Курсовая работа: Расчет привода и поршневого двигателя автомобиля

Введение

Курсовая работа является важным этапом подготовки студентов к решению задач применительно к практике по обработке исходной информации и по обучению оформления технической и нормативной документации в соответствии с ГОСТ и ЕСКД.

Качество выполнения курсовой работы характеризует уровень усвоения дисциплины «Основы функционирования систем сервиса», что позволяет оценить готовность студента к самостоятельной работе по выполнению дипломного проекта и к практической деятельности на производстве как будущего специалиста по сервису (Специализация 23.07.12).

1. Приводы автомобиля

Простейшая принципиальная схема привода автомобиля (рис. 1) включает в себя карбюраторный или дизельный многоцилиндровый четырехтактный двигатель с кривошипно-шатунным механизмом тронкового типа 1, маховик 2, фрикционную муфту сцепления 3, коробку перемены передач 4, главную передачу 5 заднего моста автомобиля, дифференциал 6 и полуоси 7.

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

В головке блока размещены впускные и выпускные клапаны.

Маховик 2 во время рабочего хода поршня накапливает запас энергии, за счет которой осуществляется нерабочий ход и повышается равномерность вращения коленчатого вала.

Фрикционная муфта сцепления 3 обеспечивает присоединение или отсоединение трансмиссии (коробки перемены передач) и двигателя внутреннего сгорания.

Коробка перемены передач 4 (КПП) – двухступенчатая и двухскоростная.

Главная передача 5 – коническая, соединена шестернями дифференциала с полуосями заднего моста.

2. Двигатель внутреннего сгорания

Поршневые двигатели внутреннего сгорания являются тепловыми двигателями, у которых химическая энергия топлива преобразуется в механическую работу непосредственно в самом двигателе.

Преобразование химической энергии в тепловую и тепловой – в энергию движения поршня (механическую) происходит практически одновременно, непосредственно в цилиндре двигателя.

В результате сгорания рабочей смеси в цилиндрах двигателя образуются газообразные продукты с высоким давлением и температурой.

Под влиянием давления поршень совершает поступательное движение, которое с помощью шатуна и кривошипа преобразуется во вращение коленчатого вала.

Четырехтактными называют двигатели, у которых один рабочий цикл совершается за четыре хода (такта) поршня, соответствующих двум оборотам коленчатого вала. Схема работы четырехтактного двигателя без наддува представлена на рис.2.

Первый такт – впуск или всасывание горючей смеси – соответствует движению поршня вниз от В.М.Т. до Н.М.Т. За счет движения поршня создается разрежение (около 0,05 – 0,1 н/см² ) и горючая смесь через открытый клапан «а» засасывается в цилиндр. Для достижения максимального наполнения цилиндра впускной клапан открывается несколько раньше положения поршня в В.М.Т. (точка 1) с определенным углом опережения и закрывается с некоторым углом запаздывания после Н.М.Т. (точка 2).

Второй такт – сжатие – соответствует движению поршня вверх от момента закрытия впускного клапана до момента прихода поршня в В.М.Т. Во время такта сжатия все клапаны находятся в закрытом положении.

Поршень сжимает находящуюся в цилиндре горючую смесь, в точке 3 подается искра в свече для воспламенения горючей смеси.

Третий такт – горение и расширение (рабочий ход) – соответствует движению поршня от В.М.Т. к Н.М.Т. под давлением сгорающего топлива и расширяющихся продуктов сгорания. (от точки 4 до точки 5).

Четвертый такт – выпуск отработавших газов – осуществляется при ходе поршня вверх от Н.М.Т. к В.М.Т. Этот ход поршня происходит при открытом выпускном клапане «б». Для улучшения процесса выпуска клапан открывается несколько раньше Н.М.Т. (точка 5) и закрывается с некоторым запаздыванием (точка 6).

