Корпусные детали


Расчеты полей перемещений и напряжений необходимо выполнять, учитывая зависимость физико-механических свойств материалов от температуры. Например, если не учесть зависимость модуля упругости от температуры, то ошибка в вычислении перемещений клапана может составить 15-20% проводимости контакта; давление в контакте; предел прочности менее пластичного материала пары седло-клапан; средняя высота микронеровностей контактируемых поверхностей (клапана и седла). Приведенный коэффициент теплопроводности контакта можно вычислить по формуле где средняя высота микронеровности пленки; коэффициенты теплопроводности соответственно седла и пленки.
Давление в контакте вычисляют по формуле где 5ф-площадь фаски; усилие пружины давление в патрубке; диаметр головки клапана.
Моделируя стационарное температурное поле, полагают, что определяющим является перенос теплоты посредством контактного теплообмена, а параметры теплообмена назначают с учетом суммарной эффективности переноса теплоты.
Интенсивность теплопередачи от стержня клапана к втулке зависит в основном от зазора между стержнем и втулкой 8 и коэффициента теплопроводности среды Я,ср, заполняющей зазор. Коэффициент теплоотдачи от стержня к втулке можно ориентировочно оценить по формуле
Коэффициент теплоотдачи от стержня газам в клапанной коробке (участки 11 и 12 см. рис. 241) невелик и может быть принят равным 60-70 Вт/(м2  °С). Задаваемые температуры газов, седла, втулки оценивают на основании ранее проведенных расчетов.
При наличии у клапана полости, частично заполненной жидким теплоносителем, интенсивность переноса теплоты от тарелки клапана к его стержню определяется или расчетом температуры жидкого теплоносителя и коэффициентов теплоотдачи по внутренней поверхности полости, или моделированием процесса передачи теплоты за счет теплопроводности среды с условной проводимостью (последнее проще). Обычно в качестве теплоносителя используют натрий, который при работе двигателя нагревается, расплавляется и, находясь в поле действия знакопеременных инерционных сил, вызванных возвратно-поступательным движением клапана, частично перемешивается с воздухом и образует столб эмульсии над неподвижным слоем жидкого натрия, совершающий колебательное движение. Толщина неразрушенного слоя натрия в основном определяет термическое сопротивление теплопереносу от тарелки в стержень и так же, как и амплитуда колебания столба эмульсии и высота заброса фронта эмульсии, зависит от частоты вращения вала двигателя и уровня заполнения полости теплоносителем.
Условный коэффициент теплопроводности Х^, определяющий эффективность переноса теплоты от тарелки в стержень, для клапанов лежит в пределах 200-400 Вт/(м2-°С).
Анализ полученных расчетных данных показал, что параметры теплообмена оказывают локальное влияние на температуру клапана. При увеличении коэффициента теплоотдачи от газов в цилиндре на 100 Вт/(м2-°С) температура в центре тарелки клапана увеличивается на 85 °С, на фаске клапана 65 °С, а на хвостовике - всего лишь на 2°С. Наибольшее влияние на температуру фаски оказывает температура седла, а на температуру тарелки и стержня-условный коэффициент теплопроводности Х^,.
На рис. 241,6 приведены поля температур для двух вариантов клапана двигателя 3M3-53 на режиме полной мощности, полученные расчетом с использованием конечно-элементной модели. Клапан с полостью, частично заполненной натрием, имеет температуру тарелки на 120 °С ниже, а температуру стержня на 100 °С выше, чем сплошной клапан.
После расчета температурного поля клапана рассчитывают деформации и напряжения, возникающие в нем под действием неравномерного температурного поля, усилия пружин и сил от давления газов. Поскольку тепловые и механические нагрузки имеют разный характер изменения во времени, то целесообразно температурные и механические напряжения определять раздельно. Расчет выполняют при следующих кинематических граничных условиях.
1.            На оси клапана по условию осевой симметрии перемещения узлов клапана в радиальном направлении равны нулю.
2.            Перемещение в осевом направлении одного из узлов (обычно на фаске) ограничено. Схема системы механических нагрузок, действующих на клапан, и условия в перемещениях приведены на рис. 242.
На рис. 243 показаны поля температурных напряжений (радиальных стг и окружных ае) клапана форсированного дизеля. Наибольшие напряжения при данной структуре температурного поля возникают в районе фаски клапана.
Расчет деталей передачи. Рычаг клапана рассчитывают на изгиб и сжатие от максимальных действующих на него сил. Расчетными сечениями являются сечения А-А со стороны клапана и сечения В-В со стороны распределительного вала (рис. 244).
Суммарное напряжение в сечении.
Допускаемые напряжения а (в МПа) для рычагов из различных материалов :
литой стали . . 40-50 кованой стали . 60-80 легированной стали .... 100-200 легких сплавов, чугуна .... 20-25
Напряжения изгиба в траверсах лежат в пределах 50-80 МПа. Для штоков траверс максимальные суммарные напряжения сжатия и изгиба равны 120-300 МПа.
Напряжения а (в МПа) для ударников клапанов двигателей:
стационарных, судовых и тепловозных . . . .1000-1200 автомобильных и тракторных . .1000-1500 и более
Направляющая толкателя подвергается действию момента силы N, приложенной к оси втулки, вызывающего ее смятие и износ (рис. 248). При расчете принимают, что нагрузка на направляющую изменяется по длине втулки по прямолинейному закону. Максимальные напряжения возникают на концах втулки. Используя уравнения проекции сил на направление, перпендикулярное оси толкателя, и уравнения моментов относительно центра ролика, а также условие подобия заштрихованных треугольников, нетрудно получить формулы для определения удельных нагрузок на концах втулки. Наибольшая удельная нагрузка к получается на нижнем конце:
Значения к составляют 4-10 МПа.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18