Тема: Расчет гильзы цилиндра и расчет шпильки головки

1.Расчет гильзы цилиндра.

Расчетная толщина стенки гильзы, мм

где - диаметр цилиндра, мм; — допустимое напряжение на растяжение (для чугунных втулок , для стальных втулок МПа); — давление газов в конце сгорания, МПа.

Толщину стенки гильзы выбирают с некоторым запасом прочности, так как .

Наиболее опасной нагрузкой является максимальное давление сгорания , вызывающее растягивающее напряжение по образующей цилиндра и по его кольцевому сечению (рисунок 1).

Напряжение растяжения в гильзе от действия максимального давления газов, МПа

.

Допускаемые напряжения для гильз цилиндров, выполненных из чугуна, изменяются в пределах 30—60 МПа, а для стальных — 80—120 МПа.

 

Рис. 1. Расчетная схема гильзы цилиндра

Температурные напряжения в гильзе, МПа

где — модуль упругости материала, МПа (для стали , а для чугуна ); — коэффициент линейного расширения (для чугуна 1/К); — перепад температур, К (по опытным данным для верхней части втулки ); — коэффициент Пуассона (для стали , для чугуна ).

Суммарные напряжения от давления газов и перепада температур:

на наружной поверхности гильзы цилиндра, МПа

;

на внутренней поверхности, МПа

.

Суммарное напряжение в чугунной гильзе не должно превышать 100—130 МПа, а в стальной — 180—200 МПа.

 

2. Расчет шпильки головки

По табл.1 или 2 и 3 для выбранного материала шпильки определяем:

предел прочности , текучести , усталости при растяжении-сжатии

коэффициент приведения цикла при растяжении-сжатии

при растяжении-сжатии определяем:

; .

Проекция поверхности камеры сгорания на плоскость, перпендикулярную оси цилиндра при верхнем расположении клапанов, м²:

.

Сила давления газов на одну шпильку, МН

,

где - число шпилек на один цилиндр.

Сила предварительной затяжки, МН

,

где — коэффициент затяжки шпильки; — коэффициент основной нагрузки резьбового соединения.

Суммарная сила, растягивающая шпильку, без учета силы , МН

.

Минимальная сила, растягивающая шпильки, МН:

.

Максимальные и минимальные напряжения, возникающие в шпильке, МПа:

;

,

где – внутренний диаметр резьбы шпильки, м²;

Здесь – номинальный диаметр шпильки, м; – шаг резьбы, м (таблица 6).

Средние напряжения и амплитуда цикла (МПа):

Величина

где - коэффициент концентрации напряжений, с учетом вида концентратора и свойств материала; острая - образная выточка (резьба), - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжения (определяется аналогично как в лабораторной работе № 2); - масштабный коэффициент, определяется по таблице 4 (при номинальном диаметре шпильки); - коэффициент поверхностной чувствительности, определяется по таблице 5 (грубое обтачивание).

Запасы прочности шпильки определяют по уравнениям,

Если , то запас прочности шпильки определяется по пределу текучести;

Если , то запас прочности шпильки определяется по пределу усталости;

Допускаемые запасы прочности изменяются в пределах: и .

Таблица 1

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 2

 

Марка чугуна
Механические свойства серых чугунов, МПа
СЧ15-32							-
СЧ21-40							-
СЧ24-44							-
СЧ28-48							-
СЧ32-52							-
СЧ35-56							-
СЧ38-60							-

 

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

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 №5,6 (время 4ч)