Корпус двигателя состоит из блока цилиндров, картера, головки блока, гильз, шпилек или болтов, стягивающих головку с блоком, и др. У большинства автотракторных двигателей блок цилиндров выполнен заодно с верхней частью картера и называется блок-картером. Различают следующие силовые схемы блок-картера двигателей:
1) с несущим блоком цилиндров (рис. 2.1, а), когда силы давления газов нагружают элементы блока цилиндров. Разновидностью данной силовой схемы при мокрых гильзах является схема «с несущей рубашкой» (рис. 2.1, б). В этом случае газовые силы нагружают (растягивают) только стенки водяной рубашки.
2) с несущими силовыми шпильками (рис. 4.1, в). Блок-картеры, выполненные по данной схеме, в силу их меньшей нагруженности могут отливаться из алюминиевого сплава.
Расчеты блок-картера и головки блока представляет большие трудности и здесь не рассматриваются.
В проекте выполняют расчеты на прочность гильзы цилиндров и шпильки (болта) головки блока.
Рис. 2.1. Силовые схемы ДВС с жидкостным охлаждением:
|
|
а – с несущим блоком цилиндров; б – с несущей рубашкой; в – с несущими силовыми шпильками.
Толщину стенки гильзы (δ г) принимают по прототипу проектируемого двигателя и проверяют на прочность по формуле, которая применяется для расчета цилиндрических сосудов, работающих под давлением
=0,5D (2.1)
где D – диаметр цилиндра, мм;
– расчетная толщина стенки гильзы, мм;
– давление в цилиндре в конце сгорания, МПа;
– допускаемое напряжение на растяжение, для стальных гильз , для чугунных гильз .
Шпильки головки блока цилиндров работают на растяжение. Сила растяжения меняется в течение цикла от минимума до максимума. Минимальное значение равно силе предварительной затяжки шпильки, а максимальное равно сумме сил предварительной затяжки и силы от давления в конце сгорания, приходящегося на одну шпильку, с учетом уменьшения этой силы из-за податливости (деформация материала от нагрузок) стягиваемых деталей. Приближенно расчет шпильки можно выполнить на растяжение исходя из статической прочности по известной формуле
(2.2)
где – максимальная сила растяжения шпильки;
– площадь минимального (опасного) сечения шпильки.
– допускаемое напряжение материала шпильки на растяжение.
Шпильки изготавливают из легированных сталей, например,18ХНМА, 20ХНВА, 40ХНМА и др.
Допускаемое напряжение можно определить по формуле
(2.3)
где – предел текучести материала шпильки;
– коэффициент запаса прочности шпильки на растяжение, должен быть не менее 2.
Максимальная сила растяжения шпильки определяется
(2.4)
где – сила предварительной затяжки шпильки;
|
|
– термическая сила, создаваемая деформациями элементов газового стыка при нагреве их до рабочей температуры;
– коэффициент дополнительной нагрузки резьбового соединения, для ДВС с короткими (жесткими) шпильками =0,06 – 0,07 (до 0,15), для ДВС с удлиненными (податливыми) шпильками =0,03 – 0,04;
–максимальная сила давления газов действительного цикла на расчетном режиме, приходящаяся на одну шпильку, МН;
,
– число шпилек, приходящихся на один цилиндр, .
,
– максимальное давление газов действительного цикла на расчетном режиме, Мпа;
Dпр – диаметр отверстия в прокладке головки блока. Для ДВС с верхним расположением клапанов Dпр=(1,05…1,14)D, для ДВС с нижним расположением клапанов Dпр=(1,3…1,48)D; D – диаметр цилиндра.
Сила предварительной затяжки шпильки определяется по формуле
, (2.5)
где – коэффициент запаса затяжки шпильки, меньшие значения для ДсИЗ, большие – для дизелей с наддувом.
В проекте при выполнении расчетов термической силой можно пренебречь.