В дизель, в отличие от карбюраторного двигателя, при движении поршня от В.М.Т. к Н.М.Т. засасывается через впускной клапан атмосферный воздух, на такте сжатия повышается давление и температура, при впрыске через форсунку топливо самовоспламеняется и сгорает, газы расширяясь давят на поршень, совершая рабочий ход, при движении поршня из Н.М.Т. к В.М.Т. через открытый выпускной клапан отработанные газы выталкиваются в атмосферу.

При дальнейшем движении поршня вниз начинается новый рабочий цикл, такты которого повторяются в перечисленной ранее последовательности.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя изображается диаграммами в виде замкнутой (рис. 3) и развернутой (рис. 4).

Исходные данные для кинематического и динамического (силового) анализа кривошипно-шатунного механизма представлена в таблице 1.

3. Обозначения

К – карбюраторный двигатель

Д – дизель

В.М.Т. – верхняя мертвая точка

Н.М.Т. – нижняя мертвая точка

П_ведом – ведомый вал

П_д – частота вращения двигателя (ведущего вала), об/мин;

П_п – частота вращения промежуточного вала КПП, об/мин;

П_кпп – частота вращения выходного вала КПП, об/мин;

П_в – частота вращения ведомого вала главной передачи, об/мин;

R – радиус кривошипа, мм;

l - постоянная кривошипно-шатунного механизма;

l = R / L = 0,25

где L – длина шатуна, мм;

Р₁ , Р₂ , Р₃ , Р₄ – давление газов в цилиндре двигателя, МПа; (см. Индикаторная диаграмма Рис. 3)

Z₁ …. Z₆ – число зубьев шестерен и колес в коробке перемен передач и в главной передаче;

Р_ш – сила, направленная по оси шатуна, Н; (см. рис. 5)

Р_г – сила давления газов на поршень, Н;

Р_н – сила, направленная перпендикулярно оси цилиндра, Н;

Р_р – радиальная сила, действующая по радиусу кривошипа, Н;

Pт – тангенциальная сила, действующая по касательной к окружности

4. Исходные данные (l=0,25)

Таблица 1

5. Содержание курсовой работы

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части в виде принципиальной схемы привода автомобиля (рис. 1), схемы работы четырехтактного двигателя (рис. 2), замкнутой и развернутой индикаторной диаграммы (рис. 3, рис.4), схемы кривошипно шатунного механизма и действия сил давления газов на поршень (рис.5), графика зависимости пути «S», скорости «n» и ускорения «а» поршня от угла «a» поворота коленчатого вала(рис. 6), графика зависимости усилий Р_ш , Р_н ,Р_р , Р_т и крутящего момента М_кр на валу двигателя от угла «a» поворота коленчатого вала.

По исходным данным вначале построить индикаторные диаграммы (рис.3, рис.4).

Расчетно-пояснительная записка включает титульный лист (см. Приложение), исходные данные на выполнение курсовой работы и следующие разделы:

1. Привод автомобиля.

2. Двигатель внутреннего сгорания.

3. Обозначение:

4. Исходные данные (Таблица 1).

5. Содержание курсовой работы.

6. Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма.

7. Динамический анализ кривошипно-шатунного механизма.

8. Силовой расчет трансмиссии автомобиля.

9. Прочностной расчет поршня и поршневого пальца двигателя.

6. Кинематический анализ кривошипно-шатунного механизма

6.1 Выражение для определения перемещения «S» поршня в зависимости от угла поворота кривошипа «a» запишется в виде (рис. 5)

S = (R + L) – (R*Cosa + L*Cosb) = R (1 – Cosa) + L (1 – Cosb) = R (1 – Cosa) + L (1 – 1 - l² * Sin² a )

Величина R (1 – Cosa) – определяет путь, который прошел бы поршень, если шатун был бы бесконечно длинным,

а величина L (1 – 1 - l² * Sin² a ) – есть поправка на влияние конечной длины шатуна.

