
- •Министерство образования республики беларусь
- •Министерство образования республики беларусь
- •Содержание
- •1. Тепловой расчёт и определение основных размеров двигателя 8
- •2. Динамический расчёт. Порядок выполнения расчёта для поршневого двигателя 20
- •3. Расчёт деталей кривошипно-шатунного механизма 29
- •4. Расчёт деталей механизма газораспределения 82
- •1. Тепловой расчёт и определение основных размеров двигателя
- •1.1 Процесс впуска
- •1.2 Процесс сжатия
- •1.3 Процесс сгорания
- •1.4 Процесс расширения
- •1.9 Построение индикаторной диаграммы
- •2. Динамический расчёт. Порядок выполнения расчёта для поршневого двигателя
- •2.1. Перестроение индикаторной диаграммы
- •2.2. Построение графиков сил Рj и pσ
- •2.3. Построение графиков сил т и к.
- •2.4. Построение графика суммарного крутящего момента
- •2.5. Построение полярной диаграммы нагрузок на шатунную шейку
- •3. Расчёт деталей кривошипно-шатунного механизма
- •3.1 Расчёт гильзы цилиндра и корпуса цилиндра
- •3.2 Расчёт силовых болтов
- •3.3 Расчёт поршневой группы
- •3.3.1 Расчёт головки поршня
- •3.3.2 Расчёт юбки поршня
- •3.3.3 Расчёт диаметров головки и юбки поршня
- •3.3.4 Расчёт поршневого кольца
- •3.3.5 Расчёт поршневого пальца
- •3.4 Расчёт шатуна
- •3.4.1. Расчёт поршневой головки шатуна
- •3.4.2. Расчёт стержня шатуна
- •3.4.3 Расчёт крышки шатуна
- •3.4.4 Расчёт шатунных болтов
- •3.5 Расчёт коленчатого вала
- •3.5.1. Расчёт коренной шейки
- •3.5.2. Расчёт шатунной шейки
- •3.5.3. Расчет щёк коленчатого вала
- •4. Расчёт деталей механизма газораспределения
- •4.1 Профилирование безударного кулачка методом «Полидайн»
- •4.1.1 Определение основных параметров для впускного клапана
- •4.1.2. Профилирование впускного кулачка.
- •4.1.3 Определение основных параметров для выпускного клапана
- •4.1.4. Профилирование впускного кулачка
- •4.2. Расчётная схема и силы, действующие в клапанном механизме
- •4.3 Расчёт пружины клапана
- •4.3.1 Определение предварительных параметров пружины
- •4.3.2 Определение геометрических параметров пружины
- •4.4 Проверочный расчёт деталей грм
- •4.4.1 Проверочный расчёт пружин
- •4.4.2 Расчёт распределительного вала
- •4.4.3 Расчёт толкателя
- •4.4.4.Расчёт штанги
- •4.4.5. Коромысло привода клапана
- •5.2. Расчёт масляного радиатора
- •5.3. Расчёт подшипника скольжения
- •5.4. Расчёт фильтра очистки масла
- •6. Расчёт системы охлаждения
- •6.1 Расчёт радиатора
- •6.2 Расчёт вентилятора
- •6.3 Расчёт водяного насоса
- •7. Расчёт системы питания
- •7.1. Расчёт топливного насоса высокого давления
- •7.2. Расчёт форсунки
- •7.3. Расчёт топливного аккумулятора
- •8. Расчёт системы пуска
- •Заключение
- •Литература
3. Расчёт деталей кривошипно-шатунного механизма
3.1 Расчёт гильзы цилиндра и корпуса цилиндра
Основные конструктивные размеры гильзы выбираются с учётом обеспечения необходимой прочности и жёсткости, исключающего появление овализации цилиндра при сборке двигателя и вовремя его эксплуатации.
Рисунок 3.1 – Расчётная схема гильзы
цилиндра с жидкостным охлаждением
Толщину стенки гильзы
определяем
по формуле [2, стр. 97]:
|
(55) |
где
–
допускаемое напряжение растяжения,
(специальный чугун ГОСТ 7769-82);
МПа (из теплового расчёта);
– внутренний диаметр цилиндра,
Принимаем
.
Напряжение в стенке цилиндра определяем по формуле [2, стр. 99]:
|
(56) |
Следовательно, гильза цилиндра не разрушается от напряжения растяжения по образующей цилиндра.
При работе двигателя между наружной и внутренней поверхностями гильзы цилиндра возникает значительный перепад температур, вызывающий тепловые напряжения:
|
(57) |
где
– модуль упругости материала гильзы,
;
– коэффициент линейного расширения,
;
– коэффициент Пуассона,
;
– перепад температур,
.
Суммарные напряжения от давления газов
и перепада температур на наружной
и внутренней
поверхностях гильзы цилиндра:
Суммарные напряжения
не превышают допустимые пределы:
.
Условие прочности выполняется.
3.2 Расчёт силовых болтов
На основании проведённого теплового
расчёта имеем:
,
,
,
.
Принимаем количество шпилек (болтов)
на цилиндр
;
номинальный диаметр
;
шаг резьбы
;
внутренний диаметр резьбы шпильки
(
);
материал шпильки – сталь 40ХНМА.
Для стали 40ХНМА: предел прочности
;
предел усталости при растяжении-сжатии
;
предел текучести
;
коэффициент приведения цикла при
растяжении-сжатии
.
Отношение предела усталости к пределу
текучести
определяем по формуле [2, стр. 89]:
|
(58) |
Проекция поверхности камеры сгорания
на плоскость, перпендикулярную оси
цилиндра при верхнем расположении
клапанов
определяем по формуле [2, стр. 100]:
|
(59) |
Силу давления газов, приходящаяся на
одну шпильку (болт)
определяем по формуле [2, стр. 102]:
|
(60) |
Силу предварительной затяжки
определяем по формуле [2, стр. 102]:
|
(61) |
где
– коэффициент затяжки шпильки для
соединения с прокладками;
–
коэффициент основной нагрузки резьбового
соединения;
Суммарная сила, растягивающая шпильку
(болт)
определяем по формуле [2, стр. 102]:
|
(62) |
Минимальная сила, растягивающая шпильку
:
.
Максимальные и минимальные напряжения
и
определяем
по формулам [2, стр. 102]:
|
(63) |
Среднее напряжение
и амплитуда
:
|
(64) |
Так как:
то запас прочности определяем по пределу текучести [2, стр. 87]:
|
(65) |
где
коэффициент
влияния абсолютных размеров поперечного
сечения,
[2,
табл. 5.7],
коэффициент
влияния шероховатости поверхности,
[2,
табл. 5.8].
эффективный
коэффициент концентрации напряжений
[2, стр. 103]:
|
(66) |
где
– теоретический коэффициент концентрации
напряжений [2, табл. 5.6],
коэффициент чувствительности к
концентрации напряжений [2, табл. 5.6].
Значит запас прочности будет равен:
Следовательно, шпильки (болты) не разрушаются от суммарного воздействия переменной нагрузки растяжения и силы предварительной затяжки.