Расчетно-графическая работа РАСЧЕТ СУДОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

В таблице используются формулы:

Силы, действующие на коренные шейки, являются реакциями опор (Rх, Ry). Проекции сил, действующих на опоры (т.е. подшипники), на оси X, Yравныгде: -угол, отсчитываемый от i-го кривошипа до i+1-го кривошипа по направлению вращения вала; б 4,5= 120 0ХпрYпрпроекции центробежной силы, создаваемой потивовесом. В большинстве случаев кривошипы симметричны относительно опор, т. е. ai/li=ai+1/li+1=½. Последовательность расчета нагрузки на коренной подшипник приведена в табл. 3.

4. Для построения годографа нагрузок шатунной шейки используют данные расчета в табл. 3.

3. Координатные оси Zш и Тш жестко связанны с шатунной шейкой и вращаются вместе с ней. При построении годографа нагрузки на коренной подшипник используем данные расчета в табл. 3.

4. Годограф строится в координатах X, Y.Рис.3 — Схема сил, действующих на коренную шейку i, i+1Таблица 3.300 917,05896,270,896,271012,49 784,28763,50 176,06783,542 024,9520,86 500,08240,39 554,863037,18 305,35284,57 232,83367,684 049,24166,98 146,20197,81 245,975061,0486,5865,80 160,54173,506 072,540,1419,36 131,14132,567 083,5810,48−10,30 106,85107,348 094,25−6,91−27,6988,9293,1 390 104,48−19,34−40,1274,4084,53 100 114,26−27,88−48,6662,4079,13 110 123,59−33,98−54,7652,1875,64 120 132,51−38,58−59,3643,1273,37 130 141,05−41,81−62,5934,3171,38 140 149,26−43,94−64,7226,5769,96 150 157,2−45,34−66,1219,2268,86 160 164,92−46,58−67,3612,4968,51 170 172,51−46,73−67,516,1467,78 180 180,02−46,93−67,710,0067,71 190 187,54−15,61−36,39−2,0536,45 200 195,12−15,30−36,08−4,1036,31 210 202,84−14,34−35,12−6,0835,65 220 210,77−13,10−33,88−7,9234,80 230 218,98−11,47−32,25−9,4133,59 240 227,51−9,15−29,93−10,2231,63 250 236,42−6,64−27,42−10,1929,25 260 245,75−4,08−24,86−9,1326,48 270 255,52−1,78−22,56−6,8623,58 280 265,74−0,28−21,06−3,5821,36 290 276,4−0,03−20,810,2720,81 300 287,48−1,31−22,094,2722,50 310 298,93−3,97−24,757,3725,83 320 310,72−7,81−28,599,2630,5 330 322,78−12,18−32,969,2934,25 340 335,05−16,13−36,917,4437,65 350 347,47−18,94−39,724,2539,94 360 359,95−19,86−40,640,0040,64 370 372,44−18,94−39,72−4,2539,94 380 384,86−16,13−36,91−7,4437,65 390 397,14−12,18−32,96−9,2934,25 400 409,21−7,81−28,59−9,2630,5 410 421,01−3,97−24,75−7,3725,83 420 432,48−1,25−22,03−4,1022,41 430 443,57−0,03−20,81−0,2720,81 440 454,24−0,28−21,063,5821,36 450 464,48−1,78−22,566,8623,58 460 474,26−4,08−24,869,1326,48 470 483,61−6,64−27,4210,1929,25 480 492,53−9,27−30,0510,2231,74 490 501,08−11,47−32,259,4133,59 500 509,3−13,10−33,887,9234,80 510 517,24−14,34−35,126,0835,65 520 524,97−15,30−36,084,1036,31 530 532,55−15,61−36,392,0536,45 540 540,07−16,35−37,130,0037,13 550 547,58−16,26−37,04−2,1437,10 560 555,16−16,17−36,95−4,3337,20 570 562,88−15,56−36,34−6,6036,94 580 570,81−14,80−35,58−8,9536,68 590 579,01−13,72−34,50−11,2636,29 600 587,54−11,98−32,76−13,3935,39 610 596,44−9,96−30,74−15,3034,34 620 605,76−7,60−28,38−17,0233,10 630 615,52−4,87−25,65−18,7131,75 640 625,73−1,63−22,41−20,9330,66 650 636,382,40−18,38−24,4530,59 660 647,459,05−11,73−30,5832,75 670 658,921,760,98−40,3440,35 680 670,6946,3725,59−54,9360,59 690 682,7494,3373,55−71,93 102,88700695,1 177,30156,52−81,83 176,62710707,42 287,67266,89−64,58 274,60720719,91 349,16328,380,328,38Таблица 3.40 120−24,8514,19 600−18,13−6,73−21,7599,61 623,78910130−26,3311,70 610−16,86−7,34−22,1587,75 723,47720140−27,409,22 620−15,46−7,62−22,2075,99 623,00230150−28,126,79 