Расчет параметров рабочего процесса и выбор элементтов конструкции тепловозного двигателя (стр. 6 из 7)
где Nmax - максимальная сила бокового давленая на стенку поршня цилиндра, МН;
Н - длина тронковой части поршня (за вычетом ширины колец).
Для чугунных неохлаждаемых поршней Кmax= 0,35 0,45, МПа, для чугунных охлаждаемых - 0,55 - 0,65, а для алюминиевых - 0,8 - 1,0, МПа. Для некоторых форсированных дизелей значение Кmax может быть повышено до 1,1 МПа.
5.3. Шатун
В зависимости от типа двигателя выбирается конструкция шатуна и принимаются его ориентировочные размеры.
Размеры нижней головки шатуна следует согласовать с размерами шатунной шейки коленчатого вала, а верхней – с размерами поршневого пальца и расстоянием между внутренними гранями бобышек поршня.
В зависимости от типа двигателей по литературным данным [1, 2] выбирается конструкция шатуна (см. рис.13 - 15) и принимаются его ориентировочные размеры. При этом расчёт выполняется при выбранном значении - (отношение радиуса кривошипаR, к длине шатунаL), связанного с величиной силы Nи габаритными размерами двигателя.
Ориентировочная длина втулки верхней головки шатуна lш рассчитывается из соотношения:
· для закреплённого в бобышках поршневого пальца:
, м;· для плавающего поршневого пальца:
, м;Проверочный расчёт на прочность производился, как правило, для стержня шатуна из условия деформации его от действия максимальной величины силы К:
, МПа,где Fст = 0,06 0,12 - средняя площадь поперечногосечения стержня, м.
[sсж] 80 120 МПа - для углеродистых сталей и
[sсж] 120 - 180 МПа – для легированных сталей.
Ориентировочные размеры шатунов определяютсяиз соотношений, представленных в табл. 9.
Таблица 9.
| Значения для дизелей | |||
| Параметры | Рядный | V-образный | |
| Главный | Прицепной | ||
| Отношение L/R | 3,5 5 | 3,5 4,5 | 2,5 3 |
| Диаметр пальца, dп | (0,4-0,45)D | (0,4-0,45)D | (0,4-0,45)D |
| Диаметр головки, dг | (1,5-1,7)dп | (1,4-1,5)dп | (1,4-1,5)dп |
| Диаметр шейки, dш | (0,6-0,8)D | (0,6-0,8)D | |
| Толщина вкладыша Sв (в для прицепного), мм | 1 - 4 | 1 4 | (0,07-0,12)dп |
| Толщина вкладыша, Sм (п для прицепного), | (0,02-0,03)D | (0,06-0,08)dп | |
| Ширина шатуна, l1:- при двух болтах- при четырех болтах | (1,5 - 1,6)dш(1,3 - 1,4)dш | (0,9-1,2)dп | |
| Расстояние между шатунными болтами, l2:- при двух болтах- при четырех болтах | (1,2-1,25)dш(1,13-1,2)dш | (1,15-1,2)dш(1,15-1,2)dш | |
| Ширина нижней головки, в (l2 для прицепного) | (0,8 - 1,5)dш | (0,7-0,9)dш | (0,7-0,9)dп |
| Толщина крышки, h1 | (0,5-0,65)dш | (0,25-0,3)dш | |
| Толщина нижней головки, h2 | (0,55-0,65)dш | ||
| Диаметр отверстия под палец прицепного шатуна, d (d1 для прицепного) | (0,85-0,9)dп | (0,85-0,9)dп | |
| Диаметр отверстия под вкладыш, dш+2Sм (d2 для прицепного) | (0,6-0,8)D+2(0,03-0,07)D | (0,6-0,8)D+2(0,02-0,03)D | (0,6-0,8)D+2(0,06-0,08)D |
| Наружная ширина прицепной проушины, в1, мм | в - 2мм | ||
| Внутренняя ширина прицепной проушины, в2 | 0,6.в1 | ||
5.4. Втулка цилиндра
Конструкция цилиндровых втулок некоторых тепловозных дизелей приведена на рис.16. Конструктивные соотношения в данных методических указаниях не рассматриваются.
6. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ВЕКТОРНОЙ ДИАГРАММЫ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ШАТУННУЮ ШЕЙКУ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДИЗЕЛЯ
Построение векторной диаграммы производится для оценки величины и направления силы, действующей на шейку кривошипа при каждом его положении, а также ее максимального и среднего значений. У однорядного двигателя на шатунную шейку действуют тангенциальная сила Т, нормальная сила Z и центробежная сила СШВ от вращающейся массы шатуна (см. рис. 5).
Сила СШВпостоянна по величине и направлению действия по отношению к шатунной шейке и при заданной угловой скорости коленчатого вала определяется по формуле:
, Н (66)где МШВ - масса шатуна, участвующая во вращательном движении. Принимают МШВ = МП при простом КШМ и МШВ = 2.МП для главного шатуна при наличии прицепного шатуна V-образного двигателя.
