5.3.2. Расчёт прочности поршневого кольца
На рабочем режиме кольцо находится в сжатом состоянии и испытывает напряжения изгиба, возникающие в результате действия сил давления от стенок цилиндра, которые направлены радиально к центру кольца. При этом наружные волокна кольца растянуты, а внутренние – сжаты. Рассматривая кольцо как криволинейный брус, лежащий в одной плоскости и нагруженный равномерно распределённой нагрузкой, определяем напряжения изгиба.
Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии
,
где P – величина давления
на кольцо со стороны рабочего цилиндра
Исходя из конструктивных соотношений:
- Радиальная толщина кольца
- Высота кольца
- Зазор в замке в свободном состоянии
- Зазор в рабочем состоянии
Деформация замка в рабочем состоянии:
Отсюда напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии
Допускаемые значения напряжения изгиба (100÷120) МПа
Давление кольца на зеркало рабочего
цилиндра
Допускаемые значения давлений для автотракторных двигателей лежат в пределах (0,15÷0,40) МПа.
Деформация кольца при надевании его на поршень
Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень:
,
Допускаемые значения напряжений изгиба для автотракторных двигателей лежат в пределах 300 МПа.
6. Вывод
Данный расчёт двигателя основывается на характеристиках судового двигателя М419А. При расчёте рабочего цикла двигателя использовались параметры двигателя М419А (12ЧН18/20) мощностью Ne=735кВт. При этом в конструкцию рассчитываемого двигателя были внесены изменения: при оставленном неизменном количестве цилиндров и мощности, была существенно изменена конструкция шатунно-поршневой группы, коленвала и моноблоков двигателя. Вместо сочлененных шатунов были применены смещенные шатуны. Это потребовало применить смещение моноблоков друг относительно друга и удлинение шатунных шеек коленвала. Утолщения шатунных шеек не потребовалось, так как на прототипе был заложен большой запас прочности. Также вместо составных охлаждаемых поршней были применены цельнолитые неохлаждаемые поршни, более дешевые в производстве. Для возможной последующей форсировки была сохранена система охлаждения поршней разбрызгиванием масла.
Таким образом при конструировании данного двигателя была упрощена конструкция шатунно-поршневой группы, уменьшена ее стоимость и увеличена ремонтнопригодность и простота обслуживания. Также была выравнена кинематика и динамика обоих блоков, что положительно сказалось на уравновешенности и уровне шумности и вибраций двигателя.
Список литературы.
Румянцев В.В. Конструкция и расчет двигателей внутреннего сгорания: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2004. – 277 с.
Дьяченко Н.Х., Харитонов Б.А., Петров В.М. и др. Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания: Учебник для вузов под ред. Дьяченко Н.Х. – Л: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. – 392 с., ил.
Алексеев В.П., Иващенко Н.А., Ивин В.И. и др. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей.: Учебник для студентов втузов, обучающихся по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» под ред. Орлина А.С., Круглова М.Г. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980. – 288 с., ил.
Батурин С.А., Синицин В.А. Уравновешенность ДВС в примерах и задачах: Учебное пособие /Алт. политехн. ин-т им Ползунова И.И./ – Барнаул: Б. и. ,1990. – 88 с.
Исаков Ю.Н., Костин А.К., Ларионов В.В. Расчет рабочего цикла и газообмена в поршневых ДВС: Пособие по курсовому проектированию под ред. Дьяченко Н.Х.– Л.: Изд-во ЛПИ имени Калинина М.И., 1977. – 81 с.
Дьяченко Н.Х. Теория двигателей внутреннего сгорания. Рабочие процессы. – Л.: Машиностроение, 1974. – 551 с.