Разработка четырехтактного автомобильного двигателя

Рефераты / Транспорт / Разработка четырехтактного автомобильного двигателя

3. Расчет деталей двигателя на прочность

3.1 Расчет поршня

Поршень работает в тяжелых условиях, так как подвергается воздействию как механических нагрузок от давления газов и сил инерции, так и термических из-за необходимости отвода теплоты от нагретой газами головки в охлаждающую среду. Кроме того, направляюща

я часть работает на износ при высоких температурах. Основные требования к материалу поршня:

- хорошая теплопроводность;

- малые значения коэффициента линейного расширения;

- высокая механическая прочность и жаростойкость;

- малый удельный вес.

Для уменьшения износа юбка поршня имеет бочкообразный профиль по образующей и овальный профиль в поперечном сечении. Днище поршня имеет выемку, а в бобышках сделаны отверстия для прохода масла к поршневому пальцу.

Материал поршня – алюминиевый сплав.

Исходные данные:

Толщина днища поршня d=7,5мм

Высота поршня Н=94,6мм

Высота юбки поршня hю=67мм

Толщина стенки головки поршня S=7,25мм

Величина верхней кольцевой перемычки hn=3мм

Число масляных канавок в поршне nм=6

Диаметр масляных канавок dм=0,6мм

Наружный диаметр пальца dn=27мм

Длина втулки шатуна lш=34мм

Длина пальца ln=70мм

Расстояние между торцами бобышек в=36мм

213-1

Рис.3.1. Расчетная схема поршня

Напряжения, возникающие по контору заделки

где t – радиальный зазор маслосъемного кольца (t = 3,225 мм);

∆t – радиальный зазор компрессионного кольца (∆t = 0,8 мм).

Напряжения в центре днища

Рассчитаем сечение Х-Х

Напряжения сжатия

Напряжение разрыва в сечении Х-Х

Напряжения в верхней кольцевой перемычке.

а) среза

б) изгиба

в) суммарное

Удельное давление на стенку цилиндра

3.2 Расчет поршневого пальца на прочность

Во время работы двигателя поршневой палец подвергается воздействию переменных нагрузок, приводящих к возникновению напряжений изгиба, сдвига, смятия и овализации.

Поршневой палец - стальной, трубчатого сечения. Для повышения износостойкости его наружную поверхность цементируют и закаливают.

Материал пальца – Ст15Х ГОСТ 4543-71

Исходные данные:

Наружный диаметр пальца dn=27мм

Внутренний диаметр пальца dв=18мм

Длина пальца lп=70мм

Длина втулки шатуна l ш=34мм

Расстояние между торцами бобышек b=36мм

Расчетная сила, действующая на поршневой палец:

- газовая:

-инерционная:

палец

Рис.3.2. Расчетная схема поршневого пальца а- распределение нагрузки, б- эпюры напряжений

-расчетная:

где k=0,83 – коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца

Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна

Удельное давление пальца на бобышки

Напряжение изгиба в среднем сечении пальца

Касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна.

Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации

Напряжение овализации на внешней поверхности кольца в горизонтальной плоскости (т.1 j=0°)

В вертикальной плоскости (т.3, j=9

Напряжение овализации на внутренней поверхности кольца в горизонтальной плоскости (т.2, j=

В вертикальной плоскости (т.4, j=9

Наибольшие напряжения овализации возникают на внешней поверхности пальца в вертикальной плоскости. Они не должны превышать 300-350 МПа.

Условие выполняется.

3.3 Расчет шатуна на прочность

Шатун подвергается воздействию знакопеременных газовых инерционных сил. Помимо напряжения сжатия в стержне шатуна возникают напряжения изгиба и растяжения.

Для изготовления шатуна должны быть выбраны высококачественные материалы, обладающие высокой прочностью, относительным удлинением, сопротивлением удару, пределом усталости.

Необходимо также учитывать одно из основных требований к конструкции шатуна – получение минимальной массы при необходимой прочности и надежности.

Шатун стальной, кованный, двутаврового сечения. В нижней головке шатуна выполнено отверстие, через которое масло разбрызгивается на поверхность цилиндра.

Материал шатуна: Ст 45Г2 ГОСТ 4543-71

3.3.1 Расчет поршневой головки шатуна

Исходные данные:

Масса поршневой группы mп=0,99337кг

Масса шатунной группы mш=1,245кг

Частота вращения n=4000 об/мин

Ход поршня S=0,089м

Площадь поршня Fп=0,0083м2

Диаметр верхней головки шатуна:

Наружный dг=35

Внутренний d=26мм

Радиальная толщина стенки головки