Материал: Проект дизельного двигателя для сельскохозяйственного трактора номинальной мощностью 70 кВт

Удельная нагрузка пальца на бобышку

; или

где lб =23 мм- рабочая длина бобышки.

Максимальной расчетной нагрузкой для пальца является усилие, с которым палец прижимается к бобышкам поршня.

Рис.14. Виды деформаций поршневого пальца: а - изгиб в продольном направлении; б - срез; в - овализация

Под действием нагрузки в пальце возникают напряжения от изгиба, среза и овализации (последнее только для плавающих пальцев) (рис. 14). При определении напряжений изгиба возможны затруднения в выборе схемы нагружения пальца. Р. С. Кинасошвили рекомендует определять максимальные напряжения изгиба пальца как балки с нагрузкой, изображенной на рис. 13.

Для данной схемы нагрузки напряжения изгиба (в центре поршневого пальца)

где

Рис. 15. Расчетные схемы нагружения поршневого пальца от сил инерции Pjпг: а - при расчете на изгиб и срез; б - при расчете на овализацию

Определяем амплитудные и средние напряжения

m = ( max + min ) / 2 = (29-170)/ 2 = -70,5 МПа;

a = ( max - min ) / 2 = (29+170) / 2 = 149,5 МПа.

Далее определяют запас прочности при переменных напряжениях по формуле

Максимальная срезывающая сила действует на палец в сечениях, расположенных в зазорах между торцами бобышек и втулки шатуна. Максимальное касательное напряжение для этих сечений в нейтральной плоскости балки от сил инерции

от суммарных сил

Максимальная овализация поршневого пальца или увеличение его диаметра в направлении, перпендикулярном к плоскости действия нагрузки, наблюдается на среднем участке пальца на длине около 0,2l и определяется по формуле от сил инерции

от суммарных сил

,

где k - поправочный коэффициент

 - длина пальца; E - модуль упругости материала пальца.

Максимальная овализация

.

В результате овализации поперечных сечений в пальце возникают напряжения изгиба. Из графика рис.17 при α=0,54 η1=2;η2=10,7;η3=7; η4= 5. Для характерных точек сечения пальца 1, 2, 3 и 4 При действии силы инерции Pjпг = 13731 Н находим напряжения:

Рис. 17. Значения величин k, η1, η2, η3, η4

На внешней поверхности пальца в точке 1

На внутренней поверхности пальца в точке 2

На внешней поверхности пальца в точке 3

На внутренней поверхности пальца точке 4

При действии суммарной силы Ps = 28239 Н находим напряжения:

На внешней поверхности пальца в точке 1

На внутренней поверхности пальца в точке 2

На внешней поверхности пальца в точке 3

На внутренней поверхности пальца точке 4

Запасы прочности определим в т.2 и т. 4, так как в точке 2 напряжение частично уравновешиваются напряжением от газовой нагрузки, а в точке. 4 напряжения суммируются.

Точка 2: σmax= -44 МПа; σmin= - 258 МПа.

Определяем амплитудные и средние напряжения

m = (max + min ) / 2 = (-119-293)/ 2 = -151 МПа;= (max - min ) / 2 = (-119+293) / 2 = 107 МПа.

Далее определяют запас прочности при переменных напряжениях по формуле

Точка 4: σmax= 121 МПа; σmin= 21 МПа.

Определяем амплитудные и средние напряжения

m = (max + min ) / 2 = (121+21)/ 2 = 71 МПа;

a = (max - min ) / 2 = (121-21) / 2 = 50 МПа.

Далее определяют запас прочности при переменных напряжениях по формуле

Рекомендуемые запасы выносливости . Запасы прочности достаточные. Приведенные эпюры напряжений (рис.18, рис.19) построены по следующим зависимостям:

для внешней поверхности

для внутренней поверхности

где  - толщина стенки пальца;

f1 и f2 - безразмерные функции, зависящие от угла φ (в радианах);

           .

Расчет проводился по программе EXEL. Результаты вычислений от действия суммарной силы Ps указаны в таблице 8.

Таблица 8

По таблице 5 строим эпюру напряжений от овализации пальца под действием суммарной силы Ps (рис. 18).

Рис. 18. Эпюра напряжений от овализации пальца под действием суммарной силы Ps (μσ=15 МПа/мм)

Результаты вычислений от действия силы инерции Pjпг указаны в таблице 9.

Таблица 9.

