Теория автомобилей

Расчет шатуна производится по конструктивным элементам и сводится к определению напряжений, деформаций и запасов прочности. Стержень шатуна работает в условиях переменных нагрузок по ассиметричному циклу (разрывается силами инерции, поступательно движущихся масс. И сжимается в момент сгорания топлива силой, которая равна разности силы газов и силы инерции). Сила, сжимающая стержень шатуна, с учетом разгружающего действия силы инерции, определяется по формуле Рсж=РzРп+Р

Силы инерции возвратно  – поступательно движущихся масс шатуна, которые расположены под  расчетным сечения. Растяжение стержня шатуна вызывает силы инерции во время тактов впуска и выпуска газов. Когда величина сил газов невелика. При расчете стержня шатуна выбирают расчетные сечения. Величина площади расчетного сечения зависит от формы стержня. При неизменной или мало изменяющейся по длине стержня за расчетные принимают сечения, расположенные по середине длины шатуна. При изменяющейся форме стержня принимает наименьшее по площади сечение, которое расположено около поршневой головки. Если расчетное сечение расположено посередине длины стержня шатуна, то в нем под действием сжимающейся силы, которая действует по оси шатуна, возникает суммарное напряжение, от сжатия и продольного изгиба. Суммарное напряжение в плоскости сечения стержня шатуна определяется по формуле. А в плоскости качения определяется по формуле. 

Напряжение растяжения стержня  шатуна, которое расположено посередине длины стержня определяется по формуле

Максимальные значения напряжения соответствуют моменту начала впуска, когда силы инерции достигает  наибольшей величины. Запас прочности  стержня шатуна равен 2-3. Верхняя  головка шатуна при работе двигателя  подвергается разрыву силами инерции  поршневой группы, которые достигают  наибольшего значения в верхней  мёртвой точке и сжатия от сил  действия газов. Кроме того в поршневой  головке появляется дополнительное напряжение при запрессовке втулки. Кроме напряжения, которые вызываются разрывными или сжимающими силами в  верхней головке шатуна возникают  дополнительные напряжения от запрессовки  втулки и теплового расширения материала  втулки и головки. При подсчете напряжений, которые возникают от запрессовки  втулки и температурного натяга находят  по формуле

Крышка шатуна нагружается  в верхней мертвой точке в  начале такта впуска силой инерции  поступательно движущихся масс, которые  лежат выше разъема крышки. Крышку рассчитывают на изгиб, как криволинейную  балку, у которой радиус кривизны равен половине расстояния между  осями болтов величина силы которая растягивает болт. Максимальное напряжение в болте определяют по формуле.

 

Расчет деталей  газораспределительного механизма.

Распределительный вал рассчитывается на изгиб и кручение от усилий, которые  действуют со стороны клапанного привода. Расчет на прочность проводят для каждого участка в отдельности, предполагая, что через каждый из этих участков передается тот же крутящий момент, что и в неразрезанном  валу. Расчет вала на изгиб ведется  по формулам для изгиба балок, которые  свободно лежат на двух опорах и  нагружено сосредоточенной силой  Рм, в месте действия толкателя. Изгибающий момент для каждого кулачка достигает максимальной величины в момент открытия выпускного клапана, когда на кулачок действует максимальная сила

Величина изгибающего  момента в расчетном сечении  вала определяется по формуле:

 

Напряжение изгиба определяется по формуле:

Одновременно с изгибом  распределительный вал подвергается скручиванию.

Скручивающий момент о  каждого кулачка достигает максимальной величины в конце первого периода  подъема клапана, когда толкатель  соприкасается с кулачком в точке  В. Величина скручивающего момента, в случае работы по плоскому толкателю, определяется по формуле:

Ст – наибольшее плечо действия силы Рм. При определении максимального момента, скручивающего вал, необходимо учитывать моменты, которые действуют в данное время от всех кулачков, для чего строят кривую изгибающего момента. Напряжение кручения определяют по формуле:

Суммарное напряжение изгиба и кручения определяется по формуле:

Допускаемая величина суммарного напряжения

Прогиб распределительного вала от изгиба максимальной силой  Рм не должен превышать 0,05 - 0,1 мм. На поверхности кулачка толкателя возникают напряжения сжатия. Распределительные валы изготавливают штамповкой из углеродистой стали или чугуна. Кулачки и шейки подвергают цементации  или поверхностной закалке ТВЧ, а чугуны, отбеливанию. Расчет толкателя сводится к проверке боковой поверхности на условную нагрузку от боковых сил. Максимальная условная нагрузка определяется по формуле:

Толкатели изготовляют из легированной стали или углеродистых сталей, а в некоторых конструкциях двигателей из отбеливающих чугунов. Расчет стержня штанги производят на устойчивость от продольного изгиба. Запас прочности проверяют по формуле Эйлера:

Запас прочности должен быть от двух до пяти. Наконечник штанги проверяют  на напряжение смятия по формуле:

