в вертикальной плоскости (рис.7.3. точки 4, y=90°):

si 90°=;

si 90°166,18 МПа.

Расчетная схема поршневого пальца приведена на рис. 7.3.

7.4. Расчет коленчатого вала

На основании данных динамического расчета имеем:

центробежная сила инерции вращающихся масс: KR=-11,258 кН;

вал с симметричными коленами и с противовесами, расположенными на концах вала;

радиус кривошипа: R=35 мм.

С учетом соотношений, приведенных в табл.56 [1,с.247], и анализа существующих двигателей, принимаем следующие основные размеры колена вала:

шатунная шейка:

наружный диаметр: dш. ш=48 мм;

длина: lш. ш=37 мм;

коренная шейка:

наружный диаметр: dк. ш=50 мм;

длина: lк. ш=37 мм;

расчетное сечение А-А щеки:

ширина: b=80 мм;

толщина: h=20 мм.

Материал вала: сталь 40Г.

Расчетная схема коленчатого вала представлена на рис. 7.4.

По табл.45 [1,с.200] и соотношениям, приведенным в §43 [1,с.197-204], определяем:

пределы прочности: sв=700 МПа и текучести (условные) sт=360 МПа и tТ=210 МПа;

пределы усталости (выносливости) при изгибе s-1=250 МПа, растяжении-сжатии

s-1р=180 МПа и кручении t-1=150 МПа;

коэффициенты приведения цикла при изгибе as=0,16 и кручении at=0,04.

По формулам (213)-(215) [1,с.198] определяем:

при изгибе: bs=s-1/sТ=250/360=0,69 и (bs-as)/(1-bs)=(0,69-0,16)/(1-0,69)=1,71;

при кручении: bt=t-1/tТ=150/210=0,71 и (bt-at)/(1-bt)=(0,71-0,04)/(1-0,71)=2,31;

при растяжении-сжатии: bs=s-1р/sТ=180/360=0,5 и (bs-as)/(1-bs)=(0,5-0,16)/(1-0,5)=0,68.

Удельное давление на поверхности:

шатунных шеек:

kш. ш.ср=Rш. ш.ср/(dш. ш*l’ш. ш);

kш. ш.ср=8125*10-6/(0,031*0,048)=5,46 МПа.

kш. ш.max=Rш. ш.max/(dш. ш*l’ш. ш);

kш. ш.max=11060*10-6/(0,031*0,048)=7,43 МПа.

где Rш. ш.ср=8125 Н и Rш. ш.max=11060 Н - средняя и максимальная нагрузка на шатунную шейку;

l’ш. ш.»l ш. ш.-2rгал=37-2*3=31 мм-рабочая ширина шатунного вкладыша; rгал =3 мм-радиус галтели.

Момент сопротивления кручению шатунной шейки: Wt ш. ш=(p/16)*dш. ш;

Wt ш. ш=(3,14/16)*483*10-9=21,7*10-6 м3.

Моменты, изгибающие шатунную шейку (табл.7.2.):

MT=T’1*l/2=(-0,5*T1)­*(2lш. ш+lк. ш+3*h)/2

Изгибающий момент, действующий на шатунную шейку в плоскости кривошипа:

МZ=Z’S*l/2+Рпр *а Н* м;

Z’S=K’pк +Р’пр=(-0,5*Kpк)-Рпр

Для упрощения расчета Рпр не учитываем.

МZ=K’p*l/2 Н* м;

Изгибающий момент, действующий в плоскости оси масляного отверстия:

Мjм=MT*sinjм-МS*cosjм, где jм=67 °.

Таблица 7.2.

Максимальное и минимальное нормальные напряжения асимметричного цикла шатунной шейки:

smax= Мj max/Ws ш. ш=149,6*10-6/0,=13,73 МПа;

smin= Мj min/Ws ш. ш=-461,5*10-6/0,=-42,53 МПа,

где Ws ш. ш=0,5*Wt ш. ш=0,5*21,7*10-6=10,85*10-6 м3.

