Разработка четырехтактного автомобильного двигателя Проведение расчета (стр. 6 из 7)
Внутренний диаметр головки d1 =67мм
Из динамического расчета имеем:
Площадь и момент инерции расчетного сечения В – В
Максимальное напряжение от сжимающей силы в плоскости качания шатуна
В плоскости перпендикулярной плоскости качания шатуна
L1 – длина стержня шатуна между расточками верхней и нижней головок шатуна.
L0– расстояние между осями головок шатуна.
Минимальное напряжение осей растягивающей силы
Средние напряжения и амплитуды цикла:
Где
- эффективный коэффициент концентрации напряжений;
т.к.
и
запас прочности в сечении определяется по пределу усталости
3.3.4 Расчет шатунных болтов
Из расчета кривошипной головки шатуна имеем: максимальная сила инерции, растягивающая кривошипную головку и шатунный болт Pjp=0,0122МH
Принимаем:
номинальный диаметр болта d=11 мм
шаг резьбы t=1 мм
количество болтов iб=2
материал болта Сталь 40Х ГОСТ4543 – 71
Для указанной стали имеем:
σв = 800 МПа
σт = 700 МПа
σ-1р = 260 МПа
ασ = 0,12
; 
;Сила предварительной затяжки
;Суммарная сила, растягивающая болт
, Н;где х = 0,2 – коэффициент основной нагрузки резьбового соединения
;Максимальное и минимальное напряжение, возникающее в болтах:
Среднее напряжение и амплитуда цикла
; 
; 
т.к.
,то запас прочности определяется по пределу текучести
3.4 Расчет коленчатого вала на прочность
Коленчатый вал – наиболее сложная в конструктивном отношении и наиболее напряженная деталь двигателя, воспринимающая периодические нагрузки от сил давления газов, сил инерции и их моментов.
Исходные данные:
Радиус кривошипа R=44,7мм
Наружный диаметр коренной шейки
Длина коренной шейки
Наружный диаметр шатунной шейки
Длина шатунной шейки
Для стали 50Г имеем:
Предел прочности
Предел усталости при изгибе
Предел текучести
, 
Расширение-сжатие
Предел усталости при кручении
Коэффициент приведения цикла при изгибе aσ=0,18
Коэффициент приведения цикла при растяжении-сжатии aσ=0,14
Коэффициент приведения цикла при кручении
При изгибе:
При растяжении-сжатии:
При кручении:
3.4.1 Расчет коренной шейки
Момент сопротивления коренной шейки кручению
Максимальное и минимальное касательное напряжения знакопеременного цикла для наиболее нагруженной 3-й коренной шейки (см. табл. 2.4)
Среднее напряжение и амплитуда напряжений:
-коэффициент концентрации напряжений
-коэффициент поверхностной чувствительности 
– масштабный коэффициентq=0.71- коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений
то запас прочности коренной шейки определяют по пределу усталости:
3.4.2 Расчет шатунной шейки
Момент сопротивления кручению шатунной шейки
Максимальное и минимальное касательное напряжения знакопеременного цикла для наиболее нагруженной 3-й шатунной шейки (см. табл. 2.3)
Среднее напряжение и амплитуда напряжений:
-коэффициент концентрации напряжений
-коэффициент поверхностной чувствительности 
– масштабный коэффициентq=0.71- коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений
то запас прочности коренной шейки определяют по пределу усталости:
Моменты, изгибающие шатунную шейку однопролётного коленчатого вала в плоскости, перпендикулярной плоскости кривошипа:
где
Масляное отверстие на шатунной шейке целесообразно сделать в горизонтальной плоскости (φм=45˚)
расчет моментов приведен в табл.3.1.
Максимальные и минимальные нормальные напряжения ассиметричного цикла в шатунной шейке:
где
Таблица 3.1.
| φ | МТ | Мz | Мφм |
| 0 | 330,29 | -628,77 | -211,33 |
| 30 | 941,63 | -397,87 | 384,12 |
| 60 | 840,91 | -51,86 | 557,69 |
| 90 | 603,44 | -38,34 | 399,40 |
| 120 | 588,32 | -220,89 | 259,59 |
| 150 | 270,26 | -328,38 | -41,27 |
| 180 | 268,22 | -347,61 | -56,31 |
| 210 | 682,74 | -328,38 | 250,28 |
| 240 | 351,12 | -228,25 | 86,72 |
| 270 | -33,05 | -49,52 | -58,39 |
| 300 | -46,51 | -22,70 | -48,94 |
| 330 | 2,44 | -162,15 | -112,98 |
| 360 | -109,17 | -37,41 | -103,63 |
| 390 | 688,86 | 864,01 | 1098,10 |
| 420 | 672,44 | 160,21 | 588,63 |
| 450 | 617,49 | -162,42 | 321,57 |
| 480 | 1134,37 | -417,83 | 506,23 |
| 510 | 729,89 | -525,43 | 144,22 |
| 540 | 452,81 | -439,70 | 9,02 |
| 570 | 199,00 | -344,15 | -102,79 |
| 600 | -157,90 | -228,21 | -273,04 |
| 630 | -245,75 | -41,32 | -202,93 |
| 660 | 836,05 | -48,97 | 556,30 |
| 690 | 703,98 | -389,74 | 221,89 |
| 720 | 330,29 | -628,77 | -211,33 |
| min | -273,04 | ||
| max | 1098,10 |
Среднее напряжение и амплитуда напряжений: