Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания (стр. 9 из 10)
То – начальная температура цилиндра и кольца;
= 
= 
1/град.5.1.3 Расчет поршневого пальца
Во время работы двигателя поршневой палец подвергается воздействию переменных нагрузок, приводящих к возникновению напряжений изгиба, сдвига, смятия и овализации. В соответствии с указанными условиями работы к материалам, применяемым для изготовления пальцев, предъявляются требования высокой прочности и вязкости. Этим требованиям удовлетворяют цементированные малоуглеродистые и легированные стали.
Расчет поршневого пальца включает определение удельных давлений пальца на втулку верхней головки шатуна и на бобышки, а также напряжений от изгиба, среза и овализации.
Основные конструктивные размеры поршневого пальца берем из таблицы 51[1]:
Принимаем nм=1650 об/мин при Mmax = 277 Н∙м;
Наружный диаметр пальца dп = 28 мм;
Внутренний диаметр пальца dВ = 18,2 мм;
Длина пальца Lп = 78 мм;
Длина втулки шатуна Lш = 33 мм;
Расстояние между торцами бобышек b = 37 мм;
Материал поршневого пальца – сталь 15Х, Е=2∙105 МПа;
Палец плавающего типа.
Расчетная сила, действующая на поршневой палец:
– газовая:
(150) 
МН– инерционная:
(151) 
МН,где ωМ = π ∙ n /30 = 3,14 ∙ 1650 / 30=173 рад/с.
– расчетная:
(152) 
МН,где k – коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца; k=0,76÷0,86; принимаем k=0,83.
Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна:
(153) 
Мпа.Удельное давление пальца на бобышки:
(154) 
Мпа.Напряжение изгиба в среднем сечении пальца:
(155) 
где
- отношение внутреннего диаметра к наружному;Касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна:
(156) 
Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации:
(157) 
Напряжения, возникающие при овализации пальца на внешней и внутренней поверхностях, определяют для горизонтальной и вертикальной плоскостей по следующим формулам:
Напряжение на внешней поверхности пальца:
– В горизонтальной плоскости (точки 1; Ψ=0º):
– В вертикальной плоскости (точки 3; Ψ=90º):
(159) 
Напряжения овализации на внутренней поверхности пальца:
– В горизонтальной плоскости (точки 2; Ψ=0º)::
(160) 
– В вертикальной плоскости (точки 4; Ψ=90º):
(161) 
5.1.4 Расчет гильзы цилиндра
Диаметр цилиндра D = 100 мм;
Максимальное давление сгорания рz = 7,57 МПа ;
Материал гильзы цилиндра – чугун,
= 11∙10-6 1/К;Е=1,0∙105МПа;
μ = 0,24 - коэффициент Пуассона для чугуна;
Толщина стенки гильзы цилиндра бг = 8 мм;
σz = 60 МПа – допустимое напряжение на растяжение для чугуна;
ΔТ= 110 К- перепад температур между внутренней и наружной поверхностью гильзы
Толщина стенки гильзы цилиндра выбирается конструктивно: δг = 8 мм.
Расчетная толщина стенки гильзы цилиндра:
δг.р = 0,5 ∙ D ∙ [
] (162)δг.р = 0,5∙ 100 ∙
]= 6 мм;Толщина стенки гильзы выбрана с некоторым запасом прочности, т.к. δг. > δг.р.
Напряжение растяжения от действия максимального давления:
σр = рzмах ∙D /(2 ∙ δг) (163)
σр = 7,57∙100 / (2 ∙8) = 47,3 Мпа,
[σр] = 30÷60 МПа.
Температурные напряжения в гильзе:
Σt = Е ∙ αц ∙Δt /(2 ∙ (1- μ)) , (164)
где Δt=110ºC – температурный перепад между внутренней и наружной поверхнотями гильзы.
σt = 1 ∙ 105 ∙ 11 ∙ 106∙ 110 / (2 ∙ (1 - 0,24)) = 79,6 МПа.
Суммарные напряжения в гильзе цилиндра от действия давления газов и перепадов температур:
– На наружной поверхности:
σΣ́ = σр + σt (165)
σΣ́ =47,3+79,6= 126,9 МПа.
[σΣ́] =100÷130 МПа
– На внутренней поверхности:
σΣ// = σр – σt (166)
σΣ// =47,3 - 79,6= -32,2 МПа.
6. Расчет систем двигателя
6.1 Расчет элементов системы смазки
Масляной насос служит для подачи масла к трущимся поверхностям движущихся частей двигателя. По конструктивному исполнению масляные насосы делятся на винтовые и шестеренчатые. Шестеренчатые насосы отличаются простотой устройства, компактностью, надежностью в работе и являются наиболее распространенными в автомобильных и тракторных двигателях.
Масляная система обеспечивает смазку деталей двигателя в целях уменьшения трения, предотвращения коррозии, удаления продуктов износа и частичное охлаждение его отдельных узлов. В зависимости от типа и конструкции двигателя применяются различные системы смазки: разбрызгиванием, под давлением и комбинированная. Большинство автомобилей имеют комбинированную систему смазки.
Расчет масляного насоса.
Расчет масляного насоса состоит в определении размеров его шестерен. Этому расчету предшествует определение циркуляционного расхода масла в системе.
Общее количество тепла, выделяемого топливом, за 1 с: Qo= 220,1 кДж/с
Количество тепла отводимого маслом от двигателя:
(167) 
кДж/сСредняя теплоемкость масла: См=2,094 кДж /(кг∙К).
Плотность масла: rм = 900 кг/м3.
Циркуляционный расход масла:
, (168) 
м3/c,где
=10 – температура нагрева масла, 0C.Для стабилизации давления масла в системе двигателя циркуляционный расход масла обычно увеличивается в 2 раза:
(169) 
м3/с.Объемный коэффициент подачи: hн = 0,7.
В связи с утечками масла через торцовые и радиальные зазоры насоса расчетную производительность его определяют с учетом коэффициента подачи:
(170) 
м3/с.Рабочее давление масла в системе р =3,5∙105 Па.
Механический К.П.Д. масляного насоса hмн = 0,86.
Мощность, затрачиваемая на привод масляного насоса:
(171) 
кВт.6.2 Расчет элементов системы охлаждения
Охлаждение двигателя применяется в целях принудительного отвода тепла от нагретых деталей для обеспечения оптимального теплового состояния двигателя и его нормальной работы. Большая часть отводимого тепла воспринимается системой охлаждения, меньшая – системой смазки и непосредственно окружающей средой.