Расчет основных параметров ДВС. Расчет поршня дизельного двигателя

1.9 Определение основных параметров ДВС

Литраж

Рабочий объем одного цилиндра

Диаметр цилиндра

Принимаем

Ход поршня

Принимаем

Площадь поршня

Литраж двигателя

Мощность ДВС

Литровая мощность

Крутящий момент

Часовой расход топлива

1.10 Тепловой баланс

Общее количество теплоты

Теплота эффективная эквивалентной работе за 1 с

Теплота, передаваемая охлаждающей среде

где  - коэффициент пропорциональности для 4-х тактных ДВС;

- Показатель степени для 4-хтактных ДВС.

Теплота, унесенная с отработавшими газами

где  – теплоемкость отработавших газов, определена методом интерполяции, при  и ;  – теплоемкость свежего заряда, определена методом интерполяции при

Неучтенные потери теплоты

Табл.1.7 – Тепловой баланс ДВС

1.11 Построение индикаторной диаграммы

Построим для номинального режима работы двигателя  =138 кВт и оборотах двигателя n=2350 .

Масштабы диаграммы:

Масштаб хода поршня =1,5 мм, =0,1 МПа.

Величины в приведенном масштабе, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания.

AB=S/=135/1.5=90 мм ;

ОА= AB/(-1)=90/(16,5-1)=6 мм.

Максимальная высота диаграммы:

/=8,56/0,1=85,6 мм.

Ординаты характерных точек:

/=0,092/0,1=0,92 мм;

/=4,28/0,1=42,8 мм;

/=0,329/0,1=3,29 мм;

/=0,105/0,1=1,05 мм;

/=0,1/0,1=1 мм.

z^.z=OA(ρ-1)=6*(1.26-1)=1.6

Определим значение точек на индикаторной диаграмме обозначающих политропу сжатия по формуле:

/= 

          Таблица 1.8- Значения политропы сжатия

/ ,мм	,мм
20,4	10
7,9	20
4,53	30
2,25	50
1,42	70

Определим значение точек на индикаторной диаграмме обозначающих политропу расширения по формуле:

/= 

          Таблица 1.9- Значения политропы расширения

/ ,мм	,мм
57	10
23,7	20
14,2	30
7,48	50
4,9	70

Теоретическое  среднее индикаторное давление:

=/AB=859*0,1/90=0.95 МПа где =859 мм² – площадь диаграммы.

Величина  = 0.95 МПа, получена из диаграммы, близка к величине

=0.92 МПа, полученной в тепловом расчете.

2.  Кинематика КШМ

2.1 Исходные данные

Табл. 2.1 Исходные данные

Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна, λ	λ=0,285
Радиус кривошипа, R (мм)
Длина кривошипа, Lш (мм)
Частота вращения коленчатого вала, n	n=2350 об/мин

2.2.  Расчет кинематических показателей

Перемещение поршня

Для определения  берем значения из справочника и занесем их в таблицу 2.2

Угловая скорость коленчатого вала

Скорость поршня

Для определения  берем значения из справочника и занесем их в таблицу 2.2

Ускорение поршня

Для определениявоспользуемся значениями из справочника и занесем их в таблицу 2.2

Табл. 2.2 Кинематические параметры

		, мм		, м/с		, м/с2
0	0	0,0	0	0,00	1,285	5249
30	0,16965	11,5	0,6234	10,35	1,0085	4120
60	0,6069	41,0	0,9894	16,43	0,3575	1460
90	1,1425	77,1	1	16,61	-0,285	-1164
120	1,6069	108,5	0,7426	12,33	-0,6425	-2625
150	1,9016	128,4	0,3766	6,25	-0,7235	-2955
180	2	135,0	0	0,00	-0,715	-2921
210	1,9016	128,4	-0,3766	-6,25	-0,7235	-2955
240	1,6069	108,5	-0,7426	-12,33	-0,6425	-2625
270	1,1425	77,1	-1	-16,61	-0,285	-1164
300	0,6069	41,0	-0,9894	-16,43	0,3575	1460
330	0,016965	11,5	-0,6234	-10,35	1,0085	4120
360	0	0,0	0	0,00	1,285	5249

По данным таблицы 2.2 построим график пути, скорости и ускорения поршня.