630−14,05−7,63−21,9954,37 022,42540160−28,564,46 640−12,69−7,57−21,6442,83 021,82850170−28,802,20 650−11,28−7,81−21,2591,19 521,29260180−20,830,660−9,40−8,88−16,818−0,88 616,84270190−20,75−1,15 670−5,99−11,32−16,099−3,44 616,46480200−20,51−2,286 801,02−15,48−14,332−7,73 816,28890210−20,06−3,3 969 014,95−20,74−9,964−14,47 717,574100220−19,36−4,3 970 039,34−24,06−0,651−23,40 723,416110230−18,38−5,1 871 070,92−18,5314,298−30,72 533,889120240−17,14−5,63 088,510,0027,459−28,50 839,582130250−15,71−5,5 810 120,4429,3849,701−25,79 455,995140260−14,26−4,902 094,2849,5745,643−9,64 446,651150270−13,00−3,573 063,7458,0036,2883,32 436,440160280−12,21−1,664 029,7949,3420,34 310,60822,943 170 290−12,140,59 509,7740,499,65 913,94116,960 180 300−12,942,8460−1,9633,432,43 915,59915,788 190 310−14,594,6670−9,1828,28−2,82 116,50816,747 200 320−16,905,6880−14,0424,53−7,4 116,90418,311 210 330−19,475,6690−17,6621,61−10,64 716,75419,851 220 340−21,814,54 100−20,5619,08−13,73 616,00621,92 230 350−23,452,53 110−22,9316,64−16,23 214,69821,897 240 360−24,040,1 120−24,8514,19−18,2 012,99422,216 250 370−23,15−2,45 130−26,3311,70−18,89 911,18321,959 260 380−21,54−4,40 140−27,409,22−19,2469,50 821,467270390−19,23−5,46 150−28,126,79−19,0898,20 020,776280400−16,70−5,44 160−28,564,46−18,6867,38 720,093290410−14,45−4,38 170−28,802,20−18,3087,6 419,624300420−12,85−2,53 180−20,830,00−14,9044,77 815,651310430−12,11−0,27 190−20,75−1,15−14,8355,41 915,794320440−12,241,98 200−20,51−2,28−15,1306,1 316,281330450−13,083,88 210−20,06−3,39−15,6896,38 416,938340460−14,395,19 220−19,36−4,39−16,3506,43 117,569350470−15,895,84 230−18,38−5,18−16,9346,14 718,015360480−17,365,86 240−17,14−5,63−17,2925,61 518,180370490−18,635,37 250−15,71−5,58−17,3324,97 918,033380500−19,634,54 260−14,26−4,90−17,0444,41 317,606390510−20,353,50 270−13,00−3,57−16,5034,6 916,997400520−20,812,35 280−12,21−1,66−15,8594,4 616,366410530−21,061,17 290−12,140,59−15,3004,35 315,907420540−21,14−0,1 300−12,942,84−15,0114,90 515,792430550−21,06−1,20 310−14,594,66−15,1155,53 616,097440560−20,80−2,37 320−16,905,68−15,6306,3 316,754450570−20,50−3,58 330−19,475,66−16,5346,16 417,646460580−19,97−4,76 340−21,814,54−17,5435,80 318,478470590−19,18−5,84 350−23,452,53−18,4014,91 919,047480600−18,13−6,73 360−24,040,01−18,8503,61 919,194490610−16,86−7,34 370−23,15−2,45−18,5672,5 718,680500620−15,46−7,62 380−21,54−4,40−17,7760,65 217,788510630−14,05−7,63 390−19,23−5,46−16,437−0,45 516,443520640−12,69−7,57 400−16,70−5,44−14,721−1,15 014,766530650−11,28−7,81 410−14,45−4,38−12,795−1,49 512,882540660−9,40−8,88 420−12,85−2,53−10,667−1,74 010,808550670−5,99−11,32 430−12,11−0,27−8,002−2,2588,3 155 606 801,02−15,48 440−12,241,98−3,899−3,3795,16 057 069 014,95−20,74 450−13,083,883,276−4,9945,97 358 070 039,34−24,6 460−14,395,1915,318−5,73 716,35859071070,92−18,53 470−15,895,8430,686−2,27 730,771600088,510,480−17,365,8638,8887,42 439,59061010120,4429,38 490−18,635,3754,19 622,28458,5 986 202 094,2849,57 500−19,634,5440,46 732,33151,7 976 303 063,7458,510−20,353,5024,60 336,33343,8 796 404 029,7949,34 520−20,812,357,10 631,66932,456 650 509,7740,49 530−21,061,17−3,34 826,83427,4 266 060−1,9633,43 540−21,14−0,01−9,58 822,84924,77 967 070−9,1828,28 550−21,06−1,20−13,50 719,76723,94 168 080−14,0424,53 560−20,80−2,37−16,17 517,34023,71 369 090−17,6621,61 570−20,50−3,58−18,21 615,30223,790 700 100−20,5619,8 580−19,97−4,76−19,78 813,39823,897 710 110−22,9316,64 590−19,18−5,84−20,96 911,51123,921 720 120−24,8514,19 600−18,13−6,73−21,7599,61 623,7893.

