По данным табл 11, строим эпюру давлений кольца на стенку цилиндра.
Значительное повышение давления у замка способствует равномерному износу кольца по окружности.
Напряжения изгиба кольца в рабочем состоянии:
(147)
МПа
Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень:
, (148)
где m = 1,57 – коэффициент, зависящий от способа надевания кольца;
Монтажный зазор в замке поршневого кольца в холодном состоянии:
(149)
где минимальный допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя;
Тк=488 К; Тц=388 К; Т0=288 К – соответственно температура кольца, стенок цилиндра, принятые с учетом водяного охлаждения;
То – начальная температура цилиндра и кольца;
==1/град.
5.1.3 Расчет поршневого пальца
Во время работы двигателя поршневой палец подвергается воздействию переменных нагрузок, приводящих к возникновению напряжений изгиба, сдвига, смятия и овализации. В соответствии с указанными условиями работы к материалам, применяемым для изготовления пальцев, предъявляются требования высокой прочности и вязкости. Этим требованиям удовлетворяют цементированные малоуглеродистые и легированные стали.
Расчет поршневого пальца включает определение удельных давлений пальца на втулку верхней головки шатуна и на бобышки, а также напряжений от изгиба, среза и овализации.
Основные конструктивные размеры поршневого пальца берем из таблицы 51[1]:
Принимаем nм=1650 об/мин при Mmax = 277 Н∙м;
Наружный диаметр пальца dп = 28 мм;
Внутренний диаметр пальца dВ = 18,2 мм;
Длина пальца Lп = 78 мм;
Длина втулки шатуна Lш = 33 мм;
Расстояние между торцами бобышек b = 37 мм;
Материал поршневого пальца – сталь 15Х, Е=2∙105 МПа;
Палец плавающего типа.
Расчетная сила, действующая на поршневой палец:
– газовая:
(150)
МН
– инерционная:
(151)
МН,
где ωМ = π ∙ n /30 = 3,14 ∙ 1650 / 30=173 рад/с.
– расчетная:
(152)
где k – коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца; k=0,76÷0,86; принимаем k=0,83.
Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна:
(153)
Мпа.
Удельное давление пальца на бобышки:
(154)
Напряжение изгиба в среднем сечении пальца:
(155)
где - отношение внутреннего диаметра к наружному;
Касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна:
(156)
Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации:
(157)
Напряжения, возникающие при овализации пальца на внешней и внутренней поверхностях, определяют для горизонтальной и вертикальной плоскостей по следующим формулам:
Напряжение на внешней поверхности пальца:
– В горизонтальной плоскости (точки 1; Ψ=0º):
– В вертикальной плоскости (точки 3; Ψ=90º):
(159)
Напряжения овализации на внутренней поверхности пальца:
– В горизонтальной плоскости (точки 2; Ψ=0º)::
(160)
– В вертикальной плоскости (точки 4; Ψ=90º):
(161)
5.1.4 Расчет гильзы цилиндра
Диаметр цилиндра D = 100 мм;
Максимальное давление сгорания рz = 7,57 МПа ;
Материал гильзы цилиндра – чугун, = 11∙10-6 1/К;
Е=1,0∙105МПа;
μ = 0,24 - коэффициент Пуассона для чугуна;
Толщина стенки гильзы цилиндра бг = 8 мм;
σz = 60 МПа – допустимое напряжение на растяжение для чугуна;
ΔТ= 110 К- перепад температур между внутренней и наружной поверхностью гильзы
Толщина стенки гильзы цилиндра выбирается конструктивно: δг = 8 мм.
Расчетная толщина стенки гильзы цилиндра:
δг.р = 0,5 ∙ D ∙ [] (162)
δг.р = 0,5∙ 100 ∙ ]= 6 мм;
Толщина стенки гильзы выбрана с некоторым запасом прочности, т.к. δг. > δг.р.
Напряжение растяжения от действия максимального давления:
σр = рzмах ∙ D /(2 ∙ δг) (163)
σр = 7,57 ∙ 100 / (2 ∙ 8) = 47,3 Мпа,
[σр] = 30÷60 МПа.
Температурные напряжения в гильзе:
Σt = Е ∙ αц ∙ Δt /(2 ∙ (1- μ)) , (164)
где Δt=110ºC – температурный перепад между внутренней и наружной поверхнотями гильзы.
σt = 1 ∙ 105 ∙ 11 ∙ 106 ∙ 110 / (2 ∙ (1 - 0,24)) = 79,6 МПа.
Суммарные напряжения в гильзе цилиндра от действия давления газов и перепадов температур:
– На наружной поверхности:
σΣ́ = σр + σt (165)
σΣ́ =47,3+79,6= 126,9 МПа.
[σΣ́] =100÷130 МПа
– На внутренней поверхности:
σΣ// = σр – σt (166)
σΣ// =47,3 - 79,6= -32,2 МПа.
6. Расчет систем двигателя
6.1 Расчет элементов системы смазки
Масляной насос служит для подачи масла к трущимся поверхностям движущихся частей двигателя. По конструктивному исполнению масляные насосы делятся на винтовые и шестеренчатые. Шестеренчатые насосы отличаются простотой устройства, компактностью, надежностью в работе и являются наиболее распространенными в автомобильных и тракторных двигателях.
