Лекция 9. Расчет поршневой головки

Поршневая головка нагружена циклической силой Р_цп= Р₂+Р_j,

где Р_j – сила инерции поршневой группы (поршня, пальца, колец), Р₂ – давление газов, а также силой Р_д от запрессованного пальца или бронзовой втулки.

Напряжение от Р_д в элементах головки от прилегания внешней и внутренней поверхностей определяется по формулам Ляме:

а) для плавающего пальца:

, (9.1)

где d и D_r в миллиметрах;

б) для защемленного пальца

. (9.2)

Найдем давление ; где D – натяг от запрессовки.

Для плавающего пальца суммарный натяг , где a_В – коэффициент линейного расширения втулки; a_m – коэффициент линейного расширения шатуна. DТ 100...120 °С – разность температур поршневой головки на расчетном режиме и при «холодном» двигателе. Суммарный натяг достигает 0,12...0,14 мм, а давление:

1) для плавающего пальца, МПа,

, (9.3)

2) для защемленного пальца, МПа,

, (9.4)

где Е_ш и Е_п – модули упругости шатуна и пальца.

Максимальные инерционные силы , МПа, при положении ВМТ в начале такта впуска и , МПа, в ВМТ на такте расширения.

Напряжения растяжения и сжатия определяют (рис. 9.1) из уравнения бруса малой кривизны при следующих допущениях:

1. Сила Р_{i раст} – равномерно распределена по верхней полуокружности головки радиусом r_ср=(D_r + d)/4 с интенсивностью . Сила P_{i сжат} распределена по нижней полуокружности радиусом r_ср, с интенсивностью .

Расчетная схема

1. В местах перехода головки шатуна в стержень точки А предполагается заделка.

2. Правая половина шатуна заменяется силой N₀ и моментом М₀.

Расчет проводится для сечения II-II.

Напряжение на наружном волокне головки шатуна, МПа,

, (9.5)

на внутреннем волокне, МПа,

, (9.6)

где а – длина поршневой головки, м;

h – толщина стенки головки, м (рис. 8.1), h=(D_r-d)/2.

k=Е_шF_rш / (E_ш×Е_г + Е_ВF_В), где F_г=(D_r-d)a; и F_B=(d-d_ш)a.

Максимальное напряжение в точке А на внешнем волокне в сечении II – II заделки.

Для этого сечения момент М и нормальная сила N при Р_max равны

, (9.7)

, (9.8)

где ;

w - угловая скорость, рад/с ( ); R. М; m_п – масса поршневой группы; P_xD – давление горящих газов; P₀ – давление остаточных газов.

Значения , и для опасного сечения II –II берутся из табл. 7.1.

Таблица 9.1