CO Cf

Ч CO

• (ff-ff)h

H zes- % =

3-/5-0

НИ ">/

H 809- =

• {3-3)1 fv

w-H =

= (/-/)дг

H №£ =

j-;g0,

да

Ot~0-.ClCn - -OOtOCiCN - - C4<N-" - СЧСЧ - - - <N

-++++++1 I I

7 1 + I" 1 +

CD<NVOOtGOCOlOlO<*-lO Ю - too-co-- m

COOICO-.00-(O-*-tD-ФООЮ

о to •* t~<o (ООО л Ю M I in

+++++++++++7

++++++++

tj-tO-i - - -itD0O<N-*tD0pt~-M 00 to О О 00 00 О О to •*

co о 00Ю co <n

to Ю

r- 00

m to

oo OJ oo

tO 00 co -

toooicto-COCOOlc t~o-*ooocoooooi

С0С000О001ГЭ-*00О

I I I I

<NtD000C4-00 00t~O<N-ctDtD- co

3 . .ф - 3 сч

-. сч

I I Ю00

.J00 - 0> о COJ- CO coo о о о - CD СЧ CO о г-СЧ 00 - CD г-со Ю СЧ СП 00 о со •* со СЧ 00 со 00

- CD Ю СЧ 00 - С5-.t оо СЧ - т*-о о CD СЧ 00 Ю I СО-*СО-*СО I I q4-C4CTiO-4-CD-- -CD Ю

I 11111 111

•* С

t-- - с

-1СЧ1. CO CO

lO CD c4 - сч CD co сч

. oo

. h co - i - сч

I I

7 I I 177

CO СЧ с - . p.- - с о C3> C3> < 00 I I .

CDOO- CO -p C4-СЛ СЛСЧСЧСПОСЧСЧ1П

c4ooc40ootmJ2coo-*-*c4U3iocooo" -

7 111

I ++++++1 I I I и

CD СЧ 00 -

<J1 <J>

co cd о СЧ co cjiooo I 00 СЧ

-СЧСОЮСЧ-чСЧСООО - Ю - ОСЧ - OC5C4 00 00 C4C50C4C4lOCDC4 -

- co--0pc4c0C400C4ot~iogc0OTi-ti- ioc3> счшюсооо"-- co -

7711177711 ++!l?XT+ i I I 7777 11177

- CO I

CO - ЮО

•S- C0 05 CD -

17 I

++++

CO СЧ C5

Э0 in CO

CS ООСЧ

+++++177 I 1777 I I++ 1 +

00 a. о

CM •* - СЧ I

§5

1 00 00 in •ЮСЧ -

inl- - OOOCCtCTl - 00OC0t-.-00CDCT)a500L0C400

+++++ I 77 I I77 M I++ 1 +

obcDcioooooioOiOO-ooOlncчoooooocчc-.cчoo

£~3<inOJOi.*t>*iOC3>iOC3>OCDOOOO-ctj--C3>r--00iOl-*C4C4C3>t~ OOCDC4C4cnOC4CD-*C3>C3>C3>-*- CD00C4C400C4C0CnttC4C4t~O

С-00ГСТ>00С5ООЮ-нСЧС0 - СЧСЧ

++1 1 +

00 CDC

OOCDOOOCJ) 00 CD - CD

- ---- C5 m r--- C5 CO .<t-о Tt-

O - C3> Oi -0-*C3> OCDC3>CD сч сч COqCO 04счсо-iqC4cOCM -

-ogg

о Oi 00 00 r-O 00 СОСЧЮЮ-Ф „-

Ф 60 Ю a? , , .

(3>in- о CD •* •* C3> о lO --ФО C4qC5 - C4CDininC4QC4COC4

I +7+++++ I I I

СОЮСЧ C4 04cot--- csco-c-jj-inin cjoottj-cicnin -tco in Ю о о о m 10 00 Ю о in слг < "

7 I+++ I

tM*-1ЮОСОС5-iCDiOCNtDOiOOOlO

"--1+ ( I I

++++-

I I+++ " I I

) СЧ •* СЧ

> СЧ tj-O

СЧСЧСЧ СОСЧ

о о о - СЧО 00 СОСЧ

•Фсяа- cs-5t>c?c4-* - СЧ г-•* СЧО •* ю •*счс?о (Dine? - -* - - СЧ С3> СЧ - СЧ 00 сз>

"гЗ-фоослслслслоогсосотсососо

I 7.77++++++ I М++

СЧ Ю со СЧ со Ю Ю СЧ 00 СЧ о Ю С5 Ю со Ю СЧ

ooioioooiootcost-Hiooco g"-• to ю ю со сч <о о lo ооююоо

7 I I I I I •si.co---.-.-......

OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOQOOOO

сосослсчюоо--фг-ососогооспсчтсогоо--ФГОСОСОСЛСЧ

- - - C4C4C4COCOCOcOCOCO-*-*-*-*-*ininiOcOCOCOCOt-

где. = 1 + <?(ак1)=1 + 0,71(3- 1) = 2,42; значения q = 0,71 и Око = 3 определены при расчете коренной шейки; е„, = 0,69 - масштабный коэффициент, определенный по табл. 48 при с?ш.ш = 80 мм;

= 0,87 - коэффициент поверхностной чувствительности, определенный по табл. 49 для внутренней поверхности шейки (сверление), на которую выходит масляное отверстие;

для сечения В - В

От = (W + amin)/2 = (75,9 + 21,3)/2 = 48,6 МПа;

= (W - аш-п)/2 = (75,9-21,3)/2 = 27,3 МПа;

°ак = =„ / (м.£„о) = 27,3 : 2,42/(0,69 - 1,2) = 79,8 МПа.

где = 2,42; = 0,69 (как и для сечения / -/); га = 1,2 (как и для коренной шейки).

Запас прочности шатунной шейки от нормальных напряжений определяется:

для сечения / - / - по пределу усталости (при От< 0)

СИ 340

I + «о "л

68,5-1-0,18 (-8,3)

= 5,07;

для сечения В - В - по пределу текучести, так как

79,8

= 1,64<

= 9,1;

48,6 1-{,,

rho = а,/(с„, + о J = 370/(79,8 + 48,6) = 2,88.

Общий минимальный запас прочности шатунной шейки для наиболее нагруженного среднего сечения В - В

п = пп. I у п1 + п\ = 2,88 - 3,50 2,88 + 3,502 = 2,22.

Расчет щеки. Максимальный и минимальный моменты, скручивающие щеку:

Мк.щшах = П. 0,5(/,.и + Л) = 6990 - 0,5 (37 + 26) ЮЗ = 220 Н-м;

Мк.щшш = Г;.„ - а,5(/к.ш + Л) = -20 270 - 0,5(37 + 26) 10-= =

= - 639 Н-м.

Максимальное и минимальное касательные напряжения знакопеременного цикла щеки

W = Л1к.щшах / Wu, = 220 - 10-«/(25,66 - 10-«) = 8,6 МПа;

T„,i„ = Мк.щ 639 - 10-«/(25,66 - 10-«) = - 24,9 МПа,

где Г,щ= dM2= 0,292 • 130 - 26 - 10-9 =-25,66 . iQ-e-момент сопротивления щеки, м; Ь = 0,292 определен по данным § 54 при b/h = = 130/26 =5,0.

Среднее напряжение и амплитуды напряжений

= (шах + min)/2 = (8,6- 24,9)/2 = - 8,15 МПа;

„ = (шах - min)/2 = (8,6 + 24,9)/2 = 16,75 МПа;

ак = а / (мхвпх) = 16,75 • 0,75/(0,57 . 0,7) = 31,5 МПа,

где = 0,6[1 + (7(ак. - 1)] = 0,6[1 + 0,6(1,4 - 1)] = 0,75 - коэффициент концентрации напряжений, определенный по формулам (222) и (224); q = 0,60 - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений, определенный по графику (см. рис. 95) при Og =800 МПа и Оке = 1,4; ока = 1,4 - теоретический коэффициент концентрации, определенный по табл. 47 при г.к =4/26 =0,15; е„х = 0,57 - масштабный коэффициент, определенный по табл. 48 при b = 130 мм; Ent = 0,7 - коэ4)фициент поверхностной чувствительности, определенный по табл. 49 для необработанной щеки в месте перехода к галтели.

Запас прочности щеки от касательных напряжений определяют по пределу усталости (при 0);

ги =--=-= 5,84.

