Конструирование бензинового двигателя для легкового автомобиля
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
правой части заменяется нормальной силой Nj0 и изгибающим моментом Mj0, которые определяются по следующим эмпирическим зависимостям:
(6.98)
(6.99)
где jз-угол заделки,
rср- средний радиус головки шатуна [2]:
Угол заделки jз=120
Максимальная сила, растягивающая поршневую головку шатуна [2]:
Рj п г=-mп гR?2(1+?)=-0,46•0.036•607.12(1+0.293)=-11711.7 Н. (6.100)
Значения Mj1 и Nj1 для текущего значения j, изменяющегося от 0 до 90 (участок 1 рисунок 6.3), определяется по формулам [2]:
(6.101)
. (6.102)
Значения Mj2 и Nj2 для текущего значения j= 120 (участок 2), определяется по формулам[2]:
(6.103)
;
(6.104)
Рисунок 6.3- Распределение нагрузок при растяжении.
Напряжения в крайних волокнах у внешней поверхности [2]:
; (6.105)
у внутренней:
; (6.106)
где толщина стенки головки,
соответственно момент и нормальная сила в рассматриваемом сечении;
b-коэффициент, учитывающий наличие запрессованной стальной втулки с натягом [2]:
=EгFг/(ЕгFг+EвFв)= 2•105• 262,8/(2•105• 262,8+1,15•105•176,4)=0,72. (6.107)
где площади сечения соответственно стенок головки и втулки [2]:
(6.108)
(6.109)
Расчитываем напряжения в крайних волокнах у внешней поверхности по формулам (6.105),(6.106):
Рисунок 6.4-Эпюра напряжений при растяжении
Значения нагрузок и напряжений при других значениях угла сведены в
таблице 6.2
Таблица 6.2 - Значения нагрузок и напряжений
jNj, Н.Mj, Нм.saj, МПа.sij, МПа.123450-5574,8-0,0019-30,5454663-30,545418410-5579,010,0671522-30,5677304-30,56942420-5591,640,2743088-30,6345226-30,641440630-5612,410,6149663-30,7443587-30,759867940-5640,481,0753143-30,8927859-30,919904850-5675,011,6415424-31,0753513-31,116750260-5715,152,29984-31,2876021-31,345603170-5759,53,0271898-31,5221171-31,598461480-5806,663,8005745-31,7714747-31,867323490-5855,54,60158-32,029738-32,1457877100-5816,513,9621325-31,8235649-31,923488110-5600,170,4141582-30,6796134-30,6900583120-5211,21-5,964727-28,6229089-28,4724813
Исследование напряжений, вызываемых сжимающей силой, позволило установить, что наилучшее совпадение экспериментальных данных с расчетными получается при косинусоидальном распределении нагрузки на нижнюю часть головки шатуна. Расчетная схема та же, что и при расчете на растяжение.
Суммарная сила P, сжимающая головку [2]:
, (6.110)
Р=(5,4-0,1)•6358,5-0,46•0,036•607,12(1+0,293)=17538,1 Н.
Изгибающие моменты и нормальные силы во всех сечениях поршневой головки на участке 1(рисунок 6.3) определяются по формулам [2]:
(6.111)
. (6.112)
Соответственно в сечениях на участке 2(рисунок 6.3) [2]:
(6.113)
(6.114)
где .
В100=0,000677; В110=0,00446; В120=0,01487.
Нормальная сила N0 и изгибающий момент М0 входящие в уравнения, определяются с помощью таблицы 5.14 приведенной в источнике [2], в зависимости от угла заделки и сжимающей силы:
N0=52,6 Н; М0=0,316 Нм.
Напряжения в крайних волокнах у внутренней поверхности [2]:
(6.115)
(6.116)
Значения N, M, sa, sI от сжимающей силы заносим в таблицу 6.3.
Таблица 6.3 - Значения N, M, sa, sI от сжимающей силы
jN, Н.M, Нм.sa, МПа.sI, МПа.12345052,60,3160,291894820,283925451051,54817,56880,48753540,044458352049,44452,07440,87881657-0,43447583045,5516115,90981,60268673-1,32050414040,2916202,17382,58088964-2,51783965033,8218308,27853,78407923-3,99056226026,3431,6365,1829094-5,7027527017,9892567,93316,72847-7,594542809,1524712,85668,3718509-9,6060656900862,95610,073924-11,6894291002,720894818,33339,567919-11,07007111060,23073-124,828-1,12719232,02091005120234,4915-2982,71-33,53450141,6879565
Максимальное и минимальное напряжения ассиметричного цикла [2]:
125,2+28,6 = 153,8МПа,(6.117)
125,2-41,7 = 83,5МПа. (6.118)
Среднее напряжение и амплитудное напряжение :
?m=(?max+?min)/2=118.7МПа,
??=(?max -?min)/2=70.3 МПа.
Т.к. , то запас прочности определяем по пределу выносливости:
Для автомобильных двигателей запас прочности должен лежать в пределе от 2 до 3. Значит прочность поршневой головки шатуна обеспечивается.
6.2.3 Расчет стержня шатуна
Стержень шатуна подвергается растяжению силой инерции Pj поступательно движущихся масс, расположенных выше расчетного сечения и сжатию, силой равной разности силы давления газов и силы инерции.
Стержень шатуна рассчитывается на усталость в сечении, которое условно располагается в центре тяжести шатуна. Стержень шатуна в этом сечении имеет форму двутавра.
Сила, растягивающая шатун, достигает максимального значения в ВМТ и определяется по формуле [2]:
. (6.119)
Максимальная сила, сжимающая шатун [2]:
. (6.120)
Максимальные напряжения в рассчитываемом сечении [2]:
, (6.121)
где kx-коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости его качания, kx=1.5;
Fсеч - площадь расчетного сечения.
Напряжения smax не должны превышать 200…300 МПа. Напряжения smax=141.1 МПа не превышает допустимые. Прочность обеспечена.
Минимальные напряжения от растягивающей силы в расчетном сечении [2]:
. (6.122)
Среднее значение напряжения [2]:
. (6.123)
Амплитуда цикла [2]:
; (6.124)
. (6.125)
Т.к. выполняется условие [2]:
, (6.126)
то расчет производим по пределу усталости.
При расчете поршневой головки приняли . Расчет проводим по пределу выносливости.
Kds=0,82;
KFs=1,4 (при дробеструйной обработке).
Запас прочности:
. (6.127)
Запас прочности должен быть не менее 2…2,5. Прочность обеспечена.
6.2.4 Расчет крышки шатуна
Крышка шатуна нагружается в начале такта впуска силами инерции поступательно движущихся масс, расположенных выше плоскости разъема кривоши