Используя формулу Бинома Ньютона выражение для вычисления “ S“ упрощается:

S = R (1 – Cosa + ( l/2)* Sin² a ).

S = 75*(1 – Cos0 + ( l/2)* Sin² 0 )=0

S = 75*(1 – Cos30 + ( l/2)* Sin² 30 )=12.392

S = 75*(1 – Cos60 + ( l/2)* Sin² 60 )=44.531

S = 75*(1 – Cos90 + ( l/2)* Sin² 90 )=84.375

S = 75*(1 – Cos120 + ( l/2)* Sin² 120 )=119.531

S = 75*(1 – Cos150 + ( l/2)* Sin² 150 )=142.296

S = 75*(1 – Cos180 + ( l/2)* Sin² 180 )=150

S = 75*(1 – Cos210 + ( l/2)* Sin² 210 )=142.296

S = 75*(1 – Cos240 + ( l/2)* Sin² 240 )=119.531

S = 75*(1 – Cos270 + ( l/2)* Sin² 270 )=84.357

S = 75*(1 – Cos300 + ( l/2)* Sin² 300 )=44.531

S = 75*(1 – Cos330 + ( l/2)* Sin² 330 )=12.392

S = 75*(1 – Cos360 + ( l/2)* Sin² 360 )=0

Расчеты внесем в табл.2 и построим график зависимости

S = f (a)… (рис.6)

6.2 Скорость поршня изменяется во время «t», т.е.

n = ds / dt = (ds / da) * (da / dt),

где da / dt = w - угловая частота вращения.

ds / da = R* d/da (1 – Cosa + ( l/2)* Sin² a) =

= R (Sina + ( l/2)* Sin2a)

n = w * R (Sina + (l/2)* Sin2a).

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin0 + (l/2)* Sin2*0)=0

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin30 + (l/2)* Sin2*30)=11936.97

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin60 + (l/2)* Sin2*60)=19120.22

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin90 + (l/2)* Sin2*90)=19625

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin120 + (l/2)* Sin2*120)=14871.28

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin150 + (l/2)* Sin2*150)=7688.03

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin180 + (l/2)* Sin2*180)=0

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin210 + (l/2)* Sin2*210)= -7688.03

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin240 + (l/2)* Sin2*240)= -14871.28

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin270 + (l/2)* Sin2*270)= -19625

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin300 + (l/2)* Sin2*300)= -19120.22

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin330 + (l/2)* Sin2*330)= -11936.97

n = (3.14*3400/30)*45 (Sin360 + (l/2)* Sin2*360)=0

Расчеты внесем в табл. 2 и построим график зависимости

n = f (a) … (рис. 6)

6.3 Ускорение поршня изменяется во времени t , т.е.

а = dn / dt = (dn / da) * (da / dt) = (dn / da) * w.

dn / da = w * R * d/ da (Sina + ( l/2)* Sin2α) =

= w * R * (Cosa + l * Cos2α).

а = w * (dn / da) = w² * R * (Cosa + l * Cos2α).

а = (3.14*3400/30)² * 45 * (Cos0 + l * Cos2*0)=6419010.4

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos30 + l * Cos2*30)=5089121.91

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos60 + l * Cos2*60)=1925703.125

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos90 + l * Cos2*90)= -1283802.1

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos120 + l * Cos2*120)= -3209505.2

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos150 + l * Cos2*150)= -3805319.82

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos180 + l * Cos2*180)= -3851406.25

а = (3.14*3400/30)² * 45 * (Cos210 + l * Cos2*210)= -3805319.82

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos240 + l * Cos2*240)= -3209505.2

а = (3.14*3400/30)² * 45 * (Cos270 + l * Cos2*270)= -1283802.1

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos300 + l * Cos2*300)=1925703.125

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos330 + l * Cos2*330)=5089121.91

а = (3.14*3400/30)² * 45* (Cos360 + l * Cos2*360)=6419010.4

Расчеты занесем в табл.2 и построим график зависимости

а = f (a) … (рис. 6).

Таблица 2

7. Динамический анализ кривошипно-шатунного механизма

К основным силам, действующим в кривошипно-шатунном механизме, относят: силы давления газов на поршень, силы инерции масс движущихся частей и полезное сопротивление на колесах заднего моста автомобиля. Силами трения в кривошипно-шатунном механизме пренебрегаем из-за их небольшой величины.

Силы давления газа на поршень находятся в прямой зависимости от рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания (см. индикаторные диаграммы (рис. 3, рис. 4)).

Давление газа на поршень изменяется в зависимости от угла поворота кривошипа и для любого положения поршня определяется по индикаторной диаграмме для данного варианта исходных данных и заносится в таблицу 3.

Силы инерции зависят от масс движущихся деталей и числа оборотов двигателя. График зависимости сил инерции от угла поворота кривошипа коленчатого вала представлен на развернутой индикаторной диаграмме (рис. 4).

Мгновенная сила от давления газов, действующая на поршень:

Р = Р_г * F = Р_г * (π*Д² / 4); МН;

где Д – диаметр цилиндра, м;

F – площадь поршня, м² ;

Р_г – давление газов, МПа;

Движущее усилие Р_д = Р + Р_и равно сумме силы от давления газов на поршень Р и сил инерции движущихся частей Р_и .

Р_д = Р_S *F = π*Д² / 4 * Р_S ;

Р_д = -0,9*3,14*0,082² /4= -0,00475 Р_д = 4,3*3,14*0,082² /4=0,0227

Р_д = -0,8*3,14*0,082² /4= -0,00422 Р_д = 2,9*3,14*0,082² /4=0,01531

Р_д = -0,5*3,14*0,082² /4= -0,00264 Р_д = 2,6*3,14*0,082² /4=0,01372

Р_д = 0,3*3,14*0,082² /4=0,00158 Р_д = 2,4*3,14*0,082² /4=0,01267

Р_д = 0,8*3,14*0,082² /4=0,00422 Р_д = 2,5*3,14*0,082² /4=0,0132

Р_д = 1*3,14*0,082² /4=0,00528 Р_д = 2,55*3,14*0,082² /4=0,01346

Р_д = 1,1*3,14*0,082² /4=0,00581 Р_д = 2,3*3,14*0,082² /4=0,01214

Р_д = 1,1*3,14*0,082² /4=0,00581 Р_д = 1,75*3,14*0,082² /4=0,00924

Р_д = 1*3,14*0,082² /4=0,00528 Р_д = 0,75*3,14*0,082² /4=0,00396

Р_д = 0,5*3,14*0,082² /4=0,00264 Р_д = -0,5*3,14*0,082² /4= -0,00264

Р_д = 0*3,14*0,082² /4=0 Р_д = -0,8*3,14*0,082² /4= -0,00422

Р_д = -0,2*3,14*0,082² /4= -0,00106 Р_д = -0,9*3,14*0,082² /4= -0,00475

Р_д = 1*3,14*0,082² /4=0,00528

Сила давления газов на поршень Р (см. рис. 5.) разлагается на силу, направленную по оси шатуна Р_ш , и силу, перпендикулярную оси цилиндра

Р_н .Р_ш = Р_д / Cosb

Р_ш = -0,00475/1= -0,00475

Р_ш =-0,00422/0,99= -0,00418

Р_ш =-0,00264/0,98= -0,00259

Р_ш =0,00158/ 0,97=0,00153

Р_ш =0,00422/ 0,98= 0,00414

Р_ш =0,00528/ 0,99=0,00523

Р_ш =0,00581/1=0,00581

Р_ш =0,00581/ -0,99= -0,00575

Р_ш =0,00528/ -0,98= -0,00517

Р_ш =0,00264/-0,97= -0,00256

Р_ш =0/-0,98= 0

Р_ш =-0,00106/ -0,99=0,00105

Р_ш =0,00528/ -1= -0,00528

Р_ш =0,0227/ -0,99= -0,0227

Р_ш =0,01531/ -0,98= -0,015

Р_ш =0,01372/-0,97= -0,01331

Р_ш =0,01267/-0,98= -0,01242

Р_ш =0,0132/-0,99= -0,01307

Р_ш =0,01346/ 1=0,01346

Р_ш =0,01214/ 0,99=0,01202

Р_ш =0,00924/0,98=0,00906

Р_ш =0,00396/0,97=0,00384

Р_ш =-0,00264/0,98= -0,00259

Р_ш =-0,00422/0,99= -0,00422

Р_ш =-0,00475/1= -0,00475

Р_н = Р_д * tgb;

Р_н = -0,00475*0=0

Р_н =-0,00422*0,13= -0,00055

Р_н =-0,00264*0,22= -0,00058

Р_н =0,00158*0,26=0,00041

Р_н =0,00422*0,22=0,00093

Р_н =0,00528*0,13=0,00069

Р_н =0,00581*0=0

Р_н =0,00581*(-0,13)= -0,00076

Р_н =0,00528*(-0,22)= -0,00116

Р_н =0,00264*(-0,26)= -0,00069

Р_н =0*(-0,22)=0

Р_н =-0,00106*(-0,13)=0,00014

Р_н =0,00528*0=0

Р_н =0,0227*(-0,13)= -0,00295

Р_н =0,01531*(-0,22)= -0,00337

Р_н =0,01372*(-0,26)= -0,00357

Р_н =0,01267*(-0,22)= -0,00279

Р_н =0,0132*(-0,13)= -0,00172

Р_н =0,01346*0=0

Р_н =0,01214*0,13=0,00158

Р_н =0,00924*0,22=0,00203

Р_н =0,00396*0,26=0,00103

Р_н =-0,00264*0,22= -0,00058

Р_н =-0,00422*0,13= -0,00055

Р_н =-0,00475*0=0

Сила Р_ш стремится сжать или растянуть шатун, а сила Р_н прижимает поршень к стенке цилиндра и направлена в сторону, противоположную вращению двигателя.

Сила Р_ш может быть перенесена по линии её действия в центр шейки кривошипа и разложена на тангенциальную силу Р_т , касательную к окружности, и радиальную силу Р_р , действующую по радиусу кривошипа

Р_р = Р_ш *Cos (a + b) = P_д * (Cos(a + b) / Cosb);

Р_р = -0,00475*1= -0,00457

Р_р =-0,00422*0,8= -0,00336

Р_р =-0,00264*0,31= -0,00082

Р_р =0,00158*(-0,26)= -0,00041

Р_р =0,00422*(-0,69)= -0,00291

Р_р =0,00528*(-0,93)= -0,00491

Р_р =0,00581*(-1)= -0,00581

Р_р =0,00581*(-0,93)= -0,0054

Р_р =0,00528*(-0,69)= -0,00364

Р_р =0,00264*(-0,26)= -0,00069

Р_р =0*0,31=0

Р_р =-0,00106*0,8= -0,00085

Р_р =0,00528*1=0,00528

Р_р =0,0227*0,8=0,01816

Р_р =0,01531* 0,31=0,00475

Р_р =0,01372*(-0,26)= -0,00357

Р_р =0,01267*(-0,69)= -0,00874

Р_р =0,0132*(-0,93)= -0,01228

Р_р =0,01346*(-1)= -0,01346

Р_р =0,01214*(-0,93)= -0,01129

Р_р =0,00924*(-0,69)= -0,00638

Р_р =0,00396*(-0,26)= -0,00103

Р_р =-0,00264*0,31= -0,00082

Р_р =-0,00422*0,8= -0,00336

Р_р =-0,00475*1= -0,00475

Силы Р_т и Р’_т образуют на коленчатом валу пару сил с плечом R, момент которой приводит во вращение коленчатый вал и называется крутящим моментом двигателя.

