Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 87
Текст из файла (страница 87)
р(х) = k¢w (здесь k¢ – коэффициент упругости основания, пропорциональный модулюупругости материала прокладки;для стальной прокладки k¢ == 2,6×10 4 Мпа.Наличие цилиндров, создающих разрыв упругого основания,учитывается приложением компенсирующей вертикальной нагрузкиqк =å Pпр(L - 0,25pD 2 i bпр ),где i – число цилиндров; L – длинапрокладки.Решение уравнения, по виду совпадающее с выражением прогибацилиндрической оболочки, обычнозаписывается с помощью перегруппировки членов в видеw = C1 sin bxshbx + C 2 sin bxchbx ++ C 3 cos bxshbx + C4 cos bxchbx +W * ,(9.40)*где W – частное решение уравнения (9.39), определяемое внешнейнагрузкой; b = 4 k ¢ / (4EJ ).Выражения угла поворота, изгибающего момента и поперечной421Рис.
9.74. Схема для расчета монтажных деформаций блочных головок цилиндров:а – приложение усилий затяжки шпилек; б – распределение прогиба по длине головкисилы получаются дифференцированием выражения (9.40) по известным формулам сопротивленияматериалов.Для мягких прокладок распределение реактивного давленияр(х) можно принять в виде полинома, полученного на основе решения для жесткой прямоугольной плиты. При отношенииL/b пр » 4, что соответствует блочным четырехцилиндровым головкам (рис. 9.74)щего момента, угла поворота ипрогиба в функции приведеннойдлины x.На рис. 9.74 показано изменениепрогиба относительно центра чугунной головки при Е = 1,2×105 МПаи Jср = 8,9×10-6 м4 четырехцилиндрового дизеля 4 Ч10,5/12,0 при усилии затяжки шпилек Рпр = 7×104 Н.Наибольшие расчетные (без учета концентрации) монтажные напряжения изгиба в днище достигают 115 МПа.(0,843 + 0,206 х 2 +р( х ) =+ 0197, х 4 + 0,350 х 6 )å Р прL9.8.
Неподвижные соединенияэлементов корпуса и элементыкрепления корпусных деталей,(9.41)где x = x 0,5L .Интегрируя соответствующеечисло раз выражение (9.39) с учетом (9.41), получают выражениядля поперечной силы, изгибаюПоршневой двигатель состоитиз многих узлов и деталей, однииз которых неподвижно соединены между собой с помощью резьбовых соединений.
Применяюттакже прессовые соединения и422др. Места соединений деталей иузлов двигателя образуют стыки.Особое значение имеют газовыйстык, обеспечивающий герметичность камеры сгорания, а такжестыки в коренных опорах коленчатого вала, в головках шатунов,поддона и корпуса двигателя,крышки клапанного механизма идр. В случае составных корпусов[корпуса двигателя типа ЧН15/18(см.
рис. 9.3) или остовов крейцкопфных МОД] имеются стыкимежду отдельными элементамикорпуса. Общим требованием является нераскрытие стыков навсех режимах работ двигателя(включая и остановку).Стыки разделяют на беспрокладочные и прокладочные. В двигателях применяют и те и другие. Вдальнейшем внимание будет сосредоточено на газовом стыке двигателя.9.8.1. Силовые шпильки, болтыи анкерные связиВыше был рассмотрен выбортипа, количества и схемы расположения элементов креплениякорпусных деталей двигателя. Вбольшинстве случаев соединениеотдельных деталей корпуса осуществляется с помощью силовыхшпилек, болтов и в некоторыхслучаях (в частности, малооборотных крейцкопфных двигателей) анкерных связей, длинныхрезьбовых элементов, стягивающих не менее трех деталей. Силовые шпильки нагружаются усилием предварительной затяжки Рпри крутящим моментом, связанным с трением в резьбе, переменной силой от давления газов Рг,силой Рт, возникающей вследствие различного теплового расширения шпильки и стягиваемых еюдеталей.
В некоторых случаях возможны колебания длинных связей, вызываемые динамическиминагрузками. Силовые шпильки(или болты) должны обеспечитьплотность соответствующих стыков (в том числе газового стыка)на всех режимах работы двигателя, а также обладать необходимойработоспособностью в условияхпеременных растягивающих нагрузок.При расчете на прочностьшпилек (болтов), крепящих головку (крышку) цилиндра, исходят из предположения, что газовую силу Рг от давления газов,действующую на днище головки(крышки) цилиндра, равномерновоспринимают шпильки, которыеокружают рассматриваемый цилиндр.
