Главное меню

Расчет на прочность неподвижных деталей двигателя

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 dф = (0,1?0,12) d и шаг болтов t =10d, где S — ход поршня; d — диаметр коленчатого вала.

К расчету фундаментной рамы

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

где D — диаметр цилиндра, м;

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

l1 — расстояние между опорами, м;

l2 — расстояние между фундаментными болтами, м;

W1 — момент сопротивления изгибу сечения II, м3;

W2 —  момент сопротивления изгибу сечения IIII, 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 = pzl1 / 8 . При наличии анкерных связей изгибающий момент в сечении IIII M2 = pzl2’ / 8, где l2'— расстояние между анкерными свя­зями, м.

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

Расчетная схема станин

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

Где fmin — площадь ослабленного сечения II 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

Расчетная схема цилиндра

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 II 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 рz, 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 Рd — усилие затяжки крышечных шпилек, н; Рп и Рt — соответственно нормальная и касательная составляю­щие от усилия затяжки шпилек, н;

h2 — высота опасного сечения, м;

Dm — 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 Рd — 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.

Расчетная схема крышки

На рис. 231 показана схема действия сил на крышку. На крышку действуют давление газов рz и усилие затяжки бол­тов Рd. 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 Рd /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 Рd/2 и Р1 !2 соответственно равны: Х= Dd/?; 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 = Рd—Рz'. 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)Рi и двухтактных q = (0,121 +0,316 nі;

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.