М_кр = Р_т *R = Р_д * (Sin(a + b) / Cosb) * R;

где Р_т = Р_д * (Sin(a + b) / Cosb); R – радиус кривошипа в м.

М_кр =0,075*(-0,00475)*0=0

М_кр =0,075*(-0,00422)*0,61= -0,00019

М_кр =0,075*(-0,00264)*0,98= -0,00019

М_кр =0,075*0,00158*1=0,00012

М_кр =0,075*0,00422*0,75=0,00024

М_кр =0,075*0,00528*0,39=0,00015

М_кр =0,075*0,00581*0=0

М_кр =0,075*0,00581*(-0,39)= -0,00017

М_кр =0,075*0,00528*(-0,75)= -0,0003

М_кр =0,075*0,00264*(-1)= -0,0002

М_кр =0,075*0*(-0,98)=0

М_кр =0,075*(-0,00106)*(-0,61)=0,00005

М_кр =0,075*0,00528*0=0

М_кр =0,075*0,0227*(-0,61)= -0,00104

М_кр =0,075*0,01531*(-0,98)= -0,00113

М_кр =0,075*0,01372*(-1)= -0,00103

М_кр =0,075*0,01267*(-0,75)= -0,00071

М_кр =0,075*0,0132*(-0,39)= -0,00039

М_кр =0,075*0,01346*0=0

М_кр =0,075*0,01214*0,39=0,00036

М_кр =0,075*0,00924*0,75=0,00052

М_кр =0,075*0,00396*1=0,0003

М_кр =0,075*(-0,00264)*0,98= -0,00019

М_кр =0,075*(-0,00422)*0,61= -0,00019

М_кр =0,075*(-0,00475)*0=0Р_т =-0,00475*0=0

Р_т =-0,00422*0,61= -0,00257

Р_т =-0,00264*0,98= -0,00259

Р_т =0,00158*1=0,00158

Р_т =0,00422*0,75=0,00316

Р_т =0,00528*0,39=0,00206

Р_т =0,00581*0=0

Р_т =0,00581*(-0,39)= -0,00227

Р_т =0,00528*(-0,75)= -0,00396

Р_т =0,00264*(-1)= -0,00264

Р_т =0*(-0,98)=0

Р_т =-0,00106*(-0,61)=0,00065

Р_т =0,00528*0=0

Р_т =0,0227*(-0,61)= -0,01385

Р_т =0,01531*(-0,98)= -0,015

Р_т =0,01372*(-1)= -0,01372

Р_т =0,01267*(-0,75)= -0,0095

Р_т =0,0132*(-0,39)= -0,00515

Р_т =0,01346*0=0

Р_т =0,01214*0,39=0,00473

Р_т =0,00924*0,75=0,00693

Р_т =0,00396*1=0,00396

Р_т =-0,00264*0,98= -0,00259

Р_т =-0,00422*0,61= -0,00257

Р_т =-0,00475*0=0

На подшипники коленчатого вала действует сила Р’_ш , которая может быть разложена на силу P’ = P и Р’_н = Р_н . Значение расчетных величин Р_д , Р_ш , Р_н , Р_р , Р_т и М_дв занести в табл. 3 и построить зависимости от a.

8. Силовой расчет трансмиссии автомобиля.

Трансмиссия автомобиля (рис. 1) включает в себя фрикционную муфту сцепления 3, коробку перемены передач 4, главную передачу 5 заднего моста, дифференциал 6 и полуоси 7.

Коробка перемены передач состоит из двух пар шестерен: первая пара с числом зубьев Z₁ и Z₂ , вторая пара с числом зубьев Z₃ и Z₄ .

