Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания (стр. 8 из 10)

– Задиальный зазор кольца в канавке поршня: Δt=0,9мм;

– Толщина стенки головки поршня S=7мм;

– Толщина первой кольцевой перемычки h_п=5мм;

– Число масляных каналов в поршне n_м^/=4 шт;

– Диаметр масляного канала d_м=0,9 мм.

Материал поршня – высококремнистый аллюминивый сплав.

α_п = 25^.10^-6 1/град. – коэффициент линейного расширения материала поршня.

Материал гильзы цилиндра – серый чугун.

α_в = 11^.10^-6 1/град.

Напряжение изгиба в днище поршня:

σ_из = P_zmax ^. (r_i/δ)² , (128)

где, r_i = (D/2)-(S + t + Δt) = (100/2)-(7 + 4 + 0,9) = 38,1мм.

σ_из = 7,57^. (38,1/9)² = 135,7 МПа.

Днище поршня должно быть усилено рёбрами жёсткости.

При наличии у днища рёбер жёсткости расчётное напряжение не превышает допустимого значения [σ_из]=50÷150МПа.

Напряжение сжатия в сечении х-х:

σ_сж=Р_zmax/F_x-xМПа, (129)

где Р_zmax = р_z ^. F_п = 7,57 ^. 78,5 ^. 10^-4 = 0,059 МН – максимальная сила давления газов на днище поршня.

F_x-x- площадь сечения х-х.

F_x-x = (π/4) ^. (d_r²-d_i²) - n_м^{/ .} F^/ мм², (130)

где F^/- площадь продольного диаметрального сечения масляного канала, мм.

F^/ = ((d_x-d_i) / 2) ^.d_м (131)

где

– диаметр поршня по дну канавок;

.

.

Напряжение разрыва в сечении Х-Х. Сила инерции возвратно-поступательного движущихся масс определяется для режима максимальной частоты вращения при холостом ходе двигателя.

– Максимальная угловая скорость холостого хода:

, (132)

рад/с.

– Масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения х-х, определяется по геометрическим размерам ил по формуле:

(133)

кг.

– Сила инерции возвратно-поступательного движущихся масс определяется для режима максимальной частоты вращения при холостом ходе двигателя.

Максимальная разрывающая сила:

(134)

МН.

– Напряжение разрыва:

(135)

МПа

= 2,78 МПа < [ ] = 4÷10МПа – для алюминиевых сплавов.

Напряжение в верхней кольцевой перемычке:

Толщина верхней кольцевой перемычки форсированных двигателей с высокой степенью сжатия рассчитывается на срез и и изгиб от действия максимальных газовых усилий.

– Напряжение среза кольцевой перемычки:

τ = 0,0314 ^. р_zмах ^. D / h_п (136)

Мпа.

– Напряжение изгиба:

(137)

Мпа.

– Сложное напряжение:

(138)

Мпа.

= 16,6 МПа < [ ] = 30 ÷ 40 МПа.

Удельные давления юбки поршня и всей высоты на стенку цилиндра определяются соответственно:

, (139)

где N_max – наибольшая нормальная сила, действующая на стенку цилиндра при работе двигателя на режиме максимальной мощности;

МПа.

(140)

МПа.

В целях предотвращения заклинивания поршней при работе двигателя диаметров головки и юбки поршня определяют, из наличия необходимых зазоров между стенками цилиндра и поршня в холодном состоянии:

; (141)

, (142)

где

мм – диаметральный зазор между стенкой цилиндра и головкой поршня;

мм – диаметральный зазор между стенкой цилиндра и юбкой поршня;

мм;

мм.

Правильность установленных размеров проверяют по формулам:

(143)

.

(144)

где

и - коэффициенты линейного расширения материалов цилиндров и поршня;

Т_ц,=388 К; Т_г=523 К; Т_ю=403 К – соответственно температура стенок цилиндра, головки и юбки, принятые с учетом водяного охлаждения;

Т_о – начальная температура цилиндра и поршня;

и - диаметральные зазоры в горячем состоянии;

5.1.2 Расчет поршневого кольца

Поршневые кольца работают в условиях высоких температур и значительных переменных нагрузок.

В качестве материала для колец используют серый чугун.

Материал кольца – серый чугун, Е = 1∙10⁵ МПа – модуль упругости материала кольца.

Среднее давление кольца на стенку цилиндра:

, (145)

где А_о = 3,3∙t = 3,3∙4 = 13,2 мм – разность мужду величинами зазоров замка кольца в свободном рабочем состоянии.

Мпа.

При снижении частоты вращения двигателя и увеличении диаметра цилиндра величина р_ср. должна иметь значение ближе к нижнему пределу. Для определения хорошей приработки кольца и надежного уплотнения давления р кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности должно изменяться по эпюре. Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности:

, (146)

где

- для различных углов взято из таблицы.

Результаты подсчета р заносим в таблицу 11

Таблица 11- Давление кольца на стенку цилиндра.

, град	0	30	60	90	120	150	180
	1,05	1,05	1,14	0,9	0,45	0,67	2,85
р, МПа	0,152	0,152	0,165	0,13	0,065	0,097	0,413

По данным табл 11, строим эпюру давлений кольца на стенку цилиндра.

Значительное повышение давления у замка способствует равномерному износу кольца по окружности.

Напряжения изгиба кольца в рабочем состоянии:

(147)

МПа

Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень:

, (148)

МПа

где m = 1,57 – коэффициент, зависящий от способа надевания кольца;

Монтажный зазор в замке поршневого кольца в холодном состоянии:

(149)

где

минимальный допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя;

Т_к=488 К; Т_ц=388 К; Т₀=288 К – соответственно температура кольца, стенок цилиндра, принятые с учетом водяного охлаждения;