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 0ХпрYпр- проекции центробежной силы, создаваемой потивовесом.В большинстве случаев кривошипы симметричны относительно опор, т.е. ai/li=ai+1/li+1=1/2. 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 3.300917,05896,270,00896,271012,49784,28763,50176,06783,542024,9520,86500,08240,39554,863037,18305,35284,57232,83367,684049,24166,98146,20197,81245,975061,0486,5865,80160,54173,506072,540,1419,36131,14132,567083,5810,48-10,30106,85107,348094,25-6,91-27,6988,9293,1390104,48-19,34-40,1274,4084,53100114,26-27,88-48,6662,4079,13110123,59-33,98-54,7652,1875,64120132,51-38,58-59,3643,1273,37130141,05-41,81-62,5934,3171,38140149,26-43,94-64,7226,5769,96150157,2-45,34-66,1219,2268,86160164,92-46,58-67,3612,4968,51170172,51-46,73-67,516,1467,78180180,02-46,93-67,710,0067,71190187,54-15,61-36,39-2,0536,45200195,12-15,30-36,08-4,1036,31210202,84-14,34-35,12-6,0835,65220210,77-13,10-33,88-7,9234,80230218,98-11,47-32,25-9,4133,59240227,51-9,15-29,93-10,2231,63250236,42-6,64-27,42-10,1929,25260245,75-4,08-24,86-9,1326,48270255,52-1,78-22,56-6,8623,58280265,74-0,28-21,06-3,5821,36290276,4-0,03-20,810,2720,81300287,48-1,31-22,094,2722,50310298,93-3,97-24,757,3725,83320310,72-7,81-28,599,2630,05330322,78-12,18-32,969,2934,25340335,05-16,13-36,917,4437,65350347,47-18,94-39,724,2539,94360359,95-19,86-40,640,0040,64370372,44-18,94-39,72-4,2539,94380384,86-16,13-36,91-7,4437,65390397,14-12,18-32,96-9,2934,25400409,21-7,81-28,59-9,2630,05410421,01-3,97-24,75-7,3725,83420432,48-1,25-22,03-4,1022,41430443,57-0,03-20,81-0,2720,81440454,24-0,28-21,063,5821,36450464,48-1,78-22,566,8623,58460474,26-4,08-24,869,1326,48470483,61-6,64-27,4210,1929,25480492,53-9,27-30,0510,2231,74490501,08-11,47-32,259,4133,59500509,3-13,10-33,887,9234,80510517,24-14,34-35,126,0835,65520524,97-15,30-36,084,1036,31530532,55-15,61-36,392,0536,45540540,07-16,35-37,130,0037,13550547,58-16,26-37,04-2,1437,10560555,16-16,17-36,95-4,3337,20570562,88-15,56-36,34-6,6036,94580570,81-14,80-35,58-8,9536,68590579,01-13,72-34,50-11,2636,29600587,54-11,98-32,76-13,3935,39610596,44-9,96-30,74-15,3034,34620605,76-7,60-28,38-17,0233,10630615,52-4,87-25,65-18,7131,75640625,73-1,63-22,41-20,9330,66650636,382,40-18,38-24,4530,59660647,459,05-11,73-30,5832,75670658,921,760,98-40,3440,35680670,6946,3725,59-54,9360,59690682,7494,3373,55-71,93102,88700695,01177,30156,52-81,83176,62710707,42287,67266,89-64,58274,60720719,91349,16328,380,00328,38Таблица 3.40120-24,8514,19600-18,13-6,73-21,7599,61623,78910130-26,3311,70610-16,86-7,34-22,1587,75723,47720140-27,409,22620-15,46-7,62-22,2075,99623,00230150-28,126,79630-14,05-7,63-21,9954,37022,42540160-28,564,46640-12,69-7,57-21,6442,83021,82850170-28,802,20650-11,28-7,81-21,2591,19521,29260180-20,830,00660-9,40-8,88-16,818-0,88616,84270190-20,75-1,15670-5,99-11,32-16,099-3,44616,46480200-20,51-2,286801,02-15,48-14,332-7,73816,28890210-20,06-3,3969014,95-20,74-9,964-14,47717,574100220-19,36-4,3970039,34-24,06-0,651-23,40723,416110230-18,38-5,1871070,92-18,5314,298-30,72533,889120240-17,14-5,63088,510,0027,459-28,50839,582130250-15,71-5,5810120,4429,3849,701-25,79455,995140260-14,26-4,902094,2849,5745,643-9,64446,651150270-13,00-3,573063,7458,0036,2883,32436,440160280-12,21-1,664029,7949,3420,34310,60822,943170290-12,140,59509,7740,499,65913,94116,960180300-12,942,8460-1,9633,432,43915,59915,788190310-14,594,6670-9,1828,28-2,82116,50816,747200320-16,905,6880-14,0424,53-7,04116,90418,311210330-19,475,6690-17,6621,61-10,64716,75419,851220340-21,814,54100-20,5619,08-13,73616,00621,092230350-23,452,53110-22,9316,64-16,23214,69821,897