В случае блочной головкицилиндров сила затяжки этихшпилек распространяется толькона секции головки и блока, относящиеся к нагруженному цилиндру. Опыт показывает, что длясредних цилиндров сила Рг воспринимается шпильками, окружающими нагруженный цилиндр,на 75–85 %, а для крайних цилиндров на 85–95 %.Силовые шпильки и болты форсированных двигателей изготавливают из легированных сталей, например, 18Х2НМА, 40ХН2МА. Вавтомобильных и тракторных двигателях шпильки выполняют изстали 40Х, а в крупных судовых истационарных двигателях из углеродистой стали 35 и 40.Расчет на прочность крепежныхдеталей можно рассмотреть напримере длинных силовых шпилек(см. рис.
9.3). Этот случай является достаточно общим, включающим большинство применяющихся схем соединения неподвижныхдеталей двигателя. Стягиваемые423детали (головка, прокладка, блокцилиндров) выполнены из алюминиевого сплава, имеющего модульупругости Еал и коэффициент линейного расширения aт ал, буртгильзы и шпилька выполнены изстали, имеющей Ест и aт ст.При упругом деформированиипод действием силы Рпр шпилькаудлиняется на величинуd 0 = l 0 Pпр ,(9.42)где l0 = l0/(EстF0) – податливостьшпильки; l0 и F0 – соответственнодлина и площадь поперечного сечения шпильки.Если площадь сечения переменкладки, блока цилиндров и буртагильзы.При вычислении податливостиli = li/(EiFi) стягиваемой корпуснойдетали (блока, головки цилиндра)следует вычертить наиболее характерное сечение детали и определить площадь Fi.
На рис. 9.75 в качестве примера показаны площадисредних сечений, соответствующиеплощади головки цилиндра F1 иплощади блока F3.При действии силы давления газов Pг стык разгружается на величину DР. При этом сила, сжимающая блок, прокладку и бурт гильзыPст = Pпр - DP .nна по длине, то l 0 = å(l 0 j F 0 j ) E стj =1(здесь n – число участков по длинешпильки, на которых площадь поперечного сечения постоянна).Стягиваемые детали под действием силы Рпр сожмутся на величину4d 1 + d 2 + d 3 + d 4 = Pпр ål i , (9.43)i =1где d1 , d2, d3 и d4 – соответственно податливости головки, про(9.44)Сила, растягивающая шпильку вмомент вспышки,Pp = Pст + Pг .(9.45)В этой формуле все усилия отнесены к одной шпильке, в частности, Рг = (pzFк.с)/i (здесь Fк.с – проекция площади камеры сгоранияна плоскость, перпендикулярнуюоси цилиндра; в простейшем случае Fк.с = (pD2)/4.При изменении усилия от Рпр доРр шпилька дополнительно удлиняРис. 9.75.
Площадь средних сечений головки и блока цилиндров424ется на Dd0, а головка цилиндра дополнительно сжимается на величину Dd1.Деформация шпильки и головкиDd 0 + Dd 1 = (l 0 + l 1 )(Pг - DP ).(9.46)Блок цилиндров, прокладка ибурт гильзы расширяются на величинуDd 2 + Dd 3 + Dd 4 = (l 2 + l 3 + l 4 )DP .(9.47)Из условия совместимости деформацийDp =l 0 +l14Pг .(9.48)ål ii =0Сила, растягивающая шпильку,Pр = Pпр +cPг ,где c =l 2 +l 3 +l44турным усилием Рт, которое определяется из условия совместимости деформаций стягиваемыхдеталей и шпильки при тепловомнагружении. Применительно крассматриваемой схеме4Pт =основной нагрузки, изменяющийсяв пределах 0,15–0,25.Минимальная сила предварительной затяжкиPпр min = Dp = Pг (1 - c).
(9.50)При работе двигателя сила Рпруменьшается вследствие релаксации напряжений, динамическогохарактера нагрузки и других факторов, поэтому принимаютPпр = m(1 - c)Pг ,(9.51)где m =2–3.При различии температур итепломеханических характеристик шпильки и стягиваемых деталей, шпилька может быть дополнительно нагружена темпера4,(9.52)ål iгде DTi – приращение температурыдеталей при работе двигателя (часто для всех стягиваемых деталей ишпильки принимают DTi = 70–80 °С).Максимальная сила Pmax, растягивающая шпильку, и соответствующие ей напряжения в шпильке определяют соответственно поформулам:Pmax = Pг [m - c(m -1)] + Pт ;s max = Pmax F 0 .– коэффициентål ii =1i =0(9.49)i =0åa тi l i DT i - a т0l 0 DT 0(9.53)(9.54)Значения smax не должны превышать допускаемые напряжения,зависящие от материала шпилькии составляющие ориентировочно350–550 МПа для шпилек из легированной стали и 100–150 МПадля анкерных связей из углеродистых сталей.Силовые шпильки работаютпри переменных нагрузках, австречающиеся при эксплуатацииих поломки носят, как правило,усталостный характер.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
