Расчет авиационного звездообразного поршневого двигателя с воздушным охлаждением (прототип АИ-14)
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
p>
где DП и dП - соответственно наружный и внутренний диаметр расчетного сечения пальца.
Среднее напряжение рассматриваемого цикла (в данном случае) равно нулю, а амплитуда цикла
Запас прочности пальца на изгиб определяется по формуле
.
Величина s-1 = 400 - 450 Мпа. Для цементированных или азотированных шлифованных и полированных пальцев коэффициент фактора размерности ex для вала диаметром до 40 мм равен 0,9, а можно принять равным 1.
Запас прочности лежит в пределах 1,0 - 2,2, следовательно, полученное значение n?-1 = 1,5 удовлетворяет нормам прочности.
.3 Расчет на предельно допустимую деформацию (овализацию)
Под действием силы Рс палец овализируется, как показано на рисунке 4.2. Овализация достигает наибольшей величины в середине пальца. В направлении действия Рс диаметр пальца уменьшается, в противоположном направлении - увеличивается. При овализации пальца на его внутренней и внешней поверхностях возникают напряжения, характер которых определяется изменением кривизны пальца. По наружной поверхности пальца, например, в точках 1 и 3, возникают напряжения растяжения, а в точках 2 и 4 - сжатия. По внутренней поверхности пальца в точках 1 и 3 возникает напряжение сжатия, а в точках 2 и 4 - растяжения.
Рисунок 4.2 Рисунок 4.3
Наибольшие напряжения при овализации возникают в точках 2и 4 :
,
где LП = 0,09м - общая длина пальца;
? = f(?), где a = . Тогда ? =f(?)1,5.
Значения коэффициентов x в зависимости от a даны на рисунке 4.3.
.
Величина sOB поршневых пальцев мощных двигателей лежит в пределах 110-300 МПа.
Степень овализации поршневого пальца задается обычно как увеличение внешнего диаметра в направлении, перпендикулярном приложению нагрузки. Это увеличение диаметра ?dn может быть определено по формуле, предложенной Р.С. Кинасошвили:
,
где Е = 2,11011 МПа - модуль упругости первого рода;
.
При проектировании двигателя целесообразно размеры пальца подбирать таким образом, чтобы Ddn не превышало 0,05мм.
.4 Расчет на удельное давление его трущихся поверхностях
Величина удельной нагрузки во втулке верхней головки шатуна:
.
Для бронзовых втулок kвт допускается 40 -85 МПа.
Удельное давление пальца на бобышки поршня вычисляется аналогично, но вместо длины втулки шатуна берется длина двух бобышек 2b:
.
Для алюминиевых поршней kb допускается до 40 -50 МПа.
5 РАСЧЕТ ШАТУНА
Шатун связывает вращающийся коленчатый вал и движущийся возвратно-поступательно поршень. При этом шатун воспринимает и передает на коленчатый вал все усилия, возникающие при движении поршня, и сам работает попеременного на сжатие, то на растяжение. Максимальная сжимающая сила обычно появляется в момент наибольшего давления газов в цилиндре, а максимальная растягивающая - при положении поршня в ВМТ в начале хода наполнения, когда сила инерции поршня направлена вверх и максимальна по величине.
.1 Расчет стержня шатуна
Рисунок 5.1 Расчетная схема
Рисунок 5.2 К продольной устойчивости стержня шатунашатуна
Шатун имеет двутавровое сечение и его расчет на прочность следует определять в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: в плоскости качания шатуна и в плоскости, перпендикулярной к ней (рисунок 5.1).
Стержень шатуна рассчитывается на усталостную прочность. Расчетное сечение зависит от формы стержня: при неизменном или мало изменяющемся по длине сечении стержня за расчетное примем сечение на середине длины шатуна.
При расчете сечения по середине длины стержня и действии на шатун сжимающей силы учитываются напряжения не только от сжатия, но и от продольного изгиба. В этом случае суммарное напряжение сжатия в расчетном сечении при продольном изгибе в плоскости качания шатуна (рисунок 5.2):
,
де F - площадь расчетного сечения (двутавра):
,
где Н = 0,02м, h = 0,016м, В = 0,024м, b = 0,004м;
;
L = 0,246м;
Ix - момент инерции сечения F относительно оси х - х:
;
.
Напряжение в расчетном сечении, но при продольном изгибе в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна:
,y - момент инерции сечения F относительно оси y-y :
,
;
.
Напряжение сжатия в расчетном сечении:
;
Напряжение растяжение в расчетном сечении:
;
Среднее напряжение в расчетном сечении ?m и амплитуда цикла ?а :
,
;
,
Запас прочности определяется по следующей формуле:
,
где ?-1 = 450-480 МПа для сплава АЛ-35;
k? - коэффициент концентрации напряжений. Для сравнительной оценки примем равным 1;
?? - коэффициент фактора размерности. Примем ?? = 1;
= 0,16 - коэффициент, зависящий от характеристики материала;
.
В современных конструкциях запас прочности стержней шатунов лежит в пределах 1,4 - 3,0, следовательно, полученное значение n? удовлетворяет нормам прочности.
5.2 Расчет верхней головки шатуна
В сечении 1-1 верхняя головка шатуна (рисунок 5.1) растягивается силой инерции комплекта поршня, максимальной при его положении в ВМТ. При нагружении шатуна силами, направленными в сторону колена. Сечение 1-1 также нагружается. Таким образом, сечение 1-1 подвержено действию переменной нагрузки, изменяющейся от Р=0 до Р=Рmax т.е. изменяющейся по закону пульсирующего цикла:
.
Максимальное напряжение растяжения в расчетном сечении:
,
где ? = 0,004м - толщи