6.1.4 Компоновка коренных подшипников

Учитывая данные табл.15, выбирают диаметр коренной шейки d_к и толщину вкладыша _вк.

Таблица 15

Основные размеры коренных подшипников

Наименование размера	Обозначение	Предел значений	Значения
Диаметр коренной шейки	dк	(0,72…0,90)D	92
Толщина вкладыша коренного подшипника	вк	(0,03…0,042)D	4
Толщина перемычки между болтом крышки и вкладыш.		2…5 мм	4
Диаметр болтов крышки коренного подшипника	dбк	(0,12…0,15)D	16
Толщина перемычки между болтом и наружн.стенкой крышки		7…10 мм	8
Высота сечения крышки коренного подшипника	ак.к	(0,5…0,9)dk	64,6
Длина ввернутого в картер конца болта крышки	hбк	(2…2,7)dбк	38,4

2. Компоновка механизма газораспределения

За основной размер в механизме газораспределения принимается диаметр горловины впускного патрубка d^вп _г.

мм, (70)

где F_г- проходное сечение в горловине:

F_г=(1,1…1,2)F _кл =1,15∙995,76=1145,1 мм²

F_кл- проходное сечение клапан-седло:

=мм², (71)

С_п.ср - средняя скорость поршня:

С_п.ср=S n/30=132∙, м/с,

i_кл - число одноименных клапанов,

_вп - скорость заряда на впуске:

_вп=(50…120)м/с – принимается в зависимости от частоты вращения двигателя.

Диаметр горловины выпускного патрубка: d^вып_г=(0,8…0,9)d^вп_г.

Размеры элементов клапанов определяем следующими соотношениями из табл.16

Таблица 16

Основные размеры элементов клапанов

Наименование размера	Обозначение	Предел значений	Значения
Диаметр горловины впускного патрубка	d^впг	(4Fг/Pi)^1/2	19,0
Проходное сечение в горловине	Fг	(1,1…1,2)Fкл	284,2
Диаметр горловины выпускного патрубка	d^выпг	(0,8…0,9)d^впг	16,2
Внутренний диаметр головки впускного клапана	d^впв	d^впг	19,0
Наружный диаметр головки впускного клапана	d^впн	(1,12…1,16)d^впг	21,7
Внутренний диаметр головки выпускного клапана	d^выпв	(0,76…0,90)d^впв	15,8
Наружный диаметр головки выпускного клапана	d^выпн	(0,79…0,92)d^впн	18,4
Диаметр стержня клапана	dс	(0,25…0,40)d^впг	6,7
Длина стержня клапана	lс	(2,5…3,5)d^впг	57,1
Толщина головки у фаски	г	(0,08…0,12)d^впг	1,9
Ширина фаски	b	(0,05…0,12)d^впг	1,7
Высота подъема клапана	hпmax	(0,2…0,3)d^впг	4,8

3. Компоновка корпуса двигателя

Этот этап является заключительной частью компоновки двигателя. На компоновочной схеме уже вычерчены цилиндр, рубашка охлаждения, головка блока, коренные подшипники, поршневая и шатунная группы, подшипники распределительного вала, детали клапанного механизма. Чтобы закончить отработку корпуса двигателя необходимо определить стенки картера (в последние годы освоено литье блоков с толщиной стенки 2,5…3,5 мм), нанести плоскость разъема картера с поддоном (желательно ниже оси коленчатого вала). Поддон или нижняя половина картера выполняется чаще всего штампованным из листовой стали толщиной 1,5…2мм. Размеры поддона определяются зоной движения деталей шатунной группы а также заправочной емкостью смазочной системы. Сверху механизм газораспределения закрывается крышкой. Необходимо отметить, что в процессе проектирования и компоновки используются соответствующие конструктивные элементы уже существующих двигателей, близких по типу и назначению. В качестве примера на рис.20. приведены компоновочные схемы рядного и V-образного двигателей, которые могут быть оформлены как сборочные чертежи при выполнении следующих требований:

соблюдается масштаб согласно ЕСКД,

обеспечивается возможность сборки-разборки механизмов двигателя,

указываются размеры, которые необходимо контролировать и выполнять,

указываются габаритные размеры,

указывается характер сопряжений деталей,

указываются номера позиций деталей и составляется спецификация по установленной форме, указывается техническая характеристика двигателя в табличной форме.

7. Индивидуальное задание

1. Поршень

Поршень воспринимает давление газов, развивающееся в цилиндре при реализации в нем рабочего цикла, и через палец передает усилие на шатун.

К особенностям условий работы, влияющих на поршень, следует отнести большую скорость перемещения трущихся сопряжений при высоких удельных давлениях, ударные явления, сопровождающие перемещение поршня в пределах зазора между поршнем и цилиндром под действием боковой силы N, а также контакт с рабочим телом, содержащим коррозионно активные компоненты и имеющим высокую температуру.

Поршень воспринимает теплоту от рабочего тела, а также часть теплоты, выделяющейся в результате трения между элементами поршневой группы и цилиндра.

Износостойкость юбки поршня косвенно оценивается по удельному давлению q_ю, МПа, в сопряжении юбка – цилиндр. Оценка проводится на режиме номинальной мощности (N_еном, n_ном) по зависимости: q_ю = N_max/(h_ю·D), где N_max – максимальная величина боковой силы, МН; h_ю – высота юбки поршня, м. Для поршней дизелей q_ю = 0,7…1,2 МПа.

Для изготовления поршней автотракторных ДВС в настоящее время в основном используют алюминиевые сплавы, реже серый или ковкий чугун, а также композиционные материалы.

Для поршней современных автотракторных ДВС характерны следующие эксплуатационные дефекты:

• износ и разрушение поверхностей верхней кольцевой канавки;

• разрушение (прогар) днища поршня;

• появление трещин и обгорание кромок камеры сгорания;

• перегрев зоны канавки верхнего компрессионного кольца с потерей его подвижности;

• интенсивное отложение нагара на элементах головки поршня;

• наволакивание металла и задиры на элементах цилиндропоршневой группы;

• износ боковых поверхностей юбки;

• образование трещин в бобышках поршня.

2. Шатун

Шатун шарнирно соединяет поршень с кривошипом коленчатого вала. Он воспринимает от поршня и передает коленчатому валу усилие давления газов при рабочем ходе, обеспечивает перемещение поршней при совершении вспомогательных тактов. Шатун работает в условиях значительных нагрузок, действующих по его продольной оси.

В процессе работы двигателя шатуны подвергаются интенсивным знакопеременным нагрузкам от газовых и инерционных сил и имеют повышенные до 100…120 °C рабочие температуры.

Поршневая головка шатуна нагружается циклической силой, а также давлением со стороны запрессованных в нее бронзовой втулки или поршневого пальца. В ВМТ при φ = 360° (начало такта расширения) имеет место максимальная сила, сжимающая стержень шатуна, а при положении поршня в ВМТ в начале такта впуска имеет место максимальная растягивающая сила.

Расчет верхней головки и стержня шатуна проводится на режиме номинальной мощности по внешней скоростной характеристике.

Расчет шатуна на прочность:

σ_р = F_amax/(2·l_вгш·δ_вгш) ≤ [σ_р], где [σ_р] = 15…35 МПа.

Для изготовления шатунов двигателей с искровым зажиганием применяются стали 45, 45Г2, 40Г, 40Х, 40ХН, 40Р; для дизелей – легированные стали с высоким пределом прочности 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА, 40Х2Н2МА, 40ХН3А, 40Х2МА.

Изгиб стержня шатуна – основной эксплуатационный дефект.

3. Крышка нижней головки шатуна

Крышка нижней головки шатуна предназначена для образования в паре с шатуном кривошипной головки.

Крышка нижней головки шатуна работает в условиях переменных нагрузок, изменяющихся по величине в широких пределах в зависимости от режима работы двигателя.

При работе крышка нижней головки шатуна нагружается силами инерции поступательно движущихся и вращающихся масс (без учета массы самой крышки).

За расчетное принимается среднее сечение крышки, а за радиус кривизны расчетной балки – половина расстояния между осями болтов C/2.

Расчет крышки нижней головки шатуна:

σ_изг = , где J_ш.кр и J_ш.в – моменты инерции сечений шатунной крышки и вкладыша; F_ш.кр и F_ш.в – площади поперечных сечений шатунной крышки и вкладыша; W – момент сопротивления изгибу расчетного сечения шатунной крышки. Напряжения σ_изг находятся в пределах 100…150 МПа.

Для изготовления крышки нижней головки шатуна применяют материалы, аналогичные материалам, используемым для изготовления шатуна.

К неисправностям крышки нижней головки шатуна относят износ и задиры на рабочей поверхности крышки шатуна.

4. Шатунный болт

Шатунные болты предназначены для крепления крышки нижней головки шатуна.

Шатунные болты подвергаются нагрузкам от силы предварительной затяжки и сил инерции.

От напряжения кручения, возникающего при затяжке, болт разгружается путем обратного поворота гайки на небольшой угол.

Напряжение изгиба возникает из-за недостаточной жесткости кривошипной головки и непараллельности опорных поверхностей болта и гайки.

Расчет шатунных болтов на прочность:

σ_р = (F_пр+F_amax·χ)/(f_ш.б.·i_ш.б.) ≤ [σ_max], где F_пр – сила предварительной затяжки болта, Н; χ – коэффициент, учитывающий податливость болта и крышки шатуна; f_ш.б. – минимальное сечение шатунного болта, мм²; i_б – число шатунных болтов; [σ_max] = 120…250 МПа.

Болты выполняются из хромистых и хромоникельмолибденовых сталей 30Х, 35Х, 40Х, 45Х, 40ХНМА.

К неисправностям шатунных болтов относят износ или разрушение резьбы.

5. Впускной клапан

Впускной клапан предназначен для герметизации цилиндра при тактах сжатия и рабочего хода и соединения его с трубопроводом впускной системы при такте впуска в процессе газообмена.

Условия работы клапанов:

• большие динамические нагрузки;

• высокие скорости перемещения;

• неравномерный нагрев отдельных участков;

• повышенная коррозионно – активная среда.

Впускной клапан подвергается воздействию циклически меняющихся высоких интенсивных механических и тепловых нагрузок. Средняя за цикл температура головки впускного клапана на наиболее напряженных режимах работы ДВС достигает 300…420 °С.

Для их изготовления используются стали 38ХС, 40ХН, 50ХН, 40ХН2МА, 40Х9С2, 40Х10С2М.

ЛИТЕРАТУРА

1. Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. – М.: Высш. шк., 2003. – 496 с.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.

3. Левицкий В.С. Машиностроительное черчение и автоматизация выполнения чертежей. – М.: Высш. шк., 2004. – 435 с.

4. Луканин В.Н., Алексеев И.В. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 2. Динамика и конструирование. – М.: Высш. шк., 2007. – 400 с.

5. Передерий В.П. Устройство автомобиля. – М.: ИД «Форум», 2006. – 288 с.

6. Ховах М.С. Автомобильные двигатели. – М., 1977. – 591с.

7. Чумаченко Ю.Т., Чумаченко Г.В., Герасименко А.И. Материаловедение для автомехаников. – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2004. – 480 с.

8. Штайн Г.В. Расчет теплового двигателя. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2007. – 70 с.

60