Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчёт систем и механизмов автотракторной техники поршневой двигатель. В 2 частях. Ч.1. Лабораторный практикум
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Тамбовский государственный технический университет»
А. В. Брусенков, А. И. Кадомцев, В. П. Капустин
РАСЧЁТ СИСТЕМ И МЕХАНИЗМОВ
АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ:
ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ
В двух частях
Часть 1
Утверждено Учёным советом университета в качестве учебного пособия
для студентов 3 курса направления подготовки 35.03.06 «Агроинженерия»
очной формы обучения
чебное электронное издание
У
Тамбов
Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ»
2021
1
УДК 631.372(076.5)
ББК О35я73
Б89
Р е ц е нзенты:
Кандидат педагогических наук, доцент,
доцент кафедры ТТПН ФГБОУ ВО «ТГТУ»
А. И. Попов
Кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории
управления качеством технологических процессов в сельском хозяйстве
ФГБНУ «ВНИИТиН»
А. В. Анашкин
Б89
Брусенков, А. В.
Расчёт систем и механизмов автотракторной техники: поршневой двигатель
[Электронный ресурс] : лабораторный практикум : в 2-х ч. / А. В. Брусенков, А. И. Кадомцев, В. П. Капустин – Тамбов : Издательский центр ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2021. –
ISBN 978-5-8265-2307-0
Ч. 1 : 2021. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – Системные требования : ПК не
ниже класса Pentium II ; CD-ROM-дисковод ; 17,5 Mb ; RAM ; Windows 95/98/XP ;
мышь. – Загл. с экрана. – ISBN 978-5-8265-2312-4
Представлен анализ рабочих процессов систем и механизмов двигателей внутреннего сгорания автотракторной техники, а также приведены общие теоретические
сведения по расчёту их деталей, узлов и агрегатов.
Предназначен для студентов 3 курса направления подготовки 35.03.06 «Агроинженерия» очной формы обучения, а также может быть полезен для инженернотехнических работников, занимающихся конструированием, исследованием и расчётом машин.
УДК 631.372(076.5)
ББК О35я73
Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.
Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.
ISBN 978-5-8265-2307-0 (общ.)
ISBN 978-5-8265-2312-4 (ч. 1)
© Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего
образования «Тамбовский государственный
технический университет»
(ФГБОУ ВО «ТГТУ»), 2021
2
ПРЕДИСЛОВИЕ
Программа предмета «Системы и механизмы сельскохозяйственной техники» состоит из двух взаимосвязанных частей: первая часть содержит темы
теоретического обучения, а вторая – задания, выполняемые на лабораторнопрактических занятиях. Предлагаемое пособие – комплексное, т.е. оно включает в себя сведения по обеим частям программы. Материал в учебном пособии
расположен таким образом, что лабораторно-практические занятия проводят
после изучения лекционных материалов, позволяющих дать более глубокие
знания по особенностям устройства, работы и регулировки систем и механизмов современной автотракторной техники, без которых невозможно правильно
и осмысленно изучить и оптимизировать конструктивные и режимные её параметры, оценить ресурсные показатели (надёжность, долговечность и др.).
На современной автотракторной технике установлены поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), которые представляют собой совокупность
механизмов и систем, выполняющих определённые функции – кривошипношатунный механизм (КШМ), газораспределительный механизм (ГРМ), система
питания, система смазки, система охлаждения, система зажигания (для карбюраторных двигателей), система пуска и регулирования частоты вращения.
Условия эксплуатации поршневых ДВС характеризуются частой сменой нагрузочных и скоростных режимов работы, значительным диапазоном изменения
температуры и давления атмосферного воздуха, его загрязнением. В результате
этого внутри ДВС возникают различные усилия, определяющие условия работы как отдельных его деталей и узлов, так и самого двигателя в целом.
Цель создания практикума – ознакомление студентов с методами расчёта
основных элементов систем и механизмов ДВС автотракторной техники, определение основных размеров их деталей и номинальных величин зазоров в сопряжениях с учётом динамических и тепловых нагрузок. Пособие содержит
практические работы, связанные с приобретением навыков расчёта основных
агрегатов, узлов и деталей систем и механизмов ДВС автотракторной техники.
В данном пособии приведены расчётные схемы и исходные данные, а также изложены теоретические основы для расчёта систем и механизмов автотракторной техники.
3
Лабораторный практикум предназначен для подготовки студентов сельскохозяйственных вузов, обучающихся по направлению 35.03.06 «Агроинженерия», а также может быть полезен для инженерно-технических работников, занимающихся конструированием, исследованием и расчётом техники.
Практикум состоит из двух частей: часть 1 «Расчёт систем и механизмов
автотракторной техники: поршневой двигатель» и часть 2 «Расчёт систем и механизмов автотракторной техники: трансмиссия, ходовая часть, механизмы
управления, рабочее и вспомогательное оборудование».
4
Лабораторная работа 1
+=δ
РАСЧЁТ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА
АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Цель работы: изучить особенности устройства, принцип работы и методику расчёта кривошипно-шатунного механизма (КШМ) автотракторной техники.
Оборудование: плакаты, схемы, отдельные детали и узлы КШМ автотрак-
торных двигателей.
Порядок выполнения работы
1. Изучить детали и узлы кривошипно-шатунного механизма, место их
расположения и приёмы проведения эксплуатационных регулировок.
2. Составить отчёт о проделанной работе.
Краткие теоретические сведения
КШМ является основным механизмом поршневого двигателя, при работе
которого возникают различные усилия и моменты, определяющие условия его
работы. Все элементы КШМ условно можно разделить на две группы: непод-
вижные и подвижные. Цилиндр (или блок цилиндров), головка цилиндра (или
блок цилиндров), картер двигателя с подшипниками коленчатого вала, маховик
с картером относятся к неподвижным деталям, а поршни с кольцами и поршневыми пальцами, шатуны с подшипниками, коленчатый вал с маховиком и гасителем крутильных колебаний – к подвижным. Все детали кривошипношатунного механизма размещены внутри остова двигателя, состоящего из
блок-картера, головки блока, поддона и картера распределительных шестерён.
Содержание отчёта
Расчёт блок-картера. Сложность конструкции блок-картера с его пере-
городками, рёбрами, отверстиями и каналами весьма затрудняет определение
величины и направления нагружающих блок-картер сил и фактических напряжений в его элементах. Ориентировочно толщину стенки чугунного цилиндра
до его расточек и шлифовок, или так называемую номинальную толщину (δ
ном
),
можно определить по формулам, [мм]:
а) для автомобильных двигателей
D (1.1)
,205,0
цном
5
б) для тракторных двигателей
(
)
=
δ
σ
′
,075,0...065,0
D
(1.2)
цном
где D
– диаметр цилиндра, мм (табл. 1.1).
ц
При проведении расчёта цилиндров и вставных цилиндровых гильз рассматривают лишь основные нагрузки: нагрузку от давления газов, боковую нагрузку от поршня и температурные нагрузки, а влиянием водяной рубашки, соединительных стенок и клапанных коробок пренебрегают, что делает расчёт
условным. Наиболее опасной нагрузкой в этом случае является внутреннее дав-
ление газов, вызывающее напряжения разрыва (σ
(
) – по кольцевому сечению:
р
DP
z
=σ
где
P
zmax
–
максимальное давление газов
р
′
р
=σ
2
δ
z
4
δ
; δр –
р
DP
р
расчётная или наименьшая толщи
) по образующей цилиндра и
р
цmax
цmax
,
[кг/
,
[кг/
2
см
]; (1.3)
2
см
], (1.4)
на стенки цилиндра, т.е. толщина стенки после последней расточки цилиндра
1.1. Исходные данные
Модель
двигателя
Диаметр
цилиндра
Dц, мм
Наружный
диаметр
гильзы
цилиндров
D1, мм
Число шпилек,
приходящееся
на один
цилиндр
iшт, шт.
Размер
шпильки
Зазор между
стенкой
цилиндров и
юбкой поршня,
мм
-
.
ЗМЗ-4025.10 92 100 4
ЗМЗ-53.11 92 100 6
ЗИЛ-508.10 100 125 6
КамАЗ-740.10 120 142 4
Д-245 110 135 5
Д-260 110 138 5
СМД-62 130 150 6
ЯМЗ-238НБ 130 153 6
6
М12×1,25
М11×1
М12×1,25
М16×1,25
М14×2
М14×2
М16×1,5
М16×1,5
0,024…0,048
0,03…0,05
0,03…0,05
0,119…0,22
0,09…0,13
0,09…0,13
0,22…0,26
0,19…0,21
40 кг/
≈δ∆−δ=δ
−≈δ
∆
2
σ=σ
′
σ
′
4
4
Для дизельных двигателей при степени сжатия
2
см
,
для карбюраторных
–
при
ε = 6…9 P
= 12…20 кг/
zmax
ε = 15…20 P
2
см
.
= 30…
zmax
Величина
где
ний стержня при отливке и последующих расточек, мм
Поскольку
(δр)
может быть определена по эмпирической формуле
,05,0
D
(1.5)
цномр
уменьшение толщины стенки цилиндра за счёт возможных смеще
.
5,0
,
напряжения разрыва в кольцевом сечении цилинд
рр
ров двигателей жидкостного охлаждения не определяются. Для двигателей воз
душного охлаждения с перпендикулярным оси цилиндра оребрением определе
ние величины
гильз желательно проверить стенки водяной рубашки на разрыв
где
(
)
необходимо. При наличии в двигателе вставных мокрых
р
:
Р
max
z
F
,
вр
=σ (1.6)
р
2
D
π
рР
=
maxmax
zz
ц
– сила, разрывающая водяную рубашку, кг; Fвр – пло-
-
-
-
-
щадь поперечного сечения водяной рубашки одного цилиндра, см
2
DFπ
1
= , (1.7)
вр
где D
– наружный диаметр гильзы цилиндров, см (табл. 1.1).
1
2
;
Под действием высоких температур, внутреннего давления газов, усилий,
возникающих при затяжке шпилек (или болтов) блок-картера, а также других
нагрузок в головке цилиндров возникают значительные напряжения. В особенности большие напряжения имеют место в стенках камеры сгорания, гнездах
выпускных клапанов и местах сопряжения стенок неодинаковой толщины.
Вследствие сложности формы головок с расположенными в них перегородками, клапанными патрубками, гнёздами для свечей или форсунок, бобышками
для шпилек и т.д., а также неточного знания действующих сил, определить величину и характер изменения напряжений в элементах головки цилиндров и
провести расчёт её на прочность не представляется возможным. На практике
толщину стенки камеры сгорания (δ
симости δ
большие значения (δ
= (1,2…1,8)δц, принимая для головок из алюминиевых сплавов
кс
). Следует, однако, учитывать, что излишняя толщина
кс
) намечают исходя из эмпирической зави-
кс
7
стенок камеры сгорания может привести при высоких температурах к возник-
4
новению в них чрезмерных температурных напряжений и даже явиться причиной разрушения головки.
Головки современных автомобильных и тракторных двигателей крепятся
к цилиндрам при помощи шпилек или болтов. В некоторых случаях применяют
длинные анкерные болты, стягивающие головку, цилиндры и картер двигателя.
Количество шпилек (или болтов) определяется из расчёта 5…8 шпилек на цилиндр при боковых и 4…6 при подвесных клапанах. Шпильки (или болты) размещаются так, чтобы возникающие при их затяжке усилия распределялись на
приблизительно одинаковые площади прокладки. Расстояния между шпильками (или болтами) зависят от жёсткостей головки и блока цилиндров. При достаточной жёсткости этих деталей необходимая плотность газового стыка достигается применением коротких и жёстких шпилек.
Шпильки (или болты) воспринимают осевую нагрузку от затяжки, от сил
давления газов, суммарную нагрузку от кручения и растяжения (во время затяжки) и нагрузку, возникающую во время работы двигателя вследствие неодинаковых температур и коэффициентов линейного расширения материалов головки и блока цилиндров и силовых шпилек. Напряжения, возникающие во
время работы двигателя в шпильках, зависят от величины и характера изменения перечисленных нагрузок и от соотношения между упругостями шпилек и
головок и блоков цилиндров. При расчёте учитываются шпильки только того
цилиндра, в котором происходит вспышка. Влиянием шпилек, окружающих остальные цилиндры, пренебрегают. Согласно экспериментальным данным, однако, во время вспышки вследствие упругости головки и блока цилиндров
шпильки соседних цилиндров воспринимают 15…25% от силы давления газов
в средних цилиндрах и 5…15% – в крайних цилиндрах. Упрощённый поверочный расчёт шпилек (или болтов) обычно ведут на осевую силу затяжки,
[кг/см2]:
Р
пз
fi
шпшп
где σ
=σ , (1.8)
пз
– напряжение затяжки (для автотракторных двигателей принимаем рав-
пз
ным σ
приходящееся на один цилиндр, шт. (табл. 1.1); f
чения шпильки по наименьшему диаметру стержня или резьбы, см
8
= 1000…1500 кг/см2);
пз
Р
– осевая сила затяжки, кг; iшп – число шпилек,
пз
– площадь поперечного се-
шп
2
;
2
dfπ
шп
= , (1.9)
шп
где d
шп
шп
шп
шп
ψ
=
1
µ′=
σ
′
где
– внутренний диаметр резьбы, см;
шп
нар
нар
d – наружный диаметр резьбы шпильки, см (табл. 1.1); tшп – шаг резьбы
4,1 tdd −= , (1.10)
шпильки, см (табл. 1.1).
