Удельное давление и износ деталей

 

Значение удельного давления служит ориентировочным показателем износостойкости сопряжения. К числу сопряжений, в которых оценивают удельное давление, относятся подшипники скольжения, а также сопряжение поршень-гильза цилиндров. Для упрощения оценок предполагают, что нагрузка в сопряжении распределяется равномерно по поверх­ности.

Удельное давление, найденное путем деления действующей силы на проекцию опор­ной поверхности, сравнивают с допустимым, установленным на основании опытных дан­ных. Предполагают, что износ сопряжения прямо пропорционален значению среднего удельного давления.

В эксплуатации неизбежно изнашивание всех трущихся деталей двигателя, которое за­висит от конструкции и технологии изготовления, качества применяемых топлив и масел, условий эксплуатации. Под условиями эксплуатации понимаются способы пуска, тепло­вые, скоростные и нагрузочные режимы, а также дорожные и климатические факторы и запыленность воздуха. Пыль попадает в двигатель вместе с воздухом и вызывает абразив­ный износ его трущихся соединений. На интенсивность абразивного изнашивания влияют твердости абразивных частиц и поверхностей трущихся деталей, размер абразивных час­тиц и их удельная поверхность. При аналитических оценках величин износа в трущихся сопряжениях чаще всего принимают, что износ прямо пропорционален удельному давле­нию в сопряжении, концентрации абразивных частиц на поверхности трущейся пары, об­ратно пропорционален удельной дисперсности пыли, износостойкости материалов тру­щейся пары. Чаще всего именно износ определяет предельное состояние двигателя, т. е. такое состояние, при котором дальнейшая эксплуатация двигателя невозможна из-за ухудшения его технико-экономических показателей.

 

Оценка напряженного состояния деталей д. в. с. и прогнозирование запасов

Прочности.

 

Существует много методов расчета напряженного состояния детали. Простейший из них основывается на предположении статического действия сил и является условным. При этом методе применяется одна из расчетных схем сопротивления материалов, полу­чаемая после упрощения формы детали, допущения об опорных связях, выбора расчетно­го нагрузочного режима. Получаемые при этом напряжения являются условными, сравни­ваются с аналогичными величинами в существующих хорошо зарекомендовавших себя двигателях.

При расчетах на прочность с учетом знакопеременной нагрузки учитываются характер механических нагрузок, особенности их изменения, конструкция и технология изготовле­ния детали. При таком расчете определяется коэффициент запаса прочности, под которым понимается отношение допустимого напряжения для детали к максимальному действую­щему, т. е. или соответственно для нормальных и касательных напряжений. Используя одну из теорий прочности, можно записать выражение коэффициента запаса прочности при сложном напряженном состоянии, например

 

Полученные при расчетах значения коэффициента запаса прочности сравниваются с допустимыми, на основе чего делается вывод о работоспособности деталей. При выборе допустимых значений коэффициентов запаса прочности или просто допускаемых значе­ний напряжений учитываются назначение и режим работы двигателя, конструкция детали и ее материал, обработка, наличие упрочняющих операций.

 

Контрольные вопросы:

1. Какими основными факторами характеризуется конструкция ПД?

2. Что понимается под моторесурсом ПД?

3. Какой показатель характеризует металлоемкость конструкции?

4. Каковы расчетные режимы для ПД с принудительным зажиганием?

5. Каковы расчетные режимы для ПД с самовоспламенением?

6. Что понимается под жесткостью конструкции и чем она определяется?

7. Как определяется коэффициент запаса прочности?

8. Какие силы нагружают детали КШМ?

Лекция 4.

Термодинамические циклы поршневых ДВС

Введение

Теория двигателей внутреннего сгорания основана на использовании термодинамических зависимостей и приближения их к действительным условиям путем учета реальных факторов. Поэтому глубокое изучение теоретических циклов, основанное на знании термодинамики, является необходимым условием успешного изучения процессов, происходящих в цилиндрах реальных автомобильных и тракторных двигателей.

