4.2 Розрахунок поршня

Розрахунок основних конструктивних співвідношень розмірів елементів поршня згідно рисунку 4.1

Рисунок 4.1 – Схема поршня

Товщина днища поршня, мм:

, (4.1)

де D – діаметр циліндру

, мм

Висота поршня, мм:

, (4.2)

, мм

Висота жарового поясу, мм:

, (4.3)

, мм

Товщина першої кільцевої перемички, мм:

(4.4)

, мм

Висота верхньої частини поршня, мм:

, (4.5)

, мм

Висота юбки поршня, мм:

, (4.6)

, мм

Внутрішній діаметр поршня, мм:

(4.7)

, мм

Товщина стінки головки поршня, мм:

, (4.8)

, мм

Товщина стінки юбки поршня, мм

Приймаємо

Радіальна товщина кільця, мм:

• компресійного

_, (4.9)

, мм

• оливоз’ємного

, (4.10)

, мм

Радіальний зазор кільця в канавці поршня. мм:

компресійного t = 0,70…0,95 t = 0,9

оливоз’ємного t = 0,9…1,1 t = 1

Висота кільця, мм:

а = 1,5…4 мм

Приймаємо а = 3

Різниця між величинами зазорів замка кільця в вільному і робочому стані, мм:

, (4.11)

, мм

Кількість оливоз’ємних отворів, n_м

n_м = 6…12.

Приймаємо n_м = 10

Діаметр масляного каналу, мм:

, (4.12)

, мм

Діаметр бобики, мм:

(4.13)

, мм

Відстань між торцями бобишок, мм:

, (4.14)

, мм

Зовнішній діаметр поршневого пальця, мм:

(4.15)

, мм

Внутрішній діаметр поршневого пальця, мм:

(4.16)

Довжина пальця, мм:

- закріпленого

(4.17)

, мм

- плаваючого

(4.18)

, мм

Довжина головки шатуна, мм:

- при закріпленому пальці

(4.19)

, мм

- при плаваючому пальці

(4.20)

, мм

Розрахунок поршня на міцність

Вихідні дані: матеріал поршня Алюміньовий сплав; площа поршня А_п = 4534см² ; найбільша нормальна сила N_мах = 0,1•А_п•Р_z = 3010,5 МН при  = 390 ; частота обертання n_х.х. = 5885 хв^-1, маса поршневої групи m_п = 1,84 кг,  = 0,26, коефіцієнт лінійного розширення чавуну _п = 22 10^-6 1/К

Напруження стиснення у перетині Х – Х поршня, МПа:

(4.21)

де Р_zmax - максимальна стискаюча сила, МН

F_x-x – напруження стиснення в перерізі х – х

_, (4.22)

, МН

Для розрахунку напруження стиску (δ_ст) у перетині Х—Х, ослаблені дренажними масляними канавками, визначаємо

Діаметр поршня по дну канавок під поршневі кільця, мм²:

, (4.23)

, мм²

Площа повздовжнього діаметрального перерізу масляного каналу оливоз’ємного кільця, мм

, (4.24)

, мм

Площа перерізу Х—Х, м²

, (4.25)

, м²

, МПа

Для поршнів з алюмінієвих сплавів _ст  [ _ст ] = 30…40 МПа.

Для визначення напруження розриву (δ_Р) в перерізі Х–Х від дії сили інерції поступально рухомих мас в режимі максимальної частоти обертання холостого ходу n_x.x=5885хв^-1 визначаємо силу інерції Р_j. Масу головки поршня з кільцями, що розташовані вище перерізу Х–Х, приймаємо: т_х-х=0,5т_n=0,92 кг.

Максимальна кутова швидкість холостого ходу двигуна, рад/с:

, (4.26)

, рад/с

Сила інерції зворотно – поступальних рухомих мас, МН:

, (4.27)

, МН

Напруження розриву у перерізі Х-Х, МПа:

, (4.28)

, МПа

Допустиме значення діаметрального зазору у холостому стані між стінкою циліндра і головкою поршня, мм

, (4.29)

, мм

Допустиме значення діаметрального зазору у холостому стані між стінкою циліндра і юбкою поршня, мм

, (4.30)

Діаметр головки поршня у холодному стані, мм

, (4.31)

, мм

Діаметр юбки поршня у холодному стані, мм

, (4.31)

Для визначення діаметральних зазорів у гарячому стані між стінкою циліндра і головкою поршня та між стінкою циліндра і юбкою поршня приймаємо наступне значення температури деталей: температура циліндра Т_ц = 388 К, температуру головки поршня Т_г = 593

К, температуру юбки поршня Т_ю = 413 К, початкову температуру циліндра і поршня Т_о = 293 К. Значення температур для двигунів з повітряним охолодженням приймаємо відповідно /5/ с. 262

Діаметральний зазор в гарячому стані між стінкою циліндра та головкою поршня, мм

, (4.32)

, мм

Діаметральний зазор в гарячому стані між стінкою циліндра і юбкою поршня, мм

, (4.33)

, мм