Построение диаграммы фаз газораспределения
Диаграмму фаз газораспределения принято изображать в виде круговой диаграммы (рис. 19). Для построения диаграммы фаз газораспределения вычерчивают окружность произвольного радиуса R0 из центра 0. Пересечение вертикальной оси и окружности соответствует положению верхней и нижней мертвых точек (см. рис. 19). Начало отсчета угла поворота коленчатого вала φ (нулевая точка) совпадает с положение ВМТ. Положительное направление отчета выбирается по часовой стрелке. На круговой диаграмме указываются углы, соответствующие опережению открытия впускного и выпускного клапанов, первый от ВМТ влево, второй от НМТ вправо (отрицательное направление отсчета угла φ). Затем отмечаются углы, соответствующие закрытию впускного и выпускного клапанов, первый от НМТ влево, второй от ВМТ вправо (положительное направление отсчета угла положительном направлении отчета угла φ). Для визуального выделения фазы открытого состояния впускного клапана из центра 0 проводят дугу радиусом R1 (R1 > R0) , начало и конец дуги совмещают с углами начала открытия и закрытия клапана (см. рис. 19). Аналогичную процедуру проделывают и для выпускного клапана, проводя из центра 0 дугу радиусом R2 < R0.
Для выделения фаз газораспределения на индикаторной диаграмме под ней строят вспомогательную полуокружность радиусом R = S/2 (рис. 20), где S -ход поршня. Далее из центра полуокружности (точка 0) в сторону НМТ откладывается поправка Брикса, равную rλ/2 (точка 0'). Из точки 0' проводят лучи под углами к оси абсцисс, соответствующими опережению открытия и запаздыванию закрытия впускного и выпускного клапанов. Направление лучей определяется линиями их отсчета- ВМТ и НМТ.
Из точек пересечения лучей с полуокружностью проводят вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторной диаграммы, характеризующими рассматриваемые такты работы двигателя. Точки открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов затем переносятся и на развернутую индикаторную диаграмму
Определение основных размеров поршневой, шатунной групп и газораспределительного механизма
В графической части курсового проекта студент проектирует поршневую, шатунную группы, газораспределительный механизм и поперечный разрез двигателя. При выборе геометрических параметров деталей вышеперечисленных групп и механизмов необходимо воспользоваться рекомендациями, приведенными ниже.
Поршневая группа
Поршневая группа включает в себя поршень, поршневые кольца (уплотнительные и маслосъемные), поршневой палец и элементы, ограничивающие его осевые перемещения.
Поршень. Наиболеенапряженным элементом поршневой группы является поршень.Поршеньвоспринимает давление газов, развивающееся в цилиндре при реализации в нем рабочего цикла, и через палец передает усилие на шатун.
Основными тенденциями совершенствования поршней современных двигателей является снижение их массогабаритных параметров, повышение прочности и износостойкости и снижение коэффициента линейного расширения.
Поршни автотракторных двигателей изготавливаются в основном из алюминиевых сплавов ми реже из чугуна.
 |
Основные конструктивные соотношения размеров элементов поршня (рис. 21) приведены в табл. 4.
Рис. 21. Поршневая группа (основные размеры)
Таблица 4
Основные конструктивные соотношения размеров элементов поршневой группы
| Наименование элементов поршня | Бензиновые двигатели | Дизели |
| Толщина днища поршня, δ/D | 0,05…0,09 | 0,12…0,20 |
| Высота поршня, H/D | 0,08…1,20 | 1,00…1,50 |
| Высота огневого (жарового) пояса, e/D | 0,06…0,09 | 0,11…0,20 |
| Толщина первой кольцевой перемычки, hп/D | 0,03…0,05 | 0,04…0,06 |
| Высота верхней части поршня, h1/D | 0,45…0,75 | 0,60…1,00 |
| Высота юбки поршня, hю/D | 0,60…0,75 | 0,60…0,70 |
| Внутренний диаметр поршня, di | di=D-2(S+t)+Δt | |
| Толщина стенки головки поршня, S/D | 0,05…0,10 | 0,05…0,10 |
| Толщина стенки юбки поршня, δ ю, мм | 1,50…4,50 | 2,00…5,00 |
| Радиальная толщина кольца, t/D: | ||
| компрессионного | 0,035…0,045 | 0,040…0,045 |
| маслосъемного | 0,030…0,043 | 0,038…0,043 |
| Радиальный зазор кольца в канавке поршня, Δt, мм | ||
| компрессионного | 0,70…0,95 | 0,70…0,95 |
| маслосъемного | 0,90…1,10 | 0,90…1,10 |
| Высота кольца, а, мм | 1,50…4,00 | 3,00…5,00 |
| Разность между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состоянии, A0/t | 2,5…4,0 | 3,2…4,0 |
| Число масляных отверстий в поршне, пм | 6…12 | 6…12 |
| Диаметр масляного канала, dм | 0,3…0,5 | 0,3…0,5 |
| Диаметр бобышки, dб/D | 0,3…0,5 | 0,3…0,5 |
| Расстояние между торцами бобышек, b/D | 0,3…0,5 | 0,3…0,5 |
| Наружный диаметр поршневого пальца, dп/D | 0,22…0,28 | 0,30…0,38 |
| Внутренний диаметр поршневого пальца, dв/dп | 0,65…0,75 | 0,50…0,70 |
| Длина пальца, lп/D: | ||
| закрепленного | 0,85…0,90 | 0,85…0,90 |
| плавающего | 0,78…0,88 | 0,80…0,85 |
| Длина головки шатуна, lп.г/D: | ||
| при закрепленном пальце | 0,28…0,32 | 0,28…0,32 |
| при плавающем пальце | 0,33…0,45 | 0,33…0,45 |
Поршневые кольца. Поршневые кольца выполняют три основные функции:
· герметизацию надпоршневого пространства в целях максимального использования тепловой энергии топлива;
· отвода теплоты от поршня в стенки цилиндра;
· рационально распределяют масляный слой по поверхности цилиндра и ограничивают попадание масла в камеру сгорания.
