Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Расчет силовых шпилек

возникающей при нагревании двигателя в результате неравенства температур и коэффициентов линейного расширения материалов головки, блока и шпильки. Суммарное напряжение, вызываемое в шпильках указанными тремя силами, зависит также от соотношения между податли-востями шпилек и соединяемых деталей.

Расчет силовой шпильки сводится к определению

3) запаса прочности.

при сгорании воспринимают ближайшие к цилиндру шпильки (обычно четыре шесть) и что сила затяжки их передается только на ближайших к цилиндру участках головки и блока.

передается шпилькам соседних цилиндров.

Рассмотрим расчет резьбового соединения на примере двигателя, в котором стальной шпилькой стягивается головка цилиндров, прокладка и блок.

Податливости отдельных элементов силового узла выразятся следующим образом. Для шпильки с постоянной площадью поперечного сечения податливость

площадь поперечного стержня шпильки.

При переменной площади сечения по длине стержня шпильки податливость будет равна сумме податливостей отдельных составляющих ее участков:

Для головки цилиндров, прокладки и блока соответственно

модули упругости материала соответственно головки цилиндров, прокладки и блока.

Величина сжатия стягиваемых деталей определяется как сумма деформаций головки, прокладки и блока;

:

(271)

Та же сила будет сжимать в этот момент прокладку и блок. Сила давления газов при вспышке, приходящаяся на одну шпильку, определяется по формуле

число силовых шпилек.

Расчетная сила, растягивающая шпильку при вспышке,

ее значением из формулы (271):

(272)

прямо пропорциональны разности сил, действующих на эти детали после нагружения и до него. Величина суммы деформации

из формулы (272) получаем

(273)

Уменьшение деформаций сжатия прокладки и блока в момент вспышки прямо пропорционально понижению силы давления на стыке и определяется по формуле

(274)

После подстановки их значений из выражений (273) и (274) определяют уменьшение давления на стыке

(275)

характеризует степень разгрузки стыка.

путем подстановки ее значения в формулу (272) находят расчетную силу:

коэффициент основной нагрузки резьбового соединения,

является переменной составляющей суммарной силы, растягивающей шпильку.

При установившемся тепловом состоянии двигателя с жидкостным охлаждением нагрев всех деталей можно принять одинаковым (в пределах 8090° С).

Разность удлинений стягиваемых деталей и шпильки составит

. В результате этого шпильки дополнительно удлиняются, а стягиваемые детали сжимаются.

прямо пропорциональна разности тепловых деформаций из выражения (в случае равенства температур шпильки и стягиваемых деталей)

откуда сила

увеличивает давление на стыке и делает уплотнение газового стыка более надежным.

Минимальная сила цикла

что благоприятно влияет на динамическую прочность стержня шпильки и резьбы при ударных нагрузках.

т. е.

или

из формулы (275) и некоторых преобразований получим

коэффициент затяжки шпильки.

Большая сила предварительной затяжки шпилек объясняется возможностью ее уменьшения в процессе эксплуатации вследствие обмятия опорных поверхностей стягиваемых деталей; текучести упругих прокладок; возникновения в шпильках остаточных деформаций при перегрузках.

В этом случае при малом влиянии динамической нагрузки на

запас прочности шпильки коэффициент затяжки выбирают по нижнему пределу.

При выборе большого коэффициента затяжки т для жесткого чугунного блок-картера и головки из алюминиевого сплава чрезмерно увеличиваются напряжения в шпильке.

Практика расчетов показывает, что абсолютные значения динамических нагрузок шпилек в силовых узлах с жесткими блок-картерами получаются малыми (в пределах 12% силы Pv). При малой жесткости динамические нагрузки достигают 56% и могут заметно влиять на запас прочности.

Зная силу Рртах и минимальную силу Рпр+Ри подсчитывают амплитуду, а также среднее и максимальное напряжения цикла.

В зависимости от того, какой области усталостной диаграммы (см. рис. 237) соответствует режим работы шпильки, запас прочности ее определяют по формуле (267) или (269) по двум сечениям: с минимальной площадью и по внутреннему диаметру резьбы, где концентрация напряжений достигает значительной величины. Эффективные коэффициенты концентрации напряжений и допустимые предельные амплитуды для резьбы приведены в табл. 32.

Напряжения в минимальном сечении шпилек достигают следующих значений:

а) от предварительной затяжки для двигателей с разгружаемым газовым стыком Опр 200 400 МН/м2;

б) от термической нагрузки at = 150 -г- 200 МН/м2;

в) максимальное напряжение 0тах = 350 550 МН/м2.

Для циклов напряжений, лежащих в области / диаграммы, запасы прочности шпилек па = 2,5 -f- 4,0, а для циклов напряжений, лежащих в области ТУ, 1,3 -н 2,0.

Реклама