- предел текучести σт = 800 МПа;
Коэффициент приведения цикла:
- при изгибе - аσ = 0,21;
- при растяжении аσ = 0,17.
Расчет поршневой головки.
Рис.8. Расчетная схема шатуна.
1. Для случая изгиба:
2. Для случая растяжения-сжатия:
Максимальное напряжение растяжения в сечении І – І:
где
где mвг = 0,075, mш = 0,075·2,7 = 0,203 кг.
δгш = 7 мм.
Среднее значение и амплитуда напряжения:
то запас прочности определяем по пределу усталости:
(т.к. не имеется резких переходов)
КF = 0,72 – чистовое растачивание
Кd = 0,8
Напряжения в поршневой головке от запрессовки втулки определяются при натяге посадки втулки, ∆ = 0,05 мм:
- температурном натяге:
где ∆t = 110 ºC – степень подогрева.
- суммарном натяге:
Удельное давление на поверхности соприкосновении втулки с головкой:
где dг = 57 мм – наружный диаметр головки,
d = 43 мм – внутренний диаметр головки,
dн = 40 мм – внутренний диаметр втулки,
М = 0,3 – коэффициент Пуассона.
