Расчет поршневого кольца. Поршневые кольца работают в условиях высоких температур и значительных переменных нагрузок, выполняя три основные функции - герметизации надпоршневого пространства в целях максимально возможного использования тепловой энергии топлива - отвода избыточной доли теплоты от поршня в стенки цилиндра - управление маслом, т.е. рационального распределения масляного слоя по зеркалу цилиндра и ограничения попадания масла в камеру сгорания.
Материал кольца - серый чугун.
Е 1.2?105 МПа. Среднее давление кольца на стенку цилиндра 6.21 МПа где мм. Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности при каплевидной форме эпюры давления , МПа 6.22 Результаты расчета р, а также мк для различных углов ш приведены ниже Угол ш, определяющий положение текущего давления кольца, град 0 30 60 90 120 150 180 Коэффициент мк 1.05 1.05 1.14 0.90 0.45 0.67 2.85 Давление р в соответствующей точке, МПа 0.224 0.222 0.218 0.214 0.218 0.271 0.320 По этим данным построена каплевидная эпюра давлений кольца на стенку цилиндра рис. 5.2 . Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии МПа 6.23 Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень МПа 6.24 Монтажный зазор в замке поршневого кольца 6.25 мм где мм - минимально допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя к 11 10-6 1 К - коэффициент линейного расширения материала кольца ц 11 10-6 1 К - коэффициент линейного расширения материала гильзы Тк 493 К - температура кольца в рабочем состоянии Тц 383 К - температура стенок цилиндра То 293 К - начальная температура. 6.3 Расчет поршневого пальца Во время работы двигателя поршневой палец подвергается воздействию переменных нагрузок, приводящих к возникновению напряжений изгиба, сдвига, смятия и овализации.
В соответствии с указанными условиями работы к материалам, применяемым для изготовления пальцев, предъявляются требования высокой прочности и вязкости.
Этим требованиям удовлетворяют цементированные малоуглеродистые и легированные стали Для расчета принимаем следующие данные наружный диаметр пальца dn 25 мм, внутренний диаметр пальца db 16 мм, длину пальца ln 80 мм, длину втулки шатуна lш 40 мм, расстояние между торцами бобышек b 44 мм. Материал поршневого пальца - сталь 15Х, Е 2?105 МПа. Палец плавающего типа. Расчет поршневого пальца включает определение удельных давлений пальца на втулку верхней головки шатуна и на бобышки, а также напряжений от изгиба, среза и овализации.
Максимальные напряжения возникают в пальцах дизелей при работе на номинальном режиме.
Расчетная сила, действующая на поршневой палец - газовая МН 6.26 где рzmax рz 6.356 МПа - максимальное давление газов на номинальном режиме мм2 - площадь поршня - инерционная МН 6.27 где рад с - расчетная МН 6.28 где k 0.82 - коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца.
Удельное давление МПа пальца на втулку поршневой головки шатуна МПа 6.29 где м - наружный диаметр пальца м - длина опорной поверхности пальца в головки шатуна.
Удельное давление пальца на бобышки МПа 6.30 Напряжение изгиба в среднем сечении пальца 6.31 МПа где dв dп 0.64 - отношение внутреннего диаметра пальца к наружному.
Для автомобильных и тракторных двигателей из 100 250 МПа. Касательные напряжения среза пальца в сечениях между бобышками и головкой шатуна 6.32 Мпа Для автомобильных и тракторных двигателей 60 250 МПа. Максимальная овализация пальца наибольшее увеличение горизонтального диаметра ? dnmax, мм наблюдается в его средней, наиболее напряженной части 6.33 мм где Е 2 105 МПа - модуль упругости материала пальца.
Напряжение овализации на внешней поверхности пальца - в горизонтальной плоскости точки 1, ш 0є 6.34 МПа -в вертикальной плоскости точки 3, ш 90є 6.35 МПа Напряжение овализации на внутренней поверхности пальца - в горизонтальной плоскости точки 2, ш 0є 6.36 МПа -в вертикальной плоскости точки 4, ш 90є 6.37 МПа. 7. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ Конструкторский раздел предназначен для рассмотрения основной задачи данной работы - усовершенствования системы охлаждения двигателя ЗМЗ 406 применяемого на автомобилях ГАЗ 2705, 3221 ГАЗЕЛЬ и их модификациях.
При этом изменения в двигателе принятые в тепловом расчете, т.е. форсирование двигателя для повышения его тяговых и скоростных характеристик приняты как перспективные и представляющие интерес с практической, а в данном случае еще и с теоретической точки зрения.
Принимая данные, полученные в тепловом расчете, и учитывая, что после форсирования двигателя увеличилась мощность нетто, а следовательно тепловой режим стал более напряженным был проведен расчет системы охлаждения. 7.1