5 Расчет шатунной группы
Конструкция шатунов, применяемых в автомобильных и тракторных двигателях, разнообразна и зависит в основном от типа двигателя и расположения цилиндров. Расчетными элементами шатунной группы являются поршневая и кривошипная головка, стержень шатуна и шатунные болты.
При работе шатун подвергается воздействию знакопеременных газовых и инерционных сил, а в отдельных случаях эти силы создают ударные нагрузки. Поэтому шатуны изготавливают из марганцовистых хромоникелевых сталей с содержанием углерода от 0,3 до 0,45 %.
Рисунок 14.
Шатунная группа
5.1 Расчет поршневой головки шатуна
Основные данные для расчетов:
внутренний
диаметр головки шатуна:
наружный
диаметр головки шатуна:
Материал
шатуна – сталь 40Х;
;
Предел
прочности:
Пределы усталости:
при
изгибе:
при
растяжении – сжатии:
Предел
текучести:
Коэффициенты приведения цикла:
при
изгибе:
при
растяжении – сжатии:
Материал
втулки – бронза
;
При изгибе:
При растяжении – сжатии:
Расчет сечения I – I:
Радиальная толщина стенки головки:
Масса части головки выше сечения I – I:
Максимальное напряжение пульсирующего цикла:
Среднее
напряжение:
Эффективный коэффициент концентрации напряжений
Масштабный
коэффициент:
Коэффициент
поверхностной чувствительности
Амплитуда напряжений:
Т.к.
Запас прочности в сечении I – I определяется по пределу усталости:
Напряжение от запрессованной втулки:
суммарный натяг:
где
- натяг посадки бронзовой втулки;
– средняя
температура подогрева головки и втулки;
Удельное давление на поверхности соприкосновения втулки с головкой:
где
- коэффициент Пуансона;
Напряжение
от суммарного натяга на внешней
поверхности головки:
допустимое
значение
Напряжение от суммарного натяга на внутренней поверхности головки:
допустимое
значение
Расчет сечения а-а на изгиб:
Максимальная сила, растягивающая головку:
Нормальная сила в сечении О – О:
где
- угол заделки
Изгибающий момент в сечении О – О:
Нормальная сила и изгибающий момент в расчетном сечении от растягивающей силы:
Напряжение на внешнем волокне от растягивающей силы:
Суммарная
сила, сжимающая головку:
Нормальная сила и изгибающий момент в расчетном сечении от сжимающей силы:
Напряжение на внешнем волокне от сжимающей силы:
Максимальное и минимальное напряжения ассиметричного цикла:
Среднее напряжение и амплитуда напряжений:
Т.к.
Запас
прочности в сечении A
– A
определяется по пределу текучести:
5.2 Расчет кривошипной головки шатуна
Основные данные для расчета:
масса
шатунной группы:
диаметр
шатунной шейки:
толщина
стенки вкладыша:
расстояние
между шатунными болтами:
длина
кривошипной головки шатуна:
масса
крышки:
Максимальная сила инерции, направленная на изгиб крышки нижней головки шатуна:
Внутренний радиус нижней головки:
Момент сопротивления расчетного сечения крышки без учета ребер жесткости:
Моменты инерции вкладыша и крышки:
Суммарная
площадь крышки и вкладыша в расчетном
сечении:
Напряжение изгиба крышки нижней головки и вкладыша подшипника:
допустимое
значение
