Пример расчета шпильки головки блока карбюраторного двигателя.
На
основании
проведенного теплового расчета имеем:
диаметр цилиндра
=
78 мм; площадь поршня
=0,004776
м2;
максимальное давление
сгорания
=
6,195 МПа при
.
Число
шпилек на один цилиндр
=
4; номинальный диаметр шпильки d=
12
мм; шаг резьбы t=1
мм.
Материал шпильки
— сталь 30Х.
По табл. 2 и 3 для легированной стали 30Х определяем:
Таблица 2. Механические характеристики сталей
Марки стали |
Механические свойства легированных сталей, МПа |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
20Х |
650-850 |
400-600 |
310-380 |
230 |
360 |
230 |
30Х |
700-900 |
600-800 |
360 |
260 |
420 |
220 |
30ХМА |
950 |
750 |
470 |
- |
- |
- |
35Х |
950 |
750 |
- |
- |
- |
- |
35ХМА |
950 |
800 |
- |
- |
- |
- |
38ХА |
950 |
800 |
- |
- |
- |
- |
40Х |
750-1050 |
650-950 |
320-480 |
240-340 |
- |
210-260 |
40ХН |
1000-1450 |
800-1300 |
460-600 |
320-420 |
390 |
240 |
45Х |
850-1050 |
700-950 |
400-500 |
- |
- |
- |
50ХН |
1100 |
850 |
550 |
- |
- |
- |
12ХН3А |
950-1400 |
700-1100 |
420-640 |
270-320 |
400 |
220-300 |
18ХН24А |
1100 |
850 |
- |
- |
- |
- |
18ХНВА |
1150-1400 |
850-1200 |
540-620 |
360-400 |
550 |
300-360 |
25ХНМА |
1150 |
- |
- |
- |
- |
- |
20ХНЗА |
950-1450 |
850-1100 |
430-650 |
310 |
- |
240-310 |
25ХНВА |
1100-1150 |
950-1050 |
460-540 |
310-360 |
- |
280-310 |
30ХГСА |
1100 |
850 |
510-540 |
500-530 |
- |
220-245 |
37ХНЗА |
1150-1600 |
1000-1400 |
520-700 |
- |
- |
320-400 |
40ХНМА |
1150-1700 |
850-1600 |
550-700 |
- |
700 |
300-400 |
Таблица 3. Значения и для сталей с различными пределами прочности.
Предел прочности , МПа |
Изгиб |
Растяжение – сжатие |
Кручение |
350-450 |
0,06-0,10 |
0,06-0,08 |
0 |
450-600 |
0,08-0,13 |
0,07-0,10 |
0 |
600-800 |
0,12-0,18 |
0,09-0,14 |
0-0,08 |
800-1000 |
0,16-0,22 |
0,12-0,17 |
0,06-0,10 |
1000-1200 |
0,20-0,24 |
0,16-0,20 |
0,08-0,16 |
1200-1400 |
0,22-0,25 |
0,16-0,23 |
0,10-0,18 |
1400-1600 |
0,20-0,30 |
0,23-0,25 |
0,18-0,20 |
пределы
прочности
=
850 МПа, текучести
=
700 МПа и усталости
при растяжении — сжатии
=
260 МПа;коэффициент
приведения цикла при растяжении —
сжатии
=0,14.
По формулам определяем:
;
Проекция поверхности камеры сгорания на плоскость, перпендикулярную оси цилиндра при верхнем расположении клапанов:
Сила давления газов, приходящаяся на одну шпильку:
Сила предварительной затяжки
где:
=3
—коэффициент затяжки шпильки для
соединений с прокладками;
=0,2
— коэффициент основной нагрузки
резьбового соединения.
Суммарная сила, растягивающая шпильку без учета силы :
Минимальная сила, растягивающая шпильку:
Максимальные и минимальные напряжения, возникающие в шпильке:
где:
- площадь сечения шпильки по внутреннему
диаметру резьбы, м2.
99
Среднее напряжение и амплитуда цикла:
Величина
МПа,
где:
;
определяется
по табл. 4;
q
= 0,74 — по рис. 2 при
=
850 МПа и
=4,0;
=
0,98 — по
табл. 5 при
=12
мм;
=
0,82 — по табл. 6 (грубое обтачивание).
Таблица 4. Значения αkσ для ряда наиболее распространенных концентраторов.
Вид концентратора напряжений |
αkσ |
Полукруглая выточка при отношении радиуса к диаметру стержня: 0,1 0,5 1,0 2,0 |
2,0 1,6 1,2 1,1 |
Галтель при отношении радиуса к диаметру стержня: 0,0625 0,125 0,25 0,5 |
1,75 1,50 1,20 1,10 |
Переход под прямым углом |
2,0 |
Острая V-образная выточка (резьба) |
3,0-4,5 |
Отверстия при отношении диаметра отверстия к диаметру стержня от 0,1 до 0,33 |
2,0-3,0 |
Риски от резца на поверхности изделия |
1,2-1,4 |
Таблица 5. Масштабный коэффициент ем.
Масштабные коэффициенты |
Размеры детали, мм |
|||||||
10* |
10-15 |
15-20 |
20-30 |
30-40 |
40-50 |
50-100 |
100-200 |
|
|
1 |
1-0,95 |
0,95-0,90 |
0,90-0,85 |
0,85-0,80 |
0,80-0,75 |
0,75-0,65 |
0,65-0,55 |
|
1 |
1-0,94 |
0,94-0,88 |
0,88-0,83 |
0,83-0,78 |
0,78-0,72 |
0,72-0,60 |
0,60-0,50 |
100
Таблица 6. Коэффициент поверхностной чувствительности εп.
Вид обработки или поверхностного упрочнения |
|
Полирование без поверхностного упрочнения |
1 |
Шлифование без поверхностного упрочнения |
0,97-0,85 |
Чистовое обтачивание без поверхностного упрочнения |
0,94-0,80 |
Грубое обтачивание без поверхностного упрочнения |
0,88-0,60 |
Без обработки и без поверхностного упрочнения |
0,76-0,50 |
Обдувка дробью |
1,1-2,0 |
Обработка роликом |
1,1-2,2 |
Цементация |
1,2-2,5 |
Закалка |
1,2-2,8 |
Азотирование |
1,2-3,0 |
Так
как,
то запас прочности шпильки определяется
по пределу текучести:
Рис. 2. Коэффициент чувствительности сталей к концентрации напряжений
101