Силы, действующие на шатунную шейку коленчатого вала

Суммарная сила, действующая на шатунную шейку по радиусу кривошипа, кН:

где .

Для проведения теплового расчета подшипника скольжения, решения вопроса о месте подвода смазки, необходимо знать максимальное и среднее значение равнодействующей всех сил, нагружающих вейку, а также область наименьшей нагрузки. Результирующая сила , действующая на шатунную шейку, подсчитывается графическим сложением векторов сил и при построении полярной диаграммы [4].

Значения для различных заносят в таблицу 11 и по ним строят диаграмму в прямоугольных координатах. По развернутой диаграмме определяют, кН:

.

где - длина диаграммы, мм

- площадь под кривой , мм .

Сила, действующая на шатунную шейку, кН:

Таблица 9. - Результаты динамического расчета кривошипно-шатунного механизма ДВС

	Т, кН	К	Pк	Rшш	Крк	Rк
0,00	0,000	-30,458	-51,402	17,449	-78,365	78,365
30,00	-15,622	-19,846	-40,790	32,116	-40,790	41,421
60,00	-11,458	-3,242	-24,187	46,111	-24,187	24,400
90,00	3,583	-1,057	-22,001	46,987	-22,001	22,185
120,00	11,041	-10,742	-31,686	38,770	-31,686	32,154
150,00	7,846	-19,574	-40,519	29,399	-40,519	40,638
180,00	0,000	-22,538	-43,482	25,369	-43,482	21,543
210,00	-7,854	-19,594	-40,539	29,382	-40,539	40,658
240,00	-11,306	-11,000	-31,944	38,600	-31,944	32,382
270,00	-4,611	-1,360	-22,304	46,775	-22,304	22,526
300,00	8,524	-2,412	-23,356	46,286	-23,356	23,599
330,00	9,281	-11,790	-32,734	37,290	-32,734	32,945
360,00	0,000	-6,046	-26,990	41,861	-26,990	26,990
370,00	11,519	51,155	30,211	99,729	30,211	-28,305
390,00	11,194	14,221	-6,724	63,128	-6,724	7,704
420,00	3,945	1,116	-19,828	49,182	-19,828	20,195
450,00	11,258	-3,321	-24,265	45,985	-24,265	25,293
480,00	14,718	-14,319	-35,264	36,671	-35,264	36,062
510,00	9,336	-23,290	-44,234	26,328	-44,234	44,410
540,00	0,000	-25,179	-46,123	22,728	-46,123	46,123
570,00	-8,422	-21,009	-41,953	28,185	-41,953	42,049
600,00	-11,730	-11,413	-32,357	38,333	-32,357	32,780
630,00	-4,124	-1,217	-22,161	46,872	-22,161	22,348
660,00	10,901	-3,085	-24,029	46,129	-24,029	24,325
690,00	15,310	-19,449	-40,394	32,314	-40,394	41,074
720,00	0,000	-30,050	-50,995	17,856	-50,995	50,995

РАСЧЕТ ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ

ПОРШНЕВЫЕ 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.

Выполнение этих функций обеспечи­вает комплект из трех колец: двух компрессорных и одного маслосъемного.

Наиболее нагруженным, особенно в тепловом отношении, явля­ется первое (верхнее) компрессионное кольцо, температура которо­го достигает 200 — 250 °С. Оно изготовляется из легирован­ного высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, имеющим предел прочности 1100 — 1400 МПа, легирующие добавки хрома, никеля, молибдена и других металлов способствуют повышению термостойкости компрессионных колец до 340 °С. Тем не менее для наиболее высокофорсированных дизелей и бензиновых двигателей применяются верхние компрессионные кольца, изготовленные из высокоуглеродистых сталей с пределом прочности 1400 — 1500 МПа и выше. В качестве износостойкого покрытия исполь­зуется электролитическое хромирование слоем (0,10 — 0,15 мм) твердого хрома, или слоем еще более тугоплавкого и износостой­кого молибдена. Второе компрессионное кольцо практически является компрессионно-маслосъемным. Оно работает в более «мягких» условиях по давлению, температуре и смазке, чем первое ком­прессионное кольцо. Для его использования приме­няется серый легирован­ный чугун с пластинчатым графитом как с износо­стойким покрытием, так и без специальных покры­тий. Кроме уплотнения надпоршневого простран­ства второе кольцо обес­печивает «управление мас­лом», снимая его со сте­нок цилиндра при ходе по­ршня вниз и осуществляя пропуск некоторого количества масла при ходе поршня вверх. Эта функция определяет и специальные «скребковые» профили компрессионно-маслосьемных колец.

Третье кольцо — маслосъемное — обеспечивает съем масла с зеркала цилиндра и сброс его в картер через отверстия в канавке кольца. Наиболее важными качествами маслосъемных колец явля­ются хорошая приспособляемость к форме цилиндра и высокое давление на стенки цилиндра, необходимые для эффективного съема масла. Специфические условия работы и функций маслосъем­ных колец определяют и соответствующие требования к их конст­рукции и материалу.

Расчет поршневого кольца.

Необходимые данные для расчета приведены в расчете поршня. Материал кольца — серый легированный чугун, Е = 1,2 ∙ 10⁵ МПа.

Среднее давление кольца на стенку цилиндра:

Давление (МПа) кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности определяется по формуле:

где μ_к — переменный коэффициент, определяемый изготовителем в соответствии с принятой формой эпюры давления кольца на зеркало цилиндра. Принимаем гру­шевидную форму эпюры давления кольца со следующими парамет­рами:

Таблица 11. Давление кольца на стенку цилиндра

рср , МПа	0,049
Угол ψ, определяющий положение текущего давления кольца, градусы
Коэффициент μк	1,05	1,04	1,02		1,02	1,27	1,5
Давление р в соответствующей точке, МПа	0,052	0,051	0,050	0,049	0,050	0,063	0,074

Напряжение изгиба кольца в рабочем состоянии

Напряжение изгиба при надевании кольца на поршень

Монтажный зазор в замке поршневого кольца

где =0,08 мм, Т_ц = 383 К, Т_к = 493 К, Т₀ = 293 К.

Список литературы

1. «Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей» - под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1990.

2. «Расчет автомобильных и тракторных двигателей» -
Колчин А.И., Демидов В.П.. М.: Высшая школа, 2002.

3. «Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов» - под ред. В.Н. Луканина. М.: Высшая школа, 1985.