6Расчет поршня дизеля

В соответствии с существующими аналогичными двигателями и практическими соотношениями принимаем:

высоту поршня см. рис. 6.1.:

H = (0,9 1,3) · D = 1,0 · 114 = 114 мм, (6.1)

высоту юбки поршня см. рис. 6.1.:

h_ю = 0,7 · D = 80 мм. (6.2)

При выборе коэффициентов ориентируемся на меньшие значения для снижения массы.

Рис. 6.1. Конструктивная схема поршня рассчитываемого двигателя

Материал поршня примем алюминиевый сплав АК – 4.

Днище поршня испытывает напряжения сжатия и изгиба, так как преобладающим является изгиб, толщину днища рассчитываем только по этому показателю см рис. 6.2.

Рис. 6.2. Расчетная схема поршня рассчитываемого двигателя

, (6.3)

где: [_и] находится в пределах от 40 до 60 МПа.

Тогда:

см. (6.4)

Юбка поршня проверяется по удельному давлению от максимальной боковой силы:

, (6.5)

где: N_max – наибольшая нормальная сила, действующая на стенку цилиндра при работе двигателя на режиме максимальной мощности по формуле .

[q] – находится в пределах от 0,5 до 1 МПа, в случае алюминиевого поршня.

МПа.

Следовательно, высота юбки выбрана правильно.

7Расчет поршневого кольца дизеля

С точки зрения герметизации газового стыка основные функциональные нагрузки несет первое кольцо, оно принимает до 75 % от всех нагрузок.

Материал кольца – серый чугун.

Р асчет проводим для первого кольца см. рис. 7.1.

Рис. 7.1. Расчетная схема поршневого кольца

Среднее давление кольца на стенку цилиндра:

, (7.1)

где: Е – модуль упругости материала кольца для серого чугуна равен 1 · 10⁵.

D / t – принимаем из промежутка от 22 до 25 равным 23,

t – толщина кольца, t = 114 / 23 = 4,9 мм,

А_о = 3 · t = 3 · 4,9 = 14,7 мм.

Тогда:

МПа.

В соответствии с существующими аналогичными двигателями и практическими соотношениями принимаем ширину кольца равной 3мм.

Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности:

р = р_ср · μ_к, (7.2)

Результаты расчета р, а также μ_к для различных углов ψ приведены в табл. 7.1.

Таблица 7.1.

Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности

ψ, град.	μк	р, МПА
0	1,05	0,1953
30	1,05	0,1953
60	1,14	0,21204
90	0,9	0,1674
120	0,45	0,0837
150	0,67	0,12462
180	2,85	0,5301

Значения μ_к выбраны в соответствии с /2, с.213/.

П о данным табл. 7.1. строим эпюру радиальных давлений кольца на цилиндр см. рис. 7.1.

Рис. 7.1. Эпюра давлений компрессионного кольца дизеля.

Замок кольца:

S = S_o + ΔS, (7.3)

где: S – зазор в замке кольца в свободном состоянии,

ΔS – зазор в замке кольца в рабочем состоянии (тепловой зазор),

S_o/t = 2,5 ÷ 4, тогда S_o = 4,9 · 3 = 14,7,

ΔS’ – минимально допустимый зазор в замке кольца в рабочем состоянии, равен 0,1 мм,

α_к – коэффициент температурного расширения материала кольца и гильзы цилиндра (α_к = 11 · 10^-6 и α_ц = 22 · 10^-6),

ΔТ – нагрев кольца и стенок цилиндра при работе (ΔТ_к = 187^о и ΔТ_ц = 92^о)

ΔS = ΔS’ + 3,14 · D · (α_к · ΔТ_к – α_ц · ΔТ_ц) = = 0,1 + 3,14 · 114 · (11 · 10^-6 · 187 – 22 · 10^-6 · 92^о) = 0,11 мм. (7.4)

Тогда замок кольца по формуле 7.3 равен:

S = S_o + ΔS = 14,7 + 0,11 = 14,81 мм.