3 Динамический расчет

3.1 Исходные данные

Все данные приняты из предыдущих расчетов, а также согласно прототипу двигателя:

- конструктивная масса поршневой группы

- конструктивная масса шатуна

- конструктивная масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов 

3.2 Расчет усилий КШМ

Силы давления газов

Индикаторную диаграмму, полученную в тепловом расчете, развертываем по углу поворота кривошипа по методу Брикса.

Поправка Брикса

где  - масштабный коэффициент индикаторной диаграммы

Масштаб развернутой диаграммы:

- давлений и удельных сил  – масштабный коэффициент индикаторной диаграммы  полных сил

- угла поворота кривошипа , или

-где OB – длина развернутой индикаторной диаграммы, мм.

По развернутой диаграмме через каждые 10^o угла поворота кривошипа определим значения  и занесем в таблицу 3.1.

Табл. 3.1. Сводная таблица

	0	-366	-662	-830	-844	-713	-472	-174	121	367	535	616	619	562	467	353	235	117	0	-117	-235
	0,00	-5,54	-10,02	-12,58	-12,79	-10,80	-7,14	-2,64	1,84	5,57	8,11	9,34	9,37	8,51	7,07	5,35	3,56	1,77	0,00	-1,77	-3,56
	0,000	-0,475	-0,858	-1,077	-1,095	-0,924	-0,612	-0,226	0,158	0,477	0,694	0,799	0,803	0,728	0,605	0,458	0,305	0,151	0,000	-0,151	-0,305
	0	0,222	0,434	0,625	0,785	0,909	0,993	1,034	1,035	1	0,935	0,846	0,74	0,623	0,5	0,375	0,25	0,125	0	-0,13	-0,25
	-2,180	-2,087	-1,791	-1,368	-0,902	-0,481	-0,173	-0,018	-0,017	-0,141	-0,341	-0,567	-0,780	-0,951	-1,073	-1,147	-1,186	-1,203	-1,208	-1,203	-1,186
	1	0,976	0,906	0,794	0,647	0,473	0,281	0,084	-0,11	-0,3	-0,46	-0,6	-0,72	-0,81	-0,89	-0,94	-0,97	-0,99	-1	-0,99	-0,97
	-2,180	-2,141	-1,987	-1,741	-1,419	-1,042	-0,635	-0,226	0,158	0,497	0,773	0,980	1,119	1,198	1,231	1,235	1,225	1,213	1,208	1,213	1,225
	1	1,001	1,005	1,01	1,017	1,024	1,032	1,037	1,041	1,043	1,041	1,037	1,032	1,024	1,017	1,01	1,005	1,001	1	1,001	1,005
	0,000	-0,106	-0,194	-0,248	-0,259	-0,226	-0,156	-0,060	0,044	0,141	0,215	0,260	0,274	0,260	0,225	0,176	0,119	0,060	0,000	-0,060	-0,119
	0	0,0495	0,098	0,144	0,186	0,222	0,253	0,275	0,290	0,295	0,290	0,275	0,253	0,222	0,186	0,144	0,098	0,0495	0	-0,0495	-0,098
МПа	-2,18	-2,14	-1,98	-1,72	-1,39	-1,02	-0,62	-0,22	0,15	0,48	0,74	0,94	1,08	1,17	1,21	1,22	1,22	1,21	1,21	1,21	1,22
	-2,19	-2,13	-1,97	-1,72	-1,39	-1,01	-0,61	-0,21	0,16	0,48	0,75	0,95	1,09	1,18	1,22	1,23	1,23	1,22	1,22	1,22	1,23
, м/с2	5343	5208	4815	4193	3390	2467	1487	514	-392	-1185	-1835	-2330	-2672	-2878	-2979	-3008	-3000	-2981	-2973	-2981	-3000
	0,005	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008
	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150	160	170	180	190	200

Продолжение табл. 3.1

	-353	-467	-562	-618	-615	-535	-392	-200	15	214	337	337	214	13	-137	0	1206	1014	960	619	400
	-5,35	-7,07	-8,51	-9,36	-9,33	-8,10	-5,94	-3,02	0,22	3,24	5,11	5,11	3,25	0,20	-2,08	0,00	18,28	15,36	14,54	9,38	6,06
	-0,458	-0,605	-0,728	-0,802	-0,798	-0,694	-0,509	-0,259	0,019	0,277	0,437	0,438	0,278	0,017	-0,178	0,000	1,565	1,315	1,245	0,803	0,518
	-0,38	-0,5	-0,62	-0,74	-0,85	-0,93	-1	-1,04	-1,03	-0,99	-0,91	-0,79	-0,63	-0,44	-0,22	0	0,222	0,434	0,624	0,785	0,908
	-1,147	-1,073	-0,951	-0,780	-0,568	-0,342	-0,150	-0,028	-0,002	-0,078	-0,227	-0,360	-0,353	-0,036	0,781	2,355	6,881	2,746	1,584	0,662	0,270
	-0,94	-0,89	-0,81	-0,72	-0,6	-0,46	-0,3	-0,11	0,083	0,281	0,472	0,646	0,794	0,906	0,976	1	0,976	0,906	0,794	0,647	0,473
	1,235	1,231	1,198	1,119	0,980	0,773	0,530	0,261	-0,019	-0,288	-0,493	-0,566	-0,450	-0,040	0,801	2,355	7,058	3,045	2,015	1,041	0,585
	1,01	1,017	1,024	1,032	1,037	1,041	1,043	1,041	1,037	1,032	1,024	1,017	1,01	1,005	1,001	1	1,001	1,005	1,01	1,017	1,024
	-0,176	-0,225	-0,260	-0,274	-0,260	-0,215	-0,150	-0,073	0,005	0,071	0,107	0,104	0,064	0,004	-0,040	0,000	0,349	0,297	0,287	0,190	0,127
	-0,144	-0,186	-0,222	-0,253	-0,275	-0,290	-0,295	-0,290	-0,275	-0,253	-0,222	-0,186	-0,144	-0,098	-0,0495	0	0,0495	0,098	0,144	0,186	0,222
МПа	1,22	1,21	1,17	1,08	0,94	0,74	0,51	0,25	-0,02	-0,28	-0,48	-0,56	-0,45	-0,04	0,80	2,35	7,05	3,03	1,99	1,02	0,57
	1,23	1,22	1,18	1,09	0,95	0,75	0,48	0,16	-0,21	-0,61	-1,01	-1,39	-1,72	-1,97	-2,13	-2,19	-2,13	-1,97	-1,72	-1,39	-1,01
, м/с2	-3008	-2979	-2878	-2672	-2330	-1835	-1185	-392	514	1487	2467	3390	4193	4815	5208	5343	5208	4815	4193	3390	2467
	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	-0,008	0,024	0,09	0,192	0,329	0,528	0,83	1,27	1,93	2,93	4,54	9,18	5	3,71	2,41	1,58
	210	220	230	240	250	260	270	280	290	300	310	320	330	340	350	360	370	380	390	400	410

