Выбор размеров и расчет на прочность деталей поршневой группы

Поршневая группа состоит из следующих основных деталей:

• поршня цельного;

• поршневых колец, компрессионных и маслосъемных;

• поршневого пальца, плавающего.

Конструкция поршневой группы должна разрабатываться с учетом следующих требований:

• обеспечение надежного уплотнения полости цилиндра;

• эффективный отвод тепла от головки поршня;

• достаточно развиты опорные поверхности поршневого пальца для обеспечения умеренных удельных давлений;

• минимально возможная масса при сохранении необходимой прочности и жесткости.

Размеры деталей поршневой группы выбираются по обобщенным соотношениям выполненных двигателей.

Конструкция поршня.

Поршень чугунный, не охлаждаемый.

Толщина днища: 0, 052 м

Длина тронка: 1,23 м

Общая длина поршня: 1,35 м

Расстояние между бобышками: 0,156 м

Длина поршневого пальца: 0, 313 м

Диаметр поршневого пальца: 0,14 м

Число компрессионных колец: 4

Нагрузки на элементы поршня.

Напряжения в днище: 113 МПа

Напряжения в пальце: 116 МПа

Удельное давление тронка: 0, 603 МПа

Удельное давление в бобышках: 47,4 МПа

Учитывая нагрузки, действующие на поршень, подбирается материал для его изготовления. Для изготовления поршня выбираем СЧ45 ГОСТ 1412-85 пределом прочности [_в]=310 МПа (при t=200 ⁰С). Материал поршневых колец – сталь 50Г по ГОСТ 1050-74. Материал поршневого пальца – сталь 15 по ГОСТ 1050-74, предел прочности [_в]=373 МПа.

Подвод масла к головке осуществляется через шатун.

Выбор размеров и расчет на прочность деталей шатунной группы

Шатунная группа тронковых двигателей состоит из следующих элементов:

• стержня шатуна с поршневой головкой;

• разъемной кривошипной головки, верхняя половина которой может выполняться за одно целое со стержнем шатуна или отдельно от него;

• шатунных болтов;

• вкладышей подшипников.

Изготовляют чугуны ковкой с последующей термической и механической обработкой, исключающей возможность появления зон концентрации напряжений в процессе работы.

Конструктивные формы шатунов тронковых двигателей зависят от типа двигателя, его быстроходности, тактности, применяемых материалов, ресурса и ряда других факторов.

Поршневая головка шатуна отковывается за одно со стержнем в виде замкнутой проушины цилиндрической формы, имеющей плавное сопряжение со стержнем шатуна. В отверстие поршневой головки с начальным натягом устанавливают бронзовую втулку. Размеры поршневой головки определяются размерами поршневого пальца и возможностью размещения ее внутри поршня.

Конструкция шатунных болтов должна отвечать требованиям прочности и надежности при длительной работе.

Конструкция шатуна.

Шатун со стержнем круглого сечения.

Минимальный диаметр у верхней головки: 0,10 м

Диаметр средней части стержня: 0, 116 м

Диаметр сверления в стержне: 0, 023 м

Нижняя головка шатуна с прямым разъемом скрепляется двумя шатунными болтами

Диаметр шатунных болтов: 0,012 м

Нагрузки на элементы шатуна, мПа

Напряжения сжатия в минимальном сечении: 156,4 МПа

Сложные напряжения сжатия и изгиба:

В плоскости качания 172,4 МПа

В перпендикулярной плоскости 125,0 МПа

Напряжения в материале шатунного болта (шпильки) 97,18 МПа

Материал стержня шатуна – сталь 40Х ГОСТ 4543-84, с пределом прочности [_в]=981 МПа и пределом текучести [_т]=785 МПа.

Материал шатунных болтов –40ХНМА ГОСТ 4543-84 [_в]=1079 МПа; [_т]=932 МПа

Болты изготавливаются ковкой или штамповкой с последующей термической или механической обработкой.

Вкладыш подшипника нижней головки шатуна изготовляется из алюминиевого сплава – АО 9-2: [_в]=147 МПа; [_т]=88 МПа; =4%

Вкладыш верхней головки представляет собой втулку, выполненную из бронзы Бр АЖ – 9-1 по ГОСТ 493-79.