Коэффициент неравномерности крутящего момента :

     ;                    .

     Эффективный крутящий момент двигателя в Н∙м:

     ;                       .

     Расхождение между полученным по графику и рассчитанным в тепловом расчете значениями :

      ;                <.

5 Расчет деталей на прочность

5.1 Поршень

Таблица 5.1― Размеры элементов поршневой группы

Принимаем материал поршня – алюминиевый сплав.

     5.1 – Расчетная схема поршневой группы

   5.1.1 Днище поршня

     Максимальное напряжение изгиба в диаметральном сечении днища поршня  в МПа:

     ;                .

где  МПа.

Днище поршня должно быть усилено ребрами жесткости, поскольку расчетные напряжение превышает допускаемые 20…25 МПа.

5.1.2 Головка поршня

     Головка поршня в сечении , ослабленная отверстиями для отвода масла, проверяется на сжатие и разрыв.

     Для определения напряжения сжатия определяем:

- диаметр поршня по дну канавок  в м:

     ;                  .

- площадь продольного диаметрального сечения масляного канала  в м2:

     ;              .

- площадь сечения  головки поршня  в м2:

     ;  

     .

- максимально сжимающую силу в МН:

     ;        .

     Напряжение сжатия  в МПа:

   ;                     .

Рассчитанное напряжение сжатия не превышает допустимые значения напряжений на сжатие для поршней из алюминиевых сплавов – (30…40)МПа

     Для определения напряжения разрыва в сечении  определяем:

- максимальную угловую скорость вращения коленчатого вала при холостом ходе  в рад∕с:

     ;                     .    

- массу головки поршня с кольцами  в кг:

     ;        .

где  кг – масса поршневого комплекта из динамического расчета

Сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс  в МН определяется для режима максимальной частоты вращения при холостом ходе двигателя:

      ;

      .

где м ― отношение радиуса кривошипа к длине шатуна из динамического расчета.

     Напряжение разрыва  в МПа:

     ;                       .

     Рассчитанное напряжение разрыва не превышает допустимые значения напряжений на разрыв для поршней из алюминиевых сплавов – (4…10) МПа.

     5.1.3 Юбка поршня

     Юбка поршня проверяется на износостойкость по удельному давлению  в МПа на стенку цилиндра от максимальной боковой силы :

     ;                      .   

     Рассчитанное значение удельного давления не превышает допустимые значения напряжений для современных двигателей – (0,33…0,96) МПа

5.2 Поршневое кольцо

     Проводим расчет компрессионного кольца. Материал кольца – серый чугун.

     Среднее давление в МПа кольца на стенку цилиндра определяется по формуле:

     ; 

     .

где =1∙105 – модуль упругости чугуна

Рассчитанное среднее радиальное давление не превышает допустимые значения, которые составляют (0,11…0,37) МПа.

Для обеспечения хорошей приработки кольца и надежного уплотнения давления кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности должно изменяться по эпюре с повышением давления у замка.

где ― значение отношения давления кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности к среднему давлению.

Таблица 5.2― Построение эпюры давления кольца двигателя на стенку цилиндра

     Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии  в МПа:

     ;              .

     Напряжение изгиба кольца при надевании его на поршень  в МПа:

     ;                .

где ― коэффициент зависящий от способа надевания кольца.

Рассчитанные напряжения при изгибе кольца не превышает допустимые значения, которые составляют (220…450) МПа.

Рисунок 5.2 ― Эпюра давлений компрессионного кольца на стенку цилиндра

5.3 Шатун

Принимаем материал шатуна – Сталь 40.

Материал втулки – Бронза.

Таблица 5.3 ― Размеры элементов шатуна

5.3.1 Поршневая головка

Минимальная частота вращения коленчатого вала холостого хода в мин-1:

     ;         .

     Максимальная угловая скорость вращения коленчатого вала при холостом ходе  в рад/с:

     ;              .

Рисунок 5.3 – Схема шатунной группы

  Разрывающая сила инерции  в Н при :

     ;

где ― масса поршневого комплекта,  кг,

― масса верхней части головки шатуна,  кг

Площадь  в мм2 опасного сечения верхней головки шатуна:

     ;            .

Напряжение разрыва  а МПа:

     ;            .

Из условия обеспечения достаточной жесткости поршневой головки напряжение разрыва не превышает максимальных значений (20…50)МПа.

5.3.2 Кривошипная головка

Максимальная величина силы инерции  в МН:

     ;

где ― масса отъемной крышки кривошипной головки,

     ;                  кг

     Для определения напряжения изгиба крышки в МПа находим:

- внутренний радиус кривошипной головки  в м:

     ;                .

- момент инерции расчетного сечения крышки  в м4:

     ;               .

- момент инерции расчетного сечения вкладыша  в м4:

     ;                           

- суммарную площадь крышки и вкладыша в расчетном сечении  в м2:

     ;       .

- момент сопротивления расчетного сечения крышки без учета ребер жесткости  в м2:

      ;                  .

     Напряжение изгиба  в МПа:

     ; 

     .

Крышка кривошипной головки должна быть усилена ребрами жесткости, так как расчетное напряжение превышает допускаемые (100…300) МПа.

5.3.3 Стержень шатуна

Сила, сжимающая шатун  в МН по результатам динамического расчета:

     .

    Сила, растягивающая шатун  в МН по результатам динамического расчета:

    .

    Площадь среднего сечения шатуна  в м2:

     ;

     .

Минимальное напряжение  в МПа, возникающее в сечении В-В от растягивающей силы:

     ;                      .

     От сжимающей силы в МПа в сечении В-В возникают максимальные напряжения сжатия и продольного изгиба:

- в плоскости качания шатуна:

      ;                     МПа,

где ― коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости качания шатуна,

- в плоскости перпендикулярной плоскости качания шатуна:

      ;                          МПа.

где ― коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости, перпендикулярной плоскости качанию шатуна,

     .

Напряжения  и  не превышают предельных значений для углеродистых сталей (160…250) МПа.

6 Расчет системы жидкостного охлаждения

6.1 Емкость системы охлаждения

При номинальной мощности  кВт емкость системы охлаждения

 в дм3 выберем из диапазона значений:

     ;                 .

Принимаем  дм3.

6.2 Жидкостный насос

Принимаем:

- количество теплоты отводимой охлаждающей жидкостью от двигателя  Дж/с;

- средняя теплоемкость жидкости  Дж/(кг∙К);

- средняя плотность жидкости  кг/м3;

- температурный перепад жидкости в радиаторе  К.

     Циркуляционный расход жидкости в системе охлаждения двигателя  в м2/с:

     ;                 .

Принимаем коэффициент подачи насоса

Расчетная производительность насоса  в м3/с:

     ;                   .

     Принимаем:

- скорость жидкости на входе в насос  м/с;

- радиус ступицы крыльчатки  м;

     Радиус выходного отверстия крыльчатки  в м:

     ;                 .

 Принимаем:

- углы между направлениями скоростей ,  и :  и ;

- гидравлический КПД .

     Окружная скорость потока жидкости на входе колеса  в м/с:

     ;             . 

     Передаточное отношение ременного привода тот коленчатого вала принимаем .

     Частота вращения насоса  в мин-1:

     ;           .

     Радиус крыльчатки колеса на входе  в м:

     ;                     .

     Окружная скорость входа потока  в м/с:

     ;                     .

     Угол между скоростями  и  принимается .

     Угол ;                  .

Принимаются:

- число лопаток на крыльчатке ;

- толщина лопатки у входа  м;

- толщина лопатки у выхода  м.

     Ширина лопатки на входе  в м:

     ;                    .

Радиальная скорость потока на выходе из колеса  в м/с:

     ;                   .

     Ширина лопатки на выходе  в м:

     ;                     .

     Принимаем механический КПД насоса .

     Мощность потребляемая жидкостным насосом  в кВт:

     ;                    .

6.3 Жидкостный радиатор

     Принимаем:

- количество теплоты, отводимой от двигателя через охлаждающую жидкость к окружающему воздуху  Дж/с;

- средняя теплоемкость воздуха  Дж/(кг∙К);

- объемный расход жидкости, проходящей через радиатор

;

- средняя плотность жидкости  кг/м3;

- температурный перепад  К;

- температура перед радиатором  К.

     Количество воздуха, проходящего через радиатор  в кг/с:

     ;                   .

     Массовый расход жидкости, проходящей через радиатор  в кг/с:

     ;                      .

Средняя температура охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор,  в К:

     ;                           

     Принимаем:

- температурный перепад  К;

- оптимальное значение температуры  К.

     Средняя температура жидкости в радиаторе  в К:

     ;                    .

     Коэффициент теплопередачи радиатора принимаем  Вт/(м2∙К).

     Поверхность охлаждения радиатора  в м2:

     ;                      .

6.4 Вентилятор

Принимаем:

- массовый расход воздуха, подаваемый вентилятором  кг/с;

- средняя температура воздуха  К;

- напор, создаваемый вентилятором  Па.

Плотность воздуха при средней его температуре в радиаторе  в кг/м3:

     ;                        .

     Производительность вентилятора  в м3/с:

     ;                     .       

Задаем скорость воздуха перед фронтом радиатора без учета скорости движения автомобиля  м/с.

Фронтовая поверхность радиатора  в м2:

     ;                       . 

     Диаметр вентилятора ;                      м.

     Окружная скорость вентилятора ;               м/с.

где ― коэффициент, зависящий от формы лопастей: для криволинейных .

     Частота вращения вентилятора  в мин-1:

     ;                        .

     Мощность  в кВт, затрачиваемая на привод вентилятора:

     ;                  .

где ― КПД вентилятора, - для литого вентилятора.

Приложения

Приложение 1

Таблица сравнения показателей рассчитанного двигателя с прототипом

Приложение Б

  Техническая характеристика двигателя

1. Тип двигателя – карбюраторный..

2. Число тактов – 4.

3. Число и расположение цилиндров – 4, рядное.

4. Порядок работы цилиндров –

5. Расположение и число клапанов в цилиндре – верхнее, по два в цилиндре.

6. Рабочий объем двигателя, дм3 – 2,9.

7. Диаметр цилиндра, мм – 98,8.

8. Ход поршня, мм – 95.

9. Степень сжатия – 8,5.

10. Номинальная мощность, кВт – 80,3.

11. Максимальная рабочая частота вращения, мин-1 – 4400.

12. Габаритные размеры двигателя, мм – 770х525х725.

13. Направление вращения коленчатого вала – правое.

14. Максимальное среднее эффективное давление, МПа – 0,94.

15. Максимальный эффективный крутящий момент, Н∙м – 217,8.

16. Минимальная частота вращения коленчатого вала, мин-1 – 600.

17. Частота вращения при максимальном крутящем моменте, мин-1 – 2200.

18. Сорт топлива – бензин А-76 по ГОСТ 2084-77.

19. Минимальный удельный расход топлива, г/(кВт∙ч) – 250,8.

20. Фазы газораспределения: впуск (начало, конец), выпуск (начало,

      конец) – (27, 60), (55, 35).

21. Наличие наддува – нет.

22. Тип системы охлаждения – жидкостный, закрытый с принудительной      

      циркуляцией.

23. Объем смазочной системы, дм3 – 6.

24. Объем жидкостной системы охлаждения, дм3 – 18.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6