3.2.1. Поршневая головка шатуна

В поршневой головке шатуна возникают напряжения от натяга при запрессовке втулки или пальца и нагреве шатуна, от силы инерции поршневой группы и от силы газов.

Наиболее нагруженной является наружная поверхность шатуна. Наибольшие растягивающие и сжимающие напряжения возникают в сечении  = _З, поэтому в дальнейшем напряжение и запас прочности будем определять только для указанных сечений.

Величину _З определяем из поперечного разреза двигателя.

Напряжение от натяга втулки:

где р – удельное давление втулки на головку.

р = 60,6 МПа

,где Е_СТ = (2,0…2,2) * 10⁵ МПа – модуль упругости материала втулки.

t = 150C;

;

_t = d_п  _ст  t = 0.02310^-5150 = 3.4510^-5 м – температурный натяг.

Напряжение от силы инерции поршневой группы ( )

_aj = 56,3 МПа,

где =0,0145 м - средний радиус головки;

0,0063 м - толщина стенки головки;

К = 0,8 – 0,85;

10605,7*0,0145*0,04 = 6,2 Hм;

10605,7*0,45 = 4773 H;

-113,4*0,0055*0,042*544,5²(1+0.256) = - 10605,7 Н.

При определении М и N принимаем абсолютные значения P_jn.

Функции f₁(_з) и f₂(_з) определяем из графиков.

Напряжения от силы, сжимающей поршневую головку шатуна

_ас = - 13,7 МПа,

М = Р_сж*r_ср*f₃(_з) = 19971*0,0145*-0,01 = - 2,9 Hм;

N = Р_сж*f₄(_з) = 19971*0,012 = 239,7 Н;

=6,110,005310⁶–109,90,042565,5²(1+0,256);

Р_сж = 19971 Н.

Максимальное значение напряжения цикла:

_max = _a + _aj = 86,5 + 56,3 = 142,8 МПа.

Минимальное напряжение:

_min = _a + _ac = 86,5 – 13,7 = 72,8 МПа.

Запас прочности:

n_ = 3,9.

Материал шатуна Cт 40ХН; _-1 = 300 МПа; _ = 0,156; .

Запас прочности поршневых головок шатунов должен лежать в пределах 2.5…5.0, что выполняется.

Стержень шатуна.

Расчет стержня производится по среднему сечению В - В Запас прочности стержня:

;

n_ = 6,79

Среднее сечение стержня:

f_ср = а_ш(h_ш – 2t_ш) + 2t_шb_ш = 0,003(0,025 – 2*0,003) + 2*0,003*0,014;

f_ср = 1.43 * *10^-4 м².

Сила инерции растягивающая стержень:

P_j = m_jF_Пr²(1+)*10^-6;

Р_j = 158,8 * 0,0055 * 0.042*544,5²*(1+0.256)*10^-6 = 0.0148 МН.

Сила сжимающая стержень:

P_сж = P_ZF_П – m_jF_Пr²(1+)*10^-6;

P_сж = 5,4*0.0055–158,8*0.0055*0.042*544,5²*(1+0.256)*10^-6 = 0.016 МПа.

Запас прочности:

K = 1,1 – 1,15;

Шатунные болты.

Болты рассчитываются на режиме максимальной частоты вращения холостого хода.

Максимальная сила растягивающая болт:

0,0094 МПа

X = 0,2 - коэффициент основной нагрузки резьбового соединения

-0,003 – растягивающая сила приходящая на 1 болт

Из условия не раскрытия стыка

;

Р_пр = -0,0085

Минимальная сила растягивающая болт

-0,0086

Напряжение в болте:

;

200,4 МПа

3,85*10^-5 м²

- площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру.

;

222,7 МПа

Коэффициент запаса:

5,7

Запас прочности должен быть не менее 2.

Для создания требуемой силы предварительной затяжки момент на ключе должен быть:

;

МКЛ = 80,1 Нм.

3.4. Блок цилиндров, головка и картер двигателя

3.4.1. Блок цилиндров.

Блок цилиндров выполняется с толщиной стенок водяной рубашки 4…6 мм, а верхней стенки – 8…12 мм.

Пространство для охлаждающей жидкости в рубашке блока выполняется равным 6…8 мм. Нижнее положение рубашки определяется из условия, чтобы уплотняющий пояс поршня в НМТ находился в зоне цилиндра, омываемой охлаждающей жидкостью. Для сообщения полости водяной рубашки блока с полостью головки цилиндра в верхней стенке блока делаются отверстия диаметром 8…12 мм.

В качестве материалов применяют серый перлитный чугун СЧ – 26, чугун СЧ–18-36, специальный легированный чугун или сплавы алюминия АЛ – 9 и АЛ – 4.

3.4.2. Цилиндры.

Цилиндры двигателя выполняются вместе с блоком и отливаются из чугуна. Толщина стенок цилиндра задается на основание статических данных по выражению:

 = 0.05 * D + 2 мм = 0.05*84 + 2 = 6,2 мм

Принимаем  = 6 мм, и далее проверяем расчетом:

;

У современных двигателей _z = 20…60 МПа.

Полная длина цилиндра устанавливается из условия, чтобы при положении поршня в ВМТ он выступал за пределы цилиндра не более чем на 10…15мм. Следуя условию принимаем l = 157 мм.