Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


Расчет поршневого кольца




Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Кольца чугунные, СЧ20.

Определяем среднее давление кольца на стенку цилиндра:

где Е = 1·105 МПа – модуль упругости материала поршневого кольца (СЧ20);

   Ж – раствор замка (разность зазоров в замке кольца в свободном его состоянии и min допускаемого).

    σпк – радиальная толщина кольца S пк = 4,5 мм

Уmax = 1,6...1,8.

Давление кольца на стенку цилиндра в любой точке:

Рφ – сводим в таблицу.

Форма кольца в свободном состоянии, обеспечивающая требуемый характер распределения давления:

 

где rм – средний радиус кольца.

Рис. 5. Эпюра радиального            Рис. 6. Форма поршневого кольца

Давления по окружности цилиндра.          в свободном состоянии.

 

Результаты расчета сводим в таблицу.

 


Таблица 4.

φº 0 30 60 90 120 150 180
Рφ, МПа 0,197 0,192 0,154 0,092 0,097 0,192 0,254
Y 0 0,0049 0,0157 0,0189 -0,005 -0,0635 -0,1331
X 0,1008 0,1152 0,1492 0,1809 0,1889 0,1618 0,1014
ρ, мм 40,86 41,0682 41,556 41,993 42,037 41,514 40,5102

 

Максимальное напряжение, возникающее при изгибе кольца в рабочем состоянии в его поперечном сечении против замка:

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.

 

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 / d п = 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.

t пп = 105 ºС,                        t п = 125 ºС

 принимаем равной 0,04 мм

Для облегчения сборки пальца с поршнем, последний следует прогревать.

 

Расчет деталей шатунной группы

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 – PJпгJпг – 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 m вг = 0,075, m ш = 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)

К F = 0,72 – чистовое растачивание

К d = 0,8

Напряжения в поршневой головке от запрессовки втулки определяются при натяге посадки втулки, ∆ = 0,05 мм:

- температурном натяге:

где ∆t = 110 ºC – степень подогрева.

- суммарном натяге:

Удельное давление на поверхности соприкосновении втулки с головкой:

где dг = 57 мм – наружный диаметр головки,

  d = 43 мм – внутренний диаметр головки,

  dн = 40 мм – внутренний диаметр втулки,

  М = 0,3 – коэффициент Пуассона.

Напряжения на внешней внутренней поверхностях поршневой головки от действия суммарного натяга определяем по формулам Ламе:

Расчет поршневой головки на изгиб:

Максимальная сила, растягивающая головку:

Нормальная сила и изгибающий момент в сечении

где  - угол заделки.

где  - средний радиус головки.

Значения нормальных сил и изгибающих моментов для других сечений, расположенных под углом φ' определяем по следующим формулам:

Для φ' от 0 до 90 º

Для φ' от 90 º до φ3

3 = 120 º - угол заделки)

Напряжения в крайних волокнах у наружной и внутренней поверхностях по формулам:

где коэффициент b = Ег · Fг / (Ег · Fг + Ев · Fв)

Fг, Fв – площадь сечения стенок головки и втулки.

Результаты расчетов сводим в таблицу.                                  Таблица 5

φ, град 30 60 80 90 100 110 120
NJ, Н -6020,7 -6131,2 -6229,65 -6282,15 -6232 -6006,38 -5591,2
МJ, мм -0,468 2,294 4,753 6,061 4,98 -0,831 -11,21
σаi, МПа -22,34 -14,34 -7,206 -3,411 -6,532 -23,395 -53,49
σJi, МПа -18,74 -29,72 -39,09 -44,202 -39,97 -17,82 21,68

 

Рис. 9. Эпюра напряжений во внутреннем и внешнем волокнах поршневой головки шатуна при растяжении.

 

 

 

Рис. 10. Эпюра напряжений во внутреннем и внешнем волокнах

поршневой головки шатуна при сжатии.

 

 

Суммарная сила, сжимающая головку:

Нормальная сила и изгибающий момент в сечении .

Значения нормальных сил и изгибающих моментов для других сечений, расположенных под углом φ к вертикальной плоскости

где

Напряжения в крайних волокнах у наружной и внутренней поверхностей:

Результаты вычислений сводим в таблицу.

Таблица 6.

φ 30 60 80 90 100 110 120
NJ, Н 165,2 95,34 19,55 0 2,635 218,13 846,43
MJ, Нм 2,39 4,13 5,686 6,514 6,45 1,064 14,645
σai, МПа 7,82 12,88 17,39 19,79 19,6 398,45 -41,56
σJi, МПа -8,18 -14,81 -20,47 -23,89 -23,65 -3,137 56,6

 

Расчет стержня шатуна.

Стержень шатуна подвергается растяжению силой инерции РJ поступательно движущихся масс, расположенных выше расчетного сечения, и сжатию силой, равной разности сил давления газов и силы инерции. Стержень шатуна рассчитывают на усталость в сечении В – В, которое условно располагается в центре тяжести шатуна.

Сила растяжения шатуна:

Сила, сжимающая шатун:

где

Напряжения сжатия в расчетном сечении с учетом продольного изгиба:

где FB-B = 470 мм2 – площадь сечения В-В.

Напряжения растяжения в сечении В-В:

Среднее напряжение и амплитуда цикла:

 

значит, запас прочности определяем по пределу усталости:

Значения коэффициентов:

 (обдувка дробью).

 

Расчет крышки шатуна.

Сила, нагружающая крышку шатуна:

где ткр = 0,24 кг – масса крышки шатуна;

  тшп = 0,7425 кг – масса шатуна, приведенная к поршню;

  тшк = 1,9575 ку – масса шатуна, приведенная к кривошипу.

Моменты инерции вкладыша и крышки:

где

Момент сопротивления расчетного сечения:

Напряжения при изгибе крышки и вкладыша:

где Fг – суммарная площадь крышки и вкладыша в расчетном сечении:

 

Расчет шатунного болта.

Максимальная сила инерции, разрывающая головку и шатунные болты:

Номинальный диаметр болта:

d = 12 мм,

Шаг резьбы: t = 1 мм,

Количество болтов iб = 2,

Материал болтов – сталь 40ХН,

σв – предел прочности (1300 МПа),

σт – предел текучести (1150 МПа),

σ-1р – предел усталости при растяжении-сжатии (380 МПа),

аσ – коэффициент приведения цикла при растяжении-сжатии (0,2)

Сила предварительной затяжки болта:

Суммарная сила, растягивающая болт:

где  - коэффициент основной нагрузки резьбового соединения.

Максимальные и минимальные напряжения в сечении болта:

где Fср – площадь опасного сечения болта:

Среднее напряжение и амплитуда цикла:

Так как , то запас прочности шатунного болта определяется по пределу текучести:

Запас прочности должен быть не менее 2.

 




Читайте также:



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (153)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.07 сек.)
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7