Продолжение

	414	533	664	768	827	830	774	671	552	410	268	132	1	-124	-246	-366	-476	-570	-625	-624	-544
	6,28	8,08	10,06	11,64	12,53	12,58	11,73	10,16	8,36	6,21	4,07	2,01	0,02	-1,88	-3,73	-5,54	-7,21	-8,63	-9,47	-9,45	-8,24
	0,538	0,691	0,861	0,997	1,073	1,077	1,004	0,870	0,716	0,532	0,348	0,172	0,001	-0,161	-0,319	-0,475	-0,618	-0,739	-0,811	-0,809	-0,706
	0,992	1,034	1,035	1	0,935	0,846	0,74	0,624	0,501	0,376	0,251	0,126	0,001	-0,12	-0,25	-0,38	-0,5	-0,62	-0,74	-0,85	-0,93
	0,152	0,056	-0,092	-0,293	-0,527	-0,764	-0,975	-1,132	-1,264	-1,327	-1,349	-1,354	-1,332	-1,290	-1,246	-1,187	-1,094	-0,964	-0,790	-0,576	-0,348
	0,281	0,084	-0,11	-0,29	-0,46	-0,6	-0,72	-0,81	-0,89	-0,94	-0,97	-0,99	-1	-0,99	-0,97	-0,94	-0,89	-0,81	-0,72	-0,6	-0,46
	0,559	0,693	0,866	1,039	1,195	1,320	1,399	1,428	1,453	1,429	1,394	1,365	1,332	1,301	1,287	1,278	1,257	1,215	1,132	0,993	0,787
	1,032	1,037	1,041	1,043	1,041	1,037	1,032	1,024	1,017	1,01	1,005	1,001	1	1,001	1,005	1,01	1,017	1,024	1,032	1,037	1,041
	0,137	0,184	0,241	0,294	0,333	0,350	0,343	0,310	0,266	0,204	0,136	0,067	0,000	-0,064	-0,126	-0,182	-0,230	-0,263	-0,278	-0,263	-0,219
	0,253	0,275	0,290	0,295	0,290	0,275	0,253	0,222	0,186	0,144	0,098	0,0495	0	-0,0495	-0,098	-0,144	-0,186	-0,222	-0,253	-0,275	-0,290
МПа	0,54	0,67	0,83	1,00	1,15	1,27	1,36	1,39	1,43	1,41	1,39	1,36	1,33	1,30	1,28	1,27	1,24	1,19	1,10	0,96	0,76
	-0,61	-0,21	0,16	0,48	0,75	0,95	1,09	1,18	1,22	1,23	1,23	1,22	1,22	1,22	1,23	1,23	1,22	1,18	1,09	0,95	0,75
, м/с2	1487	514	-392	-1185	-1835	-2330	-2672	-2878	-2979	-3008	-3000	-2981	-2973	-2981	-3000	-3008	-2979	-2878	-2672	-2330	-1835
	1,15	0,879	0,672	0,512	0,397	0,32	0,264	0,217	0,21	0,184	0,16	0,144	0,116	0,08	0,054	0,035	0,0168	0,009	0,005	0,005	0,005
	420	430	440	450	460	470	480	490	500	510	520	530	540	550	560	570	580	590	600	610	620

П

	-377	-132	164	462	704	837	824	659	365	0
	-5,72	-2,00	2,48	6,99	10,66	12,68	12,48	9,98	5,54	0,00
	-0,490	-0,171	0,212	0,599	0,913	1,086	1,069	0,854	0,474	0,000
	-1	-1,04	-1,03	-0,99	-0,91	-0,79	-0,63	-0,44	-0,22	0
	-0,145	-0,019	-0,017	-0,169	-0,474	-0,893	-1,356	-1,780	-2,074	-2,180
	-0,3	-0,11	0,083	0,28	0,472	0,646	0,793	0,906	0,976	1
	0,511	0,172	-0,213	-0,622	-1,028	-1,405	-1,728	-1,974	-2,128	-2,180
	1,043	1,041	1,037	1,032	1,024	1,017	1,01	1,005	1,001	1
	-0,144	-0,048	0,056	0,153	0,223	0,257	0,246	0,193	0,105	0,000
	-0,295	-0,290	-0,275	-0,253	-0,222	-0,186	-0,144	-0,098	-0,0495	0
МПа	0,49	0,17	-0,21	-0,60	-1,00	-1,38	-1,71	-1,96	-2,13	-2,18
	0,48	0,16	-0,21	-0,61	-1,01	-1,39	-1,72	-1,97	-2,13	-2,19
, м/с2	-1185	-392	514	1487	2467	3390	4193	4815	5208	5343
	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005
	630	640	650	660	670	680	690	700	710	720

