Расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968М

   Напряжение  изгиба в днище поршня: s_из=p_Zд*(r₁/d)²,

где r₁=D/2-(s+t+Dt)=80/2-(6+3+0,8)=30,2 мм.

          s_из=4,647*(30,2/6)²=117,73 МПа.

   Днище  поршня должно быть усилено  ребрами жесткости, т.к. s_из>25 Мпа.

   Напряжение  сжатия в сечении x-x :

         s_сж=P_Zд/F_x-x,

где    P_zд=p_Zд*F_п=4,647*0,005024=0,0233 МН;

         s_сж=0,0233/0,00119=19,56 МПа .

         F_x-x=(p/4)*(d_k²-d_i²)-n_m’*( d_k-d_i )*d_m/2;

         F_x-x=((3,14/4)*(72,4²-60,4²)-10*6))*10^-6=0,00119 м².

        d_k=D-2*(t+Dt);

        d_k=80-2*(3+0,8)=72,4 мм.

   Напряжение  разрыва в сечении x-x:

    максимальная  угловая скорость холостого хода: w_{х.х max}=p*n _{х.х max}/30;

        w_{х.х max}=3,14*5300/30=555 рад/с.

    масса  головки поршня с кольцами, расположенными  выше сечения x-x:    m_x-x=0,5*m_п;

        m_x-x=0,5*0,5024=0,2512 кг.

    максимальная  разрывающая сила: P_j=m_x-x*R*w²_{х.х max} *(1+l)*10^-6;

        P_j=0,2512*0,035*555²*(1+0,285)10^-6 =0,00348 МН.

    напряжение  разрыва: s_р=P_j/F_x-x;

        s_р=0,00348/0,00119=2,924 МПа.

    Напряжение в верхней кольцевой перемычке:

 среза: t=0,0314*p_Zд*D/h_п; t=0,0314*4,647*80/3=3,89 МПа.

 изгиба: s_из=0,0045*p_Zд*(D/h_п)²; s_из=0,0045*4,647*(80/3)²=14,87 МПа.

 сложное: s_S=Ö(s_из²+4*t²); s_S=Ö(14,87²+4*3,89²)=16,78 МПа.

   Удельное давление  поршня на стенку цилиндра:

        q₁=N_max/(h_ю*D); q₁=0,293*0,005024/(0,056*0,080)=0,32 МПа.

        q₂=N_max/(H*D); q₂=0,293*0,005024/(0,084*0,080)=0,22 МПа.

  Диаметры головки и юбки поршня:

        D_г=D-D_г; D_г=80-0,56=79,44 мм.

        D_ю=D-D_ю; D_ю=80-0,16=79,84 мм.

где D_г=0,007*D=0,007*80=0,56 мм; D_ю=0,002*D; D_ю=0,002*80=0,16 мм.

   Диаметральные  зазоры в горячем состоянии:

        D_г’=D[1+a_ц*(Т_ц-Т₀)]-D_г[1+a_п*(Т_г-Т₀)];

        D_г’=80*[1+11*10^-6*(450-293)]-79,44*[1+22*10^-6*(650-293)]=0,074 мм;

        D_ю’=D[1+a_ц*(Т_ц-Т₀)]-D_ю[1+a_п*(Т_ю-Т₀)];

        D_ю’=80*[1+11*10^-6*(450-293)]-79,84*[1+22*10^-6*(550-293)]=0,02 мм,

где Т_ц=450 К, Т_г=650 К, Т_ю=550 К приняты с учетом воздушного охлаждения двигателя [1,с.203];

       a_ц =11*10^-6 1/К и a_п=22*10^-61/К -коэффициенты линейного расширения материалов цилиндра и поршня. 
 

7.2. Расчет поршневого  кольца

  

   Параметры  кольца [1,с.206]:

    радиальная  толщина кольца: t=3 мм;

    радиальный  зазор кольца в канавке поршня: Dt=0,8 мм;

    высота  кольца: а=3 мм;

    разность  между величинами зазоров замка кольца в свободном и в рабочем состоянии:

        А₀=10 мм.

    материал  кольца: серый чугун, Е=1,0*10⁵ МПа.

   Среднее давление  кольца на стенку цилиндра:

        ;

        МПа.

Давление кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности: p=p_ср*m_к.

    Значения m_к для различных углов y приведены на с.213 [1].

    Результаты  расчетов р представлены в  табл.7.1. По данным табл.7.1. строим  эпюру давлений компрессионного  кольца на стенку цилиндра (рис.7.2.).

    Напряжение  изгиба кольца в рабочем состоянии:    s_из1=2,61*р_ср*(D/t-1)²;

        s_из1=2,61*0,112*(80/3-1)²=192,6 МПа.

    Напряжение  изгиба при надевании кольца  на поршень:s_из2= ,

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

Таблица 7.1. 

 
 
 
 

    

      s_из2= МПа.

   Монтажный  зазор в замке поршневого кольца: D_к=D_к’+pD[a_к (Т_к-Т₀)- a_ц (Т_ц-Т₀)],

где D_к’=0,08 мм -минимально допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя;

a_к =11*10^-6 1/К и a_ц=11*10^-6 1/К - коэффициенты линейного расширения материала кольца и гильзы цилиндра; Т_ц=450 К, Т_к=550 К и Т₀=293 К.

         D_к=0,07+3,14*80*[11*10^-6*(550-293)-11*10^-6*(450-293)]=0,356 мм. 
 

7.3. Расчет поршневого  пальца