5 Проверка работоспособности шатунного подшипника.

1. где: Кср=Кш= 27,4 кНdп, lпдиаметр и длина шатунного подшипника2. Так как, условия не выполняются, то подшипник не выдержит нагрузку.

3.6. Проверка работоспособности коренного подшипника.

1. где: Кср=Кш= 22,2 кНdп, lпдиаметр и длина шатунного подшипника2. Так как, условия выполняются, то подшипник выдержит нагрузку.

4. Расчёт на прочность4.

1 Расчёт шатуна4.

1.1 Расчёт поршневой головки шатуна. Так как d2/d1<1,5, то расчет ведем для тонкостенной головки. В этом случае поршневая головка рассматривается как брус малой кривизны, защемленный в местах перехода головки в стержень (сечение В-В).Принимается, что растягивающая нагрузка от силы инерции Funпоршневого комплекта равномерно распределена по внутренней поверхности головки. Как показывают исследования, наибольшие напряжения в тонкостенных головках возникают в сечении заделки В-В, которое принимается за расчетное. Для этого сечения изгибающий момент и нормальная сила равны:

где — угол заделки (= 100…130)pрадиус кривизны линии центров тяжести сечений. Изгибающий момент Ма и нормальная сила Naв сечении А-А равны: При расчете тонкостенной головки необходимо учитывать совместную деформацию головки и втулки. При этом величина силы, действующей на головку, несколько уменьшается: где Ев, Ег-модули упругости материала втулки и головки;Fв, Fг-площади поперечных сечений втулки и головки. Максимальное напряжение при прямоугольной форме сечения возникает на внешних волокнах и равно:

где: а-длина головки. При определении запаса усталостной прочности необходимо учитывать напряжения в поршневой головке от запрессовки втулки и нагрева. Для этого нужно учесть величину конструктивного натяга, А втулки в головке и натяга t, определяемого различием в расширении материалов втулки и головки:

где: -коэффициенты линейного расширения материалов втулки и головки. Температура нагрева головки принимают t=100. .150 оС. Удельная сила между втулкой и головкой:

где: d-диаметр пальца. Напряжение от запрессовки втулки для внешних волокон головки:

С учетом натяга втулки напряжения в расчетном сечении головки изменяются в пределах от до. Тогда амплитудное и среднее значение цикла напряжений: Коэффициент запаса усталостной прочности:

где— предел выносливости материала при симметричном цикле нагружения (сталь 40Х) Рис. 4 Расчётная схема тонкостенной головки. Так как коэффициент запаса усталостной прочности находится в допустимых пределах, то данная поршневая головка шатуна обладает достаточной прочностью для безотказной работы в течение всего срока эксплуатации.

4.1. 2 Расчёт стержня шатуна.

При неизменном или мало изменяющемся по длине стержня сечении, расчетное выбирают по середине длины шатуна. При резко изменяющемся сечении за расчетное принимается наименьшее — у поршневой головки. Суммарное напряжение от сжатия и продольного изгиба в плоскости качения шатуна определяется по формуле:

где:Fплощадь расчетного сечения;

упругости материала;Jxмомент инерции расчетного сечения относительно оси x-x; kкоэффициент, значение которого для обычно применяемых в шатунах марок сталей находится в пределах k=0,0002. .0,0005.

При продольном изгибе в плоскости, перпендикулярной к плоскости качения, суммарное напряжение сжатия определяется по формуле:

где: Jyмомент инерции сечения относительно оси y-y.В формулах величины и представляют собой деформируемые длины шатуна при разных направлениях изгиба. Входящая в эти же уравнения сжимающая нагрузка Рсж является суммарной силой от действия газовых и инерционных сил: где: mп, mшр-массы поршневого комплекта и шатуна над расчетным сечением. Величина сжимающего напряжения сж, наибольшего из сжхсжу, не должна превышать допускаемых значений: для шатунов из углеродистых сталей [сж ]=100.

140 МПа, из легированных сталей- [осж ]=140.

200 МПа. Напряжение растяжения в шатуне имеет максимальное значение при положении поршня в ВМТ в период газообмена:

Шатун подвергается действию знакопеременной нагрузки. При этом напряжения в расчетном сечении изменяются в пределах от — сж до р. Амплитуда и среднее значение цикла напряжений: Коэффициент запаса усталостной прочности па: Так как в допустимых пределах, то данный стержень шатуна обладает достаточной прочностью для безотказной работы в течение срока экспл-ии.

4.1.

3. Расчет кривошипной головки шатуна.

Для кривошипной головки шатуна характерны сложная геометрическая форма, наличие разъёма, вкладышей и шатунных болтов. По этой причине в ориентировочных расчетах анализу подвергается лишь крышка. При этом она рассматривается как брус малой кривизны, защемленный в сечениях А-А и нагруженный растягивающей инерционной силой Ри, распределенной по косинусоидальному закону. Величина силы Ри определяется по формуле:

где: mкрмасса крышки кривошипной головки. Опасным сечением является среднее сечение крышки Б-Б.Угол в сечении определяется по формуле:

где: F, FBплощади сечения крышки и вкладыша;Wu-момент сопротивления изгибу собственно крышки; J, JBмоменты инерции сечения крышки и вкладыша; Cрасстояние между шатунными болтами. Допускаемые напряжения в крышке =60.80 МПа. При формировании расчетной схемы необходимо упрощение конструкции крышки путем приведения её к некоторому осредненному сечению без существенного изменения конфиг-ии.Рис.5 Расчётная схема кривошипной головки шатуна. Так как условие прочности выполняется, то данная кривошипная головка шатуна обладает достаточной прочностью для безотказной работы в течение всего срока эксплуатации.

4.1.

4. Расчёт шатунных болтов. Предварительная затяжка болтов (в неработающем двигателе) выбирается равной: тогда напряжение в стержне предварительно затянутого болта:

где: — количество шатунных болтовFminплощадь минимального сечения болта. При работе двигателя часть внешней нагрузки воспринимается стержнем болта. Максимальное в цикле напряжение в болте:

где: — коэффициент внешней нагрузки, =0,15. .0,30. Амплитудное и среднее напряжения цикла:

Определение запаса усталостной прочности осуществляется при выборе следующих коэффициентов =4, =0,9, =0,2 по формуле:

Коэффициент запаса усталостной прочности по должен находится в пределах. Материал — легированная сталь 40ХН, ГОСТ 4543–88Рис.6 К расчёту шатунного болта. Так как условие прочности выполняется, то данный шатунный болт обладает достаточной прочностью для безотказной работы в течение всего срока эксплуатации.

5.Расчет прочности коленчатого вала по формулам Регистра. Диаметр dшеек коленвала должен быть не менее определяемого по формуле:

где:D-диаметр цилиндра, S-ход поршня, L-расстояние между серединами шеек, гдепредел прочности материала (сталь 40Х) при растяжении, = 250 кг /мм2-коэффициент Толщина щеки вала должна быть не менее:

Так как оба условия выполняются, то данныйколенвал обладает достаточной прочностью для безотказной работы в течение срока эксплуатации.

Заключение

.

В результате проведенных проверочных расчетов судового дизеля марки выяснили, что этот двигатель является хорошим представителем своего класса высокооборотных двигателей. Онправильно рассчитан и грамотно спроектирован. Хорошо продуманы и проработаны все узлы двигателя и его детали. Детали этого двигателя имеют допустимые запасы усталостной прочности. Поэтому дизели этой марки нашлиширокое применение в качестве приводов генераторов переменного тока и в качестве главныхдвигателей. Список используемой литературы1. Расчет судового двигателя внутреннего сгорания: Методические указания ккурсовому и дипломному проектированию/Сост. Л. В. Станиславский, А. Н. Горбенко.

Керчь:

КМТИ, 1994.-80с.

2. Ваншейдт В. А. Судовые ДВС. -Л.:Судостроение, 1977. -392 с.

3. Дизели: Cправочник /Под ред. В. А. Ваншейдта, Н. Н. Иванченко, Л. К. Коллерова.

Л.:Машиностроение, 1977.-480с.

4. Истомин П. А. Динамика судовых ДВС.-Л.:Судостроение, 1964.-288 с.

5. Чистяков В. К. Динамика поршневых и комбинированных ДВС.-М.:Машиностроение, 1989.-256 с.