3.3. Компоновка двигателя и выполнение его поперечного и продольного разрезов на листах

Перед началом проектирования необходимо тщательно проанализировать конструкцию прототипа, уточнить назначе­ние и взаимосвязь всех деталей двигателя, принять решение по изменению или замене отдельных деталей и агрегатов. Приня­тые решения и неясности конструкции уточняются с руководителем.

Поперечный разрез двигателя выполняется по первому цилиндру с положением поршня в ВМТ, при этом на разрезе должны быть показаны: камера сгорания, клапаны впуска или выпуска с каналами в головке блока, установка форсунки или свечи зажигания, поршень в разрезе, шатунная шейка коленча­того вала, шатунный болт и способ фиксации нижней крышки шатуна, перегородка картера с ребрами жесткости, подвеска коленчатого вала, часть коренной шейки и щеки, крепление и фиксация крышки коренного подшипника, (разрез по одной шпильке), расположение кулачкового вала, крепление нижней половины картера, масляный насос (в разрезе), привод к мас­ляному насосу и распределителю зажигания, опоры двигателя. Пунктирными линиями должны быть показаны каналы под­вода масла к коренным и шатунным подшипникам коленчатого и распределительного валов, к клапанному механизму.

На продольном разрезе двигателя должны быть показаны разрезы: приводов механизмов (газораспределения, насосов), уплотнения носка и хвостовика коленчатого вала.

Последовательность проектирования деталей может быть различной, но лучше начинать с разработки элементов порш­невой группы, переходя потом к шатуну, коленчатому валу, головке цилиндров, после этого приступить к конструирова­нию блока и картера двигателя, механизма газораспределения, систем приводов к внутренним и внешним агрегатам.

Для правильного выбора толщины литья стенок водяной рубашки, ребер, патрубков, радиусов скругления в литье и конструкций отдельных агрегатов необходимо пользоваться справочными материалами и чертежами отечественных двига­телей.

3.4. Размещение разрезов двигателей на листах

Приступая к выполнению поперечного и продольного разрезов двигателя, прежде всего, необходимо для их централь­ного расположения определить положение крайних габарит­ных точек, осей коленчатого вала, кулачкового вала, поршне­вого пальца путем нанесения размерной сетки.

Определение размеров двигателя по высоте и ширине производится по значениям их на поперечном и продольном разрезах прототипа двигателя. Если масштаб разрезов m_р неиз­вестен, то его необходимо определить раздельно для попереч­ного и продольного разрезов, так как эти разрезы иногда могут быть выполнены в различных масштабах.

,

где Д_ц – диаметр цилиндра прототипа двигателя;

Д¹ _ц – диаметр цилиндра на чертеже (фотографии).

Размещение поперечного разреза двигателя на чертеж­ном листе осуществляется в следующей последовательности (рис. 7):

1. Наносятся на лист границы габаритных точек двига­теля и намечают положение оси коленчатого вала.

2. Проводят ось цилиндра, которая для центрального КШМ должна пересекать ось коленчатого вала.

3. Из центра коленчатого вала проводят окружность ра­диусом кривошипа r.

4. От точки пересечения окружности r с осью цилиндра в ВМТ откладывают длину шатуна. Конец отрезка определяет положение оси поршневого пальца.

5. Пользуясь статистическими данными по поршневой группе (см. табл. 4), назначают размер h₁ от оси поршневого пальца до днища поршня и намечают линию стыка головки цилиндров и блока.

6. Откладывают диаметр цилиндра и проводят две об­разующие. Пересечение образующих с линией газо­вого стыка определяет верхнюю границу цилиндра.

7. Для определения нижней границы цилиндра необхо­димо переместить поршень в НМТ и, отступив от нижнего торца поршня на 10...15 мм вверх, намечают нижнюю границу.

Размещение продольного разреза двигателя выполняется при вертикальном расположении чертежного листа в следую­щей последовательности:

1. Переносят с поперечного разреза положение оси коленчатого вала, линию газового стыка, верх­нюю и нижнюю границы вертикального разреза дви­гателя.

2. Наносят границы продольного размера двигателя. Если продольный размер не умещается на листе при его вертикальном расположении, то в этом случае продольный размер определяют за вычетом средних цилиндров, оставляя промежуток между первым и по­следним цилиндром 10…15 мм.

Размерные сетки для выполнения разрезов V-образных двигателей наносятся аналогичным образом.

После нанесения размерных сеток для поперечного и продольного разрезов двигателя приступают к конструктив­ному оформлению с параллельным расчетом двигателей на прочность. Конструктивная разработка деталей и узлов двигателя выполняется в тонких линиях без штриховки. В таком виде проект предъявляется руководителю.

3.5. Предпосылки к расчету деталей и узлов двигателя

Каждая деталь или узел двигателя должны быть рассчи­таны на том режиме, который является для них наиболее опас­ным. Выбор расчетных режимов в соответствии с обеспечением условий прочности основывается на нахождении наиболее тяжелых возможных условий работы деталей.

Учитывая, что инерционная нагрузка обычно снижает газовую нагрузку и их совместное действие вызывает меньшие напряжения, чем напряжения только от сил газов, за основные расчетные режимы принимают три режима:

- режим максимального крутящего момента (М_{е max}, n_M);

- режим холостого хода при максимальной частоте (М_е = 0, n_max);

- режим максимальной мощности (Р_{e max}, n _pe).

Первый режим предусматривает максимальные значения газовой нагрузки, при этом из-за сравнительно небольшого числа оборотов n _pe действием инерционных сил пренебрегают, создавая тем самым условную нагрузку и учитывая возможность такого кратковременного нагружения во время пуска.

При расчетах принимается, что максимальное давление газов р_z в цилиндре двигателя возникает в в.м.т.

Второй режим характеризуется максимальной инерционной нагрузкой и соответствует максимальному числу оборотов n_max на холостом ходу, которые допускает регулятор, ограничивающий обороты вала двигателя. При достижении валом двигателя числа оборотов n_рег регулятор начинает воздействовать на подачу смеси или топлива и резко ее снижает, в результате чего число оборотов вала в зависимости от степени чувствительности регулятора ограничивается значением n_max = (1,05  1,08) n_рег об/мин.

При отсутствии регулятора максимальное число оборотов двигателя могло бы достичь разносного числа оборотов n_разн, соответствующего пересечению кривой мощности Р_е с осью абсцисс. Для расчета можно принимать n_разн = (1,3  1,5) n_N об/мин. При наличии регулятора, ограничивающего обороты, последний обычно устанавливается с таким расчетом, чтобы значение n_рег = (1,02  1,03) n_pe об/мин и n_max = (1,07  1,1) n_N об/мин.

Третий режим – режим максимальной мощности Р_{e max} при числе оборотов n_pe используется тогда, когда желательно выявить напряжения нагрузок для суждения о нагруженности деталей при определении величины средних удельных давлений при расчете трущихся деталей.

Расчет при режиме максимальной мощности имеет особое значение для двигателей, работающих с наддувом, так как газовая нагрузка, а следовательно, и величина р_z с повышением числа оборотов вала возрастает, в результате чего сила р_ при этом режиме может оказаться большей, чем при режиме максимального крутящего момента.

Механические свойства большинства сталей, применяе­мых в автотракторном двигателестроении, приведены в при­ложении 4. Там же указаны ориентировочные соотношения для определения пределов выносливости сталей и чугунов, харак­теристики которых неизвестны.

Кроме того, в приложении приведены значения коэффи­циентов _ и _ для сталей с различными величинами пределов прочности, и величины масштабного Е¹_ и технологического Е¹¹_ факторов (ПРИЛОЖЕНИЕ ).

При определении запасов прочности необходимо учиты­вать область диаграммы предельных амплитуд, в которых ле­жит расчетная точка:

- I область, считать по пределу выносливости,

- II область, считать по пределу текучести.

где К_ - коэффициент концентрации напряжений для случая нормальных напряжений;

Е_ - технологический фактор (Е_ = Е¹_ + Е¹¹_);

_а – амплитудное напряжение;

_m – среднее напряжение;

_-1 – предел усталости (выносливости);

_ - коэффициент приведения реального цикла нагружения детали к равноопасному симметричному циклу.

При выполнении расчетов их необходимо иллюстриро­вать эскизами деталей и расчетными схемами. Запись вычис­лений следует производить по схеме: - зависимость - численное значение величин – результат – размерность.