Расчет поршня

Размеры элементов поршня можно принять по двигателю – прототипу проектируемому двигателю, или по конструктивным соотношениям, приведенным в [2].

Выполняются следующие расчеты элементов поршня:

1) юбка поршня – на износостойкость;

2) днище поршня – на изгиб;

3) головка поршня в сечении по центру канавки под маслосъемное кольцо, ослабленном отверстиями для отвода масла – на сжатие.

Юбку поршня рассчитывают на износостойкость по удельному давлению (q_ю, МПа) в сопряжении юбка-цилиндр. Расчет выполняют на режиме номинальной мощности по формуле

q_ю = N_max /(h_юD), (3.1)

где N_max – максимальное значение нормальной силы на расчетном режиме, МН;

h_ю– высота юбки поршня, м; для ДсИЗ h_ю=(0,6-0,8)D, для дизелей h_ю=(0,6-1,1)D

D – диаметр поршня (цилиндра), м.

Для поршней ДсИЗ допускаемое давление q_ю = 0,5...0,8 Мпа, для поршней дизелей q_ю = 0,7...1,2 МПа.

Расчет днища поршня на изгиб выполняется по известной из сопромата формуле

(3.2)

где –наибольший момент изгиба днища поршня (МН·м),

– момент сопротивления сечения днища поршня изгиб, м³;

–допускаемое напряжение материала поршня на изгиб.

Изгибающий момент равен

= (3.3)

где – максимальное давление действительного цикла на расчетном режиме, МПА;

r_i =D/2–(s+t+Dt]– внутренний радиус поршня, м;

s – толщина стенки головки поршня (м), равная для ДсИЗ s=(0,05–0,10)D, для дизелей s=(0,05–0,10)D;

t – радиальная толщина поршневого кольца (м), равная t=(0,038–0,045)D;

Dt – радиальный зазор кольца в канавке поршня, равный 0,0007..0,0011 м.

Момент сопротивления днища изгибу равен

, (3.4)

где – толщина днища поршня, м.

Толщина днища поршня равна: для ДсИЗ δ=(0,05…0,10)D; для дизелей δ=(0,12…0,20)D.

Значения допускаемых напряжений [s_из], МПа:

– при отсутствии ребер жесткости:

для поршней из алюминиевых сплавов 20...25

для чугунных поршней 40...50

– при наличии ребер жесткости:

для поршней из алюминиевых сплавов 50...150

для чугунных поршней 80...200

Расчет поршня в опасном сечении по центру канавки под маслосъемное кольцо, ослабленном отверстиями для отвода масла, следует проверить для расчетного режима на сжатие по формуле

s_сж = Р_z/F_оп £ [s_сж], (3.5)

где

Р_z = р_zF_n, МН; р_z – максимальное действительное давление цикла (Мпа), F_n – площадь поршня (м²);

F_оп – площадь опасного сечения, м².

F_оп= p(d_к² – d_i²)/4 – (n_м¢ × F¢), (3. 6)

где

d_к=D–2(t+Dt) – диаметр поршня по дну канавки, м;

d_i=2r_i=D–2(S+t+Dt) – внутренний диаметр поршня, м;

F¢=(d_к–d_i)×d_м/2 – площадь продольного диаметрального сечения канала, м²;

n_м¢– число масляных отверстий, n_м¢=6..12.

Допускаемые напряжения на сжатие для поршней из алюминиевых сплавов [s_сж]=30...40 МПа, а чугунных – [s_сж] =60...80 МПа.