По таблице 6 строим эпюру напряжений от овализации пальца под действием силы инерции Pjпг (рис. 19).

Рис. 19. Эпюра напряжений от овализации пальца под действием силы инерции Pjпг (μσ=2 МПа/мм)

Определим запас прочности овализации в т. 4

Точка 4: σmax= 161,05 МПа; σmin= 44,21 МПа.

Определяем амплитудные и средние напряжения

m = (max + min ) / 2 = (161,05+44,21)/ 2 = 102,63 МПа;

a = (max - min ) / 2 = (161,05-44,21) / 2 = 58,42 МПа.

Далее определяют запас прочности по формуле

7. Расчёт механизма газораспределения

.1 Профилирование безударного кулачка

дизель двигатель кулачок безударный

Рис. 20. Расчётная схема проходного сечения в клапане

Рассчитаем диаметр горловины впускного клапана dвп:

Где:

¾      - средняя скорость поршня,

¾      Fп - площадь поршня, Fп=9503∙10-6 м2;

¾      iкл - количество одноимённых клапанов в цилиндре, iкл =1;

¾      V’ - средняя скорость свежего заряда , V’ =[50 - 90]м/с.

Принимаем V’ = 75 м/с

Рассчитаем максимальный ход клапана hкл. mах:

в

Где:

¾      в - диаметр горловины впускного клапана;

Расчёт площади проходного сечения при максимальном открытии клапана:

Где:

¾      d1 - средний диаметр клапанной тарелки

¾      угол фаски; º

В итоге получим:

7.2 Расчет профиля безударного кулачка

Расчет проводим по программе RFKLB, разработанной на кафедре. Результаты расчета представлены в приложении 15.

. Тактность двигателя КТ=4

2. Частота вращения двигателя n=2400 мин.

. JN - угол предварения открытия клапана, град. п.к. в. до М. Т. JN=16;

JK - угол запаздывания закрытия клапана, град. п. к. в. после М.Т. JK=40

( выбираем по прототипу ).

. JZ - угол участка сбега, град. п.р.в. равен углу участка выбора зазора

Ф=(15-35°) п.р.в.

Принимаем Ф=30°п.р.в.

. J-Угол положительных ускорений на участке подъема клапана, град. п.р.в.

J- угол отрицательных ускорений, град. п.р.в. ( J=Ф)

Ф=( 0,1- 0,25 ) Ф

Ф+Ф=( 1,2-1,3 ) Ф

Ф0+Ф1+Ф2+Ф3=φd/2

где φd=(JN+180+JK)/2

Решив систему, получим

J1=Ф1=29

J=Ф= 6.

. JK - угол положительных ускорений на участке опускания клапана, град. п.р.в.

JK=J=29°.

. Размерность векторов HK, S

JX=JN+181+JK =25°+181°+54°=260°

. Скорость толкателя в конце сбега, мм/град.

WS=0,02 м/с.

. Диаметр горловины клапана, мм

d=40 мм.

. Угол фаски клапана YF= 45°

. Максимальный подъем толкателя.

h= 10 мм.

. Отношение плеч коромысла клапана =

. Радиус начальной окружности RO=16 мм.

. Зазор в клапане Z=0,25 мм.

. Шаг печати подъема толкателя МР=1.

.3. Расчёт клапанной пружины.

Расчёт максимального усилия пружины.

Масса элементов газораспределительного механизма равна:

Где: m’МГР- приведённая масса элементов газораспределительного механизма при нижнем расположении распределительного вала

m’МГР = 20-30 г/см2.

Сила упругости пружины Рj кл.max :

 max=- 0,68∙103 м/с - максимальное отрицательное ускорение( берётся из расчёта профиля кулачка приложение 15)

 =1.2- отношение длин плеч коромысла;

,

К - коэффициент запаса, учитывающий повышение частоты вращения Принимаем К = 1,3.

Следовательно, .

Расчёт минимального усилия пружины.

Задаемся величиной предварительной деформации пружины .

Принимаем

Тогда

Минимальное усилие пружины Р0 равно

Где:

¾      с - жёсткость пружины,

¾      f0 - величина предварительной деформации пружины.

Определение конструктивных параметров пружины.

Рис. 20 Параметры клапанных пружин

Материал пружины: Сталь 65Г

Прочностные характеристики стали:

σв=1300 МПа

σ-1=690 МПа

τ-1=530 МПа

Средний диаметр пружины: