
Chainov_Ivashenko_Konstr_dvs / Чайнов Иващенко - Конструирование ДВС
.pdfтомобильных зарубежных двига телей имеют более высокие зна чения литровой мощности, мень шую удельную массу по сравне нию с приведенными в данной главе двигателями. Это следует
учитывать при оценке техническо го уровня различных типов двига телей, постоянно обращаясь к но вейшей информации, содержащей ся в периодической печати и Ин тернете.
Список литературы
1.Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на проч ность поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова [Текст] / А.С. Орлин, М.Г. Круглов и др. – М.: Машино строение, 1984. – 384 с.
2.Двигатели внутреннего сгорания. Динамика и конструирование. Под ред. В.Н. Луканина, М.Г. Шатрова [Текст] / В.Н. Луканин, М.Г. Шат ров. – М.: Высшая школа, 2005. – 400 с.
3.Зарубин, В.С. Математическое моделирование в технике [Текст] / В.С. Зарубин. – М.: Изд во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. – 496 с.
4.Зенкевич, О. Конечные элементы и аппроксимация [Текст] / О. Зенке вич, К. Морган. – М.: Мир, 1986. – 318 с.
5.Компьютерно информационные технологии в двигателестроении. Под ред. А.И. Яманина [Текст] / А.И. Яманин. – М.: Машиностроение, 2005. – 480 с.
6.Малинин, Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести [Текст] / Н.Н. Малинин. – М.: Машиностроение, 1975. – 400 с.
7.Машиностроение. Энциклопедия. Под ред. К.С. Колесникова [Текст] – М.: Машиностроение, 1994. – 534 с.
8.Решетов, Д.Н. Детали машин [Текст] / Д.Н. Решетов. – М.: Машино строение, 1989. – 496 с.
9.Теория тепломассообмена. Под ред. А.И. Леонтьева [Текст] / А.И. Ле онтьев и др. – М.: Изд во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. – 684 с.

Предметный указатель
А
Аксиал кривошипно шатунного меха низма 84 Алюминиевые сплавы деформируе мые
–– литейные 157, 159, 357, 404, 405
–– подшипниковые 277 Амплитуда напряжений
–колебаний 300
Анкерные связи 345, 352, 354, 359, 466 Ассоциированный закон течения 35
Б
Баббиты 277, 278 Блок картер, конструкция 343, 345, 347, 348, 350–352, 362, 363
– –, материал 357 Блок цилиндров, конструкция 343, 344, 348, 350, 355, 356
– –, материал 357 Бобышки 130, 134, 139, 140, 151, 152, 176, 177, 181, 182
Болты шатунные, конструкция 202, 203
––, материалы 209
––, расчет на прочность 218 Бронза оловянисто цинково свинцо вистая 277
–свинцовистая 277, 278
В
Вал коленчатый, конструкция 233, 248
––, материал 248, 249
––, расчет на прочность коренной шейки 254
––, расчет на прочность шатунной шейки 251
––, расчет на прочность щеки 255 Вал распределительный, конструкция 290, 291, 293, 300–303, 309, 467
––, материал 305
Вал эксцентриковый 304 Вероятность отказа 67
– разрушения 69 Вспышки, чередование 99, 233
Втулка цилиндров, конструкция 344, 363–370
––, материал 374
––, расчет на прочность 381
– – –, теплового состояния 377, 379, 382, 387 Виброактивность 123 Выносливость 72
Г
Галтели на коленчатом валу 245 Гармоники частоты вращения 112 Гибкость штанги 336 Гибридные силовые установки 479, 481 Гильзы мокрые 363
– сухие 363, 364 Головка цилиндров (см. Крышка ци
линдров) 387, 393–398, 401, 403 Градиент температурный 24, 51, 133 Граничные условия 24, 25, 162, 284, 374, 406 Грузоподъемность подшипника 286, 287 Гука закон 31, 36
Д
Давление 129, 149
–газов максимальное в цилиндре 89, 138, 146, 462, 466, 471
–начала сжатия 89
–среднее эффективное 13, 133, 134, 145, 463, 466, 472 Двигатели авиационные 473, 474
–грузовых автомобилей и тракторов 455
–двойного действия 12
–двухтактные 12, 461, 465, 473
–крейцкопфные 149, 465
–легковых автомобилей 450, 451
–малооборотные 15
–многорядные 16
–простого действия 12
–с принудительным воспламенением 138, 450
–среднеоборотные 461, 468
–тепловозные 461–463
–тронковые 469
–четырехтактные 12, 461, 473 Дезаксиал 85 Деформация пластическая 33, 35
–ползучести 37–39
–температурная 58, 60
–упругая 33
Диаграмма изнашивания 95
–деформирования 34
