Расчет температурного и напряженно-деформированного состояния поршня, Расчет газовой нагрузки на комплект поршневых колец - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания

По заданию на дипломный проект был выполнен расчет температурного и напряженно-деформированного состояния, подтверждающий работоспособность разрабатываемой детали.

Материалы поршней должны обладать достаточной прочностью при повышенных температурах, хорошей теплопроводностью, высокой сопротивляемости износу и коррозии.

Поршень изготовляется из алюминиевого сплава АК-12Д.

Поршень имеет три канавки под поршневые кольца - две под компрессионные, одна - под маслосъемное.

Расчет температурного и напряженно-деформированного состояния поршня проводился методом конечных элементов с помощью программного пакета COSMOS программы GeoStar.

Расчет проводился в осесимметричной постановке в сечении перпендикулярном оси поршневого пальца.

Предварительно были сделаны расчеты:

    1. конвективного теплообмена в камере сгорания; 2. газовой нагрузки на комплект поршневых колец;гидродинамический расчет комплекта поршневых колец.
Расчет газовой нагрузки на комплект поршневых колец

Выбор и обоснование исходных данных:

Расчет газовой нагрузки на комплект поршневых колец производится с помощью программы dzo. exe.

Данные двигателя (5 Ч 8.1/7.7):

Число и расположение цилиндров: 5 рядное;

Диаметр цилиндра/ход поршня: 8.1/7.7;

Эффективная мощность, Ne: 140 кВт;

Режим: n = 6000 об/мин.

В качестве параметров поршневых колец, примем следующие значения:

Кольца № 1, 2, - компрессионные, кольцо № 3 - маслосъемное.

Таблица 9 "Параметры компрессионных колец двигателя"

Компрессионные кольца

№ кольца

Высота

Ширина

Фаска

Танг. усилие

Зазор в замке

Температура

Мм

Мм

Мм

Кг

Мм

ЄC

1

1.5

3.15

0.3

1.4

0.3

210

2

1.75

3.35

0.3

1.4

0.3

200

Таблица 10 "Параметры маслосъемного кольца двигателя"

Высота

Ширина

Размер скребка

Танг. усилие

Зазор в замке

Температура

Мм

Мм

Мм

Кг

Мм

ЄC

3

4.15

0,4

4.8

0.25

170

Заколечные объемы определяем по следующим формулам:

Массы колец определяются исходя из их геометрических размеров:

Масса 1-го компрессионного кольца 12 грамм

Масса 2-го компрессионного кольца 14 грамм

Масса маслосъемного кольца 23 грамма

Серповидный зазор, а также эпюры деформации гильзы задаем нулевыми. Параметры профиля кольца для компрессионных колец определяются следующим образом:

Для маслосъемного кольца параметры профиля следует задавать в следующем порядке:

, где 0,4 - высота скребка.

Зазор "тронк поршня - гильза цилиндра" задаем равным 150 мкм.

Файл ввода данных:

    5 Ч 8.1/7.7 *** Вариант 001*** 3 4 1.500 .300 5.800 .400 1.750 .300 10.525 .400 3.000 .250 15.500 .300 590.1 480.7 379.6 1507.0

.00 .00 .00

2.00 3

.00 .00 .00

Результаты расчета:

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОМПЛЕКТА ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ

5 Ч 8.1/7.7

Двигатель: 8.1 / 7.7

Режим N = 6000 [1/мин]

Число колец: 3

Параметры колец:

Кольцо 1

Профиль.30 .30 1.00 1.00 .30 Танг. усил. 1.4

Масса 12. Tемпература 210. Расст. до кольца 5.8

Кольцо 2

Профиль.30 .30 1.00 1.00 .30 Танг. усил. 1.4

Масса 14. Tемпература 200. Расст. до кольца 10.5

Кольцо 3

Профиль.40 .40 .00 .00 .40 Танг. усил. 4.8

Масса 23. Tемпература 170. Расст. до кольца 15.5

Аппроксимация температуры втулки:

TW(S)= 100.0+( .00)*S+( .0000)*S*S ["С]

Масло типа 5w30

Мощность трения комплекта: 2683.01 [Вт]

По кольцам: 1092.7 701.7 888.7

Кольцо 1 Ср. толщина 17.7 [мкм], F трения.251 [кг],

Alfa 22491. [Вт/м*м*К], Alfa бок. 10223. [Вт/м*м*К]

Кольцо 2 Ср. толщина 19.5 [мкм], F трения.142 [кг],

Alfa 20846. [Вт/м*м*К], Alfa бок. 10890. [Вт/м*м*К]

