3 Расчет теплонапряженного состояния деталей кшм методом конечных элементов

3.1. Цель работы

Целью работы является изучение напряжений, возникающих в материале деталей КШМ, и проведение анализа по изменению конструкции деталей для обеспечения их работоспособности.

3.2. Порядок выполнения работы

3.2.1 Созданы трехмерные твердотельные модели рассчитываемых деталей в SolidWorks. Получены чертеж пальца, чертеж шатуна и чертеж крышки в соответствии с рисунками 3.1, 3.2 и 3.3.

Рисунок 3.1 – Чертеж пальца М (1:1)

Рисунок 3.2 – Чертеж крышки шатуна М (1:1)

Рисунок 3.3 – Чертеж шатуна М (1:2)

3.2.2 Задан материал деталей: шатун и поршневой палец – серый легированный чугун.

3.2.3 В программе CosmosWorks назначены нагрузки на рассчитываемые детали, полученные из динамического расчета (см. лабораторную работу № 1, раздел 2), а также требуемые ограничения.

3.2.4 Заданы следующие нагрузки на поршневой палец. Получена схема нагрузки согласна рисунку 3.4:

- нагрузка от поршневой головки шатуна (распределенная нагрузка) Р, равная 32,2 кН;

- максимальная инерционная нагрузка, заданная ускорением, действующим на поршневой палец j, равная 10,3 км/с ²;

- сила на поршневой палец со стороны бобышек поршня, задана с помощью

ограничения (фиксации).

Рисунок 3.4 - Нагрузки на поршневой палец

3.2.5 Заданы следующие нагрузки на шатун. Получена схема нагрузки согласно рисунку 3.5:

- сила со стороны поршневого пальца на верхнюю поршневую головку шатуна S, равная 34,2 кН;

- максимальная инерционная нагрузка заданная ускорением, действующим на шатун j, равная 11,4 км/с²;

- сила со стороны шатунной шейки коленчатого вала, заданная с помощью ограничения (фиксации).

Рисунок 3.5 - Нагрузки на шатун

3.2.6 Проведен усталостный расчет на прочность поршневого пальца и шатуна

3.2.7 Проанализированы полученные данные:

- определены максимальные напряжения, действующие в материале расчетных деталей;

- напряжения сравнены с допускаемыми напряжениями;

- напряжения сравнены с рассчитанными по методике [1];

- определен запас прочности;

- сделано заключение о работоспособности деталей.

3.3 Результаты вычисления напряжения

3.3.1 Получены схемы распределения напряжений и перемещений в поршневом пальце и в элементах шатуна в соответствии с рисунками 3.6 - 3.11 :

Рисунок 3.6 – Напряжения в поршневом пальце	Рисунок 3.7 – Перемещения в поршневом пальце
Рисунок 3.8 - Напряжения в шатуне	Рисунок 3.9 - Перемещения в шатуне
Рисунок 3.10 – Перемещения в крышке шатуна	Рисунок 3.11 - Напряжения в крышке шатуна

3.3.2 Максимальные напряжения в опасных сечениях представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Расчетное сечение	Напряжения, рассчитан-ные по методике [1], МПа	Допуска- емые напряже-ния, МПа	Напряжения, рассчитанные в CosmosWorks, МПа	Коэффици-ент запаса прочности	Расхожде-ния напряже-ний , %
Палец в среднем сечении (изгиб)	120	250	200	1,25	66,7
Сечение пальца между бобыш-кой поршня и  поршневой го-ловки шатуна	89,0	250	155	1,61	74,1
Наружная поверхность поршневого пальца	133	450	255	1,76	91,7
Внутренняя поверхность пальца	198	450	270	1,67	36,4
Поршневая головка шатуна	142	210	194	1,08	36,6
Стержень шатуна	226	250	177	1,41	-21,7
Крышка кривошипной головки шатуна (изгиб)	68,0	250	21,0	11,9	-69,1