Поршень двигателя маневрового тепловоза

Перечень чертежей:

1. Чертеж стального поршня на формате А2 с габаритными размерами и техническими условиями:

• допуски размеров проверять при температуре 20 град.,
• поршень проверять на герметичность выше маслоотводящих отверстий под давлением воздуха 100 кг/см,
• заусенцы не допускаются. Острые кромки не допускаются, притупление фаской или радиусом max 0,3 мм,
• вес обработанного поршня 25000 г.

Дополнительные материалы: прилагается расчетно-пояснительная записка на 14 страницах. В пояснительной записке рассмотрены расчеты параметров поршня, пальца и поршневых колец двигателя маневрового тепловоза.

Характеристики рассматриваемого поршня:

В рамках расчета кривошипно-шатунного механизма:

• произведен выбор коэффициента кинематического подобия и длины шатуна – коэффициент кинематического подобия принят 0,28, радиус кривошипа – 140 мм,
• установлены формулы зависимости перемещения поршня, скорости его движения (при постоянной частоте вращения коленвала) и ускорения от угла поворота кривошипа, построены графики этих зависимостей.

Поршень является достаточно сложной деталью с точки зрении конструкции и технологии и подбора материала для его изготовления. При его расчете на прочность переменные нагрузки, возникающие в цилиндре от давления во время работы двигателя, не учитывают. Принимаются в расчет только нагрузки от максимального давления газов в цилиндре.

Расчетные элементы поршня:

• днище,
• стенки головки,
• верхняя кольцевая перемычка,
• опорная поверхность.

Исходные данные для расчета поршня:

Требуемая подвижность поршня при различных тепловых нагрузках во время работы двигателя задается посредством выбора оптимальных диаметральных зазоров между поршнем и цилиндром – головки и юбки.

Функции поршневых колец:

• герметизация надпоршневого пространства для достижения максимально возможного использования тепловой энергии топлива,
• отвод избыточной теплоты поршня к стенкам цилиндра.

В рамках расчета поршневых колец с учетом заданных материала колец, модуля упругости и коэффициента линейного расширения найдены значения следующих величин:

• разности зазоров кольца в свободном и рабочем состояниях,
• среднего давления кольца на стенку гильзы цилиндра,
• напряжения изгиба кольца в рабочем состоянии и при надевании кольца на поршень,
• монтажного зазора в прямом замке поршневого кольца в холодном состоянии.

Поршневой палец рассчитывается на переменные нагрузки, которые приводят к напряжению изгиба, сдвига, смятия и овализации. Материал, из которого изготавливают поршневой палец, должен быть высокой прочности и вязкостью. Таким требованиям соответствуют цементированные малоуглеродистые и легированные хромом и никелем стали, имеющие твердую поверхность и вязкую основу.

Приведены исходные данные для расчета поршневого пальца, в рамках которого определены:

• расчетные силы, действующие на поршневой палец – газовая, инерционная, расчетная,
• удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна,
• удельное давление пальца на бобышки,
• напряжение изгиба в среднем сечении пальца,
• касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна,
• наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации,
• напряжение овализации на внешней и на внутренней поверхностях пальца в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

По результатам расчетов сделан вывод об отсутствии превышения напряжений, возникающих от силы давления газов и сил инерции, над допустимыми значениями при заданных параметрах поршня, пальца и поршневых колец.

В программе: Компас 3Dv