Приведение масс частей КШМ

- масса поршневой группы

- масса шатуна

- масса неуравновешенных частей одного колена вала без противовесов

- масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца

- масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа

- масса совершающие возвратно-поступательные движение

- масса совершающие вращательное движение

Удельные и полные силы инерции

- удельные силы инерции возвратно-поступательные движущихся масс

- центробежная сила инерции вращающихся масс

- центробежная сила инерции вращающихся масс двух шатунов

- центробежная сила инерции вращающихся масс кривошипа

Удельные суммарные силы

- удельная сила, сосредоточенная на оси поршневого пальца

- удельная нормальная сила

где  - определим из справочника для

-удельная сила, действующая вдоль шатуна

- удельная сила, действующая по радиусу кривошипа

-  удельная тангенциальная сила

- полная тангенциальная сила

По данным таблицы 3.1. строим графики удельных сил в зависимости от изменения угла поворота коленчатого вала.

Среднее значение тангенциальной силы за цикл:

по данным теплового расчета

по площади, заключенной между кривой  и осью абцисс:

ошибка

Крутящие моменты. Крутящий момент одного цилиндра.

Период изменения крутящего момента четырехтактного ДВС с равным интервалами между вспышками

Суммируем значения крутящих моментов табличным методом (табл.3.2). По полученным данным строим кривую  в масштабе

Средний крутящий момент ДВС:

по данным теплового расчета

по площади, заключенной под кривой

ошибка

Максимальный и минимальный крутящие моменты

Табл. 3.2 Крутящие моменты ДВС

Mкр, Н*м			366	1631	1496	1478	1105	749	501	295	184	366
Цилиндры	8-й	Mкр.ц	-377	-132	164	462	704	837	824	659	365	0
		φ кривошипа	630	640	650	660	670	680	690	700	710	720
	7-й	Mкр.ц	0	-124	-246	-366	-476	-570	-625	-624	-544	-377
		φ кривошипа	540	550	560	570	580	590	600	610	620	630
	6-й	Mкр.ц	768	827	830	774	671	552	410	268	132	0
		φ кривошипа	450	460	470	480	490	500	510	520	530	540
	5-й	Mкр.ц	0	1206	1014	960	619	400	414	533	664	768
		φ кривошипа	360	370	380	390	400	410	420	430	440	450
	4-й	Mкр.ц	-392	-200	15	214	337	337	214	13	-137	0
		φ кривошипа	270	280	290	300	310	320	330	340	350	360
	3-й	Mкр.ц	0	-117	-235	-353	-467	-562	-618	-615	-535	-392
		φ кривошипа	180	190	200	210	220	230	240	250	260	270
	2-й	Mкр.ц	367	535	616	619	562	467	353	235	117	0
		φ кривошипа	90	100	110	120	130	140	150	160	170	180
	1-й	Mкр.ц	0	-366	-662	-830	-844	-713	-472	-174	121	367
		φ кривошипа	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
φ			0	10	20	30	40	50	60	70	80	90

Силы действующие на шатунную шейку коленчатого вала.

Суммарная сила, действующая на шатунную шейку по радиусу кривошипа:

где

Используя значения таблицы 3.3. построим полярную диаграмму в масштабе

По развернутой диаграмме определим:

где , мм²;

Табл. 3.3 Полные силы

	Полные силы, кН
0	0	-25,4663	-53,666301	53,5	-73,1	90,6
30	-12,6	-15,9799	-44,179933	46	-63,6	78,5
60	-7,14	-2,0217	-30,221702	31	-49,6	58,5
90	5,57	-1,64247	-29,842466	30,5	-49,2	57,9
120	9,37	-9,10895	-37,308947	38,5	-56,7	68,5
150	5,35	-13,3926	-41,592633	41,8	-61,0	73,9
180	0	-14,109	-42,30902	42,3	-61,7	74,8
210	-5,35	-13,3926	-41,592633	41,85	-61,0	74,0
240	-9,36	-9,10895	-37,308947	38,7	-56,7	68,7
270	-5,94	-1,75272	-29,952725	30,6	-49,4	58,1
300	3,24	-0,91564	-29,115641	29,2	-48,5	56,6
330	3,25	-4,12786	-32,327864	32,66	-51,7	61,2
360	0	27,5025	-0,6975006	0,7	-20,1	20,1
370	18,28	80,36509	52,1650887	55	32,8	64,0
390	14,54	18,5005	-9,6994988	17,3	-29,1	33,9
420	6,28	1,778946	-26,421054	27,3	-45,8	53,3
450	11,64	-3,42254	-31,622536	33,6	-51,0	61,1
480	11,73	-11,3932	-39,593181	41,2	-59,0	72,0
510	6,21	-15,4962	-43,696154	44	-63,1	76,9
540	0	-15,5573	-43,75734	43,8	-63,2	76,9
570	-5,54	-13,8637	-42,063734	42,4	-61,5	74,7
600	-9,47	-9,23094	-37,43094	38,1	-56,8	68,4
630	-5,72	-1,69298	-29,892978	31	-49,3	58,2
660	6,99	-1,97199	-30,171992	30,8	-49,6	58,4
690	12,5	-15,8394	-44,039398	45,8	-63,4	78,2
720	0	-25,4663	-53,666301	53,5	-73,1	90,6

По полярной диаграмме строим диаграмму износа шатунной шейке по таблице 3.4 в масштабе

Из таблицы 3.4. видно, что по лучам 4,5 силы не действуют. А по лучам 6,7,8,9 только силы действующие в интервале . По диаграмме определим ось масляного отверстия

Силы, действующие на колено вала.

Суммарная сила, действующая на колено вала по радиусу кривошипа:

Результирующая сила, действующая на колено вала:

Занесем полученные значения в таблицу 3.3.

Табл. 3.4 Действующие cилы

	Значение  для лучей
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
	53,5	53,5	53,5	-	-	-	-	-	-	-	-	53,5
	46	46	46	-	-	-	-	-	-	-	-	46
	31	31	31	-	-	-	-	-	-	-	-	31
	30,5	30,5	-	-	-	-	-	-	-	-	30,5	30,5
	38,5	38,5	-	-	-	-	-	-	-	-	38,5	38,5
	41,8	41,8	-	-	-	-	-	-	-	-	41,8	41,8
	42,3	42,3	42,3	-	-	-	-	-	-	-	42,3	42,3
	41,85	41,85	41,85	-	-	-	-	-	-	-	-	41,85
	38,7	38,7	38,7	-	-	-	-	-	-	-	-	38,7
	30,6	30,6	30,6	-	-	-	-	-	-	-	-	30,6
	29,2	29,2	-	-	-	-	-	-	-	-	29,2	29,2
	32,66	32,66	-	-	-	-	-	-	-	-	32,66	32,66
	0,7	0,7	0,7	-	-	-	-	-	-	-	0,7	0,7
	17,3	-	-	-	-	-	-	-	-	17,3	17,3	17,3
	27,3	27,3	-	-	-	-	-	-	-	-	27,3	27,3
	33,6	33,6	-	-	-	-	-	-	-	-	33,6	33,6
	41,2	41,2	-	-	-	-	-	-	-	-	41,2	41,2
	44	44	-	-	-	-	-	-	-	-	44	44
	43,8	43,8	43,8	-	-	-	-	-	-	-	43,8	43,8
	42,4	42,4	42,4	-	-	-	-	-	-	-	-	42,4
	38,1	38,1	38,1	-	-	-	-	-	-	-	-	38,1
	31	31	31	-	-	-	-	-	-	-	-	31
	30,8	30,8	-	-	-	-	-	-	-	-	30,8	30,8
	45,8	45,8	-	-	-	-	-	-	-	-	45,8	45,8
	53,5	53,5	53,5	-	-	-	-	-	-	-	53,5	53,5
	852,61	835,31	439,95	0	0	0	0	0	0	17,3	499,46	852,61

3.3. Уравновешивание

Центробежные силы инерции рассчитываемого двигателя и их моменты полностью уравновешены: ∑К_R =0; ∑М_R =0.

Суммарный момент центробежных сил.

∑М_R =   =3,16(4,67+2∙3,39)0,066∙0,251²∙160=24,1

Суммарный момент сил инерции.

∑М_j =   

∑М_j =3,16∙4,78∙0,066∙0,251²∙160=10

Суммарные моменты действуют в одной плоскости, поэтому:

∑М_j +∑М_R=24,1+10=34,1

Масса общего противовеса.

м_пр=

Внешний радиус маховика  мм,

Определим средний радиус маховика:

Примем

Определим меньший радиус маховика:

Рис 3.2. Маховик ДВС

Определим равномерность крутящего момента:

Избыточная работа крутящего момента:

Момент инерции движущихся масс двигателя, приведенных к оси коленчатого вала:

где равномерность хода двигателя.

Момент инерции маховика:

Определим высоту маховика по формуле:

4  Конструкторский расчет

4.1  Расчет поршня дизельного двигателя.

На основании данных расчетов (теплового, скоростной характеристики и динамического) получили: диаметр цилиндра D=122мм, ход поршня S=132мм, при =2400 об/мин, площадь поршня =116,8 , наибольшую нормальную силу =0,0041 МН при φ=470⁰, массу поршневой группы =3,5 кг частоту вращения =2500 об/мин и λ=0,285.

В соответствии с существующими аналогичными двигателями и с учетом соотношений, принимаем: толщину днища поршня δ=15мм, высоту поршня Н=150 мм; высоту юбки поршня  =75 мм, радиальную толщину кольца t=5 мм, радиальный зазор кольца в канавке поршня ∆t=0,9 мм, толщину стенки головки поршня s=7 мм, величину верхней кольцевой перемычки =5 мм, число и диаметр масляных каналов в поршне =10 и =1 мм. Материал поршня – алюминиевый сплав,  = 22* 1/К; материал гильзы цилиндра – чугун, =11* 1/К.

Напряжение сжатия в сечении х-х:

 = =0,11/0,0022=50 МПа, где =9,28*0,01168=0,11 МН

=(π/4)(-)-=[3,14/4 (]*=0,0022 ;

=D-2(t+∆t) = 122-2(5+0,9)=110,2 мм; = D- 2(s+t+∆t)= 122-                            -2(7+5+0,9)=96,2мм; -) /2=(110,2-96,2)*1/2=7 ;

Напряжение разрыва в сечении х-х:

максимальная угловая скорость холостого хода.

=/30= (3,14*2500)/30=262 рад/с масса головки поршня с кольцами, расположенными выше сечения х-х:

=0,6=0,5*3,5=2,1 кг;

максимальная разрывающая сила

=R(1+λ)=2,1*0,066*(1+0,258)*=0,0120 МН;

напряжение разрыва

==0,0120/0,0022=5,45 МПа.

Напряжение в верхней кольцевой перемычке:

среза

τ=0,0314*D/=0,0314*9,28*122/5=7,11 МПа;

изгиба

=0,0045(D/=0,0045*9,28(122/5=24,9 МПа;

сложное

== =28,6 МПа.

Удельное давление поршня на стенку цилиндра:

=/(D)= 0,0041/(0,075*0,122)=0,448 МПа;

=/(HD)= 0,0041/(0,122*0,122)=0,275 МПа.

Диаметры головки и юбки поршня:

=D-=122-0,732=121,3 мм;

= D-=122-0,244=121,8 мм, где =0,006D=0,006*122=0,732 мм; =0,002D=0,002*122=0,244 мм.

Диаметральные зазоры в горячем состоянии

=D[1+(-])-[1+(-)]=122[1+11*(383-293)]-121,3[1+22*(563-293)]=0,3 мм

=D[1+(-])-[1+(-)]=122[1+11*(413-293)]-121,8[1+22*(413-293)]=0,141 мм где =383 К, =593 К, =413 К приняты с учетом водяного охлаждения двигателя.

4.2  Расчет поршневого кольца дизельного двигателя.

Материалы кольца- серый чугун, Е=1,0* МПа.

Среднее давление кольца на стенку цилиндра

=0,152*1**=0,146

где =3t=3*5=15 мм.

Давление (МПа) кольца на стенку цилиндра в различных точках окружности

p=

Значение  для различных углов ψ приведены ниже.

Результаты расчета p, а так же  для различных углов ψ приведены