ак + т 31,5-1-0,08 (-8,15)

Максимальное и минимальное нормальные напряжения щеки

Os max Рш max/-

= 602 • 10-в/(14,6 • 10-6) -1- (32 550 • 10-«)/(3380 • 10-*) = 50,9 МПа;

Os min = Мн.щ mln /ащ "Ь Рщ mln/щ =

= - 601 • 10-6/(14,6 . 10-6) + (- 32 500 • 10-6/(3380 -10-6) = = - 50,8 МПа,

где Мн.щ max = 0,25 (/(, „ах "Ь/(нг) к.ш = 0.25 (103 ООО - 37 900) х X 37 • 10-« = 602 Н-м; Мн.щшш = 0,25 {Къшы + KrIк.ш = 0.25 х

X (-27100 -37 900) • 37-10-3 = -601 Н-М; Рщтах = 0,5((smax-+/(на) = 0,5(103 000 - 37 900) = 32 550 Н; Рщпип = 0,5(/(smin + + /(н2) = 0,5(-27 100 -37 900) = -32 500 Н; /(ах = ЮЗ кН = = 103000 Н и /(5imin = -27,1 кН = -27100 Я взяты из табл. 40; Ц7.Щ = 6/iV6 = 130 - 26-10-9/6 = 14,6• 10-6 м; fщ= 6Л = 130 • 26 -10-е = = 3380. 10-6 м

Среднее напряжение и амплитуды напряжений:

= (ашах + amin)/2 = (50.9 - 50,8)/2 = 0,05 МПа; а„ = (ашах - аш1п)/2 = (50,9 + 50,8)/2 = 505 МПа;

где fe, = l-b (7((Хк.- 1) = 1 + 0,&(1,4- 1) = 1,24; q = 0,6; <Хк. = = 1,4 и еш = = 0,7 определены "при подсчете касательных напряжений; е„а = 0,62 определен по табл. 48 при 6 = 130 мм.

Так как = -ii=2900> = 9,1, то запас прочнос-

0.05

°ак = °а» / (5м.еп.) = 50.85 • 1,24/(0,62 - 0,7) = 145 МПа,

«70

"т "."f 1-L

ти щеки от нормальных напряжений определяют по пределу усталости

1Ь = °-1/(°ак + т) = 340/(145 + 0,18 • 0,05) = 2,34. Общий запас прочности щеки

nn,nJVr&+ =2,34-5,84 2,34 + 5,84 =2,17. Глава XIV

РАСЧЕТ КОРПУСА ДВИГАТЕЛЯ

§ 57. БЛОК-КАРТЕР

У большей части современных автомобильных и тракторных двигателей блок цилиндров выполнен заодно с верхней частью картера и называется блок-картером. К блок-картеру крепят и в нем размещают различные механизмы и отдельные детали двигателя. При работе двигателя блок-картер воспринимает значительныединамические и тепловые нагрузки. Схема передачи сил давления газов через элементы блока определяет силовую схему блок-картера. В современных автомобильных и тракторных двигателях наибольшее распространение получили следующие силовые схемы: с несущим блоком цилиндров; с несущим блоком рубашек и с несущими силовыми шпильками.

При несущем блоке цилиндров силы давления газов передаются через- головку блока цилиндрам и рубашкам, представляющим собой единую отливку. Головку блока крепят к блок-картеру с помощью шпилек или болтов, ввертываемых в блок цилиндров.

При несущем блоке рубашек силы давления газов растягивают в осевом направлении только рубашку, а вставные гильзы цилиндров испытывают только радиальное давление от газовых сил. Головки блока крепят к блок-картеру шпильками, ввертываемыми в тело блока рубашек.

В схемах с несущими силовыми шпильками силы давления газов передаются силовым шпилькам, которые стягивают головку блока и цилиндр. Обычно длинные силовые шпильки проходят через головку и блок цилиндров и ввертываются в верхнюю часть картера.

В двигателях с воздушным охлаждением применяют в основном две силовые схемы соединения головки блока, цилиндра и картера: 1) с несущими силовыми шпильками и 2) с несущим цилиндром.

В первом случае длинные силовые шпильки стягивают головку блока и цилиндр и ввертывают в картер. Во втором случае с помощью коротких шпилек или болтов цилиндр крепят к картеру, а головку блока навертывают на цилиндр или присоединяют ее к нему с помощью коротких силовых шпилек.

Блок-картёр должен обладать высокой прочностью и жесткостью. Увеличение жесткости блок-картера достигается за счет оребрения его перегородок, применения туннельного картера, расположения плоскости соединения нижней половины картера с верхней ниже плоскости разъема коренных подшипников, а также других конструктивных мероприятий.