Алгебраическая сумма нормальных сил, действующих на шейку Z’равна
. Графически величину силы можно определить по кривой Z=f(j) (рис. 6, 7), сместив ось ординат на величину СШВ.В V-образном двигателе на шатунную шейку действует алгебраическая сумма сил ТSи Z’Sправого и левого цилиндров. Для упрощения расчета этих сил приняты допущения:
- индикаторные диаграммы в правом и левом цилиндрах идентичны, а поршни цилиндров соединяются с шатунной шейкой с помощью вильчатых или смещенных шатунов.
Силы ТS и Z’S определяют алгебраическим суммированием ординат кривых Т и Z’, смещенных по абсциссе на угол фазового смещения рабочих циклов правого и левого цилиндров. Для двухтактных двигателей этот угол равен углу развала цилиндров. Для четырехтактных двигателей можно принимать, что угол фазового смещения равен углу развала цилиндров плюс 3300 поворота коленчатого вала.
По полученным ТS и Z’Sстроится векторная диаграмма сил, действующих на шатунную шейку.
Оси координат целесообразно связать с кривошипом. Начало координат располагают в центре шатунной шейки (точка 0, рис.8) ось абсцисс совпадает с направлением нормальной силы Т (или ТS для V-образного двигателя), а ось ординат - с направлением тангенциальной силы Z(или Z’S для V-образного двигателя).
Положительные направления осей координат можно условно определить так же, как и для сил Z и Т. Для каждого положения кривошипа, начиная от 00 и до конца цикла откладывают в выбранном масштабе векторы сил Т(QТ) и Z(QZ) (за вычетом CШВ) и строят суммарные векторы Q:
.Концы векторов отмечают соответствующим утлом поворота кривошипа и соединяют последовательно плавной кривой, которая образует векторную диаграмму.
Радиусы-векторы, соединяющую точку 0 с точками на контуре векторной диаграммы, выражают по величине и направлению удельные силы Q, действующие на шатунную шейку вала при данных углах поворота кривошипа. Соответствующая каждому вектору сила приложена к поверхности шейки в точке пересечения окружности шейки с линией действия вектора (точка А, рис.8.) и направлена к центру 0.
7. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ ЧЕРТЕЖА ПОПЕРЕЧНОГО РАЗРЕЗА ДИЗЕЛЯ И УЗЛА
Поперечный разрез дизеля по одному из цилиндров при рядном их расположении и по двум при V-образном вычерчивается на листе формата А1 (576 х 814 мм).
Пособиями при разработке поперечного разреза двигателя могут служить альбомы, каталоги и отдельные чертежи тепловозных дизелей, техническая литература, содержащая описание и анализ выполненных конструкций, а также рекомендации по их выбору и расчету (см. список рекомендованной литературы). Студент должен из большого разнообразия конструктивных форм отдельных узлов и деталей выбрать наиболее прогрессивные и технологическом и технико-экономическом отношениях, учитывая особенности проектируемого дизеля (принятую схему расположения цилиндров, тактность, оборотность, величины давления наддува и максимального давления сгорания и т.д.).
На поперечном разрезе должны быть в соответствующем масштабе показаны: детали остова двигателя (поддизельная рама, картер, цилиндровые гильзы и крышки), их соединения, детали кривошипно-шатунного механизма (в соответствии с ранее проведенным расчетом), механизм газораспределении (вал, толкатели;, штанги, коромысла, клапаны), воздушные ресиверы и выхлопные коллекторы, корпуса форсунок и индивидуальных топливных насосов с толкателями и валом (блочные топливные насосы могут не показываться).
Мелкие детали (трубки системы смазки, топливопроводы болтовые соединения) на поперечном разрезе могут не показываться, однако студент обязан знать их устройство и работу.
Болты и шпильки могут полностью не вычерчиваться, а заменяться осевыми линиями.
Спецификация наиболее ответственных деталей, (коленчатый вал, части остова, поршень, шатун и т.д.) с указанием количества и материалов, выполненная в соответствии с требованиями ЕСКД, вкладывается в записку. В спецификацию следует также включить отдельные агрегаты, если они изображены на чертеже (форсунки, топливные насосы и др.) с указанием их количества на дизель. На поперечном разрезе двигателя показываются его габаритные размеры (ширина, высота). На свободном месте листа в виде таблицы необходимо выписать основные данные, характеризующие двигатель (тактность, номинальную и эффективную мощность, частоту вращения коленчатого вала, число цилиндров, их диаметр, ход поршня, среднее эффективное давление, максимальное давление сгорания, степень сжатия, значение эффективного КПД, а также вычертить в упрощенном виде в масштабе 1:50 или 1:100 вид дизеля сбоку.
При выполнения чертежа поперечного разреза дизеля обязательно проверяются: 1) ход поршня, 2) необходимая минимальная длина цилиндровой гильзы, 3) возможность выемки шатуновчерез гильзы цилиндров, 4) относительное расположение шатунов и гильз цилиндров при работе дизеля.