Нм: Мкрц = ТR масштаб крутного моменту, Нм/мм: Мм=Мр FnR=66 * 0,008 * 0,04 = 0,2112Нм/мм
Мφ = 4π/(і * ОА) = 0,035 рад/мм – масштаб кута повороту вала на діаграмі Мкр.
Рівномірність ходу двигуна приймаємо δ = 0,01
Момент інерції мас двигуна, що рухаються, приведених до осі колінчатого вала, кг*м²:
J0 = LНАДЛ/ δω² =1581,6/(1* 455,3²) = 0,76 кг*м²
Третій етап. Розробка та конструювання деталей двинуна
Розрахунок поршня
Найбільш напруженим елементом поршневої групи є поршень. Він сприймає високі газові, інерційні та теплові навантаження, тому при його виготовленні до матеріалу пред’являються підвищені вимоги.
На основі даних розрахунку:
Діаметр поршня D =71 мм;
Хід поршня S = 78 мм;
Максимальний тиск сгорання рz = 9,527 МПа;
Площа поршня Fп = 0,008 м²;
Найбільша нормальна сила Nmax = 0,00345 МН при φ = 480˚;
Маса поршневої групи mn = 1,2 кг;
Частота обертання nx.x. max = 5000
λ = 0,25
Відповідно існуючим співвідношенням приймаємо:
Висоту поршня Н = 115,6 мм (Н/D);
Висоту юбки поршня hю = 57 мм (hю/D);
Радіальну товщину кільця t = 4 мм (t/D);
Радіальний зазор кільця у канавці поршня Δt = 0,8мм;
Товщину стінки поршня s = 7 мм (s/D);
Товщину верхньої кільцевої перемички hп = 4мм (hп/D);
Число масляних каналів у поршні n’м = 6;
Діаметр масляних каналів у поршні dм = 1,5 мм (dм/а);
а = 3 мм (висота кільця).
Матеріал поршня та гільзи циліндра – алюмінієвий сплав, α = 22 * 10⁶ 1/К;
Рисунок 1. Схема поршня
Напруження стиску у перерізі х – х
Площа перерізу х – х:
Fх – х = (π/4) * (d²к – d²і) – n’м * F´ = [(3,14/4) * (65,4² – 51,4²) – 6 * 21] * 10= = [0,785 * 1635,2 – 126] * 10⁶= 0,001157 м²
де
dк = D – 2 * (t + Δt) = 75 – 2 * (4 + 0,8) = 75 – 9,6 = 65,4 мм;
dі = D – 2 * (s + t + Δt) = 80 – 2 * (7 + 4 + 0,8) = 75 – 23,6 = 51,4 мм;
F´ = dм * (dк – dі)/2 = 1,5 * (65,4 – 51,4)/2 = 1,5 * 14 = 21 мм.
Максимальна стискуюча сила, МН:
Рzmax = Рz * Fп = 10,332 * 0,008 = 0,08266
Напруження стиску, МПа
σст = Рzmax/ Fх – х = 0,08266/0,0012 = 68,8
Напруження розриву у перерізі х – х:
Максимальна кутова швидкість холостого ходу, рад/с:
ωх – хmax = π nх – хmax/30 = (3,14 * 4350)/30 = 455,3
Маса головки поршня з кільцями, розташованими вище перерізу х – х, кг:
mх – х = 0,6 * mп = 0,6 * 1,2 = 0,72
Максимальна сила, що розриває, МН:
Рj = mх – х * R * ω²х – хmax * (1 + λ) = [0,72 * 0,04 * 455,3² * (1 + 0,25)] * 10= 0,074
Напруження розриву, МПа:
σР= Рj / Fх – х = 0,074/0,001208 = 4,5
Напруження у верхній кільцевій перемичці:
зрізу, МПа
τ = 0,0314 * Рz * D/hп = 0,0314 * 10,332 * 75/4 = 6,08
згинання, МПа
σсг = 0,0045 * Рz * (D/hп)² = 0,0045 * 10,332 * 75/4 = 0,87
складне, МПа
σΣ = √σ²сг + 4τ² = √ 18,6² + 4 * 6,4² = √345,96 + 163,84 = 22,5
Питомий тиск поршня на стінку циліндра, МПа:
q1 = Nmax/ (hю*D) = 0,00345/(0,057*0,075) = 0,81
q2 = Nmax/ (Н*D) = 0,00345/(0,1156 *0,075) = 0,39
Діаметри головки та юбки поршня, мм:
DГ = D – ΔГ = D – 0,006*D = 75 – 0,45 = 74,55
DЮ = D – ΔГ = D – 0,002*D = 75 – 0,15 = 74,85
Діаметральні зазори у гарячому стані, мм
ΔГ = D*[1+αЦ * (ТЦ – ТО)] – DГ*[1+αП * (ТГ – ТО)] = 75*[1+22*10⁶ * (388 – 293)] – 74,85 *[1+22*(10⁶)* (553 – 293)] = 75,26665 – 75,07425 = 0,1924
ΔЮ = D*[1+αЦ * (ТЦ – ТО)] – DЮ*[1+αП * (ТЮ – ТО)] = 75*[1+(11*10) * (388 – 293)] – 74,85 *[1+(11*(10⁶)) * (450 – 293)] = 75,0851 – 74,9793 = 0,1058
де αЦ = αП = 22*10⁶ 1/К коефіцієнти лінійного розширення матеріалів поршня та циліндра;
ТЦ = 338, ТГ = 553, ТЮ = 450 К віддповідно температури стінок циліндра, головки та юбки поршня в робочому стані прийняті з урахуванням рідинного охолоджен-ня двигуна.
