Материал: Расчет конструкции двигателя внутреннего сгорания
Среднее
напряжение и амплитуда напряжений:
(5.22)
(5.23)
(5.24)
Так
как
(5.25)
то
запас прочности шатунной шейки от касательных напряжений определяют по пределу
усталости:
(5.26)
Максимальное
и минимальное нормальное напряжения асимметричного цикла шатунной шейки:
(5.27)
(5.28)
Где:
(5.29)
Среднее
напряжение и амплитуда напряжений:
(5.30)
(5.31)
(5.32)
где
,
q =0,4, αКσ =3, εПσ =1,2- определены при расчете коренной шейки, εМσ =0,75- масштабный коэффициент.
Запас
прочности шатунной шейки от нормальных напряжений определяется по пределу
усталости:
(5.33)
Общий
запас прочности шатунной шейки:
(от 2 до
3) (5.34)
5.4 Расчет щеки
Максимальный и минимальный моменты, скручивающие щеку:
(5.35)
(5.36)
где T'max =2661,97Н, T'min =-1597,59Н.
Максимальное
и минимальное касательные напряжения:
(5.37)
(5.38)
где
момент сопротивления расчетного сечения А-А; μ =0,292 определен при b/h =5,68.
Среднее
напряжение и амплитуда напряжений:
(5.39)
(5.40)
(5.41)
где
0,672
-
коэффициент концентрации напряжении, определенной по формулам q =0,4-
коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений, rгал/h=0,152,
αКσ=1,3 - теоретический коэффициент концентрации, εМτ =0,64- масштабный коэффициент, εПτ =0,75- коэффициент поверхностной чувствительности.
Запас
прочности от касательных напряжений определяем по пределу усталости:
(5.42)
Максимальное
и минимальное нормальные напряжения щеки
(5.43)
(5.44)
где:
(5.45)
(5.46)
(5.47)
(5.48)
где
Kmax =16537,9 Н, Kmin = -6267,18 Н.
, (5.49)
. (5.50)
Среднее
напряжение и амплитуда напряжений:
(5.51)
(5.52)
(5.53)
где
1,12
-
коэффициент концентрации напряжений; 
-
коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений; αКσ =1,3 - теоретический коэффициент концентрации
напряжений,; εМσ =0,64 - масштабный коэффициент, определённый по
таблице при 
; εПσ =2.- коэффициент поверхностной чувствительности,
определённый по таблице для необработанной щеки.
Так
как
(5.54)
то
запас прочности щеки от нормальных напряжений определяют по пределу усталости:
(5.55)
Суммарный
запас прочности:
(5.56)
6. Расчёт корпуса двигателя
.1 Гильза цилиндра
На
основании проведённых расчётов имеем: диаметр цилиндра D=60 мм,
максимальное давление сгорание pzmax =7б 420 при n
=5400 мин. Материал гильзы цилиндра - чугун СЧ 15-42: 
и 
.
Толщину стенки гильзы цилиндра выбирают конструктивно δг,=6мм.
Расчётная
толщина стенки гильзы
(6.1)
где
- допустимое напряжение на растяжение для чугуна.
Толщину
стенки гильзы выбирают с некоторым запасом прочности, так как 
.
Напряжение
растяжения в гильзе от действия максимального давления газов:
(6.2)
Температурные
напряжения в гильзе
(6.3)
где
- температурный перепад между внутренней и наружной
поверхностями гильзы.
Суммарные напряжения в гильзе от давления газов и перепада температур:
на
наружной поверхности
(6.4)
на
внутренней поверхности
(6.5)
.2 Расчет шпильки головки блока цилиндров
Диаметр
цилиндра D = 60 мм; площадь поршня 
Fп=28,274
мм2 максимальное давление сгорания 
p
= 7б 420при
n=5400
об/мин. Число шпилек на один цилиндр 
номинальный
диаметр шпильки d = 9 мм; шаг резьбы t = 1 мм; внутренний диаметр резьбы
шпильки
По конструкционным соображениям принимаем материал шпильки - сталь 20Х.
