Прочностной расчет деталей двигателя

В курсовом проекте расчет на прочность производится только для основных деталей в соответствии с заданием на курсовой проект. Прежде чем приступить к расчету деталей на прочность, необходимо: выбрать или установить материал и термообработку данной детали; выяснить, какие силы и в каких сечениях создают опасные напряжения; установить, все ли силы определены в динамическом расче­те или необходимо дополнительно произвести расчеты по их определению. К рас­чету каждой детали должен прилагаться эскиз с указанием опасных сечений и не­обходимых для расчета размеров. Кроме того, в расчетах на прочность должны быть указаны допустимые напряжения и запасы прочности для оценки прочност­ных характеристик проектируемой детали или узла.

Предпосылки к расчету и расчетные режимы

Расчет деталей с целью определения напряжений и деформаций, возникающих при работе двигателя, производится по формулам сопро­тивления материалов и деталей машин. До настоящего времени боль­шинство из используемых расчетных выражений дают лишь прибли­женные значения напряжений.

Несоответствие расчетных и фактических данных объясняется различными причинами, основными из которых являются:

Отсутствие действительной картины распределения напряжений в материале рассчитываемой детали; использование приближенных расчетных схем действия сил и места их приложения; наличие трудно учитываемых знакопеременных нагрузок и невозможность определения их действи­тельных значений; трудность определения условии работы многих деталей двигателя и их термических напряжений; влияние не поддаю­щихся точному расчету упругих колебаний; невозможность точного определения влияния состояния поверхности, качества обработки (механической и термической), размеров детали и т. д. на величину возникающих напряжений.

В связи с этим применяемые методы расчета позволяют получить напряжения и деформации, являющиеся лишь условными величинами и характеризующие только сравнительную напряженность рассчи­тываемой детали.

Основными нагрузками, действующими на детали двигателя, явля­ются силы давления газов в цилиндре и инерции поступательно и вращательно движущихся масс, а также усилия от упругих колебаний и тепловых нагрузок.

Нагрузка от давления газов непрерывно изменяется в течение ра­бочего цикла и имеет максимальное значение лишь на сравнительно небольшом участке хода поршня. Нагрузка от инерционных сил имеет периодический характер изменения и в быстроходных двигателях иног­да достигает значений, превышающих нагрузку от давления газов. Указанные нагрузки являются источниками различных упругих ко­лебаний, представляющих опасность при явлениях резонанса.

Усилия от температурных нагрузок, возникающие в результате выделения тепла при сгорании рабочей смеси и трения, снижают механическую прочность материалов и вызывают дополнительные напря­жения в сопряженных деталях при их различном нагревании и различ­ном линейном (или объемном) расширении.

Расчетные режимы

Величина и характер изменения основных нагрузок, воздействую­щих на детали двигателя, зависят от эксплуатационного режима работы двигателя. Обычно рассчитывают детали для режимов, на которых они работают в наиболее тяжелых условиях.

Для карбюраторных двигателей (рисунок 27, а) за основные расчетные принимают режимы:

1 Максимального крутящего момента М_еmах при частоте вращения n_M = (0,4÷0,6)n_N, когда давление газов достигает наибольшего значения р_{z max}, а силы инерции сравнительно малы;

2 Номинальной мощности N_eN при частоте n_N, когда все расчеты деталей производятся от совместного действия газовых и инерцион­ных нагрузок;

3Максимальной частоты вращения при холостом ходе n_x.xmax=(1,05÷1,20)n_N. Когда силы инерции достигают наибольших значе­ний, а давление газов незначительно или даже равно нулю (при работе двигателя с ограничителем частоты вращения или с упорным винтом регулировки

частоты вращения на холостом ходу).

Для быстроходных дизелей (рисунок 27, б) принимают расчетные режимы:

1 Номинальной мощности N_eN при частоте вращения n_N, когда давление достигает максимального значения р_zmax, а детали рассчи­тывают от совместного действия газовых и инерционных нагрузок;

2 Максимальной частоты вращения при холостом ходе n_x.xmax =(1,04÷1,07)n_N, при котором силы инерции достигают наибольших значений (при работе двигателя с регулятором).

При расчетах деталей карбюраторных двигателей максимальное давление газов р_zmax определяют или по тепловому расчету, прове­денному для режима максимального крутящего момента, или прибли­женно принимают равным расчетному (без учета скругления индика­торной диаграммы) максимальному давлению р_z сгорания, полученному по тепловому расчету для режима номинальной мощности. Инерци­онными силами при расчетах на режиме максимального крутящего момента пренебрегают.

а — карбюраторный двигатель; б — дизель с наддувом

Рисунок 27 – К выбору расчетных режимов работы двигателя

При расчетах на режиме номинальной мощности условно принима­ют, что максимальная газовая сила Р_z действует совместно с макси­мальной инерционной силой в в. м. т. Величину максимальной газо­вой силы определяют по тепловому расчету для режима номинальной мощности с учетом скругления индикаторной диаграммы.

При расчетах на режиме максимальной частоты вращения при холостом ходе давлением газов пренебрегают.