Avtomobilnye_dvigateli_Kursovoe_proektirovanie

Рис. 3.3. Размещение поперечного разреза V-образного двигателя

Рис. 3.4. Размещение продольного разреза V-образного двигателя

В этом случае продольный разрез двигателя удается разместить на одном чертежном листе (рис. 3.4).

3.1.2. Компоновка двигателя и выполнение его поперечного и продольного разрезов

Перед началом проектирования необходимо тщательно проанализировать конструкцию прототипа, уточнить назначение и взаимосвязь всех деталей двигателя, принять решение по изменению или замене отдельных деталей и агрегатов. Принятие решения и неясности конструкции уточняются с консультантом/ проекта.

Поперечный разрез двигателя (см. рис. 3.1) выполняется по первому цилиндру при положении поршня в ВМТ. При этом на поперечном разрезе должны быть показаны: камера сгорания, клапаны впуска или выпуска с каналами в головке блока, форсунка или свеча зажигания, поршень в разрезе, поршневой палец, шатунная шейка коленчатого вала, шатунный болт и способ фиксации нижней крышки шатуна, перегородка картера с ребрами жесткости, подвеска коленчатого вала, часть коренной шейки и щеки, крепление и фиксация крышки коренного подшипника (разрез по одной шпильке), расположение кулачкового вала, крепление нижней половины картера, масляный насос (в разрезе), привод масляного насоса. Штриховыми линиями необходимо показать каналы подвода масла к коренным и шатунным подшипникам коленчатого и распределительного валов, а также к клапанному механизму.

На продольном разрезе двигателя (см. рис. 3.2) должны быть показаны следующие разрезы:

•привода механизма газораспределения;

•ступицы вентилятора;

•жидкостного насоса и привода к нему;

•уплотнения носка и хвостовика коленчатого вала;

•головки блока цилиндров (по клапанам);

•по продольной оси поршневого пальца и коленчатого вала;

•по распределительному валу, штангам и толкателям. Последовательность проектирования деталей может быть различной,

но лучше начинать его с разработки элементов поршневой группы, а затем перейти к разработке шатуна, коленчатого вала, головки цилиндров. После проектирования деталей следует приступить к конструированию блока цилиндров и картера двигателя, механизма газораспределения, систем приводов к внутренним и внешним агрегатам.

Для правильного выбора толщины литья стенок жидкостной рубашки, толщины ребер, толщины патрубков, радиусов скругления в литье и конструкциях отдельных агрегатов необходимо использовать справочные материалы и чертежи отечественных и зарубежных конструкций двигателей.

3.1.3. Размещение разрезов двигателей на листах

Приступая к выполнению поперечного и продольного разрезов двигателя, прежде всего, необходимо для их правильного расположения определить положения крайних габаритных точек, осей коленчатого вала, кулачкового вала и поршневого пальца посредством нанесения на чертежный лист размерной сетки.

Определение размеров двигателя по высоте и ширине производится по аналогичным размерам на поперечном и продольном разрезах прототипа. Если масштабы этих разрезов тр неизвестны, их

определяют отдельно для поперечного и продольного разрезов, так как они иногда выполняются в различных масштабах, по формуле

где /)ц — диаметр цилиндра проектируемого двигателя; D'n — диаметр цилиндра прототипа двигателя (на чертеже, рисунке или фотографии).

Размещение поперечного разреза двигателя на чертежном листе (см. рис. 3.1) осуществляется в следующем порядке.

Сначала наносят границы габаритных точек двигателя (Н и В) и намечают положение оси коленчатого вала.

Затем проводят ось цилиндра, которая в центральном КШМ должна пересекать ось коленчатого вала.

Из центра коленчатого вала проводится окружность с радиусом кривошипа г. Из точки пересечения окружности с радиусом г и оси цилиндра (при положении поршня в ВМТ) откладывается длина шатуна /ш. Конец отложенного отрезка определяет положение оси поршневого пальца.

Используя статистические данные по поршневой группе, назначают расстояние А, от оси поршневого пальца до днища поршня и намечают линию стыка головки и блока цилиндров. После чего откладывают диаметр цилиндра и проводят две образующие.

Пересечение образующих с линией газового стыка определяет верхнюю границу цилиндра.

Для определения нижней границы цилиндра (гильзы цилиндра) необходимо найти траектории движения крайних точек шатуна и противовесов, увязав их с положением поршня в НМТ.

