Проектирование систем двигателей внутреннего сгорания (стр. 5 из 18)
Допускаемые напряжения:
Максимальное напряжение при разведении замка в процессе надевания кольца на поршень:
где К = 1,57 – коэффициент, зависящий от способа приложения усилий к кольцу при надевании его на поршень.
Монтажный зазор ∆з в прямом замке холодного кольца:
где
- минимально допустимый зазор в замке кольца во время работы двигателя:
Принято
- коэффициент линейного расширения материалов кольца и цилиндра. 
- температура кольца; 
- температура гильзы; 
- начальная температура. 
4.1.3. Расчет поршневого пальца
Материал – сталь 12 ХНЗА, HRC = 56...62
Размеры пальца:
Наружный диаметр: dн = 40 мм;
Внутренний диаметр: dв = 24 мм;
Длина пальца: Lп = 90 мм;
Длина поршневой головки шатуна: Lпг = 37 мм;
Расстояние между торцами бобышек: Lбп = 43 мм.
Сила инерции, действующая на поршневой палец:
Сила давления газов, действующая на поршневой палец:
Расчетная сила, действующая на поршневой палец:
где k = 0,72 – коэффициент зависящий от массы пальца (0,68...0,8).
Удельное давление на втулку поршневой головки шатуна:
Удельное давление на бабышки поршня:
Допускается Рб = 15...50 МПа.
Напряжение в среднем сечении пальца при его изгибе:
где γ = 0,6 = db / dп = 24 / 40 =0,6
Касательные напряжения в сечениях между бабышками и головкой шатуна при срезе:
Максимальная диаметральная деформация пальца при овализации:
где К – поправочный коэффициент.
Е = 2,2·105 – модуль упругости материала пальца (сталь).
Напряжения от деформации пальца:
Точка 1.
Точка 2.
Точка 3.
Точка 4.
На основании полученных значений напряжений строим их эпюру.
 |
Рис. 7. Эпюра напряжений при овализации пальца: а) на внутренней поверхности; б) на внешней.
Монтажный зазор между пальцем и бобышками поршня:
где апп = 11·10-6 1/ ºС, ап= 22·10-6 1/ ºС.
∆tпп = 105 ºС, ∆tп = 125 ºС
принимаем равной 0,04 мм 
Для облегчения сборки пальца с поршнем, последний следует прогревать.
4.2. Расчет деталей шатунной группы
4.2.1. Расчет шатуна
Исходные данные:
- Максимальное давление сгорания: Рzmax = 6,57 МПа;
на режиме n = 1700 мин-1, при φз = 370 º ПКВ.
- Масса поршневой группы: mпг = 2,544 кг;
- Масса шатунной группы: mш = 2,7 кг;
- Максимальная частота вращения холостого хода: nххmax = 1850 мин-1;
- Ход поршня: S = 125 мм;
- Длина поршневой головки: Lпг = 37 мм;
- Диаметр шатунной шейки: dшш = 68 мм;
- Длина кривошип. головки: Lкг = 40 мм;
- Высота двутаврового сечения в центре масс шатуна: hш = 36 мм;
- Ширина двутаврового сечения в центре масс: bш = 24 мм.
Шатун изготовлен из углеродистой стали 40Х.
Еш = 2,2·105 МПа;
Ев = 1,15·105 МПа;
ав = 18·10-6 1/ ºС;
аг = 11·10-6 1/ ºС.
Для стали 40Х выбираем:
Предел прочности σв = 980 МПа;
Предел усталости:
- при изгибе σ-1 = 350 МПа;
- при растяжении σ-1р = 300 МПа;
- предел текучести σт = 800 МПа;
Коэффициент приведения цикла:
- при изгибе - аσ = 0,21;
- при растяжении аσ = 0,17.
Расчет поршневой головки.
 |
Поршневая головка во время процессов впуска и выпуска подвергается растяжению силами инерции РJ и сжатию силой РZ – PJпг (РJпг – сила инерции деталей поршневой группы).
Рис.8. Расчетная схема шатуна.
1. Для случая изгиба:
2. Для случая растяжения-сжатия:
Максимальное напряжение растяжения в сечении І – І:
где
где mвг = 0,075, mш = 0,075·2,7 = 0,203 кг.
δгш= 7 мм.
Среднее значение и амплитуда напряжения:
то запас прочности определяем по пределу усталости:
где
(т.к. не имеется резких переходов)
КF = 0,72 – чистовое растачивание
Кd = 0,8
Напряжения в поршневой головке от запрессовки втулки определяются при натяге посадки втулки, ∆ = 0,05 мм: