Диаграмма касательных усилий

Построение диаграммы проводим следующим образом:

проводим горизонтальную прямую и на ней в принятом масштабе оси абсцисс откладываем отрезок xx, равный четырём ходам поршня: xx=800мм;

делим отрезок xx на 48 равных частей;

нумеруем полученные точки деления с учётом того, что каждая часть выражает 720:48=15° поворотом мотыля;

из каждой точки деления восстанавливаем перпендикуляр, на котором с учётом знака откладываем соответствующие ей касательные усилия, значение которого выбирается из таблицы №2;

полученные точки соединяем плавной кривой.

 

Диаграмма суммарных касательных усилий

 

Угол поворота радиуса мотыля между двумя последовательными вспышками:

 

,

 

где  - число цилиндров;

 

;

 

Таблица углов:

	0	1	2	3	4	5	6
0153045607590
	90	105	120	135	150	165	180
	180	195	210	225	240	255	270
	270	285	300	315	330	345	360
	360	375	390	405	420	435	450
	450	465	480	495	510	525	540
	540	555	570	585	600	615	630
	630	645	660	675	690	705	720

 

Таблица значений:

 

0	1	2	3	4	5	6
0	-4,55	-7,17	-6,88	-4,11	0,01	3,87
3,87	6,25	6,92	6,18	4,48	2,31	0
0	-2,31	-4,24	-6,41	-7,56	-7,55	-6,41
-6,41	-4,51	-3,69	-6,32	-12,19	-13,53	0
0	41,64	55,22	39,45	,28,2	22,35	19,46
19,46	17,13	14,33	11,1	7,47	3,72	0
0	-2,1	-4,07	-5,57	-6,13	-5,31	-2,84
-2,84	2,99	5,1	7,76	7,78	4,88	0
14,08	54,54	65,4	39,31	17,94	6,88	14,08

 

Постоянная удельная сила сопротивления:

графо-аналитический метод:

 

,

 

где  - площадь под кривой диаграммы касательных усилий, ;

 - масштаб давлений, ;

 - масштаб объемов,

 

, ;

 

 - удельный объем, ;

 

;

 

- аналитический метод:

 

,

 

где  - количество цилиндров;

 

;

 

Так как разница между значениями удельной силы сопротивления посчитанными аналитическим и графо-аналитическим метод превышает 4%, то дальнейший расчет по значению посчитанному графо-аналитическим методом.

 

Расчет прочности деталей двигателя

Детали поршневой группы

 

Расчет поршня.

Диаметр головки поршня:

 

,

 

где  - диаметр поршня;

 

;

 

Диаметр юбки поршня:

 

,

;

 

Толщина днища:

 

,

;

 

Расстояние от первого кольца до кромки днища:

 

,

;

 

Толщина цилиндрической стенки головки:

 

,

;

 

Толщина направляющей части юбки:

 

,

;

 

Длина направляющей части юбки:

 

,

;

 

Расстояние от нижней кромки юбки до оси поршневого пальца:

 

,

;

 

Полная длина поршня:

 

,

;

 

Необходимая длина направляющей части поршня:

 

,

 

где  при : ;

 - сила, действующая на поршень в конце сгорания топлива;

 - допустимое удельное давление на 1 площади проекции боковой поверхности поршня в , принимаемое равным  ;

 

 - площадь поршня;

;

 

Днище поршня рассчитываем на изгиб, так как днище поршня плоское, то условие прочности имеет вид:

 

,

 

где  - толщина днища: для чугунных неохлаждаемых поршней: ,

 - допускаемое напряжение на изгиб: эквивалентные допускаемые напряжения на изгиб для чугунных поршней должны быть ;

 

;

Расчет поршневого пальца:

Диаметр пальца:

 

Рис. 5.1

 

,

;

 

Длина вкладыша головного подшипника:

 

,

;

 

Внутренний диаметр пальца:

 

,

;

 

Длина пальца:

 

, ;

 

Расстояние между серединами опор пальца:

 

,

;

 

Длина опорной части бобышки:

 

,

;

 

Напряжение изгиба, возникающее в момент действия силы:

 

,

 

где  - допускаемое напряжение изгиба, для углеродистой стали:

 

;

 

;

 

Напряжение среза:

 

,

 

где  - допускаемое напряжение среза:

 

;

;

 

Степень овализации пальца:

По методу Кинасошвили определим увеличение наружного диаметра в горизонтальной плоскости:

 

,

 

где  - модуль упругости материала, для стали ;

 

;

;

 

Удельное давление в подшипнике скольжения:

 

,

 

где  - допускаемое давление, для игольчатых подшипников ;

 

;

 

Удельное давление на гнездо бобышки:

 

,

 

где  - допускаемое давление, для бобышек из чугуна ;

 

;

 

Расчет коленчатого вала

1. Выбор материала вала:

вал изготовлен из стали марки 45Х, предел прочности , предел текучести .

2. Диаметр коленчатого вала:

,

 

где  - диаметр цилиндра в ;

 - ход поршня в ;

 - расстояние между центрами рамовых подшипников в ;

 и  - безразмерные коэффициенты, зависящие от  () и  ();

 - безразмерный коэффициент, зависящий от числа цилиндров и тактности: ;

 - безразмерный коэффициент зависящий от предела прочности и вычисляемый по формуле:

 

,

;

;

 

. Диаметр шатунной () и рамовой () шейки примем равными расчетному значению диаметра вала ().

. Толщина щеки:

 

,

;

 

5. Ширина щеки:

 

,

;

 

. Длина шатунной шейки:

 

,

;

 

. Длина рамовой шейки:

 

,

;

 

. Расстояние между осями коренной и шатунной шеек , между средним слоем щеки и серединой рамового подшипника , между серединами рамовых шеек .