Материалом для блок-картера обычно служит серый чугун СЧ44; СЧ40, СЧ 15-32 и СЧ32, а также алюминиевые сплавы АСЛ4 и СЗ-26 (силумин).

Конструкция блок-картера и его габаритные размеры определяются назначением, условиями работы и мощностью двигателя. Толщина перегородок чугунного блока и стенок водяной рубашки обычно не превышает 4-7 мм, а толщина перегородок и стенок верхней половины картера - 5-8 мм. В алюминиевом блок-картере толщина стенок соответственно увеличивается на 1-3 мм.

Одним из наиболее важных конструктивных показателей блок-картера является отношение расстояния Lo между осями соседних цилиндров к диаметру D цилиндра. Величина LJD характеризует компактность двигателя по длине. Она зависит от схемы расположения, конструкции и длины коренных подшипников, размеров шатунных шеек, типа гильз и других конструктивных факторов. В табл. 64 (данные взяты из [1]) приведены отношения LJD для блок-картеров различных двигателей с жидкостным и воздушным охлаждением.

Таблица 64

Конструкция двигателя

Карбюраторный двигатель

Однорядный С сухими гильзами, коренные подшипники скольжения расположены через два цилиндра (двухпролетный вал)................

Однорядный с однопролетным коленчатым валом и с подшипниками скольжения............

V-образный с последовательным расположением шатунов на шейке вала и с подшипниками скольжения

Двигатели с роликоподшипниками в качестве коренных опор ...................

Двигатели с воздушным охлаждением ......

1,20-1,24

1,20-1,28

1,33

1,30 1,15-1,36

Дизель

1,25-1,30 1,47-1,55 1,30

Расчет блок-картера на прочность представляет большие трудности в определении действующих усилий из-за сложности конфигурации и здесь не приводится.

§ 58. ГИЛЬЗА ЦИЛИНДРА

Гильзы цилиндров являются наиболее нагруженными деталями двигателя. Они испытывают напряжение от действия сил газов, бокового давления поршня и тепловых нагрузок. Тяжелые условия ра-

боты гильз цилиндров приводят к необходимости использовать для их изготовления высококачественные легированные чугуны СЧ28-48 и СЧ35-56 или азотируемую сталь 38ХМЮА.

Основные конструктивные размеры гильз устанавливают с учетом получения необходимой прочности и жесткости, обеспечивающей отсутствие овализации цилиндра при сборке двигателя и во время его работы. Толщину \ чугунной стенки гильзы обычно принимают по экспериментальным данным.

Толщину стенки гильзы, выбранную конструктивно, проверяют по формуле, применяемой для расчета цилиндрических сосудов:

К.р = 0,5D{У{о, + 0,4р,)/(а, - 1,3р,) - 1),

(320)

г - допустимое напряжение на = 50-60, для стальных втулок

где D - диаметр цилиндра, мм; а растяжение (для чугунных втулок о о, = 80-100 МПа); р, - давление газов в конце сгорания, МПа.

При расчете гильзы цилиндров на прочность определяют напряжения только от основных нагрузок: максимального давления газов, бокового давления поршня и перепада температур в стенке.

Наиболее опасной нагрузкой является максимальное давление сгорания ргшах, вызывающее растягивающее напряжение по образующей цилиндра и по его кольцевому сечению (рис. 107).

Растягивающее напряжение СТр от действия сил газов определяют по приближенной зависимости, которая не учитывает неравномерности распределения напряжений по толщине гильзы:

Рис. 107.

Расчетная схема линдра

гильзы ци-

=р = Ргтах D/(28r),

(321)

где Ргтах - максимальнос давленис газов, условно отнесенное к положению поршня в н. м. т., МПа; D - диаметр цилиндра, мм; \ - толщина стенки гильзы цилиндра, мм.

Допускаемые напряжения Ор для гильз цилиндров, выполненных из чугуна, изменяются в пределах 30-60 МПа, а для стальных - 80- 120 МПа.

Растягивающее напряжение по кольцевому сечению гильзы

°; = РгшахО/(48г).

(322)

Величина Ор определяется в основном для несущих гильз двигателей воздушного охлаждения, у которых разрыв по образующей цилиндра менее возможен за счет усиления стенок ребрами.