рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Расчет шатунной группы

Расчет шатунной группы - раздел Машиностроение, Автотракторные двигателя 1.расчет Поршневой Головки Шатуна Необходимые Данные Берутся ...

1.Расчет поршневой головки шатуна

Необходимые данные берутся из предыдущих расчетов, по таблице 1 выбираются значения основных конструктивных параметров поршневой головки (рис 1). Выбирается материалы шатуна, втулки. По таблицам 2 и 3 для выбранного материала шатуна принимаются: предел прочности , предел усталости при изгибе и растижении-сжатии , предел текучести , коэффициенты приведения цикла при изгибе и при растяжении-сжатия . Модуль упругости стального шатуна МПа; Модуль упругости бронзовой втулки МПа.

Рис. 1. Расчетная схема шатунной группы

Отношение предела усталости:

при изгибе

и ;

при растяжении-сжатии

и .

Расчет сечения (рис.1)

максимальное напряжение пульсирующего цикла

где - масса части головки выше сечения ; - масса шатуна, кг; - конструктивная масса шатуна, кг/м2; - радиальная толщина стенки головки, м таблица 1.

Среднее напряжение и амплитуда напряжений (МПа)

где - эффективный коэффициент концентрации напряжений (головка не имеет резких переходов); - масштабный коэффициент, определяется по таблице 4, (размер детали принимают равному ); - коэффициент поверхностной чувствительности, определяется по таблице 5 (грубое обтачивание без поверхностного упрочнения).

так как , то запас прочности в сечении определяется по пределу усталости

Запас прочности составляет для автомобильных и тракторных двигателей 2,5—5.

Напряжения от запрессованной втулки:

суммарный натяг, мм

,

где — натяг посадки бронзовой втулки, мм; — температурный натяг, мм: здесь — внутренний диаметр головки, мм; 1/К — термический коэффициент расширения бронзовой втулки; 1/К — термический коэффициент расширения стальной головки; К — средняя температура подогрева головки и втулки при работе двигателя.

Удельное давление (МПа) от суммарного натяга на поверхности соприкосновения втулки с головкой

,

где , и — соответственно наружный и внутренний диаметры головки и внутренний диаметр втулки, мм; — коэффициент Пуассона;

Напряжения (МПа) от суммарного натяга внутренней поверхности поршневой головки

,

Напряжения (МПа) от суммарного натяга на внешней поверхности поршневой головки

Значения и могут достигать 100—150 МПа.

Расчет сечение (рис. 1, 2) на изгиб:

максимальная сила (Н), растягивающая головку на режиме при °:

,

где — масса поршневой группы, кг; — угловая скорость рад/с

Нормальная сила (Н) и избегающий момент (Нм) в сечении :

;

где - угол заделки град;

где — средний радиус поршневой головки, м.

Рис. 2. Распределение нагрузок на поршневую головку шатуна:

а — при растяжении; б — при сжатии

 

Нормальная сила (Н) и избегающий момент (Нм) в сечении в расчетном сечении от:

растягивающей силы:

;

.

Напряжение (МПа) на внешнем волокне от растягивающей силы

;

где коэффициент

,

где и — соответственно площадь сечения стенок головки и втулки.

Суммарная сила (Н), сжимающая головку:

Нормальная сила (Н) и изгибающий момент (Нм) в расчетном сечении от сжимающей силы:

где определяются по таблице 6, определяются по таблице 7.

где определяются по таблице 6, , определяются по таблице 7.

Напряжения на внешнем волокне от сжимающей силы (МПа)

Максимальное и минимальное напряжения асимметричного цикла (МПа):

;

.

Среднее напряжение и амплитуда напряжений (МПа):

 

Если , то запас прочности в сечении определяется по пределу усталости

.

Если , то запас прочности в сечении определяется по пределу текучести

.

Запас прочности поршневых головок изменяется в пределах 2,5— 5,0.

 

2.Расчет кривошипной головки шатуна.

Данные берутся из динамического расчета и расчета поршневой головки шатуна.

По таблице 8 принимаем основные конструктивные размеры.

Максимальная сила инерции (Н)

,

где и — соответственно массы шатунной группы, совершающие

возвратно-поступательное и вращательное движения, , кг; — масса крышки кривошипной головки, кг; — масса шатунной группы, кг.

Момент сопротивления расчетного сечения, м3

,

где - расстояние между шатунными болтами, м таблица 8; - длина кривошипной головки, м таблица 8; - внутренний радиус кривошипной головки шатуна, м.

Момент инерции вкладыша и крышки, м4

,

.

