Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту на тему: Расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968М (стр. 6 )

Суммарная сила, действующая на колено вала по радиусу кривошипа:

КРк=Рк+КRк=Рк-7,019 кН.

Результирующую силу, действующую на колено вала Rк=Rшш+КРк, определяем по диаграмме Rш. ш (рис.4.10.). Векторы из полюса Ок до соответствующих точек на полярной диаграмме в масштабе Мр=0,15 кН в мм выражают силы Rк, значение которых для различных j заносим в табл.4.4.

5. Анализ компьютерного расчета на ЭВМ

При выполнении курсового проекта мы использовали программу расчета на ЭВМ. При ручном расчете получили несколько отличающиеся данные параметров двигателя. Сравнение данных представлены в таблице 5.1. Данные компьютерного расчета представлены в таблицах 5.2., 5.3., 5.4., 5.5., 5.6., 5.7., 5.8., 5.9.

Таблица 5.1.

6. Уравновешивание двигателя

Силы и моменты, действующие в КШМ непрерывно изменяются и если их не уравновешивать, то возникают сотрясения и вибрация двигателя. Уравновешивание сил инерции 1-го и 2-го порядка достигается подбором определенного числа цилиндров, их расположением и выбором соответствующей схемы коленчатого вала. В двигателе силы инерции (Pj I) первого порядка и центробежные силы (РС) взаимно уравновешаны:

å Pj I=0, åРС=0.

Силы инерции второго порядка приводятся к равнодействующей в вертикальной плоскости:

å Pj II=2Ö2mi*R*w2 *l*cos2j=2Ö2*0,709*0,035*4712*0,285*cos2j=4437,58*cos2j

Значения å Pj II приведены в таблице 6.1.

Порядок работы цилиндров: 1-3-4-2.

Таблица 6.1.

V-образный 4-х цилиндровый двигатель имеет неуравновешанный момент от сил инер-ции 1-го порядка, для уравновешивания которого предусмотрен балансирный механизм и уравновешивающие массы. Равнодействующий момент от сил 1-го порядка действует в горизонтальной плоскости В-В (рис.6.1.), проходящей через ось коленчатого вала.

Мi 1=Ö2*mi*R*w2 *cosj*a=0,0031*cosj

Задаваясь из конструктивных соображений величинами r и l определяем mур:

mур= Мi 1/(rl)=0,33 кг.

Момент от сил инерции 2-го порядка действуют в горизонтальной плоскости и в следствии его незначительности не учитывается.

Мi 2=Ö2*mi*R*w2 *cosj*b

Момент от центробежных сил действует во вращающейся плоскости, отстоящей от плоскости 1-го кривошипа на 450.

Мс=Ö2*mR*R*w2 * a.

Момент Мс легко уравновесить при помощи противовесов с массой каждого противовеса mz , расположенных на продолжении щек коленчатого вала.

mz= Ö2*mR*R*w2 * a/(rс)=1,59 кг.

а - расстояние между центрами шатунных шеек,

b- расстояние между центрами тяжести противовесов,

r- расстояние центра тяжести противовеса до оси коленчатого вала.

7. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ [1, с.197-222, 245-261]

7.1. Расчет поршня

На основании данных теплового расчета, скоростной характеристики и динамического расчета получили:

диаметр цилиндра D=80 мм;

ход поршня: S=70 мм;

действительное максимальное давление сгорания: pZд=4,647 МПа;

площадь поршня: Fп=50,24 см2;

наибольшая нормальная сила: Nmax=0,0015 МН при j=4500

масса поршневой группы: mп=0,5024 кг;

частота вращения: nmax =4500 об/мин;

отношение радиуса кривошипа к длине шатуна: l=0,285.