Напряжение смятия должно быть меньше или равно 20000 кг/см2. Головку штанги проверяют на условную нагрузку по формуле:

800 – 1000 кг/см2. Материал для штанги сталь или алюминиевый сплав. Расчет коромысла производят по элементам. Цилиндрическую опорную поверхность коромысла и сферическую поверхность регулировочного болта проверяют на смятие по формулам для цилиндрических или сферических поверхностей. Напряжение изгиба в стальных рычагах или коромыслах должно быть меньше или равно 2000 кг/см2.  Втулку коромысла проверяют на удельную нагрузку. Она должна быть равна 800 кг/см2. Ось коромысла проверяют на срез и изгиб. На срез 900 кг/см2. На изгиб1500 кг/см2.

 

Конструкции смазочной  и охлаждающей системы двигателя.

Разные методы обработки  деталей придают поверхности  различную шероховатость, которая  определяется совокупностью неровностей, которые образуют рельеф поверхности. От числа трущихся пар и размера  их поверхностей зависит количество смазки необходимой для работы двигателя. В двигателе, циркулирующее масло  отводит два процента тепла. От объема картера зависит работоспособность  масел. В дизелях отечественных  автомобилей происходит снижение количества масла, приходящийся на единицу мощности, что приводит к снижению стоимости эксплуатации автомобиля. При работе ДВС температура в цилиндре в процессе горения достигает 2500 градусов, но на полезную работу расходуется только 22% теплоты. 47% уходит на нагревание деталей. Температура головки блока достигает 300 градусов, и блока цилиндров 350 градусов. В результате увеличиваются потери на трение, и уменьшается прочность металла.

 

14.02.2013

Количество масла, которое  должно циркулировать в системе  смазки двигателя, зависит от количества отводимого им тепла, поэтому циркуляционный расход масла может быть определен  на основании теплового баланса. Количество теплоты, которая отводится маслом в двигателе составляет 1,5 – 2,5% теплоты, которая выделяется топливом при сгорании в цилиндрах двигателя и определяется по формуле:

 кал/час.

Количество теплоты, которое  выделяется топливом в цилиндрах  за один час, определяется по формуле:

 

Соответственно количество теплоты, отводимой маслом, определится  по формуле:

 

Определив количество теплоты, отводимое маслом, можно определить количество масла, которое должно прокачиваться  через двигатель, т. е. циркуляционный расход масла, определяется по формуле:

 

Подставляя в последнюю  формулу среднее значение входящих величин.

В случае охлаждения поршней  маслом Vум=(14 -40)Ne.

Производительность масляного  насоса определяют, на основании потребного количества масла, которое циркулируется в двигателе. Действительная производительность масляного насоса принимается большей, чем циркуляционный расход, примерно в два – три раза. Для большинства двигателей Vум=(14 - 40)Nе. Повышенная производительность насоса, которая необходима для создания требуемого давления масла в магистрали при работе двигателя на любом режиме, с учетом возможных увеличений зазоров в подшипниках, размеры шестерен в масляных насосах определяют с учетом объемного коэффициента подачи по формуле:

Vн = Vдм/н     

Мощность, необходимая для  привода масляного насоса определяется по формуле:

Nн=VнPм/27000м

 

16.02.2013

Количество теплоты, отводимое  от нагретых деталей двигателя в  охлаждающую среду, зависит от ряда факторов. Доля теплоты, выводимая в  охлаждающую среду от всей теплоты, которая выделяется от сгорания топлива, составляет 15 – 30%. Количество теплоты, отдаваемое в охлаждающую среду, определяется по формуле:

Qе=gе Nе gв Hш 10-13.

Для практических целей с  допустимым приближением количества теплоты, которое отдаётся в охлаждающую  среду, можно определить по формуле:

Qв= 632 Ок Nemax

Расход охлаждающей жидкости, которая циркулируется в системе, зависит от количества теплоты, которая отводится охлаждающей жидкостью и температурного перепада двигателя. Определяется по формуле:

Nв=Qв/СвVв(tв вых tв вход)

Расход охлаждающей жидкости изменяется в пределах от 1 до 2,5 у  карбюраторных, и от 0,4 до 6 у дизелей. Расчетная производительность насоса определяется по формуле: V=Vв/н, который равен 0,8- 0,9.

Напор, который создается  насосом определяется сопротивлением системы охлаждения и у существующих ДВС составляет 0,4 – 0,8 кг/см2. Мощность, которая затрачивается на приведение в действие насоса составляет 1% от эффективной мощности. Число лопастей крыльчатки насоса принимают от 4 до 8. Толщину лопастей 3 -5 мм. Радиальные зазоры между крыльчаткой и корпусом насоса должны быть не более 1 мм. Сечение трубопровод и прохода воды в рубашке системы охлаждения выбирают так, чтобы скорость воды не превышала 3 м/с. Если скорость будет быстрее то каюк.