Расчет поршня автомобильного двигателя

1. Днище поршня (рис.1)

Рис. 1: Схема к расчёту поршневой группы

Проверяется на поперечный изгиб как круглая плита, свободно опирающаяся на кольцо и нагруженная равномерно распределенной нагрузкой максимального давления газов при вспышке на режиме максимального крутящего момента P_zM .

Максимальное напряжение изгиба в диаметральном сечении днища поршня равно:

,

где P_zM - максимальное давление газов при вспышке на режиме максимального крутящего момента, МПа;

D_i - внутренний диаметр головки поршня в зоне первого поршневого кольца, м;

- толщина днища поршня без ребер, м;

Т.к. значение расчетного напряжения изгиба меньше допустимого нормального напряжения изгиба, значит условие прочности выполняется.

2. Сечение "X-X" (рис. 1) головки поршня на уровне нижнего маслосъемного кольца, ослабленное отверстиями для отвода масла, проверяется на сжатие и разрыв.

Напряжения сжатия возникают от максимальной силы давления газов при вспышке на режиме максимального крутящего момента P_zM :

,

где F_x-x= 0,0056 - площадь сечения "X-X" поршня, м²;

F_п= 0,01 - площадь поршня, м²;

Т.к. значение расчетного напряжения сжатия меньше допустимого нормального напряжения сжатия, значит условие прочности выполняется.

Напряжения разрыва _р, МПа, в сечении "X-X" возникают на режиме максимальной угловой скорости вращения коленчатого вала на холостом ходе _ххот силы инерции P_jгп,МН, возвратно-поступательно движущейся массы головки поршня с поршневыми кольцами, расположенной выше сечения "X-X":

,

где m_гп - конструктивная масса головки поршня с кольцами, расположенная выше сечения "X-X", кг/м²:

,

гдеm_пг - конструктивная масса поршневой группы, принятая в динамическом расчете, кг/м²;

_хх = 1,07 • _eN = 1,06• 219,91 = 235,3 рад/с

Где _eN - угловая скорость вращения коленчатого вала при максимальной мощности, рад/с;

R= 0,0523 - радиус кривошипа, м;

= R/L - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, принятое в динамическом расчете;

[?_р] = 4 - допустимое напряжение растяжения для алюминиевых сплавов, МПа.

3. Юбка поршня проверяется на износостойкость (давление) от максимальной боковой силы P_бок на режиме максимального крутящего момента:

,

гдеq_ю - расчетное давление на юбку поршня, МПа;

Р_бок-максимальная нормальная боковая сила, действующая на стенку цилиндра, МН;

;

Где h_ю- высота юбки поршня, м;

Т.к. расчетное давление на юбку поршня меньше, чем допускаемое, значит условие износостойкости выполняется.

Результаты расчета сведены в таблицу 3.

Таблица 3: Результаты расчета поршня