Расчет кривошипной головки шатуна

Основные конструктивные размеры кривошипной головки шатуна определяются по табл. 7.7[1].

Определяем силу, отрывающую крышку нижней головки шатуна

, МН, (6.73)

где - масса поршневой группы, кг;

- масса шатунной группы, совершающая возвратно-поступательное движение.

, кг; (6.74)

кг.

- масса шатунной группы, совершающая вращательное движение

, кг; (6.75)

кг.

- масса крышки кривошипной головки

, кг; (6.76)

кг.

МН.

Определяем напряжения изгиба крышки и вкладыша

, МПа, (6.77)

где - расстояние между осями шатунных болтов, м;

- момент инерции расчетного сечения вкладыша

, м ⁴; (6.78)

м ⁴.

- момент инерции расчетного сечения крышки

, м ⁴; (6.79)

м ⁴.

- момент сопротивления расчетного сечения

, м ³, (6.80)

- внутренний радиус кривошипной головки

, м; (6.90)

м.

- диаметр шатунной шейки, м;

- толщина стенки вкладыша, м;

- длина кривошипной головки, м.

м ³.

- площадь сечения крышки с вкладышем

, м ²; (6.91)

м ²;

МПа.

МПа < МПа.

Расчет шатунных болтов

Принимаем: номинальный диаметр болта мм, шаг резьбы мм, число болтов . Материал - сталь 40ХН. Считается, что плотность стыка обеспечивается условием ,

где - сила инерции, отрывающая крышку, МН;

- сила предварительной затяжки, МН.

Определяем силу предварительной затяжки

, МН; (6.92)

МН.

Определяем величину суммарной силы, растягивающей болт

, МН, (6.93)

где - коэффициент основной нагрузки резьбового соединения, .

МН.

Определяем максимальное напряжение в болте в сечении по внутреннему диаметру

, МПа, (6.94)

где - внутренний диаметр резьбы болта.

, м; (6.95)

- номинальный диаметр болта, м;

- шаг резьбы, м.

м;

МПа.

Определяем минимальное напряжение в этом же сечении

, МПа (6.96)

МПа.

Определяем амплитуду напряжения

, МПа; (6.97)

МПа.

Определяем среднее напряжение

, МПа; (6.98)

МПа.

Определяем запас прочности болта для выбранного материала стали

; (6.99)

где - коэффициент концентрации напряжений, ;

- коэффициент приведения цикла при растяжении-сжатии, ;

- коэффициент, учитывающий влияние технологического фактора (обработки поверхности), ;

- допустимое значение напряжения усталости при растяжении-сжатии для материала болтов, МПа.

Запас прочности не должен быть ниже = 2,0…2,5.

Расчёт систем двигателя

Расчёт системы смазки

Расчёт масляного насоса

Определяем количество тепла, отводимого маслом от двигателя

, кДж/c, (7.1)

где кДж/c – количество тепла, внесённого с топливом.

кДж/c.

Определяем объём масла, необходимый для отвода данного количества тепла

, м ³/c, (7.2)

где плотность масла, принимаем 920 кг/м³;

теплоёмкость масла кДж/(кг.с);

– разность температур на входе и выходе из подшипника.

м ³/c.

Для стабилизации давления масла в системе двигателя расход масла обычно увеличивают в 2 раза

, м³/с;

м³/с.

Определяем расчётную производительность насоса с учётом утечки и других неизбежных потерь

, м³/с; (7,3)

где η_н – объёмный коэффициент подачи, η_н=0,7.

При расчёте насоса принимают, что объём зуба шестерни равен объёму впадины между зубьями.

,м³. (7.4)

где D₀ – диаметр начальной окружности шестерни, D₀=z∙m;

z – число зубьев шестерни, z=10;

m – модуль зацепления, m=5, мм;

h – высота зуба, h=2∙m, мм;

b – длина зуба, м.

Определяем частоту вращения шестерни насоса

,мин^-1, (7.5)

где u_н – окружная скорость вращения шестерни, u_н=9 м/с;

D – диаметр внешней окружности шестерни, D=m∙(z+2), м.

Определяем длину зуба шестерни насоса

, м; (7.6)

м.

,м³.

Определяем мощность, затрачиваемую на привод масляного насоса

, кВт, (7.7)

где - механический К П Д масляного насоса, ;

p – рабочее давление масла в системе, p=0,5 МПа.

кВт.

Расчёт масляного радиатора

Определяем площадь поверхности радиатора, учитывая, что при последовательном включении его, всё тепло отводимое маслом, передаётся через радиатор в окружающую среду.

, м³, (7.8)

где коэффициент теплопередачи от масла к воздуху;

средняя температура масла;

средняя температура проходящего воздуха.

м ³.

Расчёт системы охлаждения

Определяем площадь поверхности охлаждения радиатора

, м², (7.9)

где Q_в – количество теплоты, отводимой жидкостью от двигателя;

k – коэффициент теплоотдачи через стенки радиатора, k=90 Вт/(м²∙град);

T_{ж. ср} – средняя температура жидкости в радиаторе, T_{ж. ср}=353, К;

T_{возд. ср} – средняя температура воздуха, проходящего через радиатор, К.

Определяем количество жидкости, проходящей через радиатор\

, м³/с, (7.10)

где - средняя плотность охлаждающей жидкости, =1000 кг/м³;

c_ж – средняя теплоёмкость жидкости, c_ж=4187 Дж/(кг∙К);

- температурный перепад жидкости при принудительной циркуляции в системе охлаждения, К.

Определяем массовый расход жидкости, проходящей через радиатор

G^’_ж=G_ж∙ρ_ж=0,00198∙1000=1,98 кг/с. (7.11)

Определяем количество воздуха, проходящего через радиатор

, кг/с, (7.12)

где Q_возд – количество теплоты,отводимое от двигателя и передаваемое от жидкости к воздуху, Q_возд=82,7∙10³ Дж/с;

c_возд – средняя теплоёмкость воздуха, c_возд=1000 Дж/(кг∙К);

- температурный перепад воздуха в решётке радиатора, К.

Определяем срднюю температуру в радиаторе

, К, (7.13)

где Т_ж.вх – температура жидкости перед входом в радиатор, Т_ж.вх=360К.

К.

Определяем среднюю температуру охлаждающего воздуха, проходящего через радиатор

, К, (7.14)

где Т_{возд.вх} – температура воздуха перед радиатором, Т_{возд.вх}=310 К.

К.

Определяем мощность, необходимую для привода водяного насоса

, кВт, (7.15)

где p_ж – напор, создаваемый насосом системы охлаждения, p_ж=0,65 МПа;

- гидравлический КПД насоса, ;

- механический КПД насоса, ;

- коэффициент подачи насоса, .

кВт.

Литература

1. Лиханов В. А., Деветьяров Р. Р. Расчёт автомобильных двигателей: Учебное пособие. – 2-е изд., испр. И доп. – Киров: Вятская ГСХА, 2008. – 176 с.

2. Стандарт предприятия СТП ВГСХА 2-07. Проекты (работы) курсовые и дипломные. Общие требования к оформлению [Текст]. – Введ.2008-01-01. – Киров: Вятская ГСХА, 2007. – 69 с.: ил.; 22 см.

3. Курс лекций по дисциплине “Автомобильные двигатели”.

Приложения