Масляная система обеспечивает смазку деталей двигателя в целях уменьшения трения, предотвращения коррозии, удаления продуктов износа и частичное охлаждение его отдельных узлов. В зависимости от типа и конструкции двигателя применяются различные системы смазки: разбрызгиванием, под давлением и комбинированная. Большинство автомобилей имеют комбинированную систему смазки.
Расчет масляного насоса.
Расчет масляного насоса состоит в определении размеров его шестерен. Этому расчету предшествует определение циркуляционного расхода масла в системе.
Общее количество тепла, выделяемого топливом, за 1 с: Qo= 220,1 кДж/с
Количество тепла отводимого маслом от двигателя:
(167)
кДж/с
Средняя теплоемкость масла: См=2,094 кДж /(кг∙К).
Плотность масла: rм = 900 кг/м3.
Циркуляционный расход масла:
, (168)
м3/c,
где =10 – температура нагрева масла, 0C.
Для стабилизации давления масла в системе двигателя циркуляционный расход масла обычно увеличивается в 2 раза:
(169)
м3/с.
Объемный коэффициент подачи: hн = 0,7.
В связи с утечками масла через торцовые и радиальные зазоры насоса расчетную производительность его определяют с учетом коэффициента подачи:
(170)
Рабочее давление масла в системе р =3,5∙105 Па.
Механический К.П.Д. масляного насоса hмн = 0,86.
Мощность, затрачиваемая на привод масляного насоса:
(171)
кВт.
6.2 Расчет элементов системы охлаждения
Охлаждение двигателя применяется в целях принудительного отвода тепла от нагретых деталей для обеспечения оптимального теплового состояния двигателя и его нормальной работы. Большая часть отводимого тепла воспринимается системой охлаждения, меньшая – системой смазки и непосредственно окружающей средой.
В зависимости от рода используемого теплоносителя в автомобильных и тракторных двигателях применяют систему жидкостного или воздушного охлаждения. В качестве жидкого охлаждающего вещества используют воду и некоторые другие высококипящие жидкости, а в системе воздушного охлаждения – воздух.
Расчет водяного насоса.
Водяной насос служит для обеспечения непрерывной циркуляции воды в системе охлаждения. В автомобильных и тракторных двигателях наибольшее применение получили центробежные насосы с односторонним подводом жидкости.
Количество тепла, отводимого от двигателя водой (по данным теплового баланса): Qв = 52000 Дж/c;
Средняя теплоемкость воды: Сж = 4187 Дж/кг∙К;
Средняя плотность воды: ρж = 1000 кг/м3;
Напор насоса: rш = 98000 Па;
- коэффициент подачи насоса;
=100C - температурный перепад воды при принудительной циркуляции; hн = 0,8 механический КПД водяного насоса.
Циркуляционный расход воды в системе охлаждения:
(172)
м3/c.
Расчетная производительность насоса:
(173)
Мощность потребляемая водяным насосом:
(174)
Расчет радиатора
Расчет радиатора состоит в определении поверхности охлаждения, необходимой для передачи тепла от воды к окружающему воздуху.
Qв = Qвозд = 52000 Дж/c – количество тепла, отводимого от двигателя и передаваемого от воды к охлажденному воздуху;
Свозд = 1000 Дж/кг∙К – средняя теплоемкость воздуха;
Объемный расход воды: Gж = 0,00124 м3/с;
- температурный переход воздуха в решетке радиатора;
- температура воды перед входом в радиатор;
0C- температурный перепад воды в радиаторе;
Тсрвозд= 400C средняя температура воздуха проходящего через радиатор;
К = 100 Вт/(м2∙град) – коэфф. теплопередачи для радиаторов грузовых а/м.
Количество воздуха, проходящего через радиатор:
(175)
кг/с.
Массовый расход воды, проходящей через радиатор:
(176)
Средняя температура охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор:
(177)
Средняя температура воды радиаторе:
(178)
Поверхность охлаждения радиатора:
(179)
м2.
Расчет вентилятора
Вентилятор служит для создания направленного воздушного потока, обеспечивающего отвод тепла от радиатора. Массовый расход воздуха подаваемый вентилятором: G/возд = 2,6 кг/с; к.п.д. литого вентилятора: =0,6; tср.возд. = 500C; К = 100 коэффициент теплопередачи для радиаторов; Па – напор, создаваемый вентилятором.
Плотность воздуха при средней его температуре в радиаторе:
, (180)
кг/м3.
Производительность вентилятора:
, (181)
Фронтовая поверхность радиатора:
, (182)
где =20 м/с- скорость воздуха перед фронтом радматора без учёта скорости движения а/м (6÷24м/с).
Диаметр вентилятора:
. (183)
Окружная скорость вентилятора:
, (184)
где Ψл=2,9 –безразмерный коэффициент для криволинейных лопастей.
Число оборотов вентилятора:
Nвент = (60∙U) / (∙Dвент) = (60∙79)/(3,14∙0,39)=3870 об/мин. (185)
Мощность затрачиваемая на привод вентилятора:
(186)
Литература
1. А.И. Колчин, В.П. Демидов "Расчет автомобильных и тракторных двигателей", Машиностроение, 1971г.
2. Е.В. Михайловский "Устройство автомобиля", Машиностроение, 1987г.
3. Руководство по эксплуатации автомобилей семейства ГАЗель и его модификации М.,2002г.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