Кольцо 3 Ср. толщина 24.4 [мкм], F трения.189 [кг],

Alfa 16663. [Вт/м*м*К], Alfa бок. 3212. [Вт/м*м*К]

Толщины масляной пленки на тактах сжатия-расширения, [мкм]

    -180.0 8.9 10.5 14.9 -177.7 8.3 10.5 13.6 -175.2 7.7 10.4 12.0 -172.7 7.0 9.9 10.3 -170.2 6.5 8.9 8.5 -167.7 6.3 7.9 6.8 -165.2 6.5 7.1 5.7 -162.7 7.1 6.7 5.5 -160.2 8.0 6.8 6.1 -157.7 9.3 7.5 7.4 -155.2 10.8 8.6 9.2 -152.7 12.2 10.0 11.2 -150.2 13.6 11.7 13.4 -147.7 14.8 13.4 15.6 -145.2 15.9 12.4 17.7 -142.7 16.4 7.9 19.8

-140.2 16.4 7.8 21.8 -137.7 17.4 9.6 23.7

    -135.2 18.6 11.9 25.4 -132.7 19.5 13.8 27.0 -130.2 20.2 15.6 28.5 -127.7 20.8 16.3 29.8 -125.2 21.4 16.8 31.0 -122.7 22.1 18.4 32.0 -120.2 22.7 19.5 32.9 -117.7 23.4 20.2 33.6 -115.2 24.0 20.8 34.2 -112.6 24.7 21.4 34.6 -110.1 25.4 22.2 35.0 -107.6 26.0 23.3 35.2 -105.1 26.7 24.0 35.2 -102.6 27.3 24.7 35.2 -100.1 27.9 25.4 35.1 -97.6 28.5 26.0 34.9 -95.1 29.1 26.7 34.6 -92.6 29.6 27.3 34.2 -90.1 30.1 27.8 33.7 -87.6 30.6 27.8 33.2 -85.1 31.0 27.4 32.6 -82.6 31.4 26.9 32.0 -80.1 31.8 26.4 31.4 -77.6 32.1 26.0 30.7 -75.1 32.3 25.6 30.0 -72.6 32.3 25.2 29.3 -70.1 32.1 24.9 28.6 -67.6 31.7 24.6 27.9 -65.1 31.1 24.4 27.3 -62.6 30.2 24.2 26.6 -60.1 29.1 24.1 26.0 -57.6 27.8 24.1 25.4 -55.1 26.3 24.1 24.8 -52.6 24.5 24.1 24.3 -50.1 22.5 24.2 23.8 -47.6 20.5 24.3 23.4 -45.1 18.2 24.5 23.0 -42.6 15.8 24.6 22.6 -40.1 13.2 24.6 22.2 -37.6 10.8 24.4 21.8 -35.1 8.8 24.1 21.5 -32.6 7.7 23.7 21.1 -30.1 7.5 23.1 20.7 -27.6 7.8 22.3 20.3 -25.1 8.7 21.4 19.8 -22.6 10.0 20.3 19.2 -20.1 11.4 19.0 18.6 -17.5 12.6 17.6 17.9 -15.0 13.4 16.0 17.1 -12.5 13.7 14.3 16.1 -10.0 13.4 12.4 15.1 -7.5 12.6 10.4 13.9 -5.0 11.1 8.3 12.5 -2.5 9.0 6.2 11.0

.0 6.3 4.4 9.2 2.5 3.8 3.2 7.4

5.0 2.8 3.2 5.7 7.5 3.4 4.2 4.7

10.0 4.7 6.0 4.9 12.5 5.2 8.2 6.0

    15.0 4.5 10.7 7.9 17.5 4.3 11.6 10.2 20.0 4.3 9.9 12.8 22.5 4.3 9.5 15.4 25.0 4.3 9.3 18.1 27.5 4.7 8.1 20.8 30.0 6.0 6.1 23.3 32.5 7.6 7.9 25.8 35.0 9.2 10.9 28.2 37.5 10.6 15.0 30.4 40.0 9.6 18.6 32.5 42.5 6.5 22.8 34.5 45.0 8.0 25.7 36.3 47.5 10.2 28.1 38.0

50.0 11.8 30.4 39.5 52.4 12.3 32.1 40.9

    54.9 12.6 32.5 42.1 57.4 13.1 32.5 43.3 59.9 13.7 32.4 44.3 62.4 14.6 32.1 45.1 64.9 15.6 31.7 45.8 67.4 16.7 31.2 46.4 69.9 18.0 30.5 46.8 72.4 19.2 29.8 47.1 74.9 20.5 29.0 47.3 77.4 21.7 28.0 47.3 79.9 22.9 27.0 47.2 82.4 24.1 26.0 46.9 84.9 25.2 24.8 46.6 87.4 26.2 23.7 46.0

