Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Chainov_Ivashenko_Konstr_dvs / Чайнов Иващенко - Конструирование ДВС

.pdf
Скачиваний:
386
Добавлен:
10.02.2015
Размер:
23.95 Mб
Скачать

томобильных 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