Расчёт поршня

Расчет поршневой группы

Рис 1.1. Расчётная схема поршневой группы

Расчёт поршня

исходные данные

Параметр	Буквенное обозначение	Единица измерения	Численное значение
Диаметр цилиндра	D	мм
Ход поршня	S	мм
Максимальное давление сгорания	PzД	МПа	8,94
Площадь поршня	Fп	см^2	86,54625
Наибольшая номальная сила	Nmax	кН	0,004310
Масса поршневой группы	mп	кг	0,63585
Частота вращения	nx.x.max	мин^-1
Отношение R/L	l		0,27
Материал поршня	ап	Алюминиевый сплав	0,000022
Материал гильзы цилиндра	ац	Чугун	0,000011

Наименование элементов поршня	Дизельный двигатель	Принимаем, мм
Толщина днища поршня d	(0,12—0,20)D
Высота поршня, H	(1,00 — 1,50)D	136,5
Высота огневого (жарового) пояса, e	(0,11—0,20)D	52,5
Толщина первой кольцевой перемычки, hп	(0,04—0,06)D	4,2
Высота верхней части поршня, h1	(0,60 — 1,00)D
Высота юбки поршня, hю	(0,60—0,70)D	68,25
Внутренний диаметр поршня, di	di=D-2 (s+t)+Δt	75,25
Толщина стенки головки поршня, s	(0,05—0,10)D	10,5
Толщина стенка юбки поршня, dю, мм	2,00—5,00
Радиальная толщина кольца, t:
компрессионного	(0,040—0,045)D	4,725
маслосьемного	(0,038—0,043)D	3,99
Радиальный зазор кольца в канавке поршня, Δt, мм:
компрессионного	0,70—0,95	0,7
маслосьемного	0,90—1,10
Высота кольца, а, мм	3,00—5,00
Разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состоянии, Ao
(3,2—4,0) t	16,5375
Число масляных отверстий в поршне, пм	6—12
Диаметр масляного канала, dм	(0,3—0,5) a	0,6
Диаметр бобышки, dб	(0,3—0,5)D
Расстояние между торцами бобышек, b	(0,3—0,5)D	31,5
Наружный диаметр поршневого пальца, dп	(0,30—0,38)D	39,9
Внутренний диаметр поршневого пальца, dв	(0,50—0,70) dп	19,95
Длина пальца, lп:
закрепленного	(0,85—0,90)D	94,5
плавающего	(0,80—0,85)D	89,25
Длина головки шатуна, lш:
при закрепленном пальце	(0,28— 0,32)D	33,6
при плавающем пальце	(0,33—0,45)D	47,25

площадь сечения х-х

мм;

мм;

мм²;

мм²;

м²

напряжение изгиба в сечении Х-Х

МПа

где мм

днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости

максимальная сжимающая сила

;

напряжение сжатия

МПа;

допустимые напряжения на сжатие для поршней с ребрами жескости из алюминиевых сплавов составляют

напряжение разрыва в сечении х-х

максимальная угловая скорость холостого хода

мин^-1;

масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения х-х

кг;

максимальная разрывающая сила

МН

напряжение разрыва

МПа

допустимые напряжения на разрыв для поршней из алюминиевых сплавов составляют

напряжения в верхней кольцевой перемычке

- Среза:

МПа

- Изгиба:

МПа

- Сложное:

МПа

допускаемые сложные напряжения в верхних кольцевых перемычках для поршней из алюминиевых сплавов составляют

удельные давления поршня на стенку цилиндра

гарантированная подвижность поршня в цилиндре

диаметры головки и юбки поршня

где

диаметральные зазоры в горячем состоянии

где T_ц= 385 К, T_г= 490 К, T_ю= 430 К приняты с учетом водяного охлаждения двигателя, T₀= 293 К – начальная температура цилиндра и поршня.

при нормальной работе поршня

Расчёт компрессионного кольца

исходные данные

Таблица 2.1

Параметр	Буквенное обозначение	Единица измерения	Численное значение
Радиальная толщина кольца	t	мм	4,725
Материал гильзы цилиндра	aц	чугун	0,000011
Материал кольца	ак	чугун	0,000011
E	МПа	1,2E+05

среднее давление кольца на стенку цилиндра

где .

допустимое среднее радиальное давление для компрессионных колец составляет p_ср =0,11 – 0,37 МПа

давление (МПа) кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности при каплевидной форме эпюры давления

результаты расчета p, а также для различных углов приведены ниже:

,град
	1,05	1,05	1,14	0,9	0,45	0,67	2,85
p, МПа	0,2705	0,2705	0,2937	0,2319	0,1159	0,1726	0,7342

по этим данным строим эпюру давлений кольца на стенку цилиндра

грушевидная эпюра давления компрессионного кольца на зеркало цилиндра

напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии

напряжение изгиба при надевании кольца на поршень

допустимые напряжения при изгибе кольца составляют =220 – 450 Мпа

монтажный зазор в замк е поршневого кольца

где 0,08 мм - минимальный допустимый зазор в замке кольца во время работы ДВС, Т_ц = 385 К, Т_к = 500 К, Т₀ = 293 К.

Расчёт поршневого пальца

исходные данные

Параметр	Буквенное обозначение	Единица измерения	Численное значение
Наружный диаметр пальца	dп	мм	39,9
Внутренний диаметр пальца	dв	мм	19,95
Длина пальца	lп	мм	89,25
Длина втулки шатуна	lш	мм	33,6
Расстояние между торцами бобышек	b	мм	31,5
Материал поршневого пальца	E= сталь 15Х	МПа

расчётная сила, действующая на поршневой палец

газовая

МН

инерционная

Н

где мин^-1 - цикловая скорость коленчатого вала.

расчётная

МН

удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна

МПа

удельное давление пальца на бобышки

МПа

для современных автомобильных и тракторных двигателей q_ш=20 – 60 МПа и q_б=15 – 50 МПа.

напряжение изгиба в среднем сечени и пальца

МПа

где - отношение внутреннего диаметра пальца к наружному.

для автомобильных и тракторных двигателей

касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна

МПа

для автомобильных и тракторных двигателей

наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации

допустиме знаения для

напряжения овализации на внешней поверхности пальца

в горизонтальной плоскости (точки 1, )

в вертикальной плоскости (точки 3, )

напряжения овализации на внутренней поверхностти пальца

в горизонтальной плоскости (точки 2, )

в вертикальной плоскости (точки 4, )

наибольшее напряжение овализации возникает на внутренней поверхности пальца в горизонтальной плоскости.

это напряжение не должно превышать 300…350 МПа

Рис.3.1. Расчетная схема поршневого пальца:

а - распределение нагрузки; б - эпюры напряжений

Дата добавления: 2015-07-25