Расчет поршневой головки шатуна

Из теплового и динамического расчетов имеем: максимальное давление сгорания МПа на режиме мин ^-1 при , массу поршневой группы кг, массу шатунной группы кг, максимальную частоту вращения холостого хода мин^-1, ход поршня мм, площадь поршня см ², значение . Из расчета поршневой группы имеем диаметр поршневого пальца мм, длину поршневой головки шатуна мм. По табл. 7.4.[1] принимаем: наружный диаметр головки мм, внутренний диаметр головки мм, радиальную толщину стенки втулки мм. Материал шатуна - сталь 40Х; МПа, 1/К. Материал втулки - бронза; МПа, 1/К.

Определяем суммарное удельное давление на поверхности соприкосновения втулки с головкой

, МПа, (6.40)

где - натяг посадки бронзовой втулки, мм;

- температурный натяг.

, мм, (6.41)

где - термический коэффициент расширения бронзовой втулки, 1/К;

- термический коэффициент расширения стальной головки, 1/К;

- средняя температура подогрева головки и втулки при работе двигателя, К;

, и - соответственно наружный и внутренний диаметры головки и внутренний диаметр втулки, мм, мм и мм.

мм.

- коэффициент Пуассона, ;

- модуль упругости материала шатуна, МПа;

- модуль упругости материала втулки, МПа.

МПа.

Определяем напряжение на наружной поверхности поршневой головки шатуна

, МПа; (6.42)

МПа.

Определяем напряжение на внутренней поверхности поршневой головки шатуна

, МПа; (6.43)

МПа.

< МПа.

Определяем суммарную силу инерции поршневой группы

, Н, (6.44)

где - масса поршневой группы, кг

Н.

Определяем изгибающий момент в вертикальном сечении проушины

, Н·м; (6.45)

Н·м.

Определяем величину нормальной силы в этом же сечении

, Н, (6.46)

где - угол заделки, град;

- средний радиус поршневой головки.

, м; (6.47)

м;

Н.

Определяем величину нормальной силы в расчетном сечении от растягивающей силы для выбранного угла заделки

, Н; (6.48)

Н.

Определяем величину изгибающего момента в расчетном сечении для выбранного угла заделки

, Н×м, (6.49)

Н×м.

Определяем напряжение от растяжения в наружном слое

, МПа, (6.50)

где - толщина стенки головки.

, м; (6.51)

м.

- коэффициент, учитывающий наличие запрессованной втулки

, (6.52)

- площадь сечения стенок головки

, мм ² ; (6.53)

мм ².

- площадь сечения втулки

, мм ²; (6.54)

мм ².

36,78 МПа.

Определяем суммарную силу, сжимающую головку

, Н, (6.55)

где - максимальная сила инерции массы поршневой группы при номинальной частоте вращения.

, Н; (6.56)

Н.

- угол поворота коленчатого вала при значении , ;

- площадь поршня, м ²;

- давление сгорания в цилиндре двигателя, МПа.

Н.

Определяем нормальную силу для нагруженного участка от сжимающей силы

,Н; (6.57)

H.

Определяем изгибающий момент для нагруженного участка от сжимающей силы

,Н×м, (6.58)

Н×м,

где и - определяют по табл. 7.5 [1].

Определяем напряжения в наружном слое от сжимающей силы

, МПа, (6.59)

, МПа.

Определяем запас прочности

, (6.60)

где - предел выносливости материала при растяжении, МПа;

- коэффициент приведения цикла при растяжении-сжатии и зависящий от материала, ;

- коэффициент, учитывающий влияние технологического фактора (обработки поверхности), .

.

Запас прочности поршневой головки должен быть в пределах .

Расчет стержня шатуна

Определяем силу инерции, растягивающую шатун при номинальной частоте вращения

, МН, (6.61)

где - масса поршневой группы, кг;

- масса шатуна, кг.

- угловая скорость при номинальной частоте вращения, рад/с;

- номинальная частота вращения коленчатого вала, мин ^{- 1}.

МН.

Определяем максимальную силу давления газов, сжимающую шатун

, МН, (6.62)

где - атмосферное давление, МПа;

- давление сгорания в цилиндре двигателя, МПа..

МН.

Определяем суммарное напряжение при сжатии с учетом продольного изгиба в плоскости качания шатуна

, МПа; (6.63)

МПа,

где - коэффициент, учитывающий продольный изгиб, .

, м ², (6.64)

м ²

Площадь шатуна в расчётном сечении, определяют после конструктивной проработки шатуна.

Значения м, м, м принимаются из табл. [1].

Определяем суммарное напряжение при сжатии с учетом продольного изгиба в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна

, МПа, (6.65)

где - коэффициент, учитывающий продольный изгиб шатуна в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна, .

МПа;

МПа < МПа;

МПа < МПа.

Определяем напряжение растяжения

, МПа; (6.66)

МПа.

Определяем амплитуду напряжения в плоскости х сечения шатуна

, МПа; (6.67)

МПа.

Определяем среднее напряжение в плоскости х сечения шатуна

, МПа; (6.68)

МПа.

Определяем амплитуду напряжения в плоскости y сечения шатуна

, МПа; (6.69)

МПа.

Определяем среднее напряжение в плоскости y сечения шатуна

, МПа; (6.70)

МПа.

Определяем запас прочности шатуна в плоскости x

; (6.71)

.

Определяем запас прочности шатуна в плоскости y

, (6.72)

где - коэффициент приведения цикла при растяжении-сжатии и зависящий от материала, ;

- коэффициент, учитывающий влияние технологического фактора (обработки поверхности), ;

- предел выносливости материала при растяжении, МПа.

.

Запасы прочности и для шатунов не должны быть ниже 1,5…2,5.