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)