89.9 27.2 22.5 45.4 92.3 27.9 21.3 44.6

    94.8 28.4 20.2 43.6 97.3 28.7 19.1 42.6 99.8 28.7 18.1 41.3 102.3 28.6 17.3 39.9

104.8 28.1 16.6 38.4 107.3 27.5 16.0 36.8

    109.8 26.7 15.7 35.0 112.3 25.6 15.5 33.0 114.8 24.4 15.6 30.9 117.3 23.0 15.8 28.8 119.8 21.4 16.2 26.5 122.3 19.7 16.7 24.1 124.8 17.9 17.3 21.6 127.3 16.0 18.0 19.1 129.8 14.1 18.7 16.7 132.3 12.4 19.4 14.4 134.8 11.2 20.0 12.3 137.3 10.4 20.7 10.7 139.8 10.1 21.2 9.6 142.3 10.3 21.6 9.1 144.8 10.9 21.8 9.3 147.3 11.8 21.8 10.1 149.8 12.9 21.5 11.2 152.3 14.2 21.0 12.5 154.8 15.4 20.3 13.8 157.3 16.6 19.3 15.0 159.8 17.8 18.0 16.2 162.5 18.8 16.5 17.2 165.0 19.7 14.8 17.9 167.5 20.4 12.9 18.4 170.0 20.9 10.8 18.6 172.5 21.3 8.5 18.6 175.0 21.4 6.3 18.2 177.5 21.3 4.4 17.7 180.0 21.3 3.1 17.3

Выброс масла.14165E-07 [кг/ц] ( .20398E+01 [кг/ч] )

Распределение смазочного слоя по огневой поверхности, [мкм]

Si H Si H Si H Si H

91.6 21.3 91.4 20.9 91.2 20.4 90.9 19.7

90.5 18.8 90.1 17.8 89.6 16.6 89.1 15.4

88.5 14.2 87.9 12.9 87.2 11.8 86.5 10.9

    85.7 10.3 84.9 10.1 84.0 10.4 83.0 11.2 82.0 12.5 81.0 14.1 79.9 16.0 78.7 17.9 77.5 19.7 76.3 21.4 75.0 23.0 73.7 24.4 72.3 25.6 70.9 26.7 69.4 27.5 67.9 28.1 66.4 28.6 64.8 28.7 63.2 28.7 61.6 28.4 59.9 27.9 58.3 27.1 56.6 26.2 54.9 25.2 53.2 24.1 51.4 22.9 49.7 21.7 48.0 20.5 46.2 19.2 44.5 17.9 42.8 16.7 41.1 15.6 39.4 14.6 37.8 13.7 36.1 13.1 34.5 12.7 33.0 12.4 31.5 11.8 30.0 9.9 28.6 7.4 27.2 7.0 25.9 10.3 24.7 10.2 23.5 9.0

22.3 7.5 21.3 5.9 20.3 4.7 19.3 4.4

    18.5 4.3 17.8 4.3 17.1 4.3 16.5 4.7 16.0 5.3 15.6 4.4 15.3 3.2 15.0 2.7 14.9 3.9 14.9 6.7 .0 9.2 .0 9.8

Эпюра тепловой нагрузки гильзы цилиндра q [Вт/м^2*K]

N Sx q N Sx q

1 .91 .51986E+05 2 .98 .51986E+05

1.20 .50360E+05 4 1.55 .46136E+05

    5 2.01 .35401E+05 6 2.57 .30177E+05 7 3.21 .16467E+05 8 3.88 .12806E+05 9 4.57 .10284E+05 10 5.26 .85167E+04 11 5.91 .73829E+04 12 6.51 .66054E+04 13 7.06 .63678E+04 14 7.52 .61988E+04 15 7.91 .62227E+04 16 8.22 .67544E+04 17 8.43 .70894E+04 18 8.56 .69624E+04 19 8.61 .68676E+04

END OF DATA

В результате проведенного расчета получили значения распределения толщины масляного слоя под кольцами поршня на номинальном режиме, а так же определили величину коэффициента теплоотдачи по боковой поверхности кольца, которая необходима для расчета теплонапряженного состояния поршня.

Похожие статьи




Расчет температурного и напряженно-деформированного состояния поршня, Расчет газовой нагрузки на комплект поршневых колец - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания

Предыдущая | Следующая