Расчет авиационного поршневого двигателя (стр. 8 из 8)
. 
Запас прочности пальца на изгиб определяется по выражению
,где коэффициент фактора размерности
для диаметра пальца 25мм составляет 0,92. 
- коэффициент, учитывающий влияние концентрации напряжений (связанных с резким изменением поперечного сечения) при переменных нормальных напряжениях. Так как палец не имеет скачков поперечного сечения по всей своей длине, то принимаем 
Величина
составляет 450 МПа. Тогда
Рисунок 10 – Схема овализации поршневого пальца
Так как по этой формуле запас прочности поршневого пальца значительно занижен по сравнению с действительным запасом, то полученный запас прочности является достаточно надежным критерием оценки прочности.
Под действием силы РС палец овализируется (рисунок 10). В направлении действия РС диаметр пальца уменьшается, в противоположном направлении – увеличивается. Как показали исследования Р.С. Кинасошвили, наибольшие напряжения при овализации возникают в точках
и 
и их величина 
,где ξ=f(α), а α, в свою очередь равна
.Графическая зависимость ξ=f(α) приведена в пособии [4]. По ней определяем
.Тогда
Так как допустимое напряжение овализации лежит в пределах 230-270МПа [4], то запас прочности по овализации обеспечивается.
Степень овализацци задается обычно как увеличение внешнего диаметра в направлении, перпендикулярном приложению нагрузки. Это увеличение
определим по формуле Кинасошвили [4]: 
Полученная степень овализации не превышает допустимую (0,05мм), следовательно, условие незаклинивания в верхней головке шатуна соблюдается.
Удельное давление пальца на бобышки поршня:
, где b – длина контактирующей с пальцем поверхности бобышки
Тогда как допустимое удельное давление пальца на бобышки поршня составляет 50 МПа [4].
6. Расчет поршневых колец
При работе поршневое кольцо должно находиться в сжатом состоянии и создавать некоторое давление на стенки цилиндра. Величина этого давления зависит как от упругой деформации кольца, сжатого в цилиндре, так и от размеров сечения кольца.
Если принять, что средний радиус кольца в свободном состоянии равен радиусу наружной поверхности поршня (рисунок 10), то формула
с учетом того, что
обычно в 20-25 раз меньше R принимает вид 
.Для чугунных колец Е=82500МПа. Тогда
Рисунок 10 – Схема расположения и геометрические размеры кольца
Допускаемые напряжения сжатия составляют 135-150МПа, поэтому запас прочности по напряжениям сжатия удовлетворяет требованиям прочности.
Расчет поршневого кольца сделан в предположении равномерного давления кольца на стенку цилиндра. Однако теоретическое и экспериментальное изучение условий работы кольца показало целесообразность изготовления кольца с неравномерной эпюрой давления по окружности. В частности, целесообразно увеличивать давление у замка.
Величина зазора в свободном состоянии
. В частном случае при 
7. Расчет прицепного шатуна
Производим расчет на устойчивость прицепного шатуна.
Определим осевой момент инерции сечения прицепного шатуна.
,
где
- момент инерции прямоугольника, наиболее удаленного от оси х-х (рисунок 11) 
Рисунок 11 – Расчетная схема прицепного шатуна
Полная площадь поперечного сечения (площадь брутто) составляет
Минимальный радиус инерции
Гибкость
, где n - коэффициент приведения длины, зависящий от способа заделки стержня. Рассматриваем прицепной шатун как стержень с шарнирно закрепленными концами, при этом способе n=0,7.Тогда
.Так как явление продольного изгиба существует не только в пределах упругости, но и за ними, то для определения критического напряжения нельзя пользоваться формулой Эйлера, так как она дает завышенные значения.
Теоретическое решение задачи об устойчивости за пределом пропорциональности сложно, поэтому обычно пользуются эмпирическими формулами, полученными в результате обработки большого количества опытных данных.
Определим критическое напряжение стержня по формуле Ф.С. Ясинского:
, значения эмпирических коэффициентов a и b определяем по таблицам [5]: 
, 
. Тогда 
Действующее максимальное напряжение в сечении шатуна
, 
.Коэффициент запаса устойчивости:
8. Расчет поршня
Статический расчет твердотельной модели поршня, выполненный в пакете Solid Works, производим в пакете Cosmos Works.
В основу расчета заложен метод конечных элементов (МКЭ). Перед расчетом задаем материал поршня (алюминиевый сплав), условия закрепления по плоскостям и цилиндрическим поверхностям и производим разбиение твердотельной модели на сетку конечных элементов (рисунок 13). Далее производим расчет на статическую прочность.
Рисунок 13 – Результат расчета на статическую прочность
По результатам расчета видно, что максимальные напряжения, а следовательно и минимальные коэффициенты запаса, расположились у основания бобышек (с внутренней стороны поршня) и составляют 136,7МПа, а так же на проточках под поршневые кольца (95МПа) и на периферии маслоотводных отверстий (100МПа).
Максимальные деформации характерны для диаметрально-противоположных точек “дна” поршня, расположенных в плоскости, перпендикулярной к оси поршневого пальца и составляют
м.Список использованной литературы
1 . И.П. Пелепейченко, Н.И. Кормилов “Тепловые двигатели”, - Харьков: ХАИ, 1977. – 108с.
2. И.П. Пелепейченко, В.И. Крирченко “Динамический расчет авиационного однорядного звездообразного двигателя на ЭВМ”, - Харьков: ХАИ, 1982. – 56с.
3. В.И. Крирченко “ Динамический расчет поршневого звездообразного двигателя”, - Харьков: ХАИ, 1973. – 68с.
4. Ю.А. Гусев, С.В. Епифанов, А.В. Белогуб “Поршни двигателей внутреннего сгорания”, - Харьков: ХАИ, 1999. – 32с.
5. Г.С. Писаренко, В.Г. Попков “Сопротивление материалов”, - Киев: Вища школа, 1986. – 776с.