Расчет конструкции двигателя внутреннего сгорания
4.1 Расчёт поршневой головки шатуна бензинового двигателя
Из расчётов имеем: давление сгорания ,массу поршневой группы ; массу шатунной группы ; максимальная частота вращения при холостом ходе ; ход поршня ; площадь поршня ; . Из расчёта поршневой группы имеем диаметр поршневого пальца ; длина поршневой головки шатуна . По таблице принимаем: наружный диаметр головки ; внутренний диаметр головки ; радиальная толщина стенки головки
hГ = (dГ - d)/2 =(20-16,5)/2=1,75 мм;
радиальная толщина стенки втулки
SВ = (d - dП)/2 =(16,5-15)/2=0,8 мм.
Материал шатуна - углеродистая сталь 45Г 2;
.
Материал втулки - бронза; .
Для стали 45Г 2: предел прочности , пределы усталости при изгибе и растяжении - сжатии , предел текучести , коэффициенты приведения цикла при изгибе и растяжении - сжатии .
- при изгибе
и ; (4.1)
- при растяжении - сжатии
и . (4.2)
Расчёт сечения I - I:
- максимальное напряжение пульсирующего цикла
(4.3)
где
- масса части головки выше сечения I -I
рад/с (4.4)
Среднее напряжение и амплитуда напряжений:
, (4.5)
, (4.6)
где
- эффективный коэффициент концентрации напряжений (головка не имеет резких переходов и концентрация напряжений в основном зависит от качественной структуры материала); - масштабный коэффициент, определяется по таблице; - коэффициент поверхностной чувствительности, определяется по таблице.
Запас прочности в сечении I - I:
. (4.7)
Напряжения от запрессованной втулки:
- суммарный натяг
, (4.8)
где - натяг посадки бронзовой втулки;
Дt = d(бВ - бТ)ДТ = 0,0145 мм
- температурный натяг; ДТ =110 К- средний подогрев головки и втулки.
удельное давление на поверхности соприкосновения втулки с головкой
(4.9)
где - коэффициент Пуассона;
Напряжение от суммарного натяга на внутренней поверхности головки:
(4.10)
уi < [у] =150 МПа.
Напряжение от суммарного натяга на внешней поверхности головки:
(4.11)
уa < [у] =150 МПа.
Расчет сечения A - A на изгиб; максимальная сила, растягивающая головку:
(4.12)
Где
щ = рn/30 = 3,1416 5400/30=565,49рад/с. (4.13)
Нормальная сила и изгибающий мамент в сечении О - О:
(4.14)
(4.15)
где =105 - угол заделки,
rср = (dГ + d)/4 = (20+16,5)/4=9,125 мм
- средний радиус головки.
Нормальная сила и изгибающий момент в расчетном сечении от растягивающей силы:
(4.16)
(4.17)
Напряжение на внешнем волокне от растягивающей силы:
(4.18)
, (4.19)
где
FГ = (dГ-d)lШ =(20-16,5)19=66,5 мм, (4.20)
FВ = (d - dП)lШ =(16,5-15) 19=28,5мм. (4.21)
Суммарная сила сжимающая головку:
Pсж = (pzд - p0)FП - mПRщ2(cosц + лcos2ц) =(7,420-0,1) 28,274- 0,283 0,0385 (cos 10+0.285cos 20)=19165,475Н. (4.22)
Нормальная сила и изгибающий момент в расчетном сечении от сжимающей силы:
(4.23)
где Nсж 0/Pср=0,0005 и (Nсж 0/Pср )=0,0001 (4.24)
(4.25)
0,002, (4.26)
1,2588. (4.27)
Напряжение на внешнем волокне от сжимающей силы:
(4.28)
Максимальное и минимальное напряжение асимметричного цикла:
(4.29)
(4.30)
Среднее напряжение и амплитуды напряжения:
(4.31)
(4.32)
(4.33)
Так как
уак/уm =71,438 /153,485=0,4654 < (ву - бу)/(1 - ву) =3,98,
то запас прочности в сечении А - А определяется по пределу текучести:
. (4.34)