3. Расчет механизмов двигателя и его систем.

3.1. Расчетные режимы.

Величина и характер изменения основных нагрузок, воздействующих на детали двигателя, зависят от эксплуатационного режима работы двигателя. Обычно рассчитывают детали для режимов, на которых они работают в наиболее тяжелых условиях.

1. Режим максимальной мощности:

частота вращения коленчатого вала n_N = 2100 об/мин.

максимальное давление газов при вспышке P_zN = 8,52 МПа.

2. Режим максимального крутящего момента:

частота вращения коленчатого вала об/мин.

максимальное давление газов при вспышке P_zM = 8,82 МПа.

3. Режим максимальной частоты вращения при холостом ходе:

частота вращения коленчатого вала об/мин (для дизельных двигателей).

максимальная сила давления газов при вспышке на этом режиме мала по сравнению с силами инерции, поэтому можно принять МПа.

4. Расчет деталей цилиндровой группы.

4.1. Расчет стенки цилиндра.

Толщина стенки цилиндра (гильзы) _ц выбирается из условий достаточной жесткости и обеспечения достаточного количества ремонтных расточек.

Стенка цилиндра двигателя водяного охлаждения проверяется на разрыв по образующей от внутреннего давления газов при вспышке P_zM на режиме максимального крутящего момента.

=м.

где D - диаметр цилиндра, м;

[] - допускаемое нормальное напряжение на разрыв; для Серого Чугуна [] =50 МПа.

P_zM – давление газов в цилиндре при вспышке на режиме максимального крутящего момента, МПа.

Гильзе цилиндров этого двигателя имеет 2 ремонтных размера, а диаметры цилиндров 2-го ремонтного размера отличаются от номинального в одной группе на 1 мм, следовательно, толщину стенки блока цилиндров принимаем:

_ц=1,08+1/2=1,58 мм.

Гильза изготавливается из серого чугуна марки СЧ1836.

4.2. Расчет силовых шпилек (болтов) крепления головки.

Силовые шпильки (болты) крепления головки проверяются на усталостную прочность от газовых сил и усилия предварительной затяжки.

За расчетный режим следует принять режим максимального крутящего момента.

В качестве материала для изготовления силовых шпилек выберем сталь 18ХНВА.

Диаметр шпилек (болтов) ориентировочно может быть определен на основании статистических данных

d = (0.12 - 0.14)D ,

d = 0.13 *0.121=0,0157 м=14,2 мм,

где D - диаметр цилиндра.

Полученное значение d следует примем до ближайшего значения по ГОСТ.

Скорректируем диаметр шпильки до стандартного d=16 мм.

Для резьбы М16х1,5 площадь сечения по внутреннему диаметру резьбы f=155 мм².

Газовая сила, действующая на шпильку, определяется следующим образом:

,

МН

где P_zM= 8,82 МПа – максимальное давление газов при вспышке в цилиндре на режиме максимального крутящего момента;

F_пр - площадь проекции камеры сгорания на плоскость, перпендикулярную оси цилиндра, ограниченную завальцованным краем прокладки, м². При верхнеклапанном газораспределительном механизме:

F_пр = (1.1 – 1.3)F_п,

F_п ==

F_пр = 1.3*0,0949=0.12348 м².

F_п - площадь днища поршня;

i_шп - число шпилек, окружающих один цилиндр. При верхнеклапанном газораспределительном механизме i_шп = 4.

Усилие предварительной затяжки шпильки:

МН,

где m = 3 - коэффициент затяжки шпильки;

 = 0,2 - коэффициент основной нагрузки резьбового соединения.

Максимальная сила, растягивающая шпильку:

.

МН

Максимальные и минимальные напряжения, возникающие в шпильке:

МПа;

МПа;

где f =0,000155- площадь минимального сечения стержня шпильки (болта), м².

Среднее значение и амплитуда напряжений цикла:

МПа;

МПа.

После этого определяется, в какой области диаграммы усталостной прочности лежит данный цикл:

,

;

;

то запас прочности определяется по пределу текучести:

В этих формулах для материала шпилек Сталь 18ХНВА обладает следующими характеристиками:

В этих формулах:

a_ =0,2 коэффициент приведения данного цикла к равно опасному

симметричному;

_-1 =575 предел усталости материала при симметричном цикле, МПа;

_т =1000 предел текучести материала, МПа.