Фундаментная рама. Основными конструктивными соотноше­ниями фундаментных рам двигателей являются высота, равная (0,5—0,8) S, ширина (2,4—2,7) S, толщина верхней доски (0,10—0,18) d, толщина стенки продольной балки (0,05—0,08) d, диаметр фундаментных болтов d_ф = (0,1?0,12) d и шаг болтов t =10d, где S — ход поршня; d — диаметр коленчатого вала.

Фундаментную раму рассчитывают на максимальные напря­жения изгиба в наиболее опасных сечениях, которыми являются сечения I — I и II — II (рис. 228).

где D — диаметр цилиндра, м;

р_z — наибольшее давление цикла в цилиндре, Мн/м²;

l₁ — расстояние между опорами, м;

l₂ — расстояние между фундаментными болтами, м;

W₁ — момент сопротивления изгибу сечения I— I, м³;

W₂ —  момент сопротивления изгибу сечения II — II, м³;

[?]_и — допускаемые напряжения на изгиб, принимаемые для чугунных рам равными 25—30 Мн/м² и стальных 50— 60 Мн/м².

С учетом напряжений изгиба от действия сил инерции опреде­ляют суммарные напряжения для сечения I—I, причем ?_сум ? [?]_и.

Для станин картерного типа изгибающий момент относительно сечения I — I М₁ = p_zl₁ / 8 . При наличии анкерных связей изгибающий момент в сечении II — II M₂ = p_zl₂’ / 8, где l₂'— расстояние между анкерными свя­зями, м.

Станина (рис. 229). При расчете станин картерного типа за расчетное усилие принимают Р_z = ?D² / 2   p_z.

При отсутствии анкер­ных связей напряжения в наиболее опас­ном сечении I—I будут:

Где f_min — площадь ослабленного сечения I— I между осями ци­линдра, м²; l — длина плеча, м; W — момент сопротивления сече­ния I — I, м³.

Суммарные напряжения ?_сум = ?_р + ?_и ? [?].

Допускаемые напряжения принимают для станин из чугуна и легких сплавов равными 20—25 Мн/м², стальных 40—60 Мн/м².

Рубашки и цилиндровые втулки (рис. 230). Толщину стенки рубашки принимают равной (0,06—0,0075)D, а при наличии анкер­ных связей (0,05—0,06)D. В случае отсутствия анкерных связей рубашка испытывает растяжение от давления газов на крышку цилиндра. Возникающие в стенках рубашки напряжения растя­жения

где D — диаметр цилиндра двигателя, м; D₃ и D₄ — внутренний и наружный диаметры рубашки, м.

Допускаемые напряжения принимают для чугунных рубашек равными 20—25 Мн/м² и стальных литых 40—50 Мн/м².

Буртик рубашки (сечение II—II) рассчитывается на скалы­вание

где ?—1,35?1,5 — коэффициент предварительной затяжки шпи­лек крышки цилиндра; D₂ — диаметр опасного сечения; [?]_ск при­нимают для чугунных рубашек равным 30—40 Мн/м² и стальных 60—80 Мн/м².

Фланец крепления цилиндра к станине испытывает изгиб, на­пряжение изгиба в сечении I—I будет

где W — момент сопротивления сечения: W = ?D₅h₁²; [?]_и принимают для чугунных рубашек равным 25—30 Мн/м² и стальных 40—60 Мн/м².

При наличии анкерных связей в стенках рубашки цилиндра возникают только напряжения сжатия

где F' — наименьшее сечение рубашки рассчитываемого цилиндра, м²; [?]_сж для чугунных рубашек принимают равным 35—40 Мнм².

Цилиндровые втулки подвержены напряжению от наибольшего давления горения р_z, нормального давления N и температурного перепада в стенке. Кроме того, опорный бурт втулки восприни­мает усилие затяжки крышечных шпилек. Принимая равномер­ным распределение напряжений по толщине стенки втулки, на­пряжение растяжения в верхней части втулки

где ? — толщина стенки цилиндровой втулки, м.

Допускаемые напряжения принимают для чугунных втулок равными 40—60 Мн/м² и стальных 60—100 Мн/м². Дополнитель­ные напряжения в стенке втулки от перепада температур

где ? — коэффициент линейного расширения, для чугунных вту­лок ? = 1,1 ? 10^-5 на 1°;

?t—разность температур внутренней и наружной стенок ци­линдровой втулки; она может быть принята равной 125— 150° К;

Е — модуль упругости материала втулки: для чугуна Е = 88?10 Мн:м² и для стали E = 210?10³ Мн/м²: ? —коэффициент Пуансона, для чугунных втулок ? = 0,3.

Суммарное напряжение растяжения в стенке цилиндровой втулки

Для чугунных втулок [?]= 100?120 Мн/м².

Толщина нижней части втулки принимается ?'= (0,5—0,7) ?.

Опорный бурт втулки подвержен сложным напряжениям:

где Р_d — усилие затяжки крышечных шпилек, н; Р_п и Р_t — соответственно нормальная и касательная составляю­щие от усилия затяжки шпилек, н;

h₂ — высота опасного сечения, м;

D_m — диаметр центра тяжести сечения, м;

l₁ — плечо изгибающего момента, м.

Суммарные напряжения в опасном сечении III=III опорного бурта цилиндровой втулки

Допускаемые напряжения принимают для чугунных втулок рав­ными 40—60 Мн/м² и стальных 60—80 Мн/м².

Напряжение смятия в уплотнительной канавке бурта

где Р_d — усилие затяжки кры­шечных шпилек;

D₁ — средний диаметр уплотнительной канав­ки, м;

т—ширина уплотнительной канавки, м.

При уплотнительной про­кладке из красной меди при­нимают [?]_см?100 Мн/м².

Напряжения смятия опор­ного бурта цилиндровой втулки

Для чугунной втулки [?]_см = 60?80.

Крышки цилиндров. Основные конструктивные зависимости для крышек: высота крышки равна (0,6?1,0)D, толщина наруж­ных боковых стенок (0,06?0,03)D и толщина нижнего днища для малых двигателей 0,1 D и больших 0,05 D где D — диаметр цилиндра.

На рис. 231 показана схема действия сил на крышку. На крышку действуют давление газов р_z и усилие затяжки бол­тов Р_d. Крышка подвержена изгибу. Опасным сечением крышки при ее изгибе является диаметральное сечение, проходящее через отверстия для клапанов. На половину крышки при отсутствии давления газов в цилиндре действует суммарное усилие от предварительной затяжки крышечных шпилек Р_d /2, которое вызывает на полукольце уплотнительного бурта равную себе реакцию Р₁ /2. Можно принять, что реакция Р₁ /2 приложена в центре тяжести полуокружности диаметра D₁. Координаты приложения сил Р_d/2 и Р₁ !2 соответственно равны: Х= D_d/?; Y=D₁/?.

Суммарный изгибающий момент в опасном сечении крышки при отсутствии давления газов в цилиндре

При работе двигателя крышка цилиндра дополнительно на­гружается силой

Опорная реакция при этом уменьшится и будет Р₁ = Р_d—Р_z'. Координата центра тяжести силы Р₂'/2 будет z = 2 / 3 D₁ /?.

Для работающего двигателя изгибающий момент в опасном сечении крышки

где ? — коэффициент предварительной затяжки крышечных шпи­лек. Напряжения растяжения в верхнем днище крышки

Где l₁ и l₂ — расстояния наиболее отдаленных растянутых или сжатых волокон от ее нейтральной оси, м;

j —момент инерции сечения крышки относительно ней­тральной оси, м⁴.

В нижнем днище крышки возникают дополнительные напряже­ния сжатия, обусловленные тепловой нагрузкой:

где q — количество тепла, передаваемое через 1 м² поверхности: для четырехтактных двигателей q= (0,071 +0,0186 п)Р_i и двухтактных q = (0,121 +0,316 n)Р_і;

п — частота вращения двигателя, об/сек;

? — толщина нижнего днища, м.

Суммарные напряжения сжатия для нижнего днища крышки при сгорании топлива ?_сум = ?_с + ?_с‘ не должны превышать 150 Мн/м² для чугунных и 250 Мн/м² для стальных крышек.