Розрахунок поршневого пальця
Під час роботи двигуна поршневий палець попадає під дію змінних навантажень, що приводять до виникнення напружень згинання, зсуву, зминання та овалізації.
Розрахунок поршневого пальця включає визначення питомих тисків пальця на втулку верхньої головки шатуна та на бобишки, а також напруження від згинання, зрізута овалізації.
Відносно існуючим відношенням приймаємо:
Зовнішній диаметр пальця dп = 35мм (dп/ D);
Внутрішній діаметр пальця dв = 21 мм (dв/ D;
Довжину пальця lп = 86 мм (lп/ D);
Довжину втулки шатуна lш = 46 мм (lш/ D);
Відстань між торцями бобишек b = 40 мм (b / D);
Матеріал поршневого пальця – сталь 12ХН3А, Е = 2,2*10⁵
Палець плавуючого типу.
Розрахункова сила, що діє на поршневий палець:
газова, МПа
Рzmax = Рzmax * Fп = 10,332 * 0,008 = 0,08266
Інерційна, МПа
Рj = – mп * R * ω² * (1 + λ) = [– 0,824 * 0,04 * 314² * (1 + 0,25)] * 10⁶ = 0,0041
де ω = π * nN/30 = (3,14 * 3000)/30 = 314 с
розрахункова
Р = Рzmax – к * Рj = 21 – 0,72 * 0,0041 = 0,08266 – 0,0029 = 0,07976 МПа
Питомий тиск пальця на втулку поршневої головки шатуна, МПа
qш = Р/(dп * lш) = 0,07976/(0,035 * 0,046) = 0,08266 / 0,000161 = 513,4
Питомий тиск пальця на бобишки, МПа
qб = Р/[ dп * (lп – b)] = 0,07976 /[ 0,035 * (0,086 – 0,04)] = 0,08266 /0,00161 =51,34
Напруження згинання в середньому перерізі пальця, МПа
σсг = [Р * (lп + 2b – 1,5 * lш)]/[1,2 * (1 – α⁴) * d³п] = [0,08266 *(0,086 + 2 * 0,04 – 1,5 * 0,046)]/ [1,2 * (1 – 0,6⁴) * 0,035³] = 138,24
де α = dв/dп = 21/36 = 0,6
Дотичні напруження зрізу в перерізах між бобишками і головкою шатуна, МПа
τ = [0,85 * Р * (1 + α + α²)]/[(1 – α⁴) * d²п] = [0,85 * 0,07976 * (1 + 0,6 + 0,6²)]/[(1 – 0,6⁴) 0,035² ] = 99,55
Найбільше збільшення горизонтального діаметру пальця при овалізації, мм
Δ dп max = [(1,35 * Р)/(Е * lп)] * [(1 + α)/(1 – α)]³ * [0,1 – (α – 0,4)³] = [(1,35 * 0,07976)/(2,2 * 10⁵ * 0,086)] * [(1 + 0,6)/(1 – 0,6)]³ * [0,1 – (0,6 – 0,4)³] = 0,024
Напруження овалізації на зовнішній поверхні пальця:
В горизонтальній площині (точки 1, Ψ = 0˚), МПа
σα 0˚ =(15 * Р)/(lп * dп) * [0,19 * {(2 + α)(1 + α)/( 1 – α)²} – 1/ 1 – α)]* [0,1*(α –0,4)³] =(15 * 0,08266)/(0,086 * 0,035) * [0,19 * {(2 + 0,6)(1 + 0,6)/( 1 – 0,6)²} – 1/ 1 – 0,6)]* * [0,1*(0,6 – 0,4)³] = 72,89
В вертикальній площині (точки 3, Ψ = 90˚), МПа
σα 90˚ =(15*Р)/(lп*dп) * [0,174 * {(2+α)(1 + α)/(1–α)² * α} + 0,636/(1–α)]*[0,1 – (α – 0,4)³] =(15 * 0,08266)/(0,086 * 0,035²) * [0,174 * {(2+0,6) * (1 + 0,6) / (1–0,6)² * 0,6} + 0,636 / (1 –0,6)]*[0,1 – (0,6 – 0,4)³] = – 184,98
Напруження овалізації на внутрішній поверхні пальця:
В горизонтальній площині (точки 2, Ψ = 0˚), МПа
σі 0˚ =(15 * Р)/(lп * dп) * [0,19 * {(2 + α)(1 + α)/( 1 – α)² * α} + 1/(1 – α)]* [0,1*(α –0,4)³] =(15 * 0,08266)/(0,086 * 0,035) * [0,19 * {(2 + 0,6)(1 + 0,6)/( 1 – 0,6)² * 0,6} + + 1/ 1 – 0,6)] * [0,1*(0,6 – 0,4)³] = – 288,97
В вертикальній площині (точки 4, Ψ = 90˚), МПа
σі 90˚ =(15*Р)/(lп*dп) * [0,174 * {(2+α)(1 + α)/(1–α)² + 0,636/(1–α)]*[0,1 – (α –0,4)³] =(15 * 0,08266)/(0,086 * 0,035²) * [0,174 * {(2+0,6) * (1 + 0,6) / (1–0,6)² –0,636 / (1–0,6)]*[0,1 – (0,6 – 0,4)³] = 145,14
Дата: 2019-07-24, просмотров: 188.