. Радиусы закруглений:

у мотылевой шейки

 

,

;

 

у рамовой шейки

 

,

;

- у фланца

 

,

;

 

. Определение наиболее нагруженного мотыля в первом опасном положении:

 

№ мотыля         и

Углы поворота мотыля, градПорядок вспышек
		0,720	90	180	270	360	450	540	630
1	03,870-6,41019,460-2,841
	-15,32-0,88-11,11,46-132,36-4,4418,230,65
2	0-6,41019,460-2,8403,877
	0
	-132,6
3	19,460-2,8403,870-6,4104
	1,03
	-132,6
34	019,460-2,8403,870-6,415
	19,46
	-132,6
5	-2,8403,870-6,41019,4602
	20,49
	-132,36
	-6,41019,460-2,8403,8706
	16,92
	-132,6
	0-2,8403,870-6,41019,463
	16,92
	-132,6
6	3,870-6,41019,460-2,8408
	14,08
	-132,6

 

В первом опасном положении следует рассчитывать мотыль второго цилиндра, как передающий наибольшее касательное усилие от цилиндров, расположенных впереди.

. Значение радиальной силы вычислим по формуле:

 

двигатель топливо сгорание охлаждение

Определение наиболее нагруженного мотыля во втором опасном положении:

 

№ мотыля         и

Углы поворота мотыля, градПорядок вспышек
		22,42 742,22	112,42	202,42	292,42	382,42	472,42	562,42	652,42
1	-7,016,35-3,15-4,7949,6515,83-3,963,251
	-10,97-2-11,37 2,3-114,72-9,959,291,56
2	-3,15-4,7949,6515,83-3,963,25-7,016,357
	46,5
	-114,72
3	15,83-3,693,25-7,016,35-3,15-4,7949,654
	9,6
	-114,72
34	49,6515,83-3,693,25-7,016,35-3,15-4,795
	58,65
	-114,72
5	3,25-7,016,35-3,15-4,7949,6515,83-3,962
	71,93
	-114,72
	-4,7949,6515,83-3,693,25-7,016,35-3,156
	56,34
	-114,72
	-3,963,25-7,016,35-3,15-4,7949,6515,833
	52,92
	-114,72
6	6,35-3,15-4,7949,6515,83-3,963,25-7,018
	56,44
	-114,72

 

Во втором опасном положении следует рассчитывать мотыль второго цилиндра, как передающий наибольшее касательное усилие от цилиндров, расположенных впереди.

Первое опасное положение.

Расчет шатунной шейки.

. Сила давления в конце горения:

 

,

;

 

16. Момент, изгибающий шатунную шейку:

 

,

;

 

. Напряжение изгиба:

 

,

 

где  - осевой момент сопротивления, для сплошной шейки ;

 

 

. Наибольшее касательное усилие от расположенных впереди цилиндров:

 

,

;

 

. Момент, скручивающий мотылевую шейку:

 

,

20. Напряжение кручения:

 

,

 

. Эквивалентное напряжение в шейке:

 

,

 

. ,

где  - допускаемое напряжение, для валов из легированной стали ;

 - условие выполняется.

Расчет рамовой шейки.

. Изгибающий момент:

 

,

;

 

. Напряжение изгиба:

 

;

 

25. Напряжение кручения:

напряжение кручения шатунной шейки равно напряжению кручения рамовой шейки:

;

. Эквивалентное напряжение:

 

,

;

. ,

 

где  - допускаемое напряжение, для валов из легированной стали ;

 - условие выполняется.

Расчет щеки.

. Изгибающий момент:

 

,

;

 

. Момент сопротивления на широкой стороне щеки:

 

,

;

 

30. Напряжение изгиба:

 

,

;

 

. Момент сопротивления на узкой стороне щеки:

 

,

;

 

. Напряжение изгиба на узкой стороне щеки:

 

;

 

. Напряжение сжатия от силы :

 

,

;

 

. Суммарное напряжение:

 

, ; 35. ,

где  - допускаемое напряжение, для валов из легированной стали ;

 - условие выполняется.

Второе опасное положение.

Расчет шатунной шейки.

. Наибольшее касательное усилие одного цилиндра:

 

,

;

 

. Наибольшее радиальное усилие одного цилиндра:

 

,

;

 

. Изгибающий момент от наибольшего касательного усилия:

 

,

;

 

. Изгибающий момент от наибольшего радиального усилия:

 

, ;

. Напряжение изгиба от действия :

 

,

 

где  - соевой момент сопротивления, для сплошной шейки ;

 

;

 

. Напряжение изгиба от действия :

 

,

;

 

. Равнодействующее напряжение изгиба:

 

,

;

 

. Суммарное касательное усилие, передаваемое шейкой рамового подшипника:

 

,

;

44. Касательное усилие от впереди расположенных цилиндров:

 

,

;

 

. Крутящий момент от касательной силы :

 

,

;

 

. Крутящий момент от касательной силы одного цилиндра:

 

,

;

 

. Напряжение кручения от моментов  и :

 

,

;

,

;

 

48. Суммарное напряжение кручению:

 

,

;

 

. Эквивалентное напряжение в шатунной шейке:

 

,

;

. ,

 

где  - допускаемое напряжение, для валов из легированной стали ;

 - условие выполняется.

Расчет щеки.

. Изгибающий момент на широкой стороне щеки:

 

,

;

 

. Напряжение изгиба на широкой стороне щеки:

 

,

;

 

53. Напряжение изгиба на узкой стороне щеки:

 

,

;

 

. Напряжение сжатия силой :

 

,

;

 

. Суммарное напряжение:

 

,

;

 

. Момент, скручивающий щеку: