Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

1 1
1

Расчёт шатунной шейки коленчатого вала проводим в соответствии с методикой принятой на кафедре: «Тепловые двигатели и энергетические установки» Владимирского государственного университета.

Рассмотрим расчётную схему наиболее нагруженного кривошипа, которую определили по результатам динамического расчёта:[1]

lap1.wmf 

Рис. 1. Расчетная схема

 

 

Длина коренных шеек коленчатого вала: левая lкш.L =28 мм; правая – lкш.P = 28 мм; диаметр коренной шейки dкш= 51 мм; толщина щек hL=hP = 15мм; ширина щек в районе перекрытия b= 70 мм; длина шатунной шейки lшш = 24 мм; диаметр ее dшш= 48 мм, радиус галтели в сопряжении шеек со щекой r = 2 мм, масса противовеса mпр=0,318 кг, приведенная масса щеки (mщ)r=0,04 кг, lкр=82 мм. В коренных и шатунных шейках имеются отверстия для подачи масла к вкладышам подшипников диаметром aкш = 6 мм и aшш = 6 мм. RyL,RyP, RxL, RxP- реакции на опорах от действия сил в плоскости кривошипа; KrщL=KrщP- центробежные силы инерции щеки; KrпрL= KrпрP-центробежные силы инерции неуравновешенных масс противовесов; Krшш- центробежная сила инерции массы шатунной шейки; Krш- центробежная сила инерции части массы шатуна, отнесенной к оси шатунной шейки; таким образом в центре шатунной шейки действует центробежная сила Krш+Krшш.

Запасы прочности шатунной шейки определим в месте сопряжения со щекой (сечение I-I). По результатам динамического расчета известно (расчет не приводится), что на режиме номинальной мощности наибольший крутящий момент равен lap2.tif288,5 Н·м, при φ=3750ПКВ; минимальный –lap3.tif -169,5 Н·м при φ=450ПКВ [1].

Момент сопротивления при кручении шатунной шейки в сечении I-I равен lap4.tif; dш.ш. = 48 мм – диаметр шатунной шейки в сопряжении со щекой; δ =0 мм, λ=1.

Момент сопротивления в сечении I-I равен:[2]

lap5.tif=21,7·10-6 м3.

Максимальное и минимальные касательные напряжения равны:

lap6.tif13,29 МПа;

lap7.tif-7,81 МПа.

Определим амплитудное и среднее напряжения:

lap8.tif10,55 МПа;

lap9.tif2,74 МПа.

 

При отношении радиуса галтели к диаметру шатунной шейки при переходе к щеке r/d= 2/48= 0,042 (Kτ)Д= 3,8; β = 0,89; ψτ = 0,464.[2] Таким образом, частный запас прочности шатунной шейки в сечении I-I (по галтели при переходе от шейки к щеке) при кручении равен [2]

lap10.tif4,27

 

 

Действительный запас прочности равен

lap11.tif 

Определим напряжения в сечениях I-I шатунной шейки от действия изгибающих моментов.

Для расчета шатунной шейки на изгиб из условий равновесия определим реакции на опоры А и В. (см. рис. 1) Изгибающий момент в сечении сопряжения шатунной шейки со щекой (сечение I-I) от сил, действующих в плоскости кривошипа (момент относительно оси x), равен:

от максимальных сил

lap12.tif 

от минимальных сил

lap13.tif 

В плоскости, перпендикулярной плоскости кривошипа, (положительный знак момента принимается, если верхние волокна вала, обращенные к положительному направлению оси x, находятся в сжатой зоне):

от максимальных сил

lap14.tif;

от минимальных сил

lap15.tif.

Шатунная шейка имеет круглое поперечное сечение, то определить напряжения от изгиба можно от суммарного изгибающего момента (косой изгиб не возникает). Поэтому напряжение может быть найдено по формуле

lap16.tif 

 

где MΣ – суммарный изгибающий момент; W= 2Ix/dш.ш. = 10,83·10-6 м3– момент сопротивления поперечного сечения при изгибе.

Осевой момент инерции шатунной шейки в сечении I-I lap17.tif.

lap18.tif 

Поскольку от максимальных сил максимальный изгибающий момент равен:

lap19.tif Н·м

От минимальных сил:

lap20.tif Н·м

 

Максимальное и минимальное напряжение в сечений I-I

lap21.tifМПа.

lap22.tif= 4МПа.

Вычислим амплитудное и среднее напряжения при изгибе в сечении I-I

σa = (26,3-4)/2=11,15 МПа; σm = (26,3+4)/2= 15,15МПа.

Запас прочности при изгибе в сечении I-I определяется по формуле

lap23.tiflap24.tif 

где, при r/h = 2/15= 0,133 эффективный коэффициент концентрации напряжений с учетом масштабного фактора (Kσ)Д=3,9, β=1,3 (обкатка роликами) ,ψσ=0,464[2]

Общий запас прочности шатунной шейки в сечении I-I равен

lap25.tif