Шестерня Z₂ – подвижная по промежуточному валу и может выходить из зацепления с Z₁ . Прямая передача может включаться с помощью кулачковой муфты при разъединении шестерен Z₁ и Z₂ .

Передаточное отношение коробки перемены передач вычисляется по выражению:

i_p = i₁ *i₂ .

Передаточное отношение первой зубчатой пары

i₁ =Z₂ / Z₁ ,

а второй i₂ =Z₄ / Z₃ , т.е. i_p = (Z₂ / Z₁ ) * (Z₄ / Z₃ ).

i_p =(60/20)*(100/25)=12

Передаточное отношение конических шестерен главной передачи:

i_к =Z₆ / Z₅ . i_к =80/20=4

Общее передаточное отношение

i_общ =i_р * i_к .

i_общ =12*4=48

Частота вращения выходного вала коробки передач

П_вых = П_g / i_p ; а ведомого вала П_ведом = П_вых / i_к .

П_вых =2500/12=208,33 об/мин П_ведом =208,33/4=52,08 об/мин

Крутящий момент на ведомом валу:

М_кр =М_ведом =М_g *i_общ .

М_кр =0*48=0

М_кр =-0,00019*48=-0,00912

М_кр =-0,00019*48=-0,00912

М_кр =0,00012*48=0,00576

М_кр =0,00024*48=0,01152

М_кр =0,00015*48=0,0072

М_кр =0*48=0

М_кр =-0,00017*48=-0,00816

М_кр =-0,0003*48=-0,0144

М_кр =-0,0002*48=-0,0096

М_кр =0*48=0

М_кр =0,00005*48=0,0024

М_кр =0*48=0

М_кр =-0,00104*48=-0,04992

М_кр =-0,00113*48=-0,05424

М_кр =-0,00103*48=-0,04944

М_кр =-0,00071*48=-0,03408

М_кр =-0,00039*48=-0,01872

М_кр =0*48=0

М_кр =0,00036*48=0,01728

М_кр =0,00052*48=0,02496

М_кр =0,0003*48=0,0144

М_кр =-0,00019*48=-0,00912

М_кр =-0,00019*48=-0,00912

М_кр =0*48=0

9. Прочностной расчет узлов и деталей двигателя

9.1 Поршень

Поршень рассчитывается на сжатие от силы давления газов Р_г по наименьшему сечению, расположенному выше поршневого пальца, на удельное давление тронка, на прочность днища, а поверхность опорных гнезд пальца (бобышек) проверяется на наибольшее удельное давление (рис. 7).

Напряжение сжатия определяется из выражения:

s_сж = Р_г /F_min £[s_сж ] Н/мм² ,

где F_min – наименьшее сечение поршня над пальцем (в большинстве конструкций проходит по канавке последнего кольца), мм² .

F_min = (π*Д² / 4)- (π*Д₁ ² / 4)= π / 4*( Д² - Д₁ ² )

Д₁ =Д-(0,05…0,07)*Д=Д*(1-0,06)=82*0,94=77,08 мм

F_min =3,14/4*(82² -77,08² )=614,4 мм²

т.к. Р_г = Р_г ^max * (π*Д² / 4);

P_г =5*(3,14*82² /4)=26391,7 Н.

s_сж =263917/614,4=42,96 Н/мм² £[s_сж ]

Допустимое напряжение для поршней из алюминиевых сплавов [s_сж ] = 50,0 … 70,0 Н/мм² , и для стальных [s_сж ] = 100 Н/мм² .

Расчет тронка поршня на удельное давление и определение длины направляющей части производится по формуле

L_p = P_{н. max} / Д*к,

где P_{н. max} = (0,07…0,11) P_г ; [к] = 2…7 кг/см² .

L_p =0,09*26391,7/(8,2*5)=57,933

Днище поршня рассчитывается на изгиб. При плоском днище условие прочности (максимально-допустимое напряжение изгиба) имеет вид

s_и = P_{г. max} / 4d² £[s_и ],

где d - толщина днища поршня, мм.