–индикаторная 89
485

–предельных напряжений 73
–сил, векторная 95, 97
Диаметр цилиндра 13, 461, 465, 468
–коренной шейки 234
–поршневого пальца 139
–шатунной шейки 234 Динамический расчет кривошипно шатунного механизма 88 Документация конструкторская 17, 19
Ж
Жаровой пояс поршня 130, 139, 140 Жесткость корпусных деталей 343, 349, 352, 355
–колена вала 108, 109
–цилиндрическая 174, 383 Жидкость охлаждающая 150, 366, 391
З
Задание техническое 17 Зазор между поршнем и втулкой 139, 140, 165
Запас прочности 67–71, 76, 77, 425
–устойчивости штанги 336 Золотник дисковый 340, 341
–конический 340
И
Изгиб 172
–днища поршня 172–175
–колена вала 250
–поршневых колец 184, 185
–элементов шатуна 213, 217 Износ 67, 291, 294, 298, 302 Износостойкость 157, 161 Интенсивность напряжений 34, 77
–деформаций 34
Испытания государственные 19
–межведомственные 19
–приемочные 19
К
Камера сгорания 132, 393, 395 Картер, конструкция 350, 352, 354 –, материал 356, 357 –, расчет на прочность 358, 360, 361
Кинематика кривошипно шатунно го механизма с шатуном централь ным 84
– – – – прицепным 87 Клапан, конструкция 289, 292–297 –, впускной 293, 294 –, выпускной 293, 295, 299
–, материал 293 –, проходное сечение 309, 310
–, расчет на прочность 330, 331
–– теплового состояния 326–329 Колебания коленчатого вала продоль ные 106
–– – крутильные 106
Колебания корпуса 123
– температуры 24, 55 Кольца поршневые, конструкция 153– 156 –, материал 161
–, расчет на прочность 184, 185
–– теплового состояния 183, 184 Компоновка двигателя 345, 346 Корпус двигателя 343 Концентрация напряжений 62, 74
Коэффициент концентрации напряже ний 74, 252, 416
–линейного расширения 31, 357, 372, 374, 405, 415, 425
–перегрузки 66
–полезного действия 467
–механический 16
Коэффициент Пуассона 31, 59
–температуропроводности 24
–теплоотдачи 25, 163, 378, 380, 410
–теплопроводности 24, 25, 27–29, 166, 168
–трения 157
Кривые ползучести 38, 39 Кручение элементов колена вала 38, 39
Крышка подшипника, конструкция 349, 353
– –, расчет 41, 360, 361 Крышка цилиндра, конструкция 387– 392, 399, 400
––, материал 404, 405
––, расчет на прочность 413, 416, 419, 421
–– – теплового состояния 409, 413 Кулачки распределительного вала 312
––, профилирование безударных ку лачков 318
–– – кулачков, образованных дугами окружностей 314, 315 –, профилирование тангенциальных кулачков 317
Л
Ламе коэффициенты 26 Лапласа функция 69 Линия расширения 89
– сжатия 89
486

М
Макроэлемент 213 Масло охлаждающее 142, 145, 147, 148, 162–164 Масса вращающаяся 50
–двигателя 105
–поступательно движущаяся 90
–приведенная 92
–противовеса 102
–удельная 14, 15 Материалоемкость 78, 450
Материалы деталей двигателя 157–161, 277, 278, 293, 300, 305, 356, 373, 404 Матрица 42
–единичная 43
–обратная 43
–симметричная 43
–транспонированная 53–55 Маховик, конструкция 264–266 –, расчет 268 Метод конечных разностей 41
–– элементов 41–45, 49, 50
–математического моделирования 22
–переменных параметров упруго сти 36
–невязок 55
–численного расчета 41, 169 Механизм клапанный, компоновка 289
–кривошипно шатунный 8, 9, 83, 84, 88, 89 Модель конечно элементная 178, 379, 386, 387, 418
–математическая 170, 377, 381
–твердотельная 179, 198–200, 418 Модуль упругости 31, 59, 60 Момент изгибающий 173, 174, 384, 385
–инерции 107
–крутящий 93, 332
–набегающий 98
–неуравновешенный от сил инер ции 104
–опрокидывающий 93
–реактивный 93
Мощность 14, 65
–литровая 14, 450, 474, 477
–номинальная 65, 475
–поршневая 14
Н
Нагрузка механическая 72, 141, 150, 274
–на подшипники 277, 286, 288
–поверхностная 59
–тепловая 53, 141, 274
–удельная 152
Надежность прочностная 22, 66, 68 –, работы двигателя 66 Наддув 451, 456, 467 Напряжения 30, 172–174
–касательные 36, 73, 332
–нормальные 32, 35, 73
–остаточные 72
–температурные 72, 80, 175 Напряженность механическая 22
–тепловая 14, 22
Неравномерность частоты вращения 98
О
Оболочка цилиндрическая 28, 174, 382 Объем цилиндра 90
– рабочий 13 Окна впускные 289, 339
–выпускные 339, 340 Опоры двигателя 343
–коленчатого вала 350, 353, 462 Отказ 67 Остов двигателя 352, 353, 355
Отношение радиуса кривошипа к дли не шатуна 84
–хода поршня к диаметру цилиндра 13–16, 465, 467 Охлаждение воздушное 370–372, 401– 403 Охлаждение втулки 363, 364
–жидкостное 365–367
–крышки цилиндра 389–392
–поршня 134–136, 145, 147, 149, 150
П
Палец поршневой, конструкция 150– 152,
– –, материал 158, 160 –, расчет на прочность 181–183
Перемещение 30, 32, 46, 57, 59, 60 Пластина 27, 166, 171 Пластичность 33, 35, 40 Повреждения, суммирование 80–82
Подшипники качения, конструкция 269, 286, 287
– –, материал 286 Подшипники скольжения, конструк ция 269–274, 276
––, расчет 278, 280, 285 Ползун 204 Ползучесть 37–39
Поршень, конструкция 130, 131, 134, 136, 137
–автомобильных двигателей с прину дительным воспламенением 138, 140
487

–автомобильных и тракторных дизе лей 141, 142
–малооборотных судовых дизелей 149, 150
–среднеоборотных дизелей 147, 148
–тепловозных дизелей 145–147
–, материалы 157–160 –, расчет на прочность 170, 176–180
–– теплового состояния 166–169 Поток тепловой 25, 108 Программы рабочие 411 Проект рабочий 19
–технический 18
–эскизный 18
Проектирование автоматизированное 17, 432 Противовес 102
Прочность деталей двигателя 66
– длительная 69, 71 Предел выносливости 69, 73, 76, 426
–прочности 70, 73
–текучести 69, 419
Профиль корпуса поршня 144, 145
–кулачка 313–315, 320
–рабочей поверхности кольца 154, 155 Пружина клапана, конструкция 299, 300
––, материал 300
––, расчет 332, 333
Пуассона коэффициент 31, 59 Пуск двигателя 79
Р
Радиус кривошипа 84 Разрушение 78, 80, 81
Рама фундаментальная, конструкция 352–354
––, материал 356, 357
––, расчет на прочность 358 Режим неустановившийся 54, 66
–установившийся 24, 25, 65 Резонанс 106 Релаксация 37, 79
Ремень зубчатый 291, 292 Ресурс работы двигателя 67
Роторно поршневой двигатель 118, 473 Рычаг клапана, конструкция 307, 308
––, материал 308
––, расчет 335
Ряд мощностной 8, 461
С
Сварная конструкция 350, 351, 353, 355 Сила в механизме газораспределения 324–326
–давления газов 89
–инерции 66, 90
–нормальная 214
–объемная 31, 59–61
–поверхностная 31, 59, 60
–равнодействующая 165, 278
–радиальная 61
–сосредоточенная 59
–тангенциальная 92
–трения 165
–центробежная 61, 66, 88
Система автоматизированного проек тирования 17, 211
–газораспределения золотниковая 289
–клапанная 289
–уравнений 30, 32, 62, 64, 65 Скорость поршня 84
–вала угловая 84
–деформаций 35, 36, 38, 40 Смазывание жидкостное 269, 286, 369 Сопротивление временное 69, 73, 75
–термическое 64
Состояние напряженно деформирован ное 22, 29, 57
–тепловое 22, 24, 52 Станина, конструкция 354 –, расчет 359 Стандартизация 450 Степень сжатия 450 Схема компоновочная 8–12
–расчетная 62, 107
Т
Тактность 13 Тензорные обозначения 31 Теория упругости 30, 32
–малых упругопластических дефор маций 34, 36
–течения 35
Теплоизолирующие покрытия 133 Теплообмен 24, 25 Теплоотдача 164 Теплопроводность 24, 53 Типаж 17
Толкатели, конструкция 305–307
– гидравлические 306 –, материалы 307
У
Угол поворота кривошипа 84
–закручивания вала 108 Узлы элементов 43, 46, 52, 62 Уравнения Ламе 32
–равновесия 30, 32
488
–совместности деформаций 30, 32
–теплопроводности 24, 25, 167, 377 Уравновешивание 16 Ускорение возвратно поступательно движущихся масс 84
–поршня 84
Условия технические 18 Усталость 72
– термическая 79
Ф
Фактор масштабный 75, 252
– поверхностный 75, 252 Фланец 204 Форма колебаний 112
Форсирование двигателя 8, 14, 466 Функционал 26, 29, 52, 59
Х
Ход поршня 84
– холостой 66
Ц
Центр масс противовеса 102
– – шатуна 91 Центр тяжести 221, 359, 384
Цепной привод 290, 291 Цикл рабочий двигателя 89
– переменных напряжений 73 Цилиндр двигателя 370–372
Ч
Частота вращения 13, 450, 461, 465, 471, 473
– собственных колебаний 110
Число цилиндров 13, 16
Ш
Шатун 187
– вильчатый 197 –, головка поршневая 187, 194
–– кривошипная 187, 196
–крейцкопфного двигателя 203 –, материалы 207
–прицепной 197
–, стержень 187, 191 –, расчет на прочность 221
Шейка коренная 234, 236, 241, 254
–шатунная 234, 236, 241, 251 Шлицы 239 Шпильки крепежные 419, 423
––, расчет 424, 425
Шток 149
Э
Экология 20, 455, 462 Экономичность 13, 450 Эксцентриситет 280, 282 Экстремум 26 Электромагнитный привод 309 Эллиптическая форма 139 Энергия кинетическая 83, 109
–потенциальная 83, 108
–полная потенциальная 33, 59, 60 Эскизный проект 18 Этапы проектирования 16
Ю
Юбка поршня 139, 141, 142, 144, 165

Оглавление
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
5 |
Глава 1. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (Чайнов Н.Д.) . . . . . . . . . . . . 8
1.1. Общие предпосылки к разработке нового двигателя . . . . 8
1.2. Компоновочные схемы поршневых двигателей . . . . . . . . 8
1.3.Основные показатели, характеризующие конструкцию,
ивыбор исходных данных при проектировании
поршневых двигателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
12 |
1.4. Этапы разработки конструкторского проекта и создания |
|
двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
16 |
1.5. Компьютерное обеспечение процесса конструирования |
|
и повышение качества поршневых двигателей . . . . . . . |
20 |
Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО |
|
И НАПРЯЖЕННО ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ |
|
ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ |
|
(Чайнов Н.Д.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
22 |
2.1. Роль математического моделирования в процессе |
|
проектирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
22 |
2.2. Математические модели анализа теплового состояния |
|
деталей двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
24 |
2.3.Математические модели анализа напряженно деформированного состояния деталей двигателя . . . . . 29
2.3.1. Неупругое деформирование . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3.2.Приближенные методы определения напряженно деформированного состояния
при пластическом деформировании . . . . . . . . . . |
36 |
2.3.3. Ползучесть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
37 |
2.4. Численные методы анализа теплового и напряженно деформированного состояния деталей. Метод конечных элементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.4.1.Расчет теплового состояния деталей двигателя . . 52
2.4.2.Расчет напряженно деформированного состояния
деталей двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
57 |
2.5. Выбор расчетных режимов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
490

2.6. Прочностная надежность и оценка прочности |
|
деталей двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
66 |
2.6.1. Многоцикловая усталость и расчет на выносливость |
|
деталей поршневых двигателей . . . . . . . . . . . . . . |
72 |
2.6.2. Оценка работоспособности теплонапряженных |
|
деталей двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
78 |
Глава 3. КИНЕМАТИКА И ДИНАМИКА ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ |
|
(Краснокутский А.Н.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
83 |
3.1.Кинематика кривошипно шатунного механизма (КШМ) . . 84
3.1.1.Особенности кинематики дезаксиального КШМ . . 85
3.1.2.Кинематика КШМ V образного двигателя с
сочлененными шатунами . . . |
. . . . . . . . . . . . . . 86 |
3.2. Динамика КШМ . . . . . . . . . . . . . . . |
. . . . . . . . . . . . . . 88 |
3.2.1. Силы и моменты, действующие в поршневых |
|
двигателях . . . . . . . . . . . . . . |
. . . . . . . . . . . . . . 88 |
3.2.2. Силы, моменты и векторные |
диаграммы |
сил V образных двигателей . . |
. . . . . . . . . . . . . . 97 |
3.2.3.Построение диаграммы набегающего крутящего момента. Равномерность крутящего момента
и хода двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3.2.4. Уравновешивание поршневых двигателей . . . . . 101 3.2.5. Колебания в поршневых двигателях . . . . . . . . . 106
3.3. Особенности кинематики и динамики роторно |
|
поршневых двигателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
118 |
3.4. Виброактивность, шум двигателей и методы их снижения |
|
(Чайнов Н.Д.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
123 |
Глава 4. ПОРШНЕВАЯ ГРУППА (Чайнов Н.Д.) . . . . . . . . . . . . . . |
129 |
4.1. Основы конструирования поршней . . . . . . . . . . . . . . |
129 |
4.2. Анализ конструкций поршней . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
138 |
4.3. Поршневой палец . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
150 |
4.4. Поршневые кольца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
153 |
4.5. Материалы деталей поршневой группы . . . . . . . . . . . |
157 |
4.6. Моделирование теплового и напряженно деформированного состояний (ТНДС) поршневой группы . . . . . . . . . . . . . 161 4.6.1. Граничные условия при моделировании
стационарного теплового состояния поршневой группы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
4.6.2. Математические модели определения стационарного теплового состояния поршня . . . 166
4.6.3. Математические модели определения напряженно деформированного состояния (НДС) поршня.
Оценка прочности элементов поршневой группы . 170
491

4.6.4. Расчет на прочность поршневого пальца . . . . . . 181 4.6.5. Расчет теплового и напряженно деформированного
состояния кольца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Глава 5. ШАТУННАЯ ГРУППА. ШТОКИ И КРЕЙЦКОПФЫ |
|
(Иващенко Н.А., Мягков Л.Л.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
187 |
5.1. Основы конструирования шатунов . . . . . . . . . . . . . . . 187
5.2. Анализ конструкций шатунов современных двигателей . . 191 5.2.1. Стержни шатунов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 5.2.2. Поршневая и кривошипная головки шатунов,
шатунные болты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
5.3. Особенности конструкции шатунной группы крейцкопфных двигателей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
5.4. Методы повышения несущей способности шатунов, материалы шатунов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
5.5.Моделирование напряженно деформированного состояния, многоуровневая система математических
моделей шатунной группы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 5.5.1. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
5.5.2.Упрощенная методика оценки НДС шатуна . . . 211
5.5.3.Расчет шатуна на прочность численными
методами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
219 |
Глава 6. КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ И МАХОВИКИ |
|
(Чайнов Н.Д., Краснокутский А.Н.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
233 |
6.1. Основы конструирования коленчатых валов . . . . . . . . 233 6.1.1. Анализ конструкций коленчатых валов . . . . . . . 239 6.1.2. Способы повышения прочности коленчатых
валов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 6.1.3. Материалы коленчатых валов . . . . . . . . . . . . . . 248
6.2.Моделирование напряженно деформированного состояния коленчатого вала. Оценка циклической прочности . . . . . 249 6.2.1. Многоуровневая система математических
моделей коленчатого вала . . . . . . . . . . . . . . . . 250
6.2.2.Расчет коленчатого вала по разрезной схеме . . . 250
6.2.3.Определение опорных нагрузок V образного
двигателя с рядом сидящими шатунами . . . . . . 260
6.2.4.Расчет коленчатого вала по неразрезной схеме . 261
6.3.Неравномерность вращения и динамическая
нагруженность коленчатых валов. Маховики . . . . . . . 264
Глава 7. ПОДШИПНИКИ (Чайнов Н.Д.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
269 |
7.1.Основы конструирования подшипников скольжения . 269
7.1.1.Анализ конструкций подшипников скольжения . . 271
492