Расчет авиационного звездообразного поршневого двигателя с воздушным охлаждением (прототип АИ-14)
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
на верхней головки шатуна;
.
В пульсирующем цикле среднее напряжение ?m равно амплитуде цикла ?а:
==11,27МПа..
Запас прочности определяется по следующей формуле:
=,
где k? - коэффициент концентрации напряжений - примем равным 1 (выбирается в зависимости от количества сверлений в расчетном сечении, чистоты обработки их поверхностей).
Запас прочности должен быть не менее 4, следовательно, полученное значение n? удовлетворяет нормам прочности.
6 РАСЧЕТ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
авиационный звездообразный поршневой двигатель
Коленчатый вал подвергается действию переменных нагрузок, следовательно, расчет на прочность ведем по запасам прочности. Прочность каждого материала при действии переменных напряжений характеризуется пределом усталости.
Для определения запаса прочности необходимо знать амплитуду цикла изменения напряжений, действующих в расчетном сечении. Амплитуду напряжений легко определить, если известны максимальное и минимальное напряжения цикла.
Коленчатый вал служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршней в цилиндрах двигателя во вращательное движение и для преобразования силы давления газов на поршни - в крутящий момент.
Коленчатый вал воспринимает всю избыточную мощность, развиваемую газами в цилиндрах (за вычетом потерь на трение поршней о стенки цилиндров) и передает ее на винт.
Основными частями коленчатого вала являются: коренные шейки, шатунные шейки, щеки, носок и хвостовик. Совокупность шатунной шейки, двух щек и примыкающих к ним коренных шеек называется коленом (кривошипом) вала.
.1 Силы, действующие на колено коленчатого вала
При работе двигателя колено вала нагружается следующими силами и моментами (рисунок 6.1):
1) В плоскости колена действует сила Z, которая является составляющей силы давления газов и сил инерции поступательно-движущихся масс;
) Перпендикулярно к плоскости колена действует сила Т. Эта сила также является составляющей силы давления газов и сил инерции поступательно-движущихся масс;
3) В плоскости колена действует сила инерции от вращающихся масс шатуна: РВР.Ш.=Мвр RЦМ?2;
Тогда ; .
4) В плоскости колена действует сила инерции от массы шатунной шейки
5) В плоскости колена действуют силы инерции от масс щек
.
6) В плоскости колена действуют силы инерции противовесов
.
7) От сил, действующих в плоскости колена, на опорах колена возникают реакции , действующие в плоскости колена.
В случае симметричного колена из условий равновесия:
,
) От силы Т на опорах колена возникают реакции , действующие перпендикулярно к плоскости колена. В случае симметричного колена .
Силы Т, Z, реакции и переменны по величине и направлению и меняются в зависимости от угла поворота колена.
Рисунок 6.1
.2 Определения запаса прочности в шатунной шейке
Напряжения в расчетном сечении шатунной шейки при любом положении кривошипа можно определить, если колено рассматривать, как разрезную двухопорную балку. Это значит, что каждое колено мысленно вырезается двумя сечениями, проходящими через середины коренных подшипников, и рассматривается как балка на двух опорах (рисунок 6.2).
Если подсчитаны реакции опор, то напряжения в расчетном сечении определяются в следующей последовательности:
1)делается мысленный разрез по расчетному сечению;
2)отбрасывается часть вала, лежащая справа или слева от расчетного сечения;
)оставшаяся часть вала закрепляется по расчетному сечению;
)вычисляются напряжения в расчетном сечении от всех оставшихся сил и моментов, включая и силы реакции опор.
)
Рисунок 6.2 - Схема нагружения коленвала
Очевидно, что наиболее напряженным сечением шатунной шейки будет сечение, лежащее посередине шейки.
Опасные точки шатунной шейки расположены у масляного отверстия (рис.6.3.). Если ось масляного отверстия составляет с плоскостью колена угол , то изгибающий момент в плоскости, проходящей через ось масляного отверстия, равен:
.
Определив изгибающий момент в опасной точке сечении шатунной шейки, легко вычислить напряжение в этой точке:
,
где =.=5,07510-6 м3.
Кроме нормальных напряжений , в расчетном сечении будут действовать касательные напряжения от скручивающего момента:
Тогда , где .
С помощью электронной таблицы MicrosoftEXCEL рассчитываем напряжения от нуля до 7200 через каждые 100. Результаты заносим в таблицу 6.1.
Таблица 6.1 - Расчет на прочность шатунной шейки
УголTZT1Z1MZMTM?Mkr??02,51E+04-1,02E+041,25E+0433529,4696,59,32E+021,15E+038,53E+028,74E+073,24E+07102,02E+04-1,70E+041,01E+0430121,4443,367,50E+028,44E+026,87E+026,40E+072,61E+07201,56E+04-2,06E+047,80E+0328308,9308,725,79E+026,28E+025,30E+024,76E+072,01E+07301,22E+04-2,25E+046,08E+0327351,9237,644,52E+024,88E+024,14E+023,70E+071,57E+07401,00E+04-2,44E+045,01E+0326415,9168,113,72E+023,82E+023,41E+022,90E+071,29E+07501,92E+042,08E+049,58E+0349040,91848,77,11E+021,81E+036,51E+021,37E+082,47E+07602,39E+046,87E+031,19E+0442056,71329,98,87E+021,57E+038,12E+021,19E+083,08E+07702,41E+04-2,19E+031,21E+0437524,2993,238,95E+021,34E+038,19E+021,01E+083,11E+07802,10E+04-1,36E+041,05E+0431821,4569,637,81E+029,55E+027,15E+027,25E+072,71E+07901,68E+04-2,11E+048,40E+0328085,9292,166,24E+026,47E+025,71E+024,91E+072,17E+071001,29E+04-2,52E+046,47E+0326007,9137,814,80E+024,37E+024,40E+023,32E+071,67E+071101,03E+04-2,75E+045,17E+0324855,452,1983,84E+023,09E+023,52E+022,34E+071,34E+071209,09E+03-2,96E+044,55E+0323799,4-26,2423,38E+022,20E+023,09E+021,67E+071,17E+071301,92E+041,55E+049,58E+0346383,91651,37,11E+021,67E+036,51E+021,27E+082,47E+071402,48E+041,64E+031,24E+0439440,21135,69,22E+021,45E+038,44E+021,10E+083,20E+071502,59E+04-7,18E+031,30E+0435027,6807,789,63E+021,25E+038,81E+029,50E+073,34E+071602,37E+04-1,82E+041,18E+0429520,9398,758,79E+029,04E+028,05E+026,86E+073,05E+071702,02E+04-2,51E+041,01E+0426050,91417,50E+026,30E+026,87E+024,78E+072,61E+071801,70E+04-2,86E+048,50E+0324300,410,9726,32E+024,54E+025,78E+023,45E+072,19E+071901,50E+04-3,02E+047,48E+03235