В соответствии с существующими аналогичными двигателями и с учетом соотношений, приведенных в табл.50 [1,с.206], принимаем:

толщина днища поршня: d=6 мм;

высота поршня: H=84 мм;

высота юбки поршня: hю=52 мм;

высота верхней части поршня h1=32 мм;

внутренний диаметр поршня: di=60,4 мм;

диаметр бобышки: dб=32 мм;

расстояние между торцами бобышек: b=32 мм;

расстояние до первой поршневой канавки: e=8 мм;

радиальная толщина кольца: tК= tМ=3 мм;

радиальный зазор кольца в канавке поршня: Dt=0,8 мм;

толщина стенки головки поршня: s=6 мм;

толщина стенки юбки поршня: dю=3 мм;

величина верхней кольцевой перемычки: hп=4 мм;

число и диаметр масляных каналов в поршне: nm’=10 и dm=1 мм.

Схема поршня представлена на рис.7.1.

Материал поршня - алюминиевый сплав, aп=22*10-6­ 1/К; материал гильзы цилиндра - чугун, aц=11*10-6 1/К.

Напряжение изгиба в днище поршня: sиз=pZд*(r1/d)2,

где r1=D/2-(s+t+Dt)=80/2-(6+3+0,8)=30,2 мм.

sиз=4,647*(30,2/6)2=117,73 МПа.

Днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости, т. к. sиз>25 Мпа.

Напряжение сжатия в сечении x-x :

sсж=PZд/Fx-x,

где Pzд=pZд*Fп=4,647*0,005024=0,0233 МН;

sсж=0,0233/0,00119=19,56 МПа .

Fx-x=(p/4)*(dk2-d­­i2)-nm’*( dk-d­­i )*dm/2;

Fx-x=((3,14/4)*(72,42-60,42)-10*6))*10-6=0,00119 м2.

dk=D-2*(t+Dt);

dk=80-2*(3+0,8)=72,4 мм.

Напряжение разрыва в сечении x-x:

максимальная угловая скорость холостого хода: wх. х max=p*n х. х max/30;

wх. х max=3,14*5300/30=555 рад/с.

масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения x-x: mx-x=0,5*mп;

mx-x=0,5*0,5024=0,2512 кг.

максимальная разрывающая сила: Pj=mx-x*R*w2х. х max *(1+l)*10-6;

Pj=0,2512*0,035*5552*(1+0,285)10-6 =0,00348 МН.

напряжение разрыва: sр=Pj/Fx-x;

sр=0,00348/0,00119=2,924 МПа.

Напряжение в верхней кольцевой перемычке:

среза: t=0,0314*pZд*D/hп; t=0,0314*4,647*80/3=3,89 МПа.

изгиба: sиз=0,0045*pZд*(D/hп)2; sиз=0,0045*4,647*(80/3)2=14,87 МПа.

сложное: sS=Ö(sиз2+4*t2); sS=Ö(14,872+4*3,892)=16,78 МПа.

Удельное давление поршня на стенку цилиндра:

q1=Nmax/(hю*D); q1=0,293*0,005024/(0,056*0,080)=0,32 МПа.

q2=Nmax/(H*D); q2=0,293*0,005024/(0,084*0,080)=0,22 МПа.

Диаметры головки и юбки поршня:

Dг=D-Dг; Dг=80-0,56=79,44 мм.

Dю=D-Dю; Dю=80-0,16=79,84 мм.

где Dг=0,007*D=0,007*80=0,56 мм; Dю=0,002*D; Dю=0,002*80=0,16 мм.

Диаметральные зазоры в горячем состоянии:

Dг’=D[1+aц*(Тц-Т0)]-Dг[1+aп*(Тг-Т0)];

Dг’=80*[1+11*10-6*(450-293)]-79,44*[1+22*10-6*(650-293)]=0,074 мм;

Dю’=D[1+aц*(Тц-Т0)]-Dю[1+aп*(Тю-Т0)];

Dю’=80*[1+11*10-6*(450-293)]-79,84*[1+22*10-6*(550-293)]=0,02 мм,

где Тц=450 К, Тг=650 К, Тю=550 К приняты с учетом воздушного охлаждения двигателя [1,с.203];

aц =11*10-6 1/К и aп=22*10-61/К - коэффициенты линейного расширения материалов цилиндра и поршня.

7.2. Расчет поршневого кольца

Параметры кольца [1,с.206]:

радиальная толщина кольца: t=3 мм;

радиальный зазор кольца в канавке поршня: Dt=0,8 мм;

высота кольца: а=3 мм;

разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и в рабочем состоянии:

А0=10 мм.

материал кольца: серый чугун, Е=1,0*105 МПа.

Среднее давление кольца на стенку цилиндра:

;

МПа.

Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности: p=pср*mк.

Значения mк для различных углов y приведены на с.213 [1].

Результаты расчетов р представлены в табл.7.1. По данным табл.7.1. строим эпюру давлений компрессионного кольца на стенку цилиндра (рис.7.2.).

Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии: sиз1=2,61*рср*(D/t-1)2;

sиз1=2,61*0,112*(80/3-1)2=192,6 МПа.

Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень:sиз2=,

где m=1,57 - коэффициент, зависящий от способа монтажа кольца.

Таблица 7.1.

sиз2= МПа.

Монтажный зазор в замке поршневого кольца: Dк=Dк’+pD[aк (Тк-Т0)- aц (Тц-Т0)],

где Dк’=0,08 мм - минимально допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя;

aк =11*10-6 1/К и aц=11*10-6 1/К - коэффициенты линейного расширения материала кольца и гильзы цилиндра; Тц=450 К, Тк=550 К и Т0=293 К.

Dк=0,07+3,14*80*[11*10-6*(550-293)-11*10-6*(450-293)]=0,356 мм.

7.3. Расчет поршневого пальца

Параметры поршневого пальца принимаем по табл.50 [1,c.206]:

наружный диаметр пальца: dп=20 мм;

внутренний диаметр пальца: dв=14 мм;

длина пальца: lп=66 мм;

длина втулки шатуна: lш=30 мм;

расстояние между торцами бобышек: b=32 мм;

материал поршневого пальца: сталь 15Х, Е=2*105 МПа.

Палец плавающего типа.

Действительное максимальное давление: pz max=pZд=4,647 МПа .

Расчетная сила, действующая на поршневой палец:

газовая: Pz max=pz max*Fп; Pz max=4,647*0,005024=0,0233 МН.

инерционная: Pj=-mп*w2*R*(1+l)*10-6, где w =p*n м/30=3,14*2700/30=282,6 рад/с;

Pj=-0,5024*282,62*0,035*(1+0,285)=-0,001805 МН.

расчетная: P=Pz max+k*Pj, где k=0,8 - коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца.

P=0,0233-0,8*0,001805=0,0219 МН.

Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна: qш=P/(dп*lш);

qш=0,0219/(0,02*0,03)=36,5 МПа.

Удельное давление пальца на бобышки: qб=P/[dп(lп-b)];

qб=0,0219/[0,02*(0,066-0,032)]=32,21 МПа.

Напряжение изгиба в среднем сечении пальца: sиз=,

где a=dв/dп=14/20=0,7 – отношение внутреннего диаметра кольца к наружному.

sиз= МПа.

Касательное напряжение среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна:

t=;

t= МПа.

Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации:

Ddп max=;

Ddп max=0,0297 мм.

Напряжение овализации на внешней поверхности пальца:

в горизонтальной плоскости (рис.7.3. точки 1, y=0°):

sа 0°=;

sа 0°115,45 МПа;

в вертикальной плоскости (рис.7.3. точки 3, y=90°):

sа 90°;

sа 90°-199,78 МПа.

Напряжение овализации на внутренней поверхности пальца:

в горизонтальной плоскости (рис.7.3. точки 2, y=0°):

si 0°;

si 0° -291,14 МПа.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7