Расчёт основных деталей двигателя
Поршневая группа
Рис. 5.1 Схема поршня
Поршень
Наиболее напряженным элементом поршневой группы является поршень, имеющий ударный характер приложения нагрузки, контакт с горячими газами
(Тz = 2500…2800 C°), коррозионный и механический износ.
Поэтому к материалу поршня при его изготовлении предъявляются повышенные требования.
Поршни дизелей имеют более теплонапряженный режим работы из – за: высокой турбулизации и плотности газовой среды; интенсивного теплового излучения из – за горения жидких углеводородов непосредственно в камере сгорания; высокая неравномерность температурных полей (объёмное сгорание + впрыск топлива непосредственно в пламя). Схема поршня представлена на рис. 5.1.
Материал поршня – алюминиевый сплав АК – 25М2 ГОСТ 2685).
Исходные данные для расчета:
D = 87 мм – диаметр поршня;
mпк = 0,5 кг – масса поршневого комплекта;
R = 47 мм – радиус кривошипа;
nxx = 5100 об/мин – максимальная частота вращения холостого хода;
nном = 4200 об/мин – номинальная частота вращения;
l =0,318 – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;
Pz =11 МПа – максимальное давление цикла;
Максимальная сила давления газов на поршень:
Расчет верхней кольцевой перемычки.
hП = 5,0 мм – толщина верхней кольцевой перемычки.
Напряжение среза:
;
Напряжение изгиба:
;
Эквивалентное напряжение:
;
Опасное сечение по канавке маслосъёмного кольца.
dK = 77 мм – внутренний диаметр кольца;
d1 = 30 мм – внутренний диаметр поршня;
nM = 6 – число дренажных отверстий;
d0 = 2,0 мм – диаметр дренажных отверстий.
Разрывающая сила инерции в опасном сечении Х – Х:
Сила инерции в опасном сечении при расчете на номинальном режиме работы:
Площадь опасного сечения Х – Х:
Напряжения в опасном сечении:
;
;
Удельная нагрузка на бобышки.
lБ = 18,0 мм – длина опорной поверхности бобышек;
dП = 30 мм – диаметр поршневого пальца.
Удельная нагрузка на юбку поршня от нормальной силы.
hЮ = 56 мм – высота юбки поршня;
Nmax = 3437 Н – максимальная нормальная сила, действующая на поршень.
Динамические зазоры в горячем состоянии.
Зазоры в холодном состоянии:
DГ = 0,2 мм – зазор между головкой поршня и цилиндром в холодном состоянии;
DЮ = 0,1 мм – зазор между юбкой поршня и цилиндром в холодном состоянии;
aЦ = 11×10-6 1/С – коэффициент линейного расширения материала цилиндра (чугун);
aП = 22×10-6 1/С – коэффициент линейного расширения материала поршня (алюминий).
Зазор между головкой поршня и цилиндра в горячем состоянии:
tП = 330 С° - температура поршня;
tЦ = 170 С° - температура цилиндра.
Зазор между юбкой поршня и цилиндром в горячем состоянии:
tП = 190 С° - температура юбки;
tЦ = 170 С° - температура цилиндра.
5.1.2 Расчет поршневых колец
Поршневые кольца работают в условиях высоких температур и значительных переменных нагрузок (контакт с горячими газами (t = 2500…2800 С°), затруднена подача смазки (полусухое трение)). Изготовляют их из серого или легированного чугуна.