3. РАСЧЁТ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ НА ПРОЧНОСТЬ

Рассчитываем на прочность четыре детали: поршень, поршневые кольца, поршневой палец, стержень шатуна. Все расчёты производим на основе данных теплового и динамического расчётов.

3.1. Расчёт поршня

3.1.1. Рассчитываем напряжение изгиба на днище поршня от газовой силы:

,

где

принимаем относительную толщину стенки головки поршня ; относительную радиальную толщину кольца ; радиальный зазор кольца в канавке поршня ; относительную толщину днища поршня .

- из таблицы результатов динамического расчёта.

. Допустимое напряжение для алюминиевых поршней при наличии рёбер жесткости: .

3.1.2. Рассчитываем напряжение сжатия от газовых сил в сечении Х-Х:

,

где - относительная площадь расчётного сечения поршня с учётом ослабления его отверстиями для отвода масла:

где относительный диаметр поршня по дну канавки: ,

диаметр масляного кольца ,

.

Число масляных отверстий .

Допустимое напряжение сжатия для алюминиевых сплавов .

3.1.3. Рассчитываем напряжение разрыва в сечении Х-Х от максимальной инерционной силы (при ц=0):

Допустимое напряжение на разрыв для алюминиевых сплавов .

3.1.4. Напряжение в верхней кольцевой перемычке:

- напряжение среза:

,

где - относительная толщина первой кольцевой перемычки

- напряжение изгиба:

Cложное напряжение по третьей теории прочности:

3.1.5. Удельное давление поршня, отнесённое к высоте юбки поршня:

,

где относительная высота юбки поршня

3.1.6. Удельное давление поршня, отнесённое ко всей высоте поршня:

.

3.2. Расчёт поршневого кольца

3.2.1. Рассчитываем среднее давление на стенку цилиндра:

, где - модуль упругости для стали,

- относительная величина разности между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем сечении.

3.2.2. Рассчитываем эпюру давления кольца в различных точках окружности:

, где - коэффициент для различных углов ш по окружности кольца.

При

Результаты расчёта эпюры удельного давления кольца:

По полученным данным строим эпюру давления кольца на стенку цилиндра.

3.2.3. Рассчитываем напряжение кольца в рабочем состоянии:

3.2.4. Рассчитываем напряжение изгиба при надевании кольца на поршень:

,

где m=1,57 - экспериментальный коэффициент, зависящий от способа надевания кольца.

Допустимое напряжение .

3.3. Расчёт поршневого пальца

3.3.1. Рассчитываем удельное давление пальца на втулку верхней головки шатуна:

,

где - относительная длина втулки поршневой головки шатуна,

- относительный наружный диаметр пальца.

,

где k=0,86 - коэффициент, учитывающий уменьшение инерционной силы за счётвычета массы поршневого пальца.

3.3.2. Рассчитываем удельное давление пальца на бобышку:

где - относительное расстояние между бобышками,

- относительная длина пальца.

3.3.3. Напряжение от изгиба поршневого пальца:

где .

3.3.4. Рассчитываем касательное напряжение от среза пальца в сечениях, расположенных между бобышками и головкой шатуна:

3.3.5. Рассчитываем увеличение горизонтального диаметра пальца в его средней части (овализация пальца):

где

3.4. Расчёт стержня шатуна

3.4.1. Рассчитываем напряжение сжатия в сечении В-В от сжимающей силы .

В плоскости качения шатуна:

,

где , - ширина шатуна в среднем сечении B-B;

- ширина шатуна в минимальном сечении;

- наружный диаметр поршневой головки шатуна;

,

- коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости качения шатуна.

3.4.2. Рассчитываем напряжение сжатия в сечении В-В от сжимающей силы в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна:

где .

3.4.3. Рассчитываем напряжения от действия растягивающей силы:

3.4.4. Рассчитываем средние значения напряжения цикла:

- в плоскости качения шатуна:

- в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна:

3.4.5. Рассчитываем амплитуды напряжения цикла:

- в плоскости качения шатуна:

- в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна:

3.4.6. Рассчитываем амплитуды цикла с учетом концентрации напряжений в зависимости от размера и способа обработки поверхности детали:

- в плоскости качения шатуна:

- в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна:

3.4.7. Определяем запас прочности шатуна по пределу усталости:

- в плоскости качения шатуна:

- в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна:

4. РАСЧЁТ СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЯ

4.1. Расчёт системы смазки

4.1.1. Рассчитываем количество тепла, отводимого от двигателя маслом, учитывая, что в современных автомобильных двигателях отводится 1,5ч3 % от общего количества теплоты, веденной в двигатель с топливом.

4.1.2. Рассчитываем циркуляционный расход масла. Массовый циркуляционный расход масла равен:

, при удельной теплоёмкости масла

4.1.3. Рассчитываем стабилизационный расход масла:

4.1.4. Определяем расчетную производительность насоса с учетом утечек масла через радиальные и торцевые зазоры:

4.1.5. Рассчитываем мощность, затрачиваемую на привод масляного насоса:

,

где - избыточное давление масла в системе ( и -соответственно давление масла перед насосом и за насосом),

- напор,

- объёмный расход масла,

4.1.5. Схема системы смазки двигателя

1. Отверстие в звездочке для смазывания цепи; 2. Магистральный канал в распределительном валу; 3. Канал в кулачке распределительного вала; 4. Кольцевая выточка на средней опорной шейке распределительного вала; 5. Маслоналивная горловина; 6. Канал в опорной шейке распределительного вала; 7. Наклонный канал в головке цилиндров: 8. Канал подвода масла к газораспределительному механизму; 9. Главная масляная магистраль в блоке цилиндров: 10. Датчик сигнальной лампы достаточного давления масла; 11. Канал подачи масла к коренному подшипнику: 12. Канал подачи масла к шатунному подшипнику; 13. Масляный картер: 14. Масляный фильтр; 15. Перепускной клапан; 16. Картонный фильтрующий элемент; 17. Противодренажный клапан; 18. Масляный насос; 19. Канал подачи масла от насоса к фильтру; 20. Канал подачи масла из фильтра в главную масляную магистраль; 21. Канал подачи масла ко втулке шестерни привода масляного насоса; 22. Передний сальник коленчатого вала; 23. Канал подачи масла к коренному подшипнику и к валику привода масляного 24. насоса: 25. Валик привода масляного насоса и распределителя зажигания; 26. Впускная труба; 27. Дроссельная заслонка второй камеры карбюратора; 28. Дроссельная заслонка первой камеры карбюратора: 29. Воздушный фильтр; 30. Коллектор вытяжной вентиляции; 31. Пламегаситель; 32. Шланг отсоса картерных газов в задроссельное пространство карбюратора; 33. Вытяжной шланг; 34. Указатель уровня масла; 35. Крышка маслоотделителя; 36. Маслоотделитель; 37. Сливная трубка; 38. Схема вентиляции картера двигателя.