Під час розрахунків на режимі максимальної частоти обертів марного ходу тиском газів нехтують

Розрахунок деталей двигуна з врахуванням змінного навантаження

В автомобільних двигунах навіть у випадку усталеного режиму роботи більшість деталей працює в умовах змінних навантажень. При цьому вплив максимальних навантажень і характер їх дії у випадку зміни в часі суттєво впливає на працездатність деталей. Тому відповідальні деталі двигуна розраховують як на статичну міцність від дії максимальної сили, так і на втомну міцність від дії змінних навантажень.

З опору матеріалів відомо, що змінне навантаження викликає зміну напруження циклічного характеру, причому цикли можуть бути симетричними, асиметричними та пульсуючими. Тому для циклу характерні такі значення напружень: s_max, s_min, t_max і t_min, середні значення або , амплітуда циклу або , коефіцієнт асиметрії , який для симетричного циклу r = –1, для пульсуючого r = 0.

У випадку статичних навантажень за граничне приймають значення межі міцності sв чи межі текучості sТ. У випадку змінних навантажень за небезпечне напруження приймають межу втоми sr або межу текучості sТ.

Якщо нормальні чи дотичні напруження відповідають умові

або ,

(1.1)

розрахунок проводять за межею втоми s_r. У іншому випадку — за межею текучості s_Т.

У виразах (1.1) величини b_s і b_t — це відношення межі втоми при згині (розтягу-стиску) чи крученні до границі текучості:

і ,

де a_s і a_t —коефіцієнти приведення асиметричного циклу до рівноцінного симетричного відповідно для нормальних і дотичних напружень. Значення a_s і a_t для сталей з різними значеннями меж міцності наведено в табл. ІI.1 додатку IІ.

У випадку відсутності даних для вирішення рівнянь (1.1) запас міцності деталі визначають і за межею втоми, і за межею текучості. З двох отриманих значень міцність оцінюють за меншим коефіцієнтом.

Запас міцності без врахування форми, розмірів та обробки деталі визначають за формулами:

за межею втоми

, ;

(1.2)

за межею текучості

, .

(1.3)

Вплив на втомну міцність деталі враховують наступними величинами:

1) коефіцієнтами концентрації напружень: теоретичним a_кs і ефективним k_s (k_t), який враховує підвищення напруження у зв’язку зі зміною форми деталі;

2) масштабним коефіцієнтом e_м, що враховує вплив абсолютних розмірів деталі на межу втоми;

3) коефіцієнтом поверхневої чутливості e_п, що враховує вплив стану поверхні деталі на межу міцності.

Теоретичний коефіцієнт концентрації напружень a_кs для найбільш розповсюджених концентраторів наведено в табл. ІI.6. додатку ІI.

Ефективний коефіцієнт концентрації напружень k_s знаходять із залежності

,

(1.4)

де q — коефіцієнт чутливості матеріалу (для чавуну q = 0; для конструкційних сталей — q = 0,6...0,8; для високоміцних сталей — q = 1). Коефіцієнт q залежно від a_кs і межі міцності s_в точніше можна визначити з номограм (рис. 75 [1]).

У випадку відсутності в деталі різких переходів і за якісної обробки поверхні ефективний коефіцієнт концентрації напружень знаходять із залежності

,

(1.5)

де s_в — межа міцності матеріалу.

Ефективний коефіцієнт концентрації напружень k_t знаходять за формулою

.

(1.6)

Масштабним коефіцієнтом називають відношення межі втоми зразка діаметром d до межі втоми стандартного зразка (d_ст = 10 мм). Значення коефіцієнта e_м для конструкційних сталей наведено в табл. ІI.5. додатку ІI.

Значення коефіцієнта e_п для різних станів поверхні наведено в табл. ІI.7.
додатку IІ.

З врахуванням впливу концентраторів розмірів і обробки поверхні максимальне напруження циклу:

, .

Запас міцності за межею втоми знаходимо за формулою

, ;

(1.7)

Запас міцності за межею текучості знаходимо за формулою

, ,

(1.8)

де і .

У випадку складного навантаження загальний запас міцності деталі за одночасної дії на неї дотичних і нормальних напружень