Конструирование четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с одним цилиндром, работающего по схеме вращающегося цилиндра-клапана
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
г=4 мм; hв=1.6 мм; d= Dг -2 hг =26 мм; ?з=1300 ; Lш=112 мм (см. динамический расчёт)
lш =a=28(длина поршневой головки шатуна)
- наименьшая толщина верхней головки
- наименьшая толщина втулки
а) Определение напряжений, действующих на поршневую головку шатуна.
Основные нагрузки, которые учитываются при расчете поршневой головки шатуна:
1.Силы инерции от массы поршневой группы.
2.Сила от давления продуктов сгорания.
сила растягивающая верхнюю головку шатуна:
сила сжатия:
Помимо указанных сил при расчете верхней головки шатуна необходимо учитывать контактные давления между стенками головки шатуна и запрессованной втулки.
Выберем плавающий поршневой палец, в этом случае суммарный натяг между втулкой и головкой шатуна состоит из двух частей:
Рис. 5.12 Расчётная схема нагружения верхней головки шатуна
??=?+?т - суммарный натяг
?=0.04 мм - натяг при запрессовке бронзовой втулки температурный (дополнительный) натяг, который возникает при работе двигателя за счет прогрева верхней головки шатуна:
?т=d?T(?в-?ш)(5.41)
?T=(373393) К=390 К - температура подогрева головки и втулки при работе двигателя
?в,?ш - коэффициенты линейного расширения материалов втулки и шатуна
?в=1.810-5 1/К
?ш=1.010-5 1/К
??=0.04+26390(1.810-5-1.010-5)=0.121 мм
Определяем напряжения в верхней головке шатуна от контактного напряжения.
контактное давление между втулкой и головкой:
(5.42)
где, ?=d/dп=26/21=1.24
?=DГ/dп=34/21=1.62
Еш=2105 МПа - модуль упругости материала шатуна (сталь)
Ев=1.15105 МПа - модуль упругости материала втулки (бронза)
?ш=0.3 - коэффициент Пуассона для шатуна
?в=0.34 - коэффициент Пуассона для втулки
определяем напряжение в головке шатуна от контактного давления.
(5.43)
Как правило, радиальное напряжение меньше кольцевого.
напряжение от контактного давления в точках наружной поверхности головки шатуна
напряжение от контактного давления в точках внутренней поверхности головки шатуна
Определяем нормальные напряжения в верхней головке шатуна от действия продольных сил Рр и Рс.
Рис. 5.13 Расчётная схема нагружения верхней головки шатуна
Примем следующие допущения:
будем считать, что при ?з верхняя головка шатуна защемлена в верхней части стержня шатуна
принимаем, что сила Рр равномерно распределена по верхней полуокружности головки шатуна
расчетной схемой верхней головки шатуна является кривой брус защемленной в нижней части No, Mo - неизвестные силовые факторы в сечении разреза
Аналогично рассматривается схема нагружения головки шатуна силой Рс.
Из-за защемления верхней головки в стержне шатуна распределение контактного давления неравномерно:
- контактное давление от силы Рр(5.44)
rср - средний радиус верхней головки
контактное давление от силы Рс(5.45)
Примем при расчете следующие допущения:
при ?з предполагаем жесткое защемление
в качестве расчетной схемы верхней головки выбирается схема кривого бруса.
кривой брус считается статически неопределимым
В результате получаем следующие напряжения:
Напряжение в точках наружной поверхности
(5.46)
Напряжение в точках внутренней поверхности
(5.47)
где, M(ф) - изгибающий момент в любом сечении
N(ф) - нормальная сила
a - длина верхней головки шатуна
h - толщина стенки головки
k - коэффициент, учитывающий то, что часть силы воспринимается втулкой k=(0.80.85)=0.8
Опыт показывает, что максимальные напряжения возникают при ф=фз.
Значения M(ф) и N(ф) для растягивающей силы определяем следующим образом
f1(фз), f2(фз) - функции, берутся из таблиц или графиков в зависимости от угла защемления.
т.к. фз=1300 , то f1(фз)=0.078, f2(фз)=0.42 , получим:
Аналогичным образом определяем напряжения от действия сжимающей силы, где значения M(?) и N(?) определяем следующим образом:
f3(?з)=-0.0185, f4(?з)=0.025
При работе шатуна учитываются суммарные напряжения :
Зная напряжения цикла нагружения, определяем запас усталостной прочности:
(5.54)
?-1=360 (МПа) - предел усталости материала шатуна (Сталь 40Х) при симметричном цикле нагружения
kп=(0.80.9)=0.85 - коэффициент, учитывающий качество поверхности
???0.2 - коэффициент, учитывающий вид диаграммы предельных отклонений
Рекомендуемый запас усталостной прочности поршневой головки шатуна: n?=(2.55).Условие выполняется.
б) Проверка жесткости поршневой головки.
(5.55)
Рекомендуемый диапазон: =(0.0010.007). Условие выполняется.
в) Расчет стержня шатуна
Стержень шатуна рассчитывается на усталость. Расчет проводится в двух местах: в среднем и минимальном сечениях.
Определяем максимальную сжимающую силу в стержне шатуна.
Рc=Pj+pzFп= -4394.72+7.4781063.1210-3=18936.64 (Н)
Рисунок 5.14 - Поперечный разрез шатуна
Мшп=0.084 кг - масса шатуна, отнесенная к поршню (из динамического расчета)
Определяем максимальное напряжение в среднем сечении шатуна.
kx?ky=(1.11.2)- коэффициенты, учитывающие возможную потерю устойчивости при сжатии стержня шатуна.
kx=1.16, ky=1.15
Fcp=2bщtш+аш