Рассчитываем на прочность четыре детали: поршень, поршневые кольца, поршневой палец, стержень шатуна. Все расчёты производим на основе данных теплового и динамического расчётов.
Расчёт поршня
3.1.1. Рассчитываем напряжение изгиба на днище поршня от газовой силы:
,
где 
принимаем относительную толщину стенки головки поршня 
; относительную радиальную толщину кольца 
; радиальный зазор кольца в канавке поршня 
; относительную толщину днища поршня 
.
- из таблицы результатов динамического расчёта.
. Допустимое напряжение для алюминиевых поршней при наличии рёбер жесткости: 
.
3.1.2. Рассчитываем напряжение сжатия от газовых сил в сечении Х-Х:
,
где 
- относительная площадь расчётного сечения поршня с учётом ослабления его отверстиями для отвода масла:
где относительный диаметр поршня по дну канавки: 
,
диаметр масляного кольца 
,
.
Число масляных отверстий 
.
Допустимое напряжение сжатия для алюминиевых сплавов 
.
3.1.3. Рассчитываем напряжение разрыва в сечении Х-Х от максимальной инерционной силы (при φ=0):
Допустимое напряжение на разрыв для алюминиевых сплавов 
.
3.1.4. Напряжение в верхней кольцевой перемычке:
- напряжение среза:
,
где 
- относительная толщина первой кольцевой перемычки
- напряжение изгиба:
Cложное напряжение по третьей теории прочности:
3.1.5. Удельное давление поршня, отнесённое к высоте юбки поршня:
,
где относительная высота юбки поршня 
3.1.6. Удельное давление поршня, отнесённое ко всей высоте поршня:
.
Расчёт поршневого кольца
3.2.1. Рассчитываем среднее давление на стенку цилиндра:
, где 
- модуль упругости для стали,
- относительная величина разности между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем сечении.
3.2.2. Рассчитываем эпюру давления кольца в различных точках окружности:
, где 
- коэффициент для различных углов ψ по окружности кольца.
При 
Результаты расчёта эпюры удельного давления кольца:
| Ψ, град | 0 | 30 | 60 | 90 | 120 | 150 | 180 |
| 1,06 | 1,06 | 1,14 | 0,90 | 0,46 | 0,67 | 2,85 |
| 0,138 | 0,138 | 0,148 | 0,117 | 0,0598 | 0,087 | 0,34 |
По полученным данным строим эпюру давления кольца на стенку цилиндра.
3.2.3. Рассчитываем напряжение кольца в рабочем состоянии:
3.2.4. Рассчитываем напряжение изгиба при надевании кольца на поршень:
,
где m=1,57 – экспериментальный коэффициент, зависящий от способа надевания кольца.
Допустимое напряжение 
.
Расчёт поршневого пальца
3.3.1. Рассчитываем удельное давление пальца на втулку верхней головки шатуна:
,
где 
- относительная длина втулки поршневой головки шатуна,
- относительный наружный диаметр пальца.
,
где k=0,86 – коэффициент, учитывающий уменьшение инерционной силы за счётвычета массы поршневого пальца.
3.3.2. Рассчитываем удельное давление пальца на бобышку:
где 
- относительное расстояние между бобышками,
- относительная длина пальца.
3.3.3. Напряжение от изгиба поршневого пальца:
где 
.
3.3.4. Рассчитываем касательное напряжение от среза пальца в сечениях, расположенных между бобышками и головкой шатуна:
3.3.5. Рассчитываем увеличение горизонтального диаметра пальца в его средней части (овализация пальца):
где 
Расчёт стержня шатуна
3.4.1. Рассчитываем напряжение сжатия в сечении В-В от сжимающей силы 
.
В плоскости качения шатуна:
,
где 
, 
- ширина шатуна в среднем сечении B-B;
- ширина шатуна в минимальном сечении;
- наружный диаметр поршневой головки шатуна;
,
- коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости качения шатуна.
3.4.2. Рассчитываем напряжение сжатия в сечении В-В от сжимающей силы 
в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна:
где 
.
3.4.3. Рассчитываем напряжения от действия растягивающей силы:
3.4.4. Рассчитываем средние значения напряжения цикла:
- в плоскости качения шатуна:
- в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна:
3 .4.5. Рассчитываем амплитуды напряжения цикла :
- в плоскости качения шатуна:
- в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна:
3.4.6. Рассчитываем амплитуды цикла с учетом концентрации напряжений в зависимости от размера и способа обработки поверхности детали:
- в плоскости качения шатуна:
- в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна:
3.4.7. Определяем запас прочности шатуна по пределу усталости:
- в плоскости качения шатуна:
- в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна:
РАСЧЁТ СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЯ
Расчёт системы смазки
4.1.1. Рассчитываем количество тепла, отводимого от двигателя маслом, учитывая, что в современных автомобильных двигателях отводится 1,5÷3 % от общего количества теплоты, веденной в двигатель с топливом.
4.1.2. Рассчитываем циркуляционный расход масла. Массовый циркуляционный расход масла равен:
, при удельной теплоёмкости масла 
4.1.3. Рассчитываем стабилизационный расход масла:
4.1.4. Определяем расчетную производительность насоса с учетом утечек масла через радиальные и торцевые зазоры:
4.1.5. Рассчитываем мощность, затрачиваемую на привод масляного насоса:
,
где 
- избыточное давление масла в системе ( 
и 
-соответственно давление масла перед насосом и за насосом),
- напор,
- объёмный расход масла,
Дата: 2019-07-30, просмотров: 228.