Для определения границ габаритных точек двигателя по высоте используются следующие выражения (при положениях поршня в ВМТ и в НМТ соответственно для верхней и нижней габаритных точек):

• расстояние от верхней габаритной точки двигателя до оси коленчатого вала

Нв =г+1Ш + АНв\

• расстояние от оси поршневого пальца до верхней габаритной точки двигателя (АНВ), определяемое из соотношения

АНЪ = АЩ

DD' '

•расстояние от нижней габаритной точки двигателя до оси коленчатого вала

Нн = г + АНн\

• расстояние от нижней габаритной точки двигателя до оси шатунной шейки (АД,), определяемое из соотношения

АНп АН'н

где АЩ, D' и АЩ9 г' — соответствующие размеры прототипа. Полная габаритная высота двигателя Н= Нъ + Нн.

Размещение поперечного разреза V-образного двигателя показано на рис. 3.3.

Размещение продольного разреза двигателя выполняется на вертикально расположенном чертежном листе (см. рис. 3.2).

Как и при выполнении поперечного разреза, компоновка продольного разреза двигателя начинается с разметки кривошипношатунного механизма (рис. 3.5). Перед началом разметки предварительно выбирается расстояние между осями цилиндров /м ц.

Для двигателей с жидкостным охлаждением расстояние /мц = Д + 28стг + 6,

где 8СТГ — толщина стенки цилиндра (гильзы); Ь — толщина жидкостного промежутка между цилиндрами.

В случае использования сухих гильз расстояние

L ц = D + 28ст,

где 8СТ — толщина стенки сухой гильзы, 8СТ = 5... 10 мм.

После выбора расстояния /м ц в соответствии с поперечным разрезом наносятся: горизонтальная ось коленчатого вала ОО, линия газового стыка, верхняя и нижняя границы вертикального разреза двигателя, нижняя граница цилиндров, а также определяется высота цилиндра Lv

На рисунках (чертежах) продольный разрез V-образных двигателей изображается, как правило, по оси симметрии и не включает в себя разрез цилиндров.

При компоновке V-образных двигателей рассматривается разрез двигателя не по вертикальной оси, а его разрез по оси цилиндров (заднего от наблюдателя блока) от головки блока до оси коленчатого вала и по вертикальной оси от оси коленчатого вала до нижней границы поддона, т. е. только часть двигателя размещается на плоскости чертежа (см. рис. 3.4). Поэтому при разметке V-образных двигателей от оси коленчатого вала откладывается не габаритная высота двигателя по среднему сечению, а расстояние Нь по оси цилиндров от оси коленчатого вала до головки блока, и намечается, как и в рядных двигателях, верхняя плоскость цилиндров.

Расстояние от крайней левой габаритной точки до оси первого цилиндра определяется на основании пропорций, как и для поперечного разреза двигателя. Аналогично определяется и расстояние от оси

Рис. 3.5. Разметка двигателя на продольном разрезе

чо Ul

последнего цилиндра до крайней правой габаритной точки двигателя. Далее выбирается тип блока цилиндров (с мокрыми или сухими гильзами, без гильз и т.д.).

Принципиально методика компоновки большинства деталей КШМ на продольном разрезе одинаковая для рядных и V-образных двигателей.

На рис. 3.5 приведен пример компоновки цилиндров. На схеме разметки на расстоянии D/2 от оси цилиндра проводятся линии, изображающие его внутреннюю поверхность, от которых откладывается толщина стенок гильзы 8СТ г, после чего очерчивается контур рубашки охлаждения.

В случае использования сухих гильз предварительно намечается контур гильзы, и толщина ее стенки 5СТ размечается от наружной поверхности.

При использовании мокрых гильз одновременно с контуром рубашки охлаждения отрабатываются посадочные элементы и уплотнение гильзы.

Компоновка посадочных поясов начинается с нижнего посадочного пояса, где наносятся выбранные значения ширины канавок нижнего уплотнительного пояса гильзы (а) и его толщины (5^г).

Затем определяются:

• диаметр нижнего уплотнительного пояса — Z>„;

• диаметр верхнего посадочного пояса Dn = D'n + (1 ...2 мм);

• диаметр бурта гильзы D6 = (1,15... 1,30)Z>.

После нанесения контуров гильз двух соседних цилиндров следует оценить значение промежутка Ьт между ними, который должен быть не менее 3 ...4 мм.