Допустимое напряжение на изгиб днищ для алюминиевого поршня

[s_и ] = 70 н/мм² , а для стальных - [s_и ] = 100 н/мм² .

При проектировании пользуются эмпирическими зависимостями, установленными практикой.

Толщина днища алюминиевых поршней d = (0,1 … 0,12) Д и стальных (0,06 … 0,1) Д.

Для алюминиевых: s_и = 26391,7/ 4*(0,12*82)² =68,14£[s_и ]

Для стальных: s_и = 26391,7 / 4*(0,1*82)² =98,125 £[s_и ]

Толщина стенки поршня за кольцами принимается равной (0,05 … 0,07) Д;

Общая длина поршня L = (1,2 … 1,8)S,

Где S – ход поршня, S = 2R, [мм]S=2*75=150 мм

Расстояние от нижней кромки поршня до оси пальца

С = (0,7 … 1,2) Д. С=0,9*82=73,8

Поверхность опорных гнезд пальца (бобышек) проверяется на наибольшее удельное давление.

Р_max = (P_{г. max} /d_п )* l_п , н/мм²

Где d_п – наружный диаметр поршнего пальца, мм, d_п / Д = 0,4.

d_п =0,4*Д=0,4*82=32,8 мм

l_п – длина гнезд пальца, мм, l_п = 2 d_п .

l_п =2*32,8=65,6 мм

Р_max =(5/32,8)*65,6=10 н/мм²

Допускаемые удельные давления составляют [р] = 20 … 40, н/мм²

9.2 Поршневой палец

Поршневой палец проверяется по наибольшему давлению сгорания Р_{г. max} = Р₄ на изгиб и на срез.

Палец рассматривается как балка с равномерно распределенной нагрузкой и концами, лежащими на опорах.

Изгибающий момент относительно опасного сечения I –I:

М_и = P_г /2 (L/2 - а/4), Н*мм,

Где L – расстояние между опорами, мм,

L = Д – d_п =82-32,8=49,2 мм

а – длина подшипников верхней опоры шатуна, мм,

а = d_п =32,8мм

Следовательно:

М_и = 26391,7/2(49,2/2 – 32,8/4)=216406,2 Н*мм

Напряжение изгиба

s_и = М_и / W_и , н/мм² ; £[s_и ],

где W_и – момент сопротивления изгибу

W_и = 0,1 * ((d⁴ _п – d⁴ _в ) / d _п ), мм³ ,

Где d_в – внутренний диаметр поршневого пальца, мм; d_в = 0,5*d_п d_в =0,5*32,8=16,4 мм

W_и =0,1*((32,8⁴ -16,4⁴ )/32,8)=3308,208 мм³

s_и =216406,2/3308,208=65,415 н/мм² ; £[s_и ],

[s_и ] = 120 н/мм² для углеродистой стали.

Срезывающие напряжения пальца s_ср = P_г / 2F < [s_ср ]

F – поперечное сечение пальца, мм² ,

F = (π/4) * (d² _п – d² _в )=(3,14/4)*(32,8² -16,4² )=633,4 мм²

s_ср =216406,2/(2*633,4)=170,83 Н/мм² < [s_ср ]

[s_ср ] = 500…600 Н/см² .

Литература

1. Е.Росляков, И.Кравчук, В.Гладкевич, А.Дружинин. «Энергосиловое оборудование систем жизнеобеспечения». Учебник – СПб: Политехника, 2004. – 350 с.: ил.

2. «Многоцелевые гусеничные и колесные машины.» Под ред. Акад., докт. техн. наук,проф. Г.И.Гладкова – М: Транспорт, 2001. – 214 с.

3. Скойбеда А.Т. и др. «Детали машин и основы конструирования.» Учебник М:, Высшая школа, 2000. – 584 с.