Конструирование бензинового двигателя для легкового автомобиля
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
рисунок 6.2) [2]:
; (6.83)
в) на внешней поверхности в вертикальной плоскости (точка 3, рисунок 1) [2]:
; (6.84)
г) на внутренней поверхности в вертикальной плоскости (точка 4, рисунок 6.2) [2]:
; (6.85)
Из расчета следует, что наибольшее напряжение возникает в точке 2 и оно составляет 244,1МПа. Напряжения, не должны превышать допустимые [sai]=300…350 МПа. Прочность обеспечивается.
Зазор в сочленении пальца с поршнем в рабочем состоянии [2]:
. (6.86)
Монтажный зазор в этом сочленении [2]:
, (6.87)
где коэффициенты линейного расширения материалов поршневого пальца и поршня;
Dtп.п., Dtп - степень подогрева пальца и поршня;
Dtп.п.=100…120С, Dtп=120…140С.
Принимаем Dtп.п.=110С, Dtп=130С.
D 0,001dн=0,0010,038=0,038 мм.
Для сборки поршня с пальцем первый необходимо нагреть до темпеературы130С, а палец охладить в жидком азоте.
6.2 Расчет шатунной группы
Шатунная группа состоит из шатуна, крышки шатуна, шатунных болтов, втулки и вкладышей. Шатун служит для передачи усилий от поршня к коленчатому валу и наоборот. При работе двигателя шатун совершает сложное движение, во время которого он подвергается действию переменных давлений газов и инерционных сил. В некоторых случаях действие этих сил носит характер близкий к ударному. Таким условиям работы отвечает конструкция шатуна, имеющая максимальную жесткость при минимальной массе.
Шатун изготовлен из стали 40Х. Масса шатуна в сборе mш=0,85 кг.
6.2.1 Расчет поршневой головки шатуна
Поршневая головка шатуна рассчитывается на:
а) усталостную прочность в сечении от действия инерционных сил, достигающих максимальных значений при работе двигателя на режиме максимальной частоты вращения при холостом ходе;
б) напряжения, возникающие в головке от воздействия на неё запрессованной втулки;
в) усталостную прочность в месте перехода головки шатуна в стержень от действия суммарных сил и запрессованной втулки.
Максимальное напряжение растяжения в сечении поршневой головки шатуна [2]:
; (6.88)
т.к. при сила инерции направлена к оси коленчатого вала и не нагружает сечение [2]:
Pj=-(mп г+mв г)(?nxx max/30)2R(1+?)=-(0.46+0.035)• •(3.14•6202/30)2•0,036•(1+0.293)= -9721,8 Н; (6.89)
где масса верхней части головки (выше сечения ),
;
масса поршневой группы, кг.
Механические свойства легированной стали 40ХН, из которой изготовлен шатун, приведены в таблице 6.1[7]:
Таблица 6.1 - Механические свойства легированной стали 40ХН
Марка сталиsВ, МПаsТ, МПаs-1, МПаs-1Р, МПаtТ, МПаt-1, МПа40ХН13001200500400390240
Отношение предела выносливости при растяжении к пределу текучести [2]:
Коэффициент приведения асимметричного цикла к равноценному симметричному берем:
Для растяжения аs=0,23.
Так как цикл нагружения ассиметричный, то sа=sm=31,44МПа.
Если возникающие в детали нормальные напряжения удовлетворяют условию [2]:
, (6.90)
то расчет проводим по пределу выносливости.
Т.к. , то запас прочности сечения определяем по пределу выносливости [2]:
(6.91)
где Кs-коэффициент концентрации напряжений [2]:
(6.92)
где: предел прочности,
коэффициент влияния шероховатости поверхности.
Для случая чистового обтачивания, без поверхностного упрочнения
.
коэффициент абсолютных размеров поперечного сечения.
Запас прочности должен быть не менее 2,5 для автотракторных двигателей.
Значение запаса прочности имеет значение несколько выше необходимого для возможности форсирования двигателя.
В поршневой головке шатуна имеют место напряжения, обусловленные запрессовкой в нее втулки:
где натяг посадки втулки, .
Т.к. втулка и головка стальные коэффициенты температурного расширения у них одинаковы.
коэффициент температурного расширения стальной втулки [2]:
(6.93)
коэффициент температурного расширения для стальной головки [2]:
; (6.94)
Давление от натяга D? на поверхности соприкосновения втулки с головкой считается равномерно-распределенным и определяется по формуле [2]:
=? ?/{d{[(dг2+d2)/( dг2-d2)+?г]/Ег+[( d2+dн2)/( d2-dн2)-?в]/Ев}}= =0,08/{29,2{[(36,52+29,22)/( 36,52-29,22)+0,3]/2•105+[( 29,22+242)/( 29,22-242)- -0,25]/1,15•105}}=35,2 МПа. (6.95)
где: dг, d, dн, - соответственно наружный и внутренний диаметр поршневой головки и внутренний диаметр втулки, мм (dг=36,5мм, d=29,2мм, dн=24мм) [2]:
mг, Ег - коэффициент Пуассона и модуль упругости материала поршневой головки (сталь);
mв, Ев - коэффициент Пуассона и модуль упругости материала втулки ;
Напряжение на внешней и внутренней поверхностях поршневой головки от действия суммарного натяга определяются по формуле Ламе [2]:
?'?=2рd2/( dг2-d2)=235.2•29.22/(36.52-29.22)=125.2 МПа (6.96)
?'i=p( dг2+d2)/( dг2-d2)=35.2(36.5 2+29.22) /(36.5 2-29.22)=159.4МПа. (6.97)
Напряжения sа, sI не должны превышать 100…170 МПа.
В теле поршневой головки шатуна напряжения от силы инерции Рj п.г. деталей поршневой группы рассчитывается в предположении, что радиальное давление, создаваемое этой силой, по внутренней поверхности верхней половины головки распределяются равномерно.
Напряжения подсчитывают по уравнениям для бруса малой кривизны, предполагается, что криволинейная балка защемлена в местах перехода проушины в стержень. Головку рассекают по продольной оси симметрии шатуна, а действие отброшенной