Замкнутые теоретические (термодинамические) циклы в отличие от действительных процессов, происходящих в цилиндрах двигателей, осуществляются в воображаемой тепловой машине и характеризуются следующими особенностями (допущениями).

1. Все процессы цикла осуществляются без теплообмена рабочего тела с окружающей средой и являются обратимыми.

2. Преобразование теплоты в механическую работу осуществляется в замкнутом объеме одним и тем же несменяемым рабочим телом.

3. Состав и теплоемкость рабочего тела остаются постоянными на всем протяжении цикла.

4. Подвод теплоты производится от постороннего (воображаемого) источника при постоянном объеме (по изохоре), или при постоянном давлении (по изобаре), или при смешанном (по изохоре и изобаре).

5. Процессы сжатия и расширения протекают по адиабатам с постоянными показателями.

6. В теоретических циклах отсутствуют какие-либо потери теплоты (в том числе на трение, излучение, гидравлические потери и т. п.), кроме отвода теплоты холодному источнику. Эта потеря является единственной и обязательной для замкнутого теоретического цикла.

Рассмотрение и анализ теоретических циклов позволяет решить три основные задачи:

1) оценить влияние термодинамических факторов на изменение термического КПД и среднего давления для данного цикла и на этой основе установить оптимальные значения термодинамических факторов для получения наилучшей экономичности и максимальной удельной работы цикла;

2) провести сравнение различных теоретических циклов с точки зрения их экономичности и работоспособности при одинаковых условиях;

3) получить конкретные числовые значения термического КПД и среднего давления цикла, которые могут являться критериями для оценки степени совершенства реальных двигателей по экономичности и удельной работе (мощности).

 

 

1. Общие положения

2..Цикл со смешенным подводом теплоты

3..Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме

4. Сравнение термодинамических циклов: а) при одинаковых s и q; б) при одинаковых максимальных Т_тр₇ и одинаковых минимальных Т_ар_а

5. Термодинамические циклы ПД с наддувом

 

Общие положения

 

Процессы преобразования теплоты в работу могут осуществляться в различных тепловых двигателях, одним из которых является поршневой д. в. с.

Следуя принципу «от простого — к более сложному», прежде чем изучать совокупности процессов, образующих действительные циклы реальных поршневых двигателей, коротко рассмотрим их прототипы, каковыми являются соответствующие термодинамические циклы.

Термодинамический (идеальный) цикл — обратимый замкнутый цикл, в котором имеют место только потери теплоты, неизбежные согласно второму закону термодинамики.

Анализ термодинамических циклов поршневых д. в. с. проводится при допущениях, что: 1) в течение всего цикла ни химический состав, ни количество рабочего тела (газа) не изменяются; 2) процессы сжатия и расширения осуществляются адиабатически; 3) теплоемкость рабочего тела не зависит от температуры.

Процессы сгорания и газообмена, происходящие во время работы реального поршневого двигателя, при рассмотрении термодинамических циклов заменяются процессами подвода и отвода теплоты.

Условия анализа термодинамических циклов таковы, что получаемые расчетные значения их показателей представляют собой некоторый наивысший предел, к которому могут лишь приближаться показатели действительных циклов в зависимости от степени их совершенства.

Показателем экономичности термодинамического цикла является термический к.п.д. r/_t, представляющий собой отношение количества теплоты, превращенной в работу цикла, к количеству теплоты, сообщенной рабочему телу:

где — количество теплоты, сообщенной 1 кг газа, Дж/кг;

q₂ — теплота, отведенная от 1 кг газа, Дж/кг;

— количество теплоты, превращенной в работу, Дж/кг.

Другим важным показателем термодинамического цикла является его удельная работа, или среднее давление p_t т. е. работа цикла L (Дж), отнесенная к рабочему объему V_h (м³), определяемому разностью полного объема цилиндра V_a и камеры сжатия V_c;

Чем больше давление p_t, тем меньше при данной работе цикла размер цилиндра, а значит, могут быть меньше размеры и вес двигателя.