где ψ
Силу
над
Р
определяем по формуле
пз
надпз z
= 1,25 – коэффициент надёжности.
РР
,
(1.11)
max
Во время затяжки шпильки (или болта) в ней возникает напряжение скручивания (τ
где
М
– момент, необходимый для преодоления трения в резьбе; Wо ≈ 0,2
к
), [кг/см2]:
скр
М
к
W
,
о
=τ (1.12)
скр
полярный момент сопротивления сечения шпильки (или болта).
Для момента окончания затяжки величина (
5,0 d
РМ
М
) определяется по формуле
к
, (1.13)
средпзк
3
d –
где µ′ – коэффициент, зависящий от коэффициента трения и угла профиля резьбы, для стальных шпилек µ′ = 0,179; d
– средний диаметр резьбы шпильки
сред
(или болта), см.
Средний диаметр резьбы – это расстояние между двумя линиями, проведенными по середине профиля резьбы между дном впадины и вершиной нитки параллельно оси шпильки или болта (табл. 1.1).
Суммарное напряжение растяжения и скручивания в момент окончания
затяжки,
[кг/см2]:
Σ
′
Σ
2
пз
2
4τ+σ=σ
. (1.14)
скр
Расчёт поршневой группы. К деталям поршневой группы относятся
поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец и деталями крепления
пальца (стопорные кольца). Основное назначение поршневой группы заключается в образовании вместе со стенками цилиндра и поверхностью камеры сгорания пространства переменного объёма, в котором совершаются рабочие про-
9
цессы двигателя, и обеспечение герметичности этого пространства; передачи
(
)
1
+
=
(
)
к
∆+=
(
)
к
∆+=
воспринимаемого поршнем давления газов шатуну; передачи боковых усилий
от шатуна к стенкам цилиндра; обеспечение возможно меньшего количества,
воспринимаемого днищем поршня тепла от газов; обеспечение возможно лучшего отвода тепла, воспринятого от газов, и тепла от трения к стенкам цилиндра, а также воздуху и масляному туману в пространстве под поршнем; открытие
и закрытие окон в двухтактных двигателях с щелевым газораспределением и во
всех двигателях с золотниковым гильзовым газораспределением.
Основные элементы
поршня
: верхняя часть (или головка поршня), бо-
бышки, оребрение и нижняя часть (или юбка поршня). Головка поршня состоит
из днища, боковой цилиндрической части с проточенными в ней канавками для
колец и различными прорезями и сверлениями и внутреннего оребрения. С головкой поршня соединены бобышки, через которые при помощи поршневого
пальца и шатуна передаются коленчатому валу усилия, воспринимаемые поршнем. Нижняя часть поршня – юбка – является его направляющей частью и
предназначена для передачи зеркалу цилиндра боковой силы при возможно
меньшем удельном давлении.
В соответствии с выданным преподавателем заданием (модель двигателя)
и намеченными конструктивными размерами (табл. 1.1 и 1.2) на листе бумаги в
масштабе вычерчивается эскиз поршня (рис. 1.1).
Толщина стенки цилиндрической части головки поршня в зоне колец
принимается по выражению, мм
8,1...3,02
где
t –
радиальная толщина кольца, мм
tе , (1.15)
.
Радиальная толщина колец для двигателей разного назначения колеблется
в зависимости от диаметра цилиндра в пределах, указанных на рис
Высоту кольцевых канавок под поршневые кольца принимают
а) для компрессионных колец
вв05,1...6,0в
, (1.16)
. 1.2.
:
б) для маслосъёмных колец
вв7,1...1,1в
, (1.17)
где в – высота кольца в зависимости от номинального диаметра цилиндра автотракторного двигателя, мм (табл. 1.3); ∆в – зазор между кольцом и канавкой по
высоте, ∆в = 0,02…0,8 мм.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]