Проектирование систем двигателей внутреннего сгорания (стр. 7 из 18)
где ткр= 0,24 кг – масса крышки шатуна;
тшп = 0,7425 кг – масса шатуна, приведенная к поршню;
тшк = 1,9575 ку – масса шатуна, приведенная к кривошипу.
Моменты инерции вкладыша и крышки:
где
Момент сопротивления расчетного сечения:
Напряжения при изгибе крышки и вкладыша:
где Fг – суммарная площадь крышки и вкладыша в расчетном сечении:
Расчет шатунного болта.
Максимальная сила инерции, разрывающая головку и шатунные болты:
Номинальный диаметр болта:
d = 12 мм,
Шаг резьбы: t = 1 мм,
Количество болтов iб = 2,
Материал болтов – сталь 40ХН,
σв – предел прочности (1300 МПа),
σт – предел текучести (1150 МПа),
σ-1р – предел усталости при растяжении-сжатии (380 МПа),
аσ – коэффициент приведения цикла при растяжении-сжатии (0,2)
Сила предварительной затяжки болта:
Суммарная сила, растягивающая болт:
где
- коэффициент основной нагрузки резьбового соединения.Максимальные и минимальные напряжения в сечении болта:
где Fср – площадь опасного сечения болта:
Среднее напряжение и амплитуда цикла:
Так как
, то запас прочности шатунного болта определяется по пределу текучести: 
Запас прочности должен быть не менее 2.
4.3. Расчет коленчатого вала на прочность
 |
Коленчатый вал двигателя Д – 244 полноопорный с симметричными коленами и асимметричным расположением противовесов.
Рис. 11. Схема коленчатого вала.
Материал – сталь 40ХНМА;
Коренная шейка:
- внутренний диаметр: dвн = 0 мм
- наружный диаметр: dн = 75,25 мм
- длина шейки: lкш = 32 мм
Шатунная шейка:
- внутренний диаметр: dвн = 32 мм
- наружный диаметр: dн = 68 мм
- длина шейки: lкш = 38 мм
Радиус кривошипа: R = 62,5 мм
Расстояние между серединами коренных шеек: l = 135 мм
Масса противовеса: mпр = 1,5 кг
Приведенная масса щеки: mщ = 1,2 кг
Приведенная масса шатунной шейки: mшш = 0,457 кг
 |
Рис. 12. Расчетная схема кривошипа.
Толщина щеки: n = 25 мм
Длина сечения А-А щеки b = 120 мм
Расчет коренных шеек.
Коренные шейки рассчитываем только на кручение под действием тангенциальных сил. Максимальные и минимальные значения скручивающих моментов определяем с помощью составления таблиц набегающих моментов. Значения тангенциальной силы Т = f(φ), определенные в динамическом расчете заносим в графу 2 таблицы. В соответствии с порядком работы цилиндров, в графы таблицы заносятся значения Т для соответствующих цилиндров. Далее определяются набегающие моменты для 2, 3, 4, 5-ой коренных шеек.
.................
Критерием нагруженности шейки является размах момента
.Значение ∆Мmax для каждой шейки приводим в последней строке таблицы набегающих моментов. Определяем таким образом наиболее нагруженную шейку.
Таблица 7
| φ º | Т1 | Т2 | Т3 | Т4 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 30 | -6837,1 | -3214,2 | -3022,5 | -15823,9 |
| 60 | -4039,5 | -5270,5 | -5412 | -7340,6 |
| 90 | 2841,6 | -3107,6 | -3801,4 | 8790,6 |
| 120 | 5072,4 | 3776,9 | 1806,7 | 7975,7 |
| 150 | 2986,1 | 6672,4 | -238,2 | 4029,2 |
| 180 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 210 | -3022,5 | -6837,1 | 15823,9 | -3214,2 |
| 240 | -5412 | -4039,5 | 7340,6 | -5270,5 |
| 270 | -3801,4 | 2841,6 | 8790,6 | -3109,6 |
| 300 | 1806,1 | 5072,4 | 7995,7 | 3776,9 |
| 330 | -238,2 | -2986,1 | 4029,2 | 6672,4 |
| 360 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 390 | 15823,9 | -3022,3 | -3214,2 | -6837,1 |
| 420 | 7340,6 | -5412 | -5270,5 | -4039,5 |
| 450 | 8790,6 | -3801,4 | -3107,6 | 2841,6 |
| 480 | 7995,7 | 1806,7 | 3776,9 | 5072,4 |
| 510 | 4029,2 | -238,2 | 6072,4 | 2986,1 |
| 540 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 570 | -3214,2 | 15823,9 | -6837,1 | -3022,5 |
| 600 | -5270,5 | 7340,6 | -4039,5 | -5412 |
| 630 | -3107,6 | 8790,6 | 2841,6 | -3801,4 |
| 660 | 3776,9 | 7995,7 | 5072,4 | 1806,7 |
| 690 | 6672,4 | 4029,2 | 2986,1 | -238,2 |
| 720 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Таблица 8
| φ º | Мкш2 | Мкш3 | Мкш4 | Мкш5 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 30 | -427,32 | -628,2 | -389,79 | 171,9 |
| 60 | -952,47 | -581,88 | -920,125 | -461,34 |
| 90 | 177,6 | -16,63 | -254,2 | 295,2 |
| 120 | 317,03 | 553,08 | 666 | 1165,73 |
| 150 | 186,63 | 603,66 | 588,76 | 840,59 |
| 180 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 210 | -188,91 | -616,23 | 372,77 | 171,9 |
| 240 | -338,25 | -590,72 | -131,93 | -461,34 |
| 270 | -237,56 | -60 | 489,43 | 295,2 |
| 300 | 112,88 | 429,9 | 929,64 | 1165,73 |
| 330 | -14,89 | 171,7 | 423,57 | 840,59 |
| 360 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 390 | 989 | 800,1 | 599,2 | 171,9 |
| 420 | 458,79 | 120,54 | -208,9 | -461,34 |
| 450 | 549,4 | 311,8 | 117,6 | 295,2 |
| 480 | 499,7 | 612,7 | 848,71 | 1165,73 |
| 510 | 251,83 | 236,94 | 653,96 | 840,59 |
| 540 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 570 | -200,9 | 788,1 | 360,79 | 171,9 |
| 600 | -329,4 | 219,38 | -123,09 | -461,34 |
| 630 | -194,23 | 355,19 | 532,79 | 295,2 |
| 660 | 236,06 | 735,79 | 1052,8 | 1165,73 |
| 690 | 417,03 | 668,85 | 855,48 | 840,59 |
| ∆Мmax | 976 | 1428,3 | 1972,9 | 1627,1 |
Наиболее нагруженной является 4-я коренная шейка (∆Мкш4 = 1972,9 Нм). Для этой шейки определяем минимальные и максимальные касательные напряжения.