240360-24,040,01120-24,8514,19-18,02012,99422,216250370-23,15-2,45130-26,3311,70-18,89911,18321,959260380-21,54-4,40140-27,409,22-19,2469,50821,467270390-19,23-5,46150-28,126,79-19,0898,20020,776280400-16,70-5,44160-28,564,46-18,6867,38720,093290410-14,45-4,38170-28,802,20-18,3087,06419,624300420-12,85-2,53180-20,830,00-14,9044,77815,651310430-12,11-0,27190-20,75-1,15-14,8355,41915,794320440-12,241,98200-20,51-2,28-15,1306,01316,281330450-13,083,88210-20,06-3,39-15,6896,38416,938340460-14,395,19220-19,36-4,39-16,3506,43117,569350470-15,895,84230-18,38-5,18-16,9346,14718,015360480-17,365,86240-17,14-5,63-17,2925,61518,180370490-18,635,37250-15,71-5,58-17,3324,97918,033380500-19,634,54260-14,26-4,90-17,0444,41317,606390510-20,353,50270-13,00-3,57-16,5034,06916,997400520-20,812,35280-12,21-1,66-15,8594,04616,366410530-21,061,17290-12,140,59-15,3004,35315,907420540-21,14-0,01300-12,942,84-15,0114,90515,792430550-21,06-1,20310-14,594,66-15,1155,53616,097440560-20,80-2,37320-16,905,68-15,6306,03316,754450570-20,50-3,58330-19,475,66-16,5346,16417,646460580-19,97-4,76340-21,814,54-17,5435,80318,478470590-19,18-5,84350-23,452,53-18,4014,91919,047480600-18,13-6,73360-24,040,01-18,8503,61919,194490610-16,86-7,34370-23,15-2,45-18,5672,05718,680500620-15,46-7,62380-21,54-4,40-17,7760,65217,788510630-14,05-7,63390-19,23-5,46-16,437-0,45516,443520640-12,69-7,57400-16,70-5,44-14,721-1,15014,766530650-11,28-7,81410-14,45-4,38-12,795-1,49512,882540660-9,40-8,88420-12,85-2,53-10,667-1,74010,808550670-5,99-11,32430-12,11-0,27-8,002-2,2588,3155606801,02-15,48440-12,241,98-3,899-3,3795,16057069014,95-20,74450-13,083,883,276-4,9945,97358070039,34-24,06460-14,395,1915,318-5,73716,35859071070,92-18,53470-15,895,8430,686-2,27730,771600088,510,00480-17,365,8638,8887,42439,59061010120,4429,38490-18,635,3754,19622,28458,5986202094,2849,57500-19,634,5440,46732,33151,7976303063,7458,00510-20,353,5024,60336,33343,8796404029,7949,34520-20,812,357,10631,66932,456650509,7740,49530-21,061,17-3,34826,83427,04266060-1,9633,43540-21,14-0,01-9,58822,84924,77967070-9,1828,28550-21,06-1,20-13,50719,76723,94168080-14,0424,53560-20,80-2,37-16,17517,34023,71369090-17,6621,61570-20,50-3,58-18,21615,30223,790700100-20,5619,08580-19,97-4,76-19,78813,39823,897710110-22,9316,64590-19,18-5,84-20,96911,51123,921720120-24,8514,19600-18,13-6,73-21,7599,61623,7893.5 Проверка работоспособности шатунного подшипника.1. где:Кср=Кш= 27,4 кНdп, lп -диаметр 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, lп -диаметр 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)p- радиус 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 шатунаПри 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:F- площадь расчетного сечения; - предел упругости материала;Jx- момент инерции расчетного сечения относительно оси x-x; k- коэффициент, 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: Jy- момент 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 шатунаДля 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: mкр- масса крышки кривошипной головки.Опасным сечением является среднее сечение крышки Б-Б.Угол в сечении определяется по формуле:где: F, FB- площади сечения крышки и вкладыша;Wu-момент сопротивления изгибу собственно крышки; J,JB- моменты инерции сечения крышки и вкладыша ; C- расстояние 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 болтовFmin- площадь 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,где -предел прочности материала(сталь 40Х) при растяжении, = 250кг /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.ЗаключениеВ 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.