Расчёт щеки коленчатого вала проводим в соответствии с методикой принятой на кафедре «Тепловые двигатели и энергетические установки» Владимирского государственного университета для двигателя с принудительным зажиганием мощностью 50кВт и частотой вращения 5400мин-1.
|
|
|
Рис.1. Расчетная схема кривошипа |
По результатам динамического расчёта определены нагрузки, действующие в кривошипно-шатунном механизме, а также проведено уравновешивание действующих сил. Исходные данные для расчёта. Длина коренных шеек коленчатого вала: левая lкш.L =25 мм; правая – lкш.P = 25 мм; диаметр коренной шейки dкш= 50 мм; толщина щек hL=hP = 15мм; ширина щек в районе перекрытия b= 70 мм; длина шатунной шейки lшш = 21 мм; диаметр ее dшш= 48 мм, радиус галтели в сопряжении шеек со щекой r = 2 и 3 мм, масса противовеса mпр=0,3335кг, приведенная масса щеки (mщ)r=0,078 кг, lкр=88 мм. В коренных и шатунных шейках имеются отверстия подачи масла к вкладышам подшипников диаметром акш = 5мм и aшш = 5 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.
Для расчёта щеки коленчатого вала вычисляем величину максимальной и минимальной нагрузки изгибающих моментов действующих в сечение 1-1 (рис.1) , которые берут своё начало в т.С (рис.1).
Мизг.max.=0,5RyLmax(Lк.ш.+hL)=0,5•11760•(0,025+0,015)=235,5H;
Мизг.max.=0,5RyLmax(Lк.ш.+hL)=0,5•(-3116)•(0,025+0,015)=62,32H.
Перекрытие шатунной шейки равно
Δ=(dк.ш.+dш.ш.)/2-rкр.=(0,05+0,048)/2-0,0355=0,0135м,
а высота щеки на месте перекрытия (рис.2) равна:
h1=( h2L+ Δ2)1/2= (0,0152+0,01352)1/2=0,020м;
т.к. изгиб щеки происходит по сечению
2-2, то момент сопротивления щеки при изгибе равен
Wизг.=(b•h12)/6=(0,07•0,022)/6=4,667•10-6;
Максимальное и минимальное нормальное напряжение при изгибе:
σmax= Мизг.max./ Wизг=235,5/(4,667•10-6)=50,46МПа;
σmin= Мизг .min./ Wизг=62,32/(4,667•10-6)=13,35МПа;
Среднее напряжение и амплитуда напряжений:
σm= ( σmax+ σmin) / 2 = ( 50,46 + 13,35 ) / 2 = 31,9 МПа;
σa = ( σmax+σmin) / 2 = (50,46– 13,35) / 2 = 18,5 МПа.
Частный запас прочности при изгибе
.
При r/h = 4/15 = 0,267 (Кσ)Д = Кσ/eσ = 3,2 [1].
(Кσ)Д – эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгибе [1]; βs= 0,85 –– коэффициент, учитывающий состояние поверхности при изгибе [2]; ψσ= σ-1/σВ = 0,5156 – коэффициент, учитывающий влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости при изгибе [1].
Для расчёта частного запаса прочности щеки при действии кручения определим момент сопротивления в сечении сопряжения со щекой шатунной шейки:
м3.
По данным расчёта шатунной шейки среднее и амплитудное напряжения: tm= 0,81 МПа; ta = 18,85 МПа(из расчёта двигателя по прототипу ВАЗ-21083).
При r/dшш = 0,74 (Кt)Д = Кt/eмt = 2,8 [1]. Частный запас прочности щеки при кручении: 
,
(Кτ)Д;– эффективный коэффициент концентрации напряжений при кручении βt = 0,95;–– коэффициент, учитывающий состояние поверхности при кручении [1];
ψt= t-1/tB = 0,347 – коэффициент, учитывающий влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости при кручении [1].
Общий запас прочности щеки равен:
Вывод
Данной методикой просто пользоваться при проектировании, как щеки к.в. так и коленчатого вала в целом.