальца, т. е. наибольшее увеличение горизонтального диаметра ΔdП. max (мм), наблюдается в его средней, самой напряженной части:


где Е – модуль упругости материала пальца, для стали ЕП = (2,0…2,3)·105 МПа. Значение Δdп. max не должно быть больше 0,03…0,06 мм.
Напряжения, возникающие при овализации пальца на внешней и внутренней поверхностях , определяют для горизонтальной (точки 1 и 2 при φ = 0°) и вертикальной (точки 3 и 4 при φ = 90°) плоскостей по следующим формулам:
на внешней поверхности пальца в горизонтальной плоскости (точки 1, ψ = 0)


на внешней поверхности пальца в вертикальной плоскости (точки 3,ψ= 90˚)


на внутренней поверхности пальца в горизонтальной плоскости(точки2, ψ= 0°)


на внутренней поверхности пальца в вертикальной плоскости (точки 4, ψ=90°)


Наибольшее напряжение овализации возникает на внутренней поверхности пальца в горизонтальной плоскости. Это напряжение не должно превышать 300…350 МПа.





Список использованной литературы

1. Автомобильные двигатели : учебник для вузов / М. Г. Шатров [и др.] ; под ред. М. Г. Шатрова .— 2-е изд., испр. — Москва : Академия, 2011 .— 463 с. : ил
2. Дизельные двигатели транспортных и технологических машин : учебное пособие / А. И. Хорош, И. А. Хорош .— 2-е изд., испр. — Санкт-Петербург [и др.] : Лань, 2012 .— 703 с.
3. Автомобильные двигатели: курсовое проектирование : учебное пособие для вузов / М. Г. Шатров [и др.] ; под ред. М. Г. Шатрова .— 2-е изд., испр. — Москва : Академия, 2012 .— 256 с. : ил.
4. Колчин А. И. Демидов В. П. «Расчет автомобильных и тракторных двигателей». Москва, Высшая школа, 2008г .






















32

Лист

Дата

Подпись




31

Лист




35

Лист

Дата

Подпись




36

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




37

Лист

6

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




15

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




5

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.



Н. Контр.



Реценз.



Провер.






22

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




24

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.



2

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Разраб.









29

Лист












26

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




17

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




18

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




30

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




33

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




34

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

№ докум.

Лист

Изм.

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




28

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




27

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




21
















25

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




38

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




16

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




20
















14

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




12

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




13

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

№ докум.

Лист

Изм.




19
















4

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.












23

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




10

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




3

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




7

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




9

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




11

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.




8

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.






38

Листов

Лит.





Утверд.

Изм.