4.3 Расчет втулки рабочего цилиндра.

Втулка испытывает напряжение от максимального давления газов P_z (рис. 6), а т. ж. тепловые напряжения. Фланец (бурт) втулки испытывает дополнительные напряжения от затяжки крышки цилиндра.

Определяем предварительные размеры втулки по таблице 4.

Таблица 4.Расчетные размеры втулки.

Параметры	Размеры
Толщина втулки в верхней части, S (0,1Д)
Наибольший диаметр верхнего опорного бурта, Д1 (Д+2g)
Толщина бурта, g (0,2Д)
Высота опорного бурта , е (0,15Д)
Ширина канавки под бурт крышки , b (0,05Д)
Глубина канавки под бурт крышки
Ширина опорного бурта С (0,03Д)
Остальные размеры: d (0,03Д) Дf (Д+2/3g) Д2 (Д1-2с)
Толщина втулки в нижней части (0,3S)
Длина втулки (3Д)
Д – диаметр цилиндра

После определения конструктивных размеров, рассчитываем опасное сечение x-x, для этого изобразим расчетную схему втулки в масштабе (прил. рис. 5)

Толщину стенки проверяем на суммарное напряжение от растяжения

σ=σ_р+σ_р’=35+53,5= 88,5МПа

σ_p- напряжение от растяжения по направлению радиуса, МПа

σ_р’-напряжение от тепловой нагрузки (растяжение внешней стенки), МПа

σ_р=(Р_zД)/(2S)=35 МПа

где: Р_z – максимальное давление сгорания, МПа

Д – диаметр цилиндра, м

S - толщина втулки, м

σ_р’=aqS=53,5 МПа

где: q – удельная тепловая нагрузка, Дж/м²с

q=(0,071+0,0186n)Pi=

n- частота вращения коленчатого вала, об/с

P_i= 950 000 Па – среднее индикаторное давление (берется из справочника судовых дизелей)

a =0,00835 – коэффициент пропорциональности

S = 0,036м – толщина стенки втулки.

[σ]=150 МПа≥ 88,5МПа – условие прочности соблюдено.

Фланец втулки проверяем на напряжение изгиба, растяжения и скалывания, возникающие от силы затяжки шпилек (приложение, рис. 6) Р_f в сечении х-х

Р_f=1,25Р_z(πД²_f/4)=1,25*7(3,14*0,17/4)=1,16МН

где: 1,25 – коэффициент затяжки шпилек

P_z – максимальное давление сгорания, 7МПа

Д_f - средний диаметр уплотнительной канавки, м.

Напряжение изгиба от пары сил Р_f a₁

σ_из =(Р_fa₁)/W=42 МПа

где:

а₁=23,5мм – определяется из масштаба чертежа

Д₀=0,45м –из масштаба чертежа

W=(πД₀h²)/6=0,00065м³

h=52,6мм – из масштаба чертежа.

Напряжение растяжения от нормальной силы Р_н

σ_p=P_n/F=11,2МПа

P_n=P_f*sinα=0,82 МН – нормальная сила

F=πД₀h=0,073м² – площадь сечения х-х

Напряжение скалывания от касательной силы Р_s:

τ=Р_s/F=8,2МПа

где: P_s=P_f*cosα=0,6МН

Суммарное напряжение в сечении x-x:

σ=sqrt((σ_из+ σ_p)²-4τ²)=42МПа

[σ]=50МПа – условие прочности соблюдено

Уплотнительную канавку, шириной 18 мм, проверяем на удельное давление:

к=Р_f/πД₁b=40МПа

где: P_f – сила затяжки шпилек, 1,15Мн

Д₁ – наибольший диаметр бурта, 0,504м

b - ширина канавки, 0,018м

[к]=50МПа

Условие прочности соблюдено.

Опорный бурт, шириной 11мм проверяем на смятие:

σ_см=(4Р_f)/(π(Д₁²-Д₂²))=62МПа

[σ_см]=80МПа – условие прочности соблюдено.

В основном, втулки изготавливаются из чугуна марок СЧ 25.