Avtomobilnye_dvigateli_Kursovoe_proektirovanie

•обоснование выбора материалов и определение конструктивных параметров элементов подшипника;

•краткое описание технологии изготовления подшипника;

•комплекс конструкторско-технологических мероприятий по обеспечению плотного прилегания вкладышей к постели подшипника;

•способ фиксации вкладышей от проворачивания;

•конструкция и назначение «холодильников» в зоне стыковки вкладышей.

Шатунные подшипники скольжения наиболее распространенной конструкции представляют собой тонкостенные разрезные вкладыши. Их основу составляет изогнутая в полукольцо стальная лента (толщиной 8СТ = 1,3... 1,6 мм в двигателях с искровым зажиганием и толщиной 8СТ = 2,0...3,6 мм в дизелях), на внутреннюю поверхность которой наносится антифрикционный металлический слой.

Тип антифрикционного сплава (с толщиной слоя 8аф), способы его нанесения и фиксации на стальной основе предварительно устанавливаются по значению максимального удельного давления в шатунном подшипнике, МПа:

где Яшштах — максимальное значение силы, нагружающей шатунную шейку, по данным динамического расчета, МН; dm m — диаметр шатунной шейки, м; /п — опорная длина вкладыша.

М 10:1

Рис. 3.13. Пример эскиза шатунного подшипника с тонкостенными вкладышами

Использование марок сплавов определяется значениями ктах:

• при ктях < 15 МПа используется сплав СОС-6-6;

•при 20 > ктах > 15 МПа — сплав АСМ;

•при 28 > ктах > 20 МПа — сплав А0-20 или АМО-1-20;

•при 32 > ктях > 28 МПа — сплав АО-6;

•при ктал > 32 МПа — сплав БрСЗО.

Толщина антифрикционного слоя находится в следующих пределах:

• для ДсИЗ 8аф = 0,2 ...0,4 мм;

• для дизелей 8аф = 0,3...0,7 мм.

У триметаллических вкладышей толщина слоя медно-никелевой подложки 8М_Н = 0,10...0,25.

При использовании в качестве антифрикционного материала сплавов на основе алюминия в качестве технологической подложки применяется алюминиевая фольга толщиной 6М.Н = 0,03 ...0,05 мм.

Рабочая поверхность сталеалюминневых вкладышей с заливкой из свинцовистой бронзы покрывается защитно-приработочным электролитическим слоем из сплава олова со свинцом (индия со свинцом), толщина которого = 0,015...0,040 мм.

Для обеспечения лучшего прилегания к постели на наружную поверхность некоторых конструкций вкладышей наносится электролитический слой меди, толщина которого 8П = 0,025...0,050 мм.

3.2.3.Коленчатый вал

Врасчетно-пояснительной записке необходимо представить:

•обоснование выбора компоновочной схемы коленчатого вала с определением порядка работы цилиндров и углов чередования рабочих ходов проектируемого двигателя;

•обоснование выбора и описание системы противовесов, размещаемых на коленчатом валу с расчетом их статических моментов;

•обоснование выбора материала вала и его механические характеристики;

•краткие сведения о технологии изготовления коленчатого вала;

•определение на основании статистических данных, приведенных

втабл. 3.4, конструктивных размеров элементов кривошипа;

•эскиз кривошипа (рис. 3.14) и описание конструкции коленчатого вала.

При описании конструкции коленчатого вала необходимо рассмотреть следующие вопросы:

•необходимый комплекс конструкторско-технологических мероприятий по упрочнению коленчатого вала;

•особенности размещения и конструкцию элементов фиксации вала от осевых смещений;

•систему и конструкцию уплотнения носка и хвостовика коленчатого вала.

* В знаменателе приведены длины крайних коренных шеек.

Рис. 3.14. Пример эскиза кривошипа

При выборе размеров элементов вала необходимо иметь в виду, что размеры /к ш, /ш ш, йщ нельзя назначать произвольно, их необходимо увязывать с принятым при компоновке блок-картера межцилиндровым расстоянием /, т. е. принятые размеры элементов кривошипа должны удовлетворять условию / = /к ш + 2йщ + /ш ш при сохранении их (элементов) работоспособности.

Оценка работоспособности коленчатого вала производится по запасам прочности его основных элементов — коренных и шатунных шеек и щек — от действия повторно-переменных силовых факторов, нагружающих эти элементы при работе двигателя на режиме номи-

нальной мощности: при А^ном и яном.

Работоспособность коренных шеек оценивается по значению коэффициента запаса прочности пх от их повторно-переменного кручения.

Экстремальные значения крутящего момента, нагружающего коренные шейки (MK U1 тах и Мк ш min, Н • м), определяются из графиков набегающих моментов [Мк ш/ =/(ср)]^, где N— число коренных шеек на коленчатом валу, построенных при выполнении динамического расчета двигателя.

Расчет коэффициента пх выполняется для наиболее нагруженной шейки, т.е. для которой амплитуда скручивающего момента им^ет наибольшее значение:

^ к . ш max -^K.UI min j А Л / ,max

Максимальное и минимальное напряжения рассчитываются по следующим формулам, МПа:

Здесь момент сопротивления коренной шейки кручению, м3,

где 8К ш — диаметр полости шейки (при ее наличии), м.

При расчете коэффициента запаса прочности пх совокупный

фактор концентрации напряжений — в расчетном сечении при- е' е"

у у

нимается равным 2,5.

Характерные для коренных шеек автотракторных двигателей запасы прочности находятся в пределах значений 3... 5.

