9. Прочностной расчет узлов и деталей двигателя.

9.1. Поршень.

Поршень рассчитывается на сжатие от силы давления газов Р_г по наименьшему сечению, расположенному выше поршневого пальца, на удельное давление тронка, на прочность днища, а поверхность опорных гнезд пальца (бобышек) проверяется на наибольшее удельное давление (рис. 7).

Напряжение сжатия определяется из выражения:

_сж = Р/F_min  _сж Н/см²,

где F_min – наименьшее сечение поршня над пальцем (в большинстве конструкций проходит по канавке последнего кольца), см².

т .к. Р = Р_г^max * (π*Д² / 4); Н;

т о диаметр поршня Д = 4Р/πР_г , см,

где Р_г – давление газов в цилиндре.

Допустимое напряжение для поршней из алюминиевых сплавов _сж = 50,0 … 70,0 Н/мм², и для стальных _сж = 100 Н/мм².

Расчет тронка поршня на удельное давление и определение длины направляющей части производится по формуле L_p = P_{н. max} / Д*к,

где P_{н. max} = (0,07…0,11) P_г; к = 2…7 кг/см².

Днище поршня рассчитывается на изгиб. При плоском днище условие прочности (максимально-допустимое напряжение изгиба) имеет вид

_и = Д* P_{г. max} / 4²  _и,

где  - толщина днища поршня, мм.

Допустимое напряжение на изгиб днищ для алюминиевого поршня

_и = 70 н/мм², а для стальных - _и = 100 н/мм².

При проектировании пользуются эмпирическими зависимостями, установленными практикой.

Толщина днища алюминиевых поршней  = (0,1 … 0,12) Д и стальных (0,06 … 0,1) Д.

Толщина стенки поршня за кольцами принимается равной (0,05 … 0,07) Д;

Общая длина поршня L = (1,2 … 1,8)S,

Где S – ход поршня, S = 2R, мм

Расстояние от нижней кромки поршня до оси пальца

С = (0,7 … 1,2) Д.

Поверхность опорных гнезд пальца (бобышек) проверяется на наибольшее удельное давление.

Р_max = P_{г. max} /(d_п * l_п,)н/мм²

Где d_п – наружный диаметр поршнего пальца, мм, d_п / Д = 0,4.

l_п – длина гнезд пальца, мм, l_п = 2 d_п .

Допускаемые удельные давления составляют р = 20 … 40, н/мм²

9.2. Поршневой палец.

Поршневой палец проверяется по наибольшему давлению сгорания Р_{г. max} = Р₄ на изгиб и на срез.

Палец рассматривается как балка с равномерно распределенной нагрузкой и концами, лежащими на опорах.

Изгибающий момент относительно опасного сечения I –I:

М_и = P_г.max/2 (L/2 - а/4), н*см, L = Д – d_п,

Где L – расстояние между опорами, см,

а – длина подшипников верхней опоры шатуна, см, а = d_п

Напряжение изгиба

_и = М_и / W_и , н/см² ;  _и,

где W_и – момент сопротивления изгибу

W_и = 0,1 * ((d⁴_п – d⁴_в) / d _п), см³,

Где d_в – внутренний диаметр поршневого пальца, см; d_в = 0,5* d,

_и = 1200 н/см² для углеродистой стали.

Срезывающие напряжения пальца _ср = P_{г. max} / 2F < [_ср]

F – поперечное сечение пальца, см²,

F = (π/4) * (d²_п – d²_в)

[_ср] = 500 … 600 н/см².

Литература:

1. Е.Росляков, И.Кравчук, В.Гладкевич, А.Дружинин. «Энергосиловое оборудование систем жизнеобеспечения». Учебник – СПб: Политехника, 2004. – 350 с.: ил.

2. «Многоцелевые гусеничные и колесные машины.» Под ред. Акад., докт. техн. наук,проф. Г.И.Гладкова – М: Транспорт, 2001. – 214 с.

3. Скойбеда А.Т. и др. «Детали машин и основы конструирования.» Учебник – М:, Высшая школа, 2000. – 584 с.