Материал: Расчет конструкции двигателя внутреннего сгорания

Напряжение изгиба в днище поршня:

, (3.1)

где: . (3.2)

Днище поршня должно быть усилено рёбрами жёсткости. Кроме того, в целях повышения износо- и термостойкости поршня целесообразно осуществлять твёрдое анодирование днища и огневого пояса, что уменьшит возможности перегрева и прогорания верхнего компрессионного кольца.

.

Напряжение сжатия в сечении :

 (3.3)

где:

; (3.4)

; (3.5)

; (3.6)

 (3.7)

 (3.8)

Напряжение разрыва в сечении :

. (3.9)

.

где:

максимальная угловая скорость холостого хода

; (3.10)

масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения

; (3.11)

- максимальная разрывающая сила

 (3.12)

Напряжение в верхней кольцевой перемычке:

среза

; (3.13)

изгиба

; (3.14)

сложное

. (3.15)

.

Удельное давление поршня на стенку цилиндра:

 (3.16)

 (3.17)

Ускорение приработки юбки поршня, а так же уменьшение трения и снижения износа пары - юкка поршня - стенка цилиндра - достигается покрытием юбки поршня тонким (0,003 - 0,005 мм) слоем олова, свинца или оловянно-свинцового сплава.

Гарантированная подвижность поршня в цилиндре достигается за счёт установления диаметральных зазоров между цилиндром и поршнем при их неодинаковом расширении в верхнем сечении головки поршня  и нижнем сечении юбки .

Диаметры головки и юбки поршня с учётом монтажных зазоров:

 (3.18)

 (3.19)

Диаметральные зазоры в горячем состоянии:

 (3.20)

 (3.21)

где  приняты с учётом жидкостного охлаждения двигателя.

.2 Расчет кольца поршневого бензинового двигателя

Необходимые данные для расчёта кольца: диаметр цилиндра , действительное максимальное давление сгорания  при , площадь поршня , массу поршневой группы , частоту вращения  и .

По таблице принимаем: радиальная толщина кольца , коэффициент, зависящий от способа надевания кольца, . Материал кольца - серый легированный чугун, .

Среднее давление кольца на стенку цилиндра:

.(3.22)

Где

. (3.23)

Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности определяется по формуле:

. (3.24)

Где  - переменный коэффициент, определяемый изготовлением в соответствии с принятой формой эпюры давления кольца на зеркало цилиндра. Для бензиновых двигателей можно принять грушевидную форму эпюры давления кольца со следующими параметрами:

Таблица 4. Данные для построения эпюры давления

По этим данным строится грушевидная эпюра давлений кольца на стенку цилиндра.

Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии:

. (3.25)

Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень:

. (3.26)

.

Монтажный зазор в замке поршневого кольца:

 (3.27)

где.

Рисунок 3.1. Грушевидная эпюра давления кольца бензинового поршневого двигателя

3.3 Расчет пальца поршневого бензинового двигателя

Данные для расчета пальца: диаметр цилиндра , ход поршня , площадь поршня , наибольшую нормальную силу , массу поршневой группы , , действительное максимальное давление сгорания  при . Принимаем: наружный диаметр пальца , внутренний диаметр пальца , длина пальца , длина втулки шатуна , расстояние между торцами бобышек . Материал поршневого пальца - сталь 15Х, . Палец закрепленного типа.

Сила, действующая на поршневой палец:

газовая

; (3.28)

инерционная

 (3.29)

где

; (3.30)

расчётная

. (3.31)

Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна:

. (3.32)

Удельное давление пальца на бобышки:

 (3.33)

Напряжение изгиба в среднем сечении пальца:

 (3.34)

где

.

Касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна:

.(3.35)

Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации:

 (3.36)

Напряжение овализации на внешней поверхности пальца:

в горизонтальной плоскости (точки 1, )

; (3.37)

в вертикальной плоскости (точки 3, )

 (3.38)

Напряжение овализации на внутренней поверхности пальца:

в горизонтальной плоскости (точки 2, )

; (3.39)

.

в вертикальной плоскости (точки 4, )

. (3.40)

;

4. Шатунная группа

.1 Расчёт поршневой головки шатуна бензинового двигателя

Из расчётов имеем: давление сгорания ,массу поршневой группы ; массу шатунной группы ; максимальная частота вращения при холостом ходе ; ход поршня ; площадь поршня ; . Из расчёта поршневой группы имеем диаметр поршневого пальца ; длина поршневой головки шатуна . По таблице принимаем: наружный диаметр головки ; внутренний диаметр головки ; радиальная толщина стенки головки

_Г = (d_Г - d)/2 =(20-16,5)/2=1,75 мм;

радиальная толщина стенки втулки

_В = (d - d_П)/2 =(16,5-15)/2=0,8 мм.

Материал шатуна - углеродистая сталь 45Г 2;

.

Материал втулки - бронза; .

Для стали 45Г 2: предел прочности , пределы усталости при изгибе  и растяжении - сжатии , предел текучести , коэффициенты приведения цикла при изгибе и растяжении - сжатии .

при изгибе

 и ; (4.1)

при растяжении - сжатии

 и . (4.2)

Расчёт сечения I - I:

максимальное напряжение пульсирующего цикла

 (4.3)

где

масса части головки выше сечения I -I

рад/с (4.4)

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

, (4.5)

, (4.6)

где

- эффективный коэффициент концентрации напряжений (головка не имеет резких переходов и концентрация напряжений в основном зависит от качественной структуры материала);  - масштабный коэффициент, определяется по таблице;  - коэффициент поверхностной чувствительности, определяется по таблице.

Запас прочности в сечении I - I:

. (4.7)

Напряжения от запрессованной втулки:

суммарный натяг

, (4.8)

где  - натяг посадки бронзовой втулки;

Δ_t = d(α_В - α_Т)ΔТ = 0,0145 мм

температурный натяг; ΔТ =110 К- средний подогрев головки и втулки.

удельное давление на поверхности соприкосновения втулки с головкой

 (4.9)

где  - коэффициент Пуассона;