Напряжение изгиба крышки и вкладыша, (МПа)

,

где — суммарная площадь крышки и вкладыша в расчетном сечении, м2.

Значение изменяется в пределах 100 — 300 МПа.

 

3.Расчет стержня шатуна

Основными конструктивными параметрами стержня шатуна кроме длины являются размеры его среднего сечения В - В (см. рисунок 1).

Значения этих параметров для отечественных автомобильных и тракторных двигателей приведены в таблице 9.

Площадь и моменты инерции расчетного сечения В - В, м2

,

где , , и – размеры сечения шатуна, м.

;

,

Максимальное напряжение от сжимающей силы, МПа

в плоскости качения шатуна

,

где – коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости качения шатуна; – длина шатуна, м; – предел упругости материала шатуна, МПа; – модуль упругости стального шатуна, МПа; – сила, сжимающий шатун при , здесь – масса возвратно движущихся частей кривошипно-шатунного механизма, кг.

в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна

,

где – коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна; – длина стержня шатуна между поршневой и кривошипной головки, м;

Для современных автомобильных и тракторных двигателей напряжения и (МПа) не должны превышать:

Для углеродистых сталей.................160—250

Для легированных сталей................200—350

Минимальное напряжение от растягивающей силы

,

где – сила, растягивающая шатун, МПа,

здесь – давление остаточных газов, с наддувом, МПа – давление наддувочного воздуха, без наддува.

Средние напряжения от растягивающей силы

где – коэффициент концентрации напряжения; – определяется по максимальному размеру сечения стержня шатуна (таблица 4);

– определяется по таблице 5 с учетом поверхностного упрочнения стержня шатуна обдувкой дробью.

так как и , то запас прочности в сечении

В — В определяются по пределу усталости

где (см. расчет поршневой головки шатуна при растяжении-сжатия)

Для шатунов автомобильных и тракторных двигателей значения и не должны быть ниже 1,5.

 

4.Расчет шатунного болта

По табл. 2 и 3 для выбранного материала определяем

предел прочности , текучести и усталости при растяжении-сжатии ; коэффициент приведения цикла при растяжении-сжатии

Определяем

;

Сила предварительной затяжки (МН)

,

где – максимальная сила инерции, разрывающая кривошипную головку и шатунные болты (берется из расчета кривошипной головки без учета знака); – количество болтов.

Суммарная сила (МН), растягивающая болт

,

где — коэффициент основной нагрузки резьбового соединения.

Максимальные и минимальные напряжения (МПа), возникающие в болте

,

,

где — внутренний диаметр резьбы болта, м; — номинальный диаметр болта (таблица 10), м; — шаг резьбы (таблица 10), м.

Среднее напряжение и амплитуды цикла (МПа)

,

,

,

где – коэффициент концентрации напряжения; острая - образная выточка (резьба), - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжения определяется по рисунок 3; - масштабный коэффициент, определяется по таблице 3 при номинальном диаметре болта; - коэффициент поверхностной чувствительности, определяется по таблице 4 без учета поверхностного упрочнения грубое обтачивание;

если , то запас прочности в сечении болта определяется по пределу усталости

если , то запас прочности в сечении болта определяется по пределу текучести

Для шатунных болтов значения запаса прочности не должно быть

ниже 2.

 

Рис.3. Коэффициент чувствительности сталей к концентрации напряжений

 

Таблица 1

Величина Карбюраторные двигатели Дизели
Внутренний диаметр поршневой головки : без втулки с втулкой        
Наружный диаметр головки    
Длина поршневой головки шатуна : закрепленный палец плавающий палец        
Минимальная радиальная толщина стенки головки    
Радиальная толщина стенки втулки    

 

Таблица 2

Марка стали Механические свойства легированных сталей, МПа
20Х 650-850 400-600 310-380
30Х 700-900 600-800
30ХМА - - -
35Х - - - -
35ХМА - - - -
38ХА - - - -
40Х 750-1050 650-950 320-480 240-340 - 210-260
40ХН 1000-1450 800-1300 460-600 320-420
45Х 850-1050 700-950 400-500 - - -
50ХН - - -
12ХН3А 950-1400 700-1100 420-640 270-320 220-300
18ХН24А - - - -
18ХНВА 1150-1400 850-1200 540-620 360-400 300-360
25ХНМА - - - - -
20ХНЗА 950-1450 850-1100 430-650 - 240-310
25ХНВА 1100-1150 950-1050 460-540 310-360 280-310
30ХГСА 510-540 500-530 - 220-245
37ХНЗА 1150-1600 1000-1400 520-700 - - 320-400
40ХНМА 1150-1700 850-1600 550-700 - 300-400