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

sm=(smax+smin)/2=(13,73-42,53)/2=-28,8 МПа;

sa=(smax - smin)/2= (13,73+42,53)/2=28,13 МПа;

saк=sа*ks/(eмs*eпs)=28,13*1,8/(0,76*1,2)=55,52 МПа,

где ks=1+q(aкs-1)=1+0,4*(3-1)=1,8 - коэффициент концентрации напряжений; q=0,4-коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений принимаем по данным §43[1,с.197-204]; aкs=3 - теоретический коэффициент концентрации напряжений принимаем по табл.47 [1,с.201]; eмs=0,76 - масштабный коэффициент определяем по табл.48 [1,с.203] при dш. ш=65 мм; eпs=1,2 - коэффициент поверхностной чувствительности определяем по табл.49 [1,с.203] с учетом закалки шатунных шеек токами высокой частоты на глубину2-3 мм.

Запас прочности шатунной от нормальных напряжений шейки определяем по пределу усталости (при sm<0): ns=s-1/(saк+as*sm);

ns=250/(55,52+0,16*(-28,8))=4,91.

Общий запас прочности шатунной шейки: nш. ш= ns*nt/Ö( ns2+nt2),

где nt - запас прочности шатунной шейки от касательных напряжений (вследствие отсутствия расчета nt принимаем nt=3,87)

nш. ш=4,91*3,87/Ö(4,912+3,872)=3,04.

8. 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.

При воздушном охлаждении тепло от стенок цилиндров и головок двигателя отводится обдувающим их воздухом. Интенсивность воздушного охлаждения зависит от количества и температуры охлаждающего воздуха, его скорости, размеров поверхности охлаждения и расположения ребер относительно потока воздуха.

Количество тепла (Дж/с), отводимого от двигателя системой воздушного охлаждения, определяется из уравнения: Qвозд=Твозд*Свозд*( Твозд вых - Твозд вх)

В расчетах принимают, что от стенок цилиндров отводится 25-40% общего количества тепла Qвозд, остальная часть – от головок двигателя.

Количество охлаждающего воздуха, подаваемого вентилятором, определяется исходя из общей величины отводимого от двигателя тепла Qвозд:

Твозд= Qвозд/( Свозд*( ( Твозд вых - Твозд вх))

Твозд=48617,47/(1000*(363-293))=69,45 кг/с

Поверхность охлаждения ребер цилиндра:

Fцил=Qцил/((Кв*(Тцил о-Тцил вх))

Qцил – количество тепла, отводимого воздухом от цилиндра двигателя (Дж/с)

КВ – коэффициент теплоотдачи поверхности цилиндра,

Тцил о – средняя температура у основания ребер цилиндра

КВ=1,37(1+0,0075Тср)(wв/0,278)0,73

Тср – среднее арифметическое температур ребра и обдувающего воздуха,

wв – скорость воздуха в межреберном пространстве, при D=75-125 мм, wв=20-50 м/с.

Поверхность охлаждения ребер головки цилиндров:

Fгол=Qгол/(КВ(Тцил гол - Тцил вх)

Qгол – количество тепла, отводимого воздухом от головки цилиндров,

Тцил гол – средняя температура у основания ребер головки.

Заключение

В результате проделанной работы были рассчитаны индикаторные параметры рабочего цикла двигателя, по результатам расчетов была построена индикаторная диаграмма тепловых характеристик.

Расчеты динамических показателей дали размеры поршня, в частности его диаметр и ход, радиус кривошипа, были построены графики составляющих сил, а также график суммарных набегающих тангенциальных сил и суммарных набегающих крутящих моментов.

Список литературы

1. КОЛЧИН А. И. ДЕМИДОВ В. П. РАСЧЕТ АВТОМОБИЛЬНЫХ И ТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. М.: Высшая школа, 1980г.;

2. АРХАНГЕЛЬСКИЙ В. М. и другие. АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ. М.: Машиностроение, 1967г.;

3. Автомобили ЗАЗ-968М. Руководство по эксплуатации.

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