Выполнение этих функций в современных двигателях обеспечивается комплектом колец. Как правило, комплект включает в себя три кольца: два компрессионных (рис. 22) и одно маслосъемное (рис. 23).
Наиболее нагруженным в тепловом отношении является первое (верхнее) компрессионное кольцо, температура которого достигает 200…250 ºС. Оно изготавливается из легированного высокопрочного чугуна или из высокоуглеродистой стали.
Рис.22. Конструкция компрессионных колец:
а — прямоугольного профиля; б — с конической рабочей поверхностью; в — с бочкообразной рабочей поверхностью; г, д — прямоугольного профиля с прямоугольной или скошенной внутренней выточкой; е, ж — с поперечным сечением в виде симметричной и несимметричной трапеции; з — скребковые; к — витые стальные; х — с обратным торсионом
Второе компрессионное кольцо кроме функции герметизации выполняет дополнительно выполняет и функцию маслосъема. Оно работает в более «мягких» условиях по давлению, температуре, чем первое компрессионное кольцо.
Третье кольцо – маслосъемное, оно обеспечивает съем масла со стенок цилиндра и сброс его через отверстия в поршне в картер.
Рис.23. Конструкции маслосъемных колец:
а — коробчатого типа без расширителя; б — коробчатого типа с витым пружинным расширителем; в — два скребковых кольца; г — коробчатого типа с радиальным расширителем; д — с радиальным и осевым расширителем; е — с тангенциальным расширителем
Основными конструктивными параметрами поршневых колец являются: отношение диаметра цилиндра к радиальной толщине кольца D/t; отношение разности между величинами зазоров замка кольца в свободном и рабочем состояниях к толщине кольца A0/t; высота кольца а.
Поршневой палец.При работе палец подвергается воздействию переменных нагрузок, приводящих к возникновению напряжений изгиба, сдвига и смятия. Он изготавливается из малоуглеродистых или легированных сталей, подвергаемых цементации и закалке. Основные типы поршневых пальцев представлены на рис. 24
Рис. 24. Конструкция поршневых пальцев:
а — трубчатый; б — г — равнопрочный с конической внутренней поверхностью
Шатунная группа
Конструкция шатунов, применяемых в автомобильных двигателях разнообразна и зависит в основном от типа двигателя и расположения цилиндров. При работе двигателя шатун подвергается воздействию знакопеременных сил – газовых и инерционных и при минимальном весе должен обладать необходимыми прочностными характеристиками. Поэтому шатуны изготавливаются из марганцовистых, хромистых сталей с содержанием углерода 0,30…0,45%.
Основными элементами шатунной группы (рис. 25) являются поршневая и кривошипная головки, стержень шатуна и шатунные болты. Их основные конструктивные параметры приведены в табл. 5, 6, 7.
Рис. 25. Шатунная группа
Таблица 5
Основные конструктивные размеры поршневой головки
| Величина | Бензиновые двигатели | Дизели |
| Внутренний диаметр поршневой головки d: без втулки | d≈dп | d≈dп |
| с втулкой | (1,10…1,25)dп | (1,10…1,25)dп |
| Наружный диаметр головки dг | (1,25…1,65)dп | (1,3…1,7)dп. |
| Длина поршневой головки шатуна dп.г: | ||
| с закрепленным пальцем | (0,28…0,32)D | (0,28…0,32)D |
| с плавающим пальцем | (0,33…0,45)D | (0,33…0,45)D |
| Минимальная радиальная толщина стенки головки hг | (0,16…0,27)dп | (0,16…0,27)dп |
| Радиальная толщина стенки втулки sв | (0,055…0,085)dп | (0,070…0,085)dп |
Таблица 6
Основные конструктивные размеры шатунной головки
| Размеры кривошипной головки | Пределы изменения |
| Диаметр шатунной шейки dш.ш | (0,56…0,75) D |
| Толщина стенки вкладыша tB: тонкостенного толстостенного | (0,03…0,05)dш.ш 0,1dш.ш |
| Расстояние между шатунными болтами Сб | (1,30…1,75)dш.ш |
| Длина кривошипной головки lк | (0,45…0,95)dш.ш |
Основными конструктивными параметрами стержня шатуна кроме его длины lш=r/λ являются размеры среднего сечения (см. рис. 25). Значение этих параметров приведено в табл. 7
Таблица 7
Основные конструктивные параметры стержня шатуна
| Размеры сечения шатуна | Бензиновые двигатели | Дизели |
| hш min | (0,50…0,55)dг | (0,50…0,55)dг |
| hш | (l,2…1,4)hш min | (l,2…1,4)hш min |
| bш | (0,50…0,60)lп.г | (0,55…0,75) lп.г |
| aш ≈ tш | (2,5…4,0) | (4,0…7,5) |
Шатунные болты.В четырехтактных двигателях болты, стягивающие половинке кривошипной головки шатуна, подвергаются растяжению от действия сил инерции поступательно движущихся масс поршня и шатуна и вращающихся масс, расположённых над плоскостью разъема кривошипной головки и сил предварительной затяжки.
Шатунные болты должны обладать высокой механической прочностью и надежностью. Их изготовляют из стали 35Х, 40Х, 35ХМА, 37ХНЗА. При больших напряжениях затяжки, болты изготовляют из легированной стали (18ХНВА, 20ХНЗА, 40ХН, 40ХНМА), которая обладает более высокими пределами текучести.