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)