Розрахунок на міцність клапана,пружини клапана.

Тема:Розрахунок на міцність клапана,пружини клапана.

3.1. Визначення основних розмірів.

3.1.1. Основним розміром розподільного вала є підйом штовхоча. Для того щоб визначити підйом штовхача  необхідно спочатку визначити підйом клапана.

3.1.2. Визначаю площу прохідного перерізу у впускному клапані

         см³

де: С_m =         м/сек - середня швидкість поршня [тепловий розрахунок];

       cм²    - площа поршня;

D=       см - діаметр поршня [тепловий розрахунок];

i_кл=        - число однойменних клапанів;

ω_вп =      м/сек - швидкість газу у прохідному перерізу клапана

[ 4. стор.22];

1. Визначаю площу прохідного перерізу у горловині впускного клапана
         F_гор= (1,1 – 1,2) · F_кл =                   см²

2. Визначаю діаметр впускної горловини

     d_гор. =  · 10 =                           мм

Приймаю діаметри впускної горловини d_гор =      мм

3.1.5. Визначаю діаметр випускної горловини

    d_{гор.вип.} =  =                             мм

3.1.6. Визначаю максимальну висоту підйому клапана при фасці клапанна 45°

    h_кл = – d_гор =                 мм

3.1.7. Визначаю максимальну висоту підйому штовхача

    h_шт = h_кл ·  =                             мм

   l_шт =    мм;  l_к =     мм  - плечі коромисла [прототип]

Приймаю з метою уніфікації розподільних валів,  h_шт =       мм

   3.2. Розрахунок на міцність деталей

3.2.1. Клапана

3.2.1.1 Приймаю що випускний клапан виготовляється із високолегованої сталі 40X10С2М. Ця сталь має високі жаростійкі і механічні властивості.

σ_в =    950   МПа [5. стор.48];      [σ_зм] =  500    МПа [4. стор.304]

Визначаю допустимі напруги при стиску [σ_ст] = σ_оп /n =          МПа

σ_оп =0,52 * σ_в =       МПа - небезпечні напруги при стиску [5. стор.17];

n = n₁· n₂ ·n₃=                           - коефіцієнт запасу;

n₁ = 2- коефіцієнт враховуючий точність визначення навантажень [5. стор.17];

n₂ = 1,7 -коефіцієнт враховуючий механічні властивості матеріалу [5. стор.17];

n₃ = 1,5 - коефіцієнт враховуючий ступінь відповідальності деталі [5. стор.17];

Рис. 3. Ескіз випускного клапана.

3.2.1.2 При роботі двигуна на випускний клапан з сторони коромисла діють: сила пружності пружини Р_пр, сила інерції клапана і пружин, при розрахунку для його спрощення не враховуємо і сила тиску газів.

Найбільша сила Р_max діє на стержень клапана у початковий період його відкриття.

Визначаю силу Р_mах

Р_max = Р_ПР.min +  (P_B – P_Г)                          н

Де: Р_ПР.min =  178Н - сила пружності пружин при закритому клапані [прототип];

d_к =        м - зовнішній діаметр клапана [кресленя];

Р_в =        МПа - тиск у кінці такту розширення [тепловий розрахунок];

Р_г=         МПа - тиск у випускному трубопроводі [тепловий розрахунок].

3.2.1.3. Визначаю напругу зминання виникаючу у місці контакту коромисла з верхнім торцем стержня клапана.

     σ_зм = 0,418  =                          МПа

Де: Е =   2,2*10^-5 МПа - модуль пружності сталі [5. стор. 16];

b_к - 0,011 м - ширина контакту коромисла з стержнем клапана [креслення];

r = 0,02 м - радіус поверхні коромисла контактуючої з стержнем клапана [прототип].

σ_зм <[σ_зм] - умови міцності виконуються.

3.2.1.4. Визначаю максимальну напругу стиску у стержні клапана, яка виникає у мінімальному перетині, у місці установки сухариків.

       σ_ст =                      МПа

Де: F_min = π · d²/4 =                             м² - площа стержня клапана у мінімальному перетині;

d = 0,01 м — діаметр стержня клапана у мінімальному перетині [креслення].

σ_ст < [σ _ст] - умови міцності виконуються.

3.2.2. Зовнішньої пружини клапана.

3.2.2.1. При перевірочному розрахунку пружини клапана на міцність визначаємо максимальні дотичні напруги при крутінні і порівнюємо їх з допустимими.

Рис. 4. Пужина.

Максимальні дотичні напруги при крутінні визначаю по формулі

   τ₃ = K =                               МПа

   К =  +  = 

   С =  =

D₀ =       мм - середній діаметр пружини; [креслення]

d =        мм - діаметр проволоки; [креслення]

Р₃ =        H- сила пружини при максимальній деформації, [креслення]

Максимальні дотичні напруги при крутінні τ_з для пружин 1^гo класу виготовлені із сталі 51ХФА не повинні перевищувати 560 МПа. [5; стор. 559]

τ₃ < [τ₃] - умови міцності виконуються.

Розрахунок написати в зошит сфотогрувати и вставити сюди.(На верхній панелі є значок додати фото.)