3.1.4.Предпосылки к расчету деталей

иузлов двигателя

Каждая деталь и каждый узел двигателя должны рассчитываться на том режиме работы, который является для них наиболее опасным. Поэтому в данном пособии указывается расчетный режим для каждого конкретного случая.

Механические свойства конструкционных материалов и большинства сталей, применяемых в автотракторном двигателестроении, приведены в прил. 3 и 5. Там же указаны ориентировочные соотношения для определения пределов выносливости сталей и чугунов, характеристики которых неизвестны.

Кроме того, в прил. 7 приведены значения коэффициентов аст и ат для сталей с различными значениями пределов прочности.

При определении запасов прочности (прил. 6) необходимо учитывать область диаграммы предельных амплитуд (диаграммы усталостной прочности), в которой располагается расчетная точка.

Расчеты необходимо иллюстрировать эскизами деталей и расчетными схемами. Запись вычислений производить по схеме формула — числовые значения входящих в нее величин—результат—размерность.

Впояснительной записке следует привести схему жидкостного охлаждения, схему смазочной системы, схему сил, нагружающих кривошип, и схему уравновешивания двигателя.

3.2.Конструирование элементов двигателя

3.2.1.Поршневая группа

Всостав поршневой группы входят собственно поршень, поршневой палец с элементами его фиксации, компрессионные и маслосъемные кольца.

При конструировании элементов поршневой группы в расчетнопояснительной записке необходимо обосновать выбор:

•типа поршня (составной или монолитный) и его материала;

•числа, типа и размещения компрессионных и маслосъемных колец;

•типа поршневого пальца (плавающий или защемленный) и способа его фиксации от осевых перемещений.

Поршень. В расчетно-пояснительной записке должны быть представлены:

•сведения о марке и механических характеристиках материала поршня;

•краткие сведения о технологии изготовления поршня;

•эскиз и описание конструкции поршня, а также определение предварительных размеров его основных элементов (рис. 3.6, табл. 3.1);

Рис. 3.6. Пример эскиз^4юршневой группы

•данные о наличии принудительного охлаждения элементов и способе его конструктивной реализации;

•сведения о способе подгонки поршня по массе;

•качественное описание микрогеометрии головки и юбки поршня (их формы по образующей и в плане);

•сведения о конструктивных мероприятиях по стабилизации зазора между юбкой поршня и зеркалом цилиндра в рабочем диапазоне режимов работы двигателя;

•описание комплекса конструкторско-технологических мероприятий по повышению долговечности и износостойкости элементов поршня и уменьшению работы трения в сопряжении поршеньцилиндр.

Предварительные размеры элементов поршня определяются по статистическим данным, приведенным в табл. 3.1.

Для обеспечения благоприятных условий смазывания юбки порш-

Правильность выбора длины юбки поршня оценивается по значению удельного давления, МПа, в сопряжении юбка поршня— зеркало цилиндра, определяемого на режиме номинальной мощности двигателя из выражения

п —Nmax

Чю 7 п '

где Nmax — максимальное значение боковой силы, определяемое при динамическом расчете двигателя, МН; D — диаметр цилиндра, м.

Удельное давление в сопряжении юбка поршня—зеркало цилиндра находится в следующих пределах:

Поршневой палец. В расчетно-пояснительной записке должны быть представлены:

•обоснование выбора типа поршневого пальца;

•марка и механические характеристики материала поршневого пальца;

•эскиз пальца и определение его конструктивных параметров;

•краткие сведения о технологии изготовления пальца;

•описание способа подачи смазочного масла в подвижные сочленения пальца с поршнем и шатуном.

Эскиз поршневого пальца с элементами его фиксации выполняется как фрагмент эскиза поршневой группы (см. рис. 3.6), а конструктивные параметры поршневого пальца определяются на основе статистических данных, приведенных в табл. 3.2.

Оценка работоспособности поршневого пальца при принятых его конструктивных размерах производится:

•для автомобильных двигателей на режиме максимального кру-

тящего момента (Мктах, пм)\

• для дизелей тракторов, дорожно-строительных и сельскохозяй-

Здесь сила, прижимающая палец к бобышкам поршня, МН,

Р = Pz шах^п - >П*.п*пЮ2м О + X) • 10^; сила, прижимающая палец к верхней головке шатуна, МН,

Fn — площадь поршня, м2; mf6n — конструктивная масса поршневой группы без поршневого пальца; т'6 п « 0,7т'п — для двигателей с ис-

Т а б л и ца 3.2