 

 

Таблица 3

Пределы прочности, , МПа Изгиб Растяжение-сжатие Кручение
350-450 0,06-0,10 0,06-0,08
450-600 0,08-0,13 0,07-0,10
600-800 0,12-0,18 0,09-0,14 0-0,08
800-1000 0,16-0,22 0,12-0,17 0,06-0,10
1000-1200 0,20-0,24 0,16-0,20 0,08-0,16
1200-1400 0,22-0,25 0,16-0,23 0,10-0,18
1400-1600 0,25-0,30 0,23-0,25 0,18-0,20

 

Таблица 4

Масштабные коэффициенты Размеры детали, мм
10-15 15-20 20-30 30-40 40-50 50-100 100-200
1,0-0,95 0,95-0,90 0,90-0,85 0,85-0,80 0,80-0,75 0,75-0,65 0,65- 0,55
1,0-0,94 0,94-0,88 0,88-0,83 0,83-0,78 0,78-0,72 0,72-0,60 0,60- 0,50

 

Таблица 5

Вид обработки или поверхностного упрочнения   Вид обработки или поверхностного упрочнения  
Полирование без поверхностного упрочнения   Обдувка дробью 1,1-2,0
Шлифование без поверхностного упрочнения   0,97-0,85 Обкатка роликом 1,1-2,2
Чистовое обтачивание без поверхностного упрочнения   0,94-0,80 Цементация 1,2-2,5
Грубое обтачивание без поверхностного упрочнения   0,88-0,60 Закалка 1,2-2,8
Без обработки и без поверхностного упрочнения   0,76-0,50 Азотирование 1,2-3,0

 

 

Таблица 6

Параметры   Угол заделки , град
0,00010 0,0005 0,00010 0,0009 0,00025 0,0018 0,00060 0,0030 0,00110 0,0060 0,00180 0,0085 0,00300

 

Таблица 7

Угол заделки , град
-0,1736 -0,2588 -0,3420 -0,4226 -0,500 -0,5736 -0,6428
1,1736 1,2588 1,3420 1,4226 1,500 1,5736 1,6428
1,1584 1,2247 1,2817 1,3289 1,3660 1,3928 1,4088
0,0011 0,0020 0,0047 0,0086 0,0130 0,0235 0,304

 

 

Таблица 8

Размеры кривошипной головки Пределы изменения Размеры кривошипной головки Пределы изменения
Диаметр шатунной шейки   Расстояние между шатунными болтами  
Толщина стенки Вкладыша : тонкостенного толстостенного     Длина кривошипной головки  

 

 

Таблица 9

Размеры сечения шатуна Карбюраторные двигатели Дизели

 

 

Таблица 10

номинальный диаметр болта, , мм шаг резьбы , мм номинальный диаметр болта, , мм шаг резьбы , мм номинальный диаметр болта, , мм шаг резьбы , мм
1,25 1,5 1,5
1,25
1,5 1,5
1,25 1,5
1,25 2,5
1,5
1,5 1,5
1,75

 

 

 

Лабораторная работа №4 (время 2ч)

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Автотракторные двигателя

Российской федерации.. федеральное государственное бюджетное образовательное.. высшего профессионального образования..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Расчет шатунной группы

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Оренбург 2011
Под редакцией преподавателя Д.В. Фролов.   Методическое указание к расчету лабораторных работ по предмету «Основы проектирования тракторов и автомобилей» раздел I «Автотракто

Расчет поршневой группы
1.Расчет поршня Наиболее напряженным элементом поршневой группы является поршень (рис. 1). Основные конструктивные соотношения размеров элементов поршня (рисунок 1) приведе

Расчет гильзы цилиндра и расчет шпильки головки
1.Расчет гильзы цилиндра. Расчетная толщина стенки гильзы, мм

Расчет компрессора и турбины
1.Расчет компрессора. Параметры окружающей среды и физические константы для воздуха приняты по данным теплового расчета. Компрессор радиально-осевой с лопаточным диффузором

Расчет элементов топливной системы дизеля
1.Топливный насос высокого давления Топливный насос высокого давления является основным конструктивным элементом системы питания дизелей. По результатом теплового расчета д

Расчет элементов системы смазки
1.Основные размеры шестерен масляного насоса Количество тепла, отводимого маслом от двигателя, кДж/с

Расчет элементов системы охлаждения
1. Расчет водяного насоса Циркуляционный расход охлаждающей жидкости в системе охлаждения, м3/с

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги