3.6.Газовый стык

Конструктивно газовый стык состоит из десяти шпилек М -12, выполненных из стали 40Х. Количество шпилек, приходящихся на один цилиндр – 4. Прокладка стыка – единая на все цилиндры с основой из перфорированного стального (Ст20) перфорированного листа и наполнением в виде листов графитизированного термостойкого картона, пропитанных специальными связующими жаростойкими материалами.

Границы прокладки и отверстия в ней имеют металлическую окантовку.

Эскиз элемента газового стыка приведен на рис.9.

Рис.9. Элемент газового стыка

Оценка работоспособности газового стыка производится на режиме максимального крутящего момента - _. Расчётные нагрузки – статические силы предварительной затяжки шпильки и термическаяР_t, а также повторно-переменная газовая сила .

Сила предварительной затяжки

= Н

=Н

- максимальное давление рабочего цикла на расчётном режиме, МПа;

, м² – площадь поршня;

–количество шпилек, воспринимающих нагрузку от газовой силы одного цилиндра;

- коэффициент запаса;

=1,5…2,0 для среднефорсированных автотракторных двигателей [3]

Величина коэффициента дополнительной (динамической) нагрузки резьбового соединения

=

Податливость шпильки:

=м/Н

- модуль Юнга материала шпильки – сталь 40Х Е_б = 2 10⁵ Н/м²

Податливость шайбы

м/Н

–модуль упругости материала шайбы – Ст20 Е_ш = 2 10⁵ Н/м²

Податливость прокладки

–модуль упругости материала основы прокладки Е_пр = 1,87 * 10⁵ Н/м²;

= 0,9 - коэффициент заполнения металлом расчётного сечения;

l=0,0822 м - межцилиндровое расстояние,

Податливость головки, приходящаяся на одну шпильку

=м/Н

, Н/м² – модуль упругости материала головки

Головка – из чугунаСЧ 32-52Е_г = 1,3 * 10⁵ Н/м².

Площадь поперечного сечения зоны активной деформации головки на середине её высоты, приходящаяся на одну шпильку:

= м²

– габариты зоны активной деформации расчётного сечения головки

А_г = 0,16 м

В_г = 0,15 м

–коэффициент заполнения металлом расчётного сечения;

=0,25…0,35 – для общих головок нескольких цилиндров [3]

= 0,3

Податливость блока, приходящаяся на одну шпильку

=, м/Н

, Н/м² - модуль упругости материала блока

Головка – из чугунаСЧ 32-52 Е_бл = 1,3  10⁵ Н/м²

Площадь поперечного сечения зоны активной деформации блока на середине его высоты, приходящаяся на одну шпильку:

=м²

–габариты зоны активной деформации расчётного сечения блока

А_бл = 0,145 м

В_бл = 0,136 м

–коэффициент заполнения металлом расчётного сечения

=0,2…0,35 [3]

= 0,3

Термическая сила:

- так как все элементы газового стыка выполнены из материала с одинаковым коэффициентом P_t=0 [3]

Экстремальные величины нагрузок на шпильку:

= 11700 + 0 +0,046 7664,965 = 15226 Н

= 11700+0 = 11700 Н

Оценка запаса прочности проводится для минимального сечения шпильки в резьбовой его части

= МПа

= МПа

Определение коэффициента запаса прочности шпильки

МПа

МПа

_а < 550 => _σ = 0

Для стали 40Х

_-1 = 320…480 МПа = 400 МПа

_т =650…900 МПа = 770 МПа

Выбор зоны диаграммы усталостной прочности, в которой расположен цикл

А >B, следовательно, расчет проводим по пределу текучести.

5,0…5,5 = 5,3 [3]

Для автотракторных двигателей запас прочности шпильки должен находиться в пределах 1,3…2,0.

Для создания необходимой силы предварительной затяжки шпильки нужно завёртывать динамометрическим ключом с моментом затяжки:

= 16,73 + 14,98 = 31,7 Н м

М_р - момент, необходимый для создания осевого усилия и преодоления трения в резьбе:

= 11700  1,43  10^-3 = 16,73 Н∙м

М_т - момент трения на торцевой поверхности гайки:

= 11700 1,28  10^-3 = 14,98 Н∙м

Значения величин идля стандартной резьбы приведены в [3].