По табл. 11.2 и 11.3 (стр. 248) для легированной стали 20Х определяем:
пределы
прочности 
=650 МПа;
текучести 
=500 и
усталости при растяжении - сжатии 
=230 МПа
коэффициент
приведения цикла при растяжении - сжатии 
as=0,14
(6.6)
(6.7)
Проекция поверхности камеры сгорания на плоскость, перпендикулярной
плоскости оси цилиндра.
(6.8)
Сила давления газов, приходящаяся на одну шпильку:
(6.9)
Сила
предварительной затяжки
(6.10)
=3
коэффициент затяжки шпильки, 
=0,2
коэффициент основной нагрузки резьбового соединения.
Суммарная
сила растягивающая шпильку без учета Pt:
(6.11)
(6.12)
Максимальные
и минимальные напряжения в шпильке:
(6.13)
(6.14)
м3
площадь сечения шпильки по внутреннему диаметру резьбы
Среднее
напряжение и амплитуда цикла:
(6.15)
(6.16)
(6.17)
(6.18)
где
4, q=0,74, 
0,82, 
0,99.
Так
как
>
(6.19)
То
запас прочности шпильки определяются по пределу усталости
МПа
(6.20)
должно входить в предел от 2 до 4.
Список литературы
1. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: учеб. Пособие для вузов./А.И. Колчин, В.П. Демидов - 3-е изд. перераб. И доп. - М.: Высш. шк., 2002. - 496 с. : ил.
2. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей: [учебник для вузов по специальности "Двигатели внутреннего сгорания"] / В.П. Алексеев [ и др.] ; под общ. ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова.- 4-е изд., перераб. и доп. - Москва: Машиностроение, 1990 .- 288 с. : ил.
Приложение
Таблица 5.Динамика
|
j, м/с² |
PJ, МПа |
p, МПА |
tgβ |
pN, МПа |
1/cosβ |
pS, МПа |
cos(ϕ+β)/cosβ |
|
5291,819 |
-0,747 |
9,780 |
0,000 |
0,000 |
1,000 |
9,780 |
1,000 |
|
5158,474 |
-0,729 |
10,306 |
0,050 |
0,511 |
1,001 |
10,319 |
0,976 |
|
4768,877 |
-0,674 |
7,559 |
0,098 |
0,740 |
1,005 |
7,596 |
0,906 |
|
4153,256 |
-0,587 |
5,130 |
0,144 |
0,739 |
1,010 |
5,183 |
0,794 |
|
3358,490 |
-0,474 |
3,490 |
0,186 |
0,650 |
1,017 |
3,550 |
0,646 |
|
2443,288 |
-0,345 |
2,485 |
0,224 |
0,556 |
1,025 |
2,546 |
0,471 |
|
1472,238 |
-0,208 |
1,891 |
0,255 |
0,482 |
1,032 |
1,951 |
0,279 |
|
509,404 |
-0,072 |
1,546 |
0,278 |
0,430 |
1,038 |
1,604 |
0,081 |
|
-387,782 |
0,055 |
1,347 |
0,292 |
0,394 |
1,042 |
1,403 |
-0,114 |
|
-1173,672 |
0,166 |
1,232 |
0,297 |
0,366 |
1,043 |
1,285 |
-0,297 |
|
-1818,000 |
0,257 |
1,162 |
0,292 |
0,340 |
1,042 |
1,211 |
-0,462 |
|
-2307,574 |
0,326 |
1,116 |
0,278 |
0,310 |
1,038 |
1,158 |
-0,603 |
|
-2645,910 |
0,374 |
1,079 |
0,255 |
0,275 |
1,032 |
1,113 |
-0,721 |
|
-2850,900 |
0,403 |
1,046 |
0,224 |
0,234 |
1,025 |
1,072 |
-0,814 |
|
-2950,878 |
0,417 |
1,016 |
0,186 |
0,189 |
1,017 |
1,033 |
-0,886 |
|
-2979,584 |
0,421 |
0,988 |
0,144 |
0,142 |
1,010 |
0,998 |
-0,938 |
|
-2970,708 |
0,420 |
0,966 |
0,098 |
0,095 |
1,005 |
0,970 |
-0,973 |
|
-2952,692 |
0,417 |
0,951 |
0,050 |
0,047 |
1,001 |
0,952 |
-0,993 |
|
-2944,475 |
0,416 |
0,946 |
0,000 |
0,000 |
0,946 |
-1,000 |
|
|
-2952,692 |
0,417 |
0,428 |
-0,050 |
-0,021 |
1,001 |
0,428 |
-0,993 |
|
-2970,708 |
0,420 |
0,433 |
-0,098 |
-0,042 |
1,005 |
0,435 |
-0,973 |
|
-2979,584 |
0,421 |
0,438 |
-0,144 |
-0,063 |
1,010 |
0,443 |
-0,938 |
|
-2950,878 |
0,417 |
0,440 |
-0,186 |
-0,082 |
1,017 |
0,448 |
-0,886 |
|
-2850,900 |
0,403 |
0,435 |
-0,224 |
-0,097 |
1,025 |
0,445 |
-0,814 |
|
-2645,910 |
0,374 |
0,418 |
-0,255 |
-0,106 |
1,032 |
0,431 |
-0,721 |
|
-2307,574 |
0,326 |
0,387 |
-0,278 |
-0,108 |
1,038 |
0,402 |
-0,603 |
|
-1818,000 |
0,257 |
0,341 |
-0,292 |
-0,100 |
1,042 |
0,355 |
-0,462 |
|
-1173,672 |
0,166 |
0,283 |
-0,297 |
-0,084 |
1,043 |
0,295 |
-0,297 |
|
-387,782 |
0,055 |
0,219 |
-0,292 |
-0,064 |
1,042 |
0,228 |
-0,114 |
|
509,404 |
-0,072 |
0,161 |
-0,278 |
-0,045 |
1,038 |
0,167 |
0,081 |
|
1472,238 |
-0,208 |
0,129 |
-0,255 |
-0,033 |
1,032 |
0,133 |
0,279 |
|
2443,288 |
-0,345 |
0,155 |
-0,224 |
-0,035 |
1,025 |
0,159 |
0,471 |
|
3358,490 |
-0,474 |
0,287 |
-0,186 |
-0,054 |
1,017 |
0,292 |
0,646 |
|
4153,256 |
-0,587 |
0,594 |
-0,144 |
-0,085 |
1,010 |
0,600 |
0,794 |
|
4768,877 |
-0,674 |
1,131 |
-0,098 |
-0,111 |
1,005 |
1,136 |
0,906 |
|
5158,474 |
-0,729 |
1,794 |
-0,050 |
-0,089 |
1,001 |
1,796 |
0,976 |
|
5291,819 |
-0,747 |
2,133 |
0,000 |
0,000 |
1,000 |
2,133 |
1,000 |
Таблица 6. Динамика
|
pK, МПа |
sin(φ+β)/cos(β) |
pT, МПа |
T, кН |
MКР.Ц, Нм |
px, МПа |
β |
RШ.Ш, кН |
среднее RШ.Ш, кН |
|
-2,217 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,118 |
0,000 |
10,053 |
8,348 |
|
-1,838 |
0,434 |
-0,881 |
-2,490 |
-95,857 |
0,085 |
0,098 |
11,473 |
8,348 |
|
-0,926 |
0,786 |
-1,126 |
-3,183 |
-122,552 |
0,085 |
0,184 |
9,587 |
8,348 |
|
-0,178 |
0,993 |
-0,632 |
-1,788 |
-68,847 |
0,085 |
0,249 |
6,077 |
8,348 |
|
-0,017 |
1,036 |
0,154 |
0,436 |
16,768 |
0,085 |
0,284 |
4,269 |
8,348 |
|
-0,347 |
0,934 |
0,703 |
1,988 |
76,529 |
0,085 |
0,284 |
6,756 |
8,348 |
|
-0,794 |
0,739 |
0,814 |
2,302 |
88,634 |
0,085 |
0,249 |
8,333 |
8,348 |
|
-1,091 |
0,500 |
0,616 |
1,740 |
67,009 |
0,085 |