Работоспособность шатунной шейки оценивается по суммарному коэффициенту запаса прочности для определения которого рассчитываются аналогичные коэффициенты запаса только от ее повторно-переменного кручения пх и изгиба па.

Методика расчета коэффициента пх шатунных шеек идентична методике определения аналогичного параметра коренных шеек.

Для определения наиболее нагруженной шатунной шейки и экстремальных значений крутящего момента (Мш ш тах и Мш Ш1ШП, Н • м) используются полученные при динамическом расчете двигателя графики моментов, набегающих на шатунные шейки [Л/шш/ =Лф)1лг> гДе N' — число шатунных шеек на коленчатом валу.

где 5Ш Ш — диаметр полости шейки, и; X — коэффициент, учитывающий влияние на момент сопротивления кручению относительного экс-

Р = о ,1

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 §

Рис. 3.15. Зависимость коэффициента X от относительного эксцентриситета £ полости в шатунной шейке при различных значениях р = Ъ/d

Коэффициент пх далее рассчитывается с учетом того, что совокупный фактор концентрации напряжений — 2 , 5 .

Запас прочности шатунной шейки на изгиб определяется по части результирующего изгибающего момента, создаваемого силами К, Кг и Т, находящимися в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, который действует в плоскости маслоподводящеш канала.

С достаточной точностью этот изгибающий момент можно определить с помощью полярной диаграммы нагрузок на шейку.

Для линейного двигателя в этом случае необходимо найти новый полюс диаграммы Ом (рис. 3.16), отстоящий от полюса Os сил S на расстояние, мм, соответствующее значению силы В:

OsOM=B = Кгш + Кгшш + 4у (Кгщ - %Кпр) Ю-6—

Шх

где гпР — масштаб сил диаграммы, МПа/мм (см. динамический рас-

чет); а = 0,5(/к ш + Ащ), м; / = /КЛ11 + 2йщ + /ШЛ11, м; со = соном, с1. Центробежные силы инерции соответственно части массы шату-

на, приведенной к кривошипной головке, шатунной шейки, щеки и противовеса, запишем в следующем виде, Н:

Кгш =m^ KFnr(o2; Кгш ш = пгшшг(о2; Krui=0,5(m^Fn -Щп^Усо2; Кпр = Мст прсо2,

где т'к — конструктивная масса кривошипа, кг/м2; тш ш — масса шатуннои шеики, т ш ш = /7id2^iшт. ш 1ш.ш - Кол\ Р> кг; Коп — Объем полости

в шейке, м3; р — плотность материала коленчатого вала, кг/м3; ^ст.пр — статический момент противовеса (по данным динамического расчета), кг • м.

Значение коэффициента дополнительной динамической нагрузки % принимается следующим образом: 0 — если противовесы на расчетном кривошипе отсутствуют; 0,5 — если на кривошипе имеется один противовес; 1 — если на кривошипе два противовеса.

Через полюс О^под углом ср', который определяется из диаграммы износа, проводится ось маслоподводящего канала.

После этого проводятся две линии, касательные к полярной диаграмме и перпендикулярные к оси маслоподводящего канала.

+ К\ 12'

Рис. 3.16. Полярная диаграмма для расчета шатунной шейки линейного двигателя на изгиб

Эти значения используются далее для расчета максимального отах = = Мр'тах/^гш.ш и минимального omin = M^,mJWaulm изгибных напряжений, МПа, в шатунной шейке.

Момент сопротивления шатунной шейки изгибу, м3,

Для V-образного двигателя, на шатунную шейку которого опираются шатуны двух одноименных цилиндров правого и левого рядов,

запас прочности определяется по аналогичной методике, только экстремальные моменты Л/ф,тах и Л/ф,min в этом случае находят по совокупной полярной диаграмме нагрузки на шейку от обоих сочлененных с ней цилиндров (рис. 3.17).

Для построения такой диаграммы (см. динамический расчет) используется полярная диаграмма одного цилиндра. В каждой ее точке, соответствующей фазе рабочего цикла при угле поворота кривошипа ф, осуществляется геометрическое суммированйЪ^к-

торов Лш.ш(ф) и ЯШЛ11((р+в/), где 6, = 720° - 0/п_/л; 0/п_/л — угол поворота

-Kk

Рис. 3.17. Полярная диаграмма для расчета шатунной шейки V-образного двигателя на изгиб

При этом значения Кт2Х и К^ для линейных двигателей берут из диаграммы АГ=.Дф), приведенной в динамическом расчете (см. рис. 2.1), а для V-образных двигателей — из полярной диаграммы нагрузки на шатунную шейку, показанной на рис. 3.17.

Затем, выбрав значение совокупного фактора концентрации на-

пряжений —— по данным табл. 3.5, рассчитывают запас прочности

сосо

щеки по нормальным напряжениям па.

Для определения запаса прочности по касательным напряжениям пх следует вычислить экстремальные значения моментов, скручивающих щеку, МН • м:

М1 Г ± кр max = Ттах~ д- 1МГ ± кр min• = TminЛ a

Здесь момент сопротивления щеки кручению рассчитывается по формуле, м3,

а значения Ттах и Tmin определяются аналогично значениям Ктгх

И -^min*

Запас прочности щеки по касательным напряжениям пх. рассчитывается с учетом того, что совокупный фактор концентрации на-

пряжений —— ~ 2. е'е"с х с х

Затем определяется суммарный запас прочности щеки nz. Запас прочности щек современных автотракторных двигателей находится в пределах значений 1,5... 3,0.