2.8. Равномерность крутящего момента и равномерность хода двигателя.

При определении суммарных сил, действующих в двигателе, было установлено, что крутящий момент М_кр представляет собой периодическую функцию угла поворота коленчатого вала. Неравномерность изменения суммарного крутящего момента обусловливается особенностями протекания рабочего процесса двигателя и кинематическими свойствами его кривошипно-шатунного механизма.

Для оценки степени равномерности индикаторного крутящего момента двигателя обычно используют коэффициент неравномерности крутящего момента:

где M_kp.max, M_kp.min, M_kp.cp – соответственно максимальный, минимальный и средний индикаторные крутящие моменты двигателя.

Для одного и того же двигателя коэффициент зависит от режима его работы. Поэтому для сравнительной оценки различных двигателей значения коэффициента неравномерности крутящего момента определяют для режима номинальной мощности.

Избыточная работа крутящего момента:

где F_abc – площадь над прямой среднего крутящего момента в мм², М_М – масштаб момента на диаграмме, - масштаб угла поворота вала на диаграмме М_кр.

Равномерность хода двигателя принимаем =0,01.

Момент инерции движущихся масс двигателя, приведенных к оси коленчатого вала:

2.9. Расчет маховика.

Основное назначение маховика – обеспечение равномерности хода двигателя и создание необходимых условий для трогания машины с места. Для автомобильных двигателей, работающих обычно с большой недогрузкой, характерен облегченный разгон машины и поэтому маховик автомобильного двигателя, как правило, имеет минимальные размеры.

Расчет маховика сводится к определению момента инерции J_м маховика, махового момента , основных размеров и максимальной окружной скорости. Для расчета можно принять, что момент инерции маховика со сцеплением автомобильного двигателя составляет 80-90% от момента инерции J₀ двигателя.

,

где - масса маховика, кг; D_cp – средний диаметр маховика, м.

3. Расчет поршневой группы.

3.1. Расчет поршня.

На основании данных расчетов (теплового, скоростной характеристики и динамического) получили: диаметр цилиндра D = 93 мм,

ход поршня S = 93 мм, действительное максимальное давление сгорания р_д = 8,037 МПа при n_M = 2250 мин^-1, площадь поршня F_п = 67,9291 см², наибольшую нормальную силу N_max = 2,962 МН, массу поршневой группы m_п = 0,936 кг, частоту вращения n_{x.x max} = 4950 мин^-1 и = 0,28.

В соответствии с существующими аналогичными двигателями и с учетом соотношений принимаем:

толщину днища поршня в диапазоне 0,085, соответственно – δ = 7,9 мм;

высоту поршня в диапазоне 0,5, соответственно – Н = 47 мм;

высоту юбки поршня в диапазоне 0,68, соответственно –h_ю= 63 мм;

радиальная толщина кольца в диапазоне 0,042, соответственно –t = 3,9 мм;

радиальный зазор кольца в канавке поршня в диапазоне 0,9 мм,

толщина стенки головки поршня в диапазоне 0,091, соответственно –S= 8.5 мм;

величина первой кольцевой перемычки в диапазоне 0,043, соответственно –h_п= 4 мм;

число 8 и диаметр масляных каналов в поршне в диапазоне1,5 мм; соответственно –а = 3,2 мм, d_м/ а = 0,47.

Материал поршня и цилиндра – эвтектический алюминиевый сплав с содержанием кремния около 12%, a_п = 1/К, a_ц = 1/К

Напряжение изгиба в днище поршня

где r_i – внутренний радиус днища.

допустимое значение для поршней из алюминиевых сплавов [σ_из]=20-25 МПа при наличии ребер жесткости [σ_из]= 50-150 МПа

Днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости. Кроме того, в целях повышения износо- и термостойкости поршня целесообразно осуществить твердое анодирование днища и огневого пояса, что уменьшит возможности перегрева днища, а также пригорания верхнего компрессионного кольца.

Напряжение сжатия в сечении х – х

,

где

–диаметр поршня по дну канавок;

–внутренний диаметр поршня;

–площадь продольного диаметрального сечения масляного канала.

30,328 МПа; допустимое значение для поршней из алюминиевых сплавов [σ_сж]= 30-40 МПа.

Напряжение разрыва в сечении х – х

масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения х – х:

максимальная разрывающая сила:

напряжение разрыва:

допустимое значение для поршней из алюминиевых сплавов [σ_р]= 4-10 МПа.

Напряжение в верхней кольцевой перемычке

среза:

изгиба:

сложное:

допустимое значение для поршней из алюминиевых сплавов [σ_Σ]= 30-40 МПа.

Удельное давление поршня на стенку цилиндра

Ускорение приработки юбки поршня, а также уменьшение трения и снижения износа пары – юбка поршня – стенка цилиндра – достигается покрытием юбки поршня тонким (0,003 – 0,005 мм) слоем олова, свинца или оловянно-свинцового сплава.

Гарантированная подвижность поршня в цилиндре

достигается за счет установления диаметральных зазоров между цилиндром и поршнем при их неодинаковом расширении в верхнем сечении головки поршня и нижнем сечении юбки .

Диаметры головки и юбки поршня с учетом монтажных зазоров:

по статистическим данным и;

выбираем: 0,6882 мм, и0,1767 мм;

мм;93-0,688=92,3118 мм;

мм, 93-0,177=92,8233 мм;

Диаметральные зазоры в горячем состоянии:

При жидкостном охлаждении Т_ц = (383-338)К, Т_г = (473-723)К, Т_ю = (403-473)К;

принимаем: Т_ц = 386,8 К, Т_г = 664,1 К, Т_ю =456,5 К, Т₀ =273 К;

Т_ц ,Т_г ,Т_ю – соответственно температура стенок цилиндра, головки и юбки поршня в рабочем состоянии.

0,03059 мм;

0,01008 мм;