Бензиновый двигатель для легкового автомобиля мощностью N

   Диаметра  головки и юбки поршня с учетом монтажных зазоров.

    ;

    ,

   где , .

   Диаметральные зазоры в горячем состоянии.

   

    

   где приняты с учетом жидкостного охлаждения двигателя. 

   Расчет  поршневого кольца бензинового  двигателя.

   Материал  кольца – серый легированный чугун, .

   Среднее давление кольца на стенку цилиндра.

    ,

   где .

   Давление  кольца на стенку цилиндра в различных  точках окружности.

    ,

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

 

   По  этим данным построена грушевидная эпюра давления кольца на стенку цилиндра. 

   Напряжение  изгиба кольца в рабочем состоянии.

     

   Напряжение  изгиба при надевании кольца на поршень.

     

   Монтажный зазор в замке поршневого кольца.

   

   где . 

   Расчет  поршневого пальца карбюраторного двигателя.

   Для расчета принимаем: действительное максимальное давление сгорания при , наружный диаметр пальца , внутренний диаметр пальца , длину пальца , длину втулки шатуна , расстояние между торцами бобышек . Материал поршневого пальца – сталь 15Х, . Палец плавающего типа. 

   Расчетная сила, действующая на поршневой палец:

   - газовая

    ;

   - инерционная

    , 
где ;

   - расчетная

    . 
 
 

   Удельное  давление пальца на втулку поршневой  головки шатуна.

    . 

   Удельное  давление пальца на бобышки.

    . 

   Напряжение  изгиба в среднем сечении пальца.

    ,

   где . 

   Касательные напряжения среза в сечениях между  бобышками и головкой шатуна.

    . 

   Наибольшее  увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации.

     

   3.2. Расчет шатунной  группы. 

   Расчет  поршневой головки  шатуна.

   Из  теплового и динамического расчетов имеем давление сгорания на режиме при φ= 370°, массу поршневой группы ; массу шатунной группы ; максимальную частоту вращения при холостом ходе ; ход поршня S= 78 мм, площадь поршня , λ= 0,285. Из расчета поршневой группы имеем диаметр поршневого пальца , длину поршневой головки шатуна . Также для расчета принимаем: наружный диаметр головки , внутренний диаметр головки , радиальную толщину стенки головки радиальную толщину стенки втулки .

   Материал  шатуна – углеродистая сталь 45Г2; , . Материал втулки – бронза; , .

   Для углеродистой стали 45Г2:

   - предел прочности  ;

   - переделы усталости при изгибе  и растяжении – сжатии ;

   - предел текучести  ;

   - коэффициент приведения цикла  при изгибе  и растяжении – сжатии . 

   При изгибе

     и  ;

   При растяжении – сжатии

     и  . 

   Расчет  сечения I – I.

   - максимальное  напряжение пульсирующего цикла

    ,

   где - масса части головки выше сечения I – I; 

   - среднее  напряжение и амплитуда напряжений

    ;

    ,

   где - эффективный коэффициент концентрации напряжений; - масштабный коэффициент; - коэффициент поверхностной чувствительности (чистовое обтачивание внутренней поверхности головки); 

   так как  , то запас прочности в сечении I – I определяется по пределу усталости

    . 

   Напряжения  от запрессованной втулки:

   - суммарный  натяг 

    ,

   где Δ= 0,04 мм – натяг посадки бронзовой  втулки; - температурный натяг;

ΔТ = 110 К –  средний прогрев головки и  втулки; 

   - удельное  давление на поверхности соприкосновения  втулки с головкой

   

   где μ= 0,3 – коэффициент Пуассона; 

   - напряжение  от суммарного натяга на внутренней  поверхности головки

    ; 

   - напряжения  от суммарного натяга на внешней  поверхности головки

    . 

   Расчет  сечения А – А на изгиб:

   - максимальная  сила, растягивающая головку на режиме

    , 

   - нормальная  сила и изгибающий момент в  сечении О – О

    ;

    ,

   где - угол заделки; - средний радиус головки; 

   - нормальная сила и изгибающий  момент в расчетном сечении  от растягивающей силы

   

     

   - напряжение  на внешнем волокне от растягивающей  силы

   

   где , ; ; 

   - суммарная  сила, сжимающая головку

     

   - нормальная сила и изгибающий  момент в расчетном сечении  от сжимающей силы

    ;

   

   где и . 
 

   - напряжение  на внешнем волокне от сжимающей  силы

     

   - максимальное  и минимальное напряжения асимметричного  цикла

    ;

    ; 

   - среднее  напряжение и амплитуды напряжения

    ;

    ;

    . 

   Так как  , то запас прочности в сечении А – А определяется по пределу текучести

    . 

   Расчет  кривошипной головки  шатуна.

   Из динамического расчета и расчета поршневой головки шатуна имеем: радиус кривошипа R= 0,039 м, массу поршневой группы , массу шатунной группы , угловую частоту вращения , λ= 0,285. Также принимаем: диаметр шатунной шейки , толщину стенки вкладыша , расстояние между шатунными болтами , длину кривошипной головки . 

   Максимальная  сила инерции.

   

   где . 

   Момент  сопротивления расчетного сечения.

    ,

   где - внутренний радиус кривошипной головки шатуна. 

   Моменты инерции вкладыша и крышки.

    ;

    . 
 
 

   Напряжение  изгиба крышки и вкладыша.

    где - суммарная площадь крышки и вкладыша в расчетном сечении. 

   Расчет  стержня шатуна.

   Из  динамического расчета имеем: при φ= 370°, при φ= 0°, . Также принимаем: , , . Из расчетов поршневой и кривошипной головок шатуна: , , характеристики прочности материала шатуна (сталь 45Г2). 

   Площадь и моменты инерции расчетного сечения В – В

    ;

    ;

   

   Максимальное  напряжение от сжимающей силы:

   - в  плоскости качания шатуна

    ,

   где , ; 

   - в  плоскости, перпендикулярной плоскости  качания шатуна

    ,

   где ; . 

   Минимальное напряжение от растягивающей силы.

    . 

   Средние напряжения и амплитуды цикла.

    ;

    ;

    ;

    ;

    ;

    . 

   Так как  и , то запасы прочности в сечении В – В определяются по пределу усталости.

    ;

    . 

   Расчет  шатунного болта.

   Из  расчета кривошипной головки  шатуна имеем: максимальную силу инерции, разрывающую кривошипную головку  и шатунные болты . Принимаем: номинальный диаметр болта d= 10 мм, шаг резьбы t= 1 мм, число болтов  . Материал – сталь 40Х.

   Для легированной стали 40Х определяем: пределы прочности  , текучести и усталости при растяжении – сжатии , коэффициент привидения цикла при растяжении – сжатии .

    . 

   Сила  предварительной затяжки.

    . 

   Суммарная сила, растягивающая болт.

    ,

   где . 

   Максимальные  и минимальные напряжения, возникающие  в болте.