4 Розрахунок елементів корпуса двигуна

4.1 Блок-картер

У більшості сучасних автомобільних і тракторних двигунів блок циліндрів виконаний заодно з верхньою частиною картера і називається блок-картером. До блок-картера кріплять і в ньому розміщують різні механізми й окремі деталі двигуна. Під час роботи двигуна блок-картер сприймає значні динамічні й теплові навантаження. Схема передачі сил тиску газів через елементи блока визначає силову схему блок-картера, серед яких найбільш поширені: а) з несучим блоком циліндрів; б) з несучим блоком сорочок; в) з несучими силовими шпильками (детально див. [1, 7, 10]).

В двигунах з повітряним охолодженням застосовують переважно дві силові схеми з’єднання головки блока, циліндра і картера: 1) з несучими силовими шпильками і 2) із несучим циліндром [1, 7, 10].

Забезпечення жорсткості блок-картера досягають за допомогою виконання ребер на його перегородках, застосування тунельного картера, розміщення площини з’єднання нижньої половини картера з верхньою нижче площини роз’єму опорних вальниць, а також інших конструктивних заходів [1, 7, 10].

Матеріалом для блок-картера зазвичай служить сірий чавун СЧ44, СЧ40, СЧ15-32 і СЧ32, а також алюмінієві стопи АСЛ4 і СЗ-26 (силумін).

Конструкцію блок-картера і його габаритні розміри визначають призначенням, умовами роботи й потужністю двигуна. Товщина перегородок чавунного блоку і стінок водяної сорочки зазвичай не перевищує 4...7 мм, а товщина перегородок і стінок верхньої половини картера — 5...8 мм. В алюмінієвому блок-картері товщину стінок відповідно збільшують на 1...3 мм.

Одним із найбільш важливих конструктивних показників блок-картера є відношення відстані L₀ між осями сусідніх циліндрів до діаметра D циліндра, що характеризує компактність двигуна за довжиною (детально див. табл. 68 [1] або 31 [7]). В даній курсовій роботі можна вважати, що L₀ наближено дорівнює відстані між опорами колінного вала (див. табл. 3.1)

(4.1)

Розрахунок блок-картера на міцність складає великі труднощі у визначенні діючих зусиль через складність конфігурації і тут не наводиться.

4.2 Гільза циліндра

Гільзи циліндрів є одою з найбільш навантажених деталей двигуна. Вони витримують напруження від дії сил газів, бокового тиску поршня і теплових навантажень.

Важкі умови роботи гільз циліндрів призводять до необхідності використати для їх виготовлення сірий чавун CЧ28-48 і СЧ35-56 або азотовану сталь 38ХМЮА.

Основні конструктивні розміри гільз встановлюють з врахуванням отримання необхідної міцності й жорсткості, яка б забезпечувала відсутність овалізації циліндра при складанні двигуна і під час його роботи. Товщину _г стінки гільзи зазвичай приймають за експериментальними даними.

Для розрахунку гільзи і шпильок головки блока з п. 1 використовують наступні величини: максимальний тиск згоряння , діаметр циліндра D, площу поршня А_п.

Товщину стінки гільзи, вибрану конструктивно, перевіряють за формулою

(4.2)

де _z — допустиме напруження розтягу, для чавунних втулок 50...60 МПа, а для сталевих втулок — 80...100 МПа.

У випадку розрахунку гільзи циліндрів на міцність визначають напруження тільки від основних навантажень: максимального тиску газів, бокового тиску поршня і перепаду температур у стінці.

Найбільш небезпечним навантаженням є максимальний тиск згорання , який викликає напруження розтягу по твірній циліндра і по його кільцевому перерізу (рис. 4.1).

Напруження розтягу від дії сил тиску газів визначають за наближеною залежністю, яка не враховує нерівномірності розподілу напружень за товщиною гільзи:

(4.3)

де D — діаметр циліндра; — максимальний тиск газів, умовно приведений до нижнього положення (НП) поршня; — товщина стінки гільзи циліндра.

Допустимі навантаження для гільз циліндрів, виконаних з чавуну, змінюються в межах 30...60 МПа, а для стальних — 80...120 МПа.

Напруженнями в кільцевому перерізі, а також напруженнями згину внаслідок дії сили F_N_max в даній курсовій роботі можна знехтувати (див. [1, § 56]).

Під час роботи двигуна між внутрішньою й зовнішньою поверхнями гільзи виникає значний перепад температур, що викликає теплові напруження

(4.4)

де Е — модуль пружності матеріалу, для сталі Е = 2,210⁵ МПа, а для чавуну Е = 1,010⁵ МПа; — коефіцієнт лінійного розширення, для чавуну _ц = 1,110^–6град^-1; t — перепад температур, за дослідними даними для верхньої частини втулки t = 100...150 С; μ — коефіцієнт Пуассона, для сталі μ = 0,25...0,33 і для чавуну — μ = 0,23...0,27.