Литература по Механике и для Механиков / Литература / Стенин

Рис.4.10. Индикаторная диаграмма двухтактного дизеля.

Рис.4.11. Диаграмма сил, действующих на поршень двухтактного дизеля

Дальнейшее построение диаграммы совершенно аналогично построению диаграммы четырехтактных двигателей. Концевая часть

71

диаграммы bda, соответствующая периоду выпуска и продувки, зависит от типа последней и воспроизводится по образцу действительных индикаторных диаграмм.

Рис.4.12. Диаграмма касательных сил цилиндра двухтактного дизеля.

На рис. 4.11-4.13 изображены диаграммы сил, действующих на поршень, касательных сил от одного цилиндра и суммарная диаграмма касательных сил восьмицилиндрового двухтактного дизеля.

Если двигатель приводит в действие компрессор или поршневой продувочный насос, то для учета их влияния при построении суммарной диаграммы касательных сил алгебраически складывают ординаты диаграммы касательных сил рабочих и вспомогательных цилиндров при различных углах поворота мотыля.

Рис.4.13. Суммарная диаграмма касательных сил двухтактного дизеля.

72

Для определения средней ординаты tc суммарной диаграммы касательных сил в масштабе чертежа необходимо площадь между кривой и осью абсцисс на участке длиной ϕ0 поделить на длину этого участка диаграммы в сантиметрах. Если кривая суммарной диаграммы касательных сил пересекает ось абсцисс, то для определения tc нужно алгебраическую сумму площади между кривой и осью абсцисс разделить на длину участка диаграммы. Для проверки правильности построения всех рассмотренных диаграмм полученное значение tc следует сравнить с ее значением, определяемым следующим образом.

При установившемся режиме двигателя без учета вспомогательных цилиндров работа сил сопротивлений за один оборот вала равна индикаторной работе:

VS ρi' i 10−2 = π 4D2 tc π S 10−2 =VS π tc 10−2.

Отсюда

tc = 4 ρπi' i ,

где i = k z (здесь k - коэффициент тактности двигателя, равный для четырехтактных двигателей 0,5 и для двухтактных - единице; z - число цилиндров двигателя); ρi' - среднее индикаторное давление (теоретическое среднее индикаторное давление).

73

5. Расчёт прочности деталей двигателя

5.1 Детали поршневой группы

Расчёт поршня

1.Диаметр головки поршня (рис.5.1):

D1 = D −(0,0008...0,008) D

2.Диаметр юбки поршня:

D2 = D −(0,0008...0,008) D

3.Толщина днища:

δ = (0,12...0,18) D

4.Расстояние от первого кольца до кромок днища:

C = (0,15...0,3) D

5.Толщина цилиндрической стенки головки:

S1 = (0,03...0,1) D

6.Толщина направляющей части юбки:

S2 = (0,02...0,05) D

7.Длина направляющей части юбки: - для тихоходных ДВС:

LH = (1,3...1,4) S

- для быстроходных ДВС:

LH = (0,8...0,9) S

8.Расстояние от нижней кромки юбки до оси поршневого пальца:

- для тихоходных ДВС:

Lп = (0,9...1,2) D

- для быстроходных ДВС:

Lп = (0,6...0,9) D

9.Полная длина поршня тихоходных ДВС тронкового типа

L=(1,1...1,7)S; быстроходных ДВС тронкового типа L=(1,05...1,3)S;

74

четырёхтактных крейцкопфных ДВС L=(0,25...0,4)S; двухтактных крейцкопфных ДВС L=(1,3...1,4)S.

10.Необходимую длину направляющей части поршня Lн определяют, исходя из допустимого удельного давления на площадь проекции боковой поверхности поршня:

К - допустимое удельное давление на 1 м2 площади проекции боковой поверхности поршня в Н/м2, принимаемое равным: (200...400)103 Н/м2 для тихоходных ДВС и (400...700)103 Н/м2 для быстроходных ДВС;

Рz - сила, действующая на поршень в конце сгорания топлива (

Pz = pz fП );

D- диаметр втулки цилиндра.

11.Днище поршня рассчитывается на изгиб. В случае плоского днища условие прочности имеет вид:

δ=(0,07...0,1)D - для чугунных охлаждаемых поршней; δ=(0,06...0,08)D - для стальных охлаждаемых поршней; δ=(0,1...0,12)D - для алюминиевых поршней;

[σ]из - допускаемое напряжение на изгиб.

75

Эквивалентные допускаемые напряжения на изгиб для поршней

Рис 5.1. Конструктивные размеры поршня.

При сложной форме днища поршня следует определить для каждой из частей сложной формы моменты инерции сечения J0 0, а величина σиз найдётся как:

76

действующий на днище поршня; l′ - ордината центра тяжести всего сечения.

Расчёт поршневого пальца.

1.Диаметр пальца (рис.5.2): d = (0,35...0,45) D

2.Длина вкладыша головного подшипника: l = (0,45...0,6) D

3.Внутренний диаметр пальца: d0 = (0,4...0,5) d

Рис. 5.2. Расчетная схема поршневого пальца.

77

4.Длина пальца:

lп = (0,82...0,85) D

5.Расстояние между серединами опор пальца:

l1 = l +(lп −l)2

Длина опорной части бобышки:

a = (lп −l)2

Напряжение изгиба, возникающее в момент действия силы:

σИЗ ≤[σ]ИЗ ; σСР ≤[σ]СР

Допускается напряжение изгиба [σ]из для углеродистой стали

σиз=(80...120)·106 Н/м2; для легированной σиз=(150...180)106 Н/м2.

Допускаемое напряжение среза [σ]ср может быть принято

σср=50·106 Н/м2.

10.Для определения степени овализации пальца определяется по методу Кинасошвили увеличение диаметра наружного в горизонтальной плоскости:

68,5 109 Н / м2..

11.Удельное давление в подшипнике скольжения:

KП = dрZl ≤[K]П

78

Допускается давление [K]п для вкладыша, залитого баббитом -

12.Удельное давление на гнездо бобышки:

КБ = 2 тdZ a ≤[K]Б

Допускаемое давление [K]Б для бобышек из чугуна -

(25...45) 106 Н / м2 , из алюминиевого сплава - (25...35) 106 Н / м2.

5.2.Расчёт коленчатого вала

Валы изготовляют из углеродистых сталей 35 и 45, легированных сталей марок 30Х, 45Х, 18ХН, 20ХН3А, 30ХМА, а также из модифицированного чугуна марки СЧ 38-60. Механические характеристики марок сталей, применяемых для изготовления коленчатых валов, приведены в таблице 5.2.

Диаметр коленчатого вала d, мм: d ≥ 0,093 K 3D2 (A S + B L) C

где D - диаметр цилиндра в мм; S - ход поршня в мм; L - расстояние между центрами рамовых подшипников, мм; А и В - безразмерные коэффициенты, зависящие от Рi (среднее индикаторное давление) и Ря и принимаемые по таблицам 5.3 и 5.4; С - безразмерный коэффициент, зависящий от числа цилиндров и тактности (таблица 5.5); К - безразмерный коэффициент, вычисляемый:

K = 3 (42 )

42 + 23 σПР −42

где σПР - предел прочности материала вала при растяжении, кг/мм².

79

Таблица 5.2. Механические характеристики

марок сталей.

Таблица 5.3. Безразмерные коэффициенты,

зависящие отPi .

Таблица 5.4. Безразмерные коэффициенты, зависящие от Pz.

80