Читайте также: |
|
Расчет поршневой головки шатуна сводится к определению усталостной прочности в сечении I−I от действия силы инерции (без учета запрессованной втулки) при работе двигателя на режиме максимальной частоты вращения холостого хода, напряжения от действия запрессованной втулки и усталостной прочности в сечении А−А (месте перехода головки шатуна в стержень) от действия суммарной силы и запрессованной в поршневую головку втулки. Расчет производится для режима работы двигателя, на котором амплитуда суммарной силы максимальна.
Максимальная сила, нагружающая поршневую головку в сечении I−I,
,
где − масса верхней части поршневой головки (выше сечения I−I).
1 шатун
Максимальное напряжение в сечении I−I
.
Минимальное напряжение в сечении I−I .
Методика определения запасов прочности представлена в разделе «Расчет на прочность с учетом переменной нагрузки».
Допускаемая величина запаса прочности составляет 2,5 5.
Суммарный натяг (мм) от запрессовки в поршневую головку втулки и различия коэффициентов расширения материалов втулки и головки
=Δ+
,
где Δ – натяг посадки бронзовой втулки, мм; = d
– температурный натяг, мм, где d – внутренний диаметр поршневой головки, мм;
=1,8·
1/К – термический коэффициент расширения бронзовой втулки;
=1,0·
1/К – термический коэффициент расширения стальной головки шатуна;
– средняя температура подогрева головки и втулки при работе двигателя.
Удельное давление (МПа) от суммарного натяга на поверхности сопряжения втулки с головкой
где ,
и
− соответственно наружный и внутренний диаметры головки и внутренний диаметр втулки, мм;
− коэффициент Пуассона;
− модуль упругости стального шатуна;
− модуль упругости бронзовой втулки.
Напряжение от суммарного натяга на внешней и внутренней поверхностях поршневой головки определяются по формулам Ляме:
;
.
Значения и
могут достигать 100-150 МПа.
2 шатун
Сечение А−А поршневой головки нагружается переменной суммарной силой и постоянной силой от действия запрессованной втулки. Расчет производится или на номинальном режиме, или на режиме максимального крутящего момента. Суммарная сила, растягивающая поршневую головку, достигает максимального значения при положении поршня в ВМТ в начале такта впуска. Действием газовой силы в этом случае пренебрегают:
где - масса поршневой группы;
- угловая скорость (
(рад/c) при расчете на режиме
и
(рад/c) − на режиме
).
Сравнением значений напряжений, полученных расчетом и экспериментально, было установлено, что радиальное давление от силы должно распределяться по внутренней поверхности головки равномерно (см. схему нагрузки).
В соответствии с расчетной схемой (см. рисунок) принимается, что нижняя часть головки не деформируется, а действие отброшенной правой части головки заменяется силой и изгибающим моментом
:
;
.
где - угол заделки, град;
– средний радиус поршневой головки.
На участке I, находящемся в интервале изменения угла от 0 до
:
;
На участке II, находящемся в интервале изменения угла от
до
:
3 шатун
Для опасного сечения А−А при значения
и
определяют по последним двум формулам, т.е.:
Напряжения (МПа) в сечении А-А головки шатуна без учета запрессованной втулки:
на внешнем волокне
;
на внутреннем волокне
,
где - толщина стенки головки, м;
- длина поршневой головки, м.
Коэффициент, учитывающий совместную деформацию головки и втулки,
,
где и
– соответственно площадь сечения стенок головки и втулки.
Напряжения в сечении А-А головки шатуна с учетом совместной деформации головки и запрессованной втулки:
на внешнем волокне
;
.
Суммарная сила, сжимающая головку, и достигающая максимального значения после ВМТ (10 − угла поворота кривошипа) в начале расширения:
где − максимальное давление сгорание, определяемое по скругленной индикаторной диаграмме;
− сила инерции
4 шатун
массы поршневой группы при значении , соответствующем значению угла кривошипа
.
Пренебрегая смещением максимальной газовой сил относительно ВМТ, получим:
.
Исследование напряжений, вызываемых сжимающей силой позволило установить, что наилучшее совпадение экспериментальных данных с расчетными получается при косинусоидальном (см. расчетную схему) распределении нагрузки на внутреннюю поверхность нижней половины головки
.
Нормальные силы и моменты для любого сечения на участке 1:
;
.
На участке 2:
;
.
В последних двух уравнениях значения угла в отношении
подставляют в радианах. Значения
и
в зависимости от угла
заделки определяют по вспомогательной таблице.
Значения нормальной силы и изгибающего момента
в опасном сечении
) определяются по последним двум формулам.
Напряжения от суммарной сжимающей силы в сечении А−А:
на внешнем волокне
;
5 шатун
на внутреннем волокне
.
Более нагруженным является наружное волокно, для которого
+
+
.
Запас прочности поршневых головок изменяется в пределах 2,5−5.
Дата добавления: 2015-09-04; просмотров: 76 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Расчет шатуна | | | Расчет кривошипной головки |