Конструктивні параметри поршневої головки
Назва | Двигуни Отто | Дизельні двигуни |
Внутрішній діаметр поршневої головки d: без втулки з втулкою | d » dп (1,10…1,25)dп | d » dп (1,10…1,25)dп |
Зовнішній діаметр головки dг | (1,25…1,65)dп | (1,3…1,7)dп |
Довжина поршневої головки хитня lх (див. табл. 3.1): закріплений палець плаваючий палець | (0,28…0,32)D (0,33…0,45)D | (0,28…0,32)D (0,33…0,45)D |
Мінімальна радіальна товщина стінки головки hг | (0,16…0,27)dп | (0,16…0,27)dп |
Радіальна товщина стінки втулки sв | (0,055…0,085)dп | (0,070…0,085)dп |
Поршневу головку хитня (рис.4.1) розраховують на: а) втомну міцність (розтяг) в перерізі І-І від дії інерційних сил (без врахування запресованої втулки), що досягають максимальних значень під час роботи двигуна в режимі максимальної частоти обертання під час марного ходу; б) напруження, що виникають в головці від дії на неї запресованої втулки; в) втомну міцність (згин) в перерізі А-А (місце переходу головки хитня в стрижень) від дії сумарних (газових та інерційних) сил і запресованої втулки. Розрахунок у цьому випадку здійснюють для режиму роботи двигуна, за якого амплітуда зміни сумарних сил є максимальною.
Переріз І-І поршневої головки навантажується в режимі n = nмх змінною силою інерції мас поршневої групи mп і верхньої частини головки mвг (вище перерізу І-І). Величину mвг визначають за геометричними розмірами верхньої частини головки і питомої маси матеріалу хитня, або орієнтовно приймають в межах 6...9 % маси хитня.
Сила Fj створює в перерізі І-І мінімальне smin=0 і максимальне напруження
У разі коли Fj>0 сила інерції направлена до осі колінчатого валу і не навантажує переріз І-І. Напруження в перерізі І-І змінюється за законом пульсуючого циклу.
Запас міцності визначається за формулами (2.1), (2.9) або (2.10) і складає для автомобільних і тракторних двигунів 2,5...5.
Напруження в поршневій головці хитня, яке виникає від запресування в неї втулки і від різниці коефіцієнтів розширення матеріалів втулки і головки, характеризується сумарним натягом
DS = D + Dt, | (4.1) |
де D – натяг посадки бронзової втулки, який під час розрахунку приймають найбільшим у відповідності із застосованою посадкою; Dt – температурний натяг.
Dt = d(aв – aг)t, | (4.2) |
де d – внутрішній діаметр головки; aв=1,8×10–5 град–1 – термічний коефіцієнт розширення бронзової втулки; aг=1,0×10–5 град–1 – термічний коефіцієнт розширення стальної головки; t = 100...120°С – середня температура головки і втулки під час роботи двигуна.
Питомий тиск від сумарного натягу на поверхні дотику втулки з головкою
, | (4.3) |
де dг, d і dп – відповідно зовнішній і внутрішній діаметр головки і внутрішній діаметр втулки; m = 0,3 – коефіцієнт Пуассона; Ех = 2,2×105 МПа – модуль пружності стального хитня; Ев = 1,15×105 МПа – модуль пружності бронзової втулки.
Напруження від сумарного натягу на зовнішній і внутрішній поверхнях поршневої головки визначають за формулою Ляме
, . | (4.4) |
Значення і можуть досягати 100...150 МПа. Для плаваючої втулки напруження від сумарного натягу дорівнюють нулю.
Слід відмітити, що для плаваючої втулки напруження від сумарного натягу рівні нулю.
Переріз А-А поршневої головки в режимі n=nM або n=nN навантажується змінними сумарними силами F=Fг+Fj і постійною силою від дії запресованої втулки.
Сумарна сила, яка розтягує головку, досягає максимального значення у ВП поршня під час початку впуску. Цю силу визначають без врахування незначної в цей момент величини газових сил
, | (4.5) |
де mп – маса поршневої групи; w – кутова швидкість: w=wе у разі проведення розрахунку в режимі n = nе і w=wМ у разі розрахунку в режимі n = nM.
На підставі експериментальних і розрахункових даних приймають, що радіальний тиск від сили Fjп розподіляється рівномірно по внутрішній поверхні верхньої половини головки (рис. 4.2, а).
У відповідності з розрахунковою схемою (рис. 4.2, а) приймають, що нижня частина головки не деформується внаслідок великої жорсткості опори (стрижень), отже, дію відкинутої правої частини головки замінюють нормальною силою Nj0 і згинальним моментом Mj0.
Рис. 4.2. Розподіл навантаження на поршневу головку хитня:
а – у разі розтягу, б – у разі стиску
Наближено
, , | (4.6) |
де jхз – кут заробки; rсер=0,25(dг + d) – середній радіус поршневої головки.
На ділянці 2, що лежить в інтервалі зміни кута jх від 90° до кута заробки jхз,
, . | (4.7) |
Для небезпечного перерізу А-А у разі jх=jхз значення нормальної сили та згинального моменту розраховують за формулами (4.7).
За значеннями Nj2 і Mj2 визначають напруження в головці на зовнішньому і внутрішньому волокнах, проте для розрахунку необхідне значення напружень на більш навантаженому зовнішньому волокні.
Без врахування запресованої втулки напруження в перерізі А-А на зовнішньому і внутрішньому волокнах головки хитня відповідно:
; , | (4.8) |
де lх – довжина поршневої головки; hг = 0,5(dг–d) – товщина стінки головки.
У разі наявності запресованої втулки в головці хитня відбувається їх деформація. Внаслідок цього на головку передається не вся нормальна сила Nj2, а її частина, яка пропорційна коефіцієнту K. Впливом втулки на зменшення згинального моменту Mj2 нехтують.
Коефіцієнт
, | (4.9) |
де Aг= (dг–d)lх – площа перерізу стінок головки; Aв= (d–dп)lх – площа перерізу стінок втулки.
З врахуванням коефіцієнта K напруження на зовнішньому і внутрішньому волокнах в перерізі А-А від дії сили розтягу
; . | (4.10) |
Нехтуючи зміщенням максимальної газової сили відносно ВП, наближено знаходять сумарну силу, що стикає головку
. | (4.11) |
де pzд – максимальний тиск згорання з урахуванням заокруглення індикаторної діаграми, pzд = 0,85pz для двигунів Отто і pzд = pz для дизелів; p0 = 0,1 МПа – тиск довкілля.
Радіальний тиск від сили стиску Fc на внутрішню поверхню нижньої половини головки приймають косинусоїдальним, як показано на розрахунковій схемі (рис. 4.2, б).
Значення нормальної сили Nс1, Nс2 та згинального моменту Mс1, Mс2 на ділянках 1 та 2:
; ; ; . | (4.12) |
В рівняннях (4.12) значення кута jх у відношення jх/180º підставляють в градусах, а значення і в залежності від кута jхз заробки визначають з табл. 4.2.
Таблиця 4.2
Дата добавления: 2014-12-22; просмотров: 900;