0,184 |
8,609 |
8,348 |
|
-1,206 |
0,250 |
0,310 |
0,876 |
33,728 |
0,085 |
0,098 |
8,072 |
8,348 |
|
-1,230 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,087 |
0,000 |
7,263 |
8,348 |
|
-1,210 |
-0,250 |
-0,311 |
-0,879 |
-33,837 |
0,089 |
-0,098 |
8,086 |
8,348 |
|
-1,101 |
-0,500 |
-0,622 |
-1,758 |
-67,665 |
0,097 |
-0,184 |
5,543 |
8,348 |
|
-0,815 |
-0,739 |
-0,835 |
-2,362 |
-90,925 |
0,113 |
-0,249 |
8,451 |
8,348 |
|
-0,375 |
-0,934 |
-0,759 |
-2,146 |
-82,629 |
0,145 |
-0,284 |
6,992 |
8,348 |
|
-0,031 |
-1,036 |
-0,281 |
-0,794 |
-30,582 |
0,208 |
-0,284 |
4,668 |
8,348 |
|
-0,106 |
-0,993 |
0,376 |
1,062 |
40,883 |
0,344 |
-0,249 |
5,146 |
8,348 |
|
-0,544 |
-0,786 |
0,661 |
1,870 |
71,977 |
0,676 |
-0,184 |
7,193 |
8,348 |
|
-0,562 |
-0,434 |
0,269 |
0,762 |
29,326 |
1,493 |
-0,098 |
6,137 |
8,348 |
|
0,001 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
2,336 |
0,000 |
3,783 |
8,348 |
|
5,849 |
0,222 |
1,333 |
3,768 |
145,085 |
8,270 |
0,050 |
16,521 |
8,348 |
|
3,931 |
0,434 |
1,883 |
5,324 |
204,971 |
6,452 |
0,098 |
12,653 |
8,348 |
|
1,050 |
0,786 |
1,276 |
3,609 |
138,949 |
0,184 |
4,425 |
8,348 |
|
|
0,273 |
0,993 |
0,971 |
2,745 |
105,667 |
1,699 |
0,249 |
5,758 |
8,348 |
|
-0,130 |
1,036 |
1,179 |
3,333 |
128,336 |
1,075 |
0,284 |
7,487 |
8,348 |
|
-0,666 |
0,934 |
1,348 |
3,812 |
146,779 |
0,776 |
0,284 |
9,482 |
8,348 |
|
-1,181 |
0,739 |
1,210 |
3,422 |
131,746 |
0,621 |
0,249 |
10,546 |
8,348 |
|
-1,493 |
0,500 |
0,843 |
2,382 |
91,712 |
0,539 |
0,184 |
10,388 |
8,348 |
|
-1,608 |
0,250 |
0,413 |
1,168 |
44,971 |
0,498 |
0,098 |
9,501 |
8,348 |
|
-1,629 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,486 |
0,000 |
3,785 |
8,348 |
|
-1,245 |
-0,250 |
-0,320 |
-0,904 |
-34,816 |
0,125 |
-0,098 |
8,210 |
8,348 |
|
-1,120 |
-0,500 |
-0,632 |
-1,787 |
-68,805 |
0,118 |
-0,184 |
8,739 |
8,348 |
|
-0,818 |
-0,739 |
-0,839 |
-2,371 |
-91,287 |
0,118 |
-0,249 |
8,470 |
8,348 |
|
-0,363 |
-0,934 |
-0,734 |
-2,075 |
-79,884 |
0,118 |
-0,284 |
6,886 |
8,348 |
|
-0,021 |
-1,036 |
-0,188 |
-0,532 |
-20,488 |
0,118 |
-0,284 |
4,376 |
8,348 |
|
-0,169 |
-0,993 |
0,600 |
1,696 |
65,279 |
0,118 |
-0,249 |
5,958 |
8,348 |
|
-0,905 |
-0,786 |
1,100 |
3,110 |
119,730 |
0,118 |
-0,184 |
9,454 |
8,348 |
|
-1,809 |
-0,434 |
0,866 |
2,449 |
94,298 |
0,118 |
-0,098 |
11,348 |
8,348 |
|
-2,217 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,000 |
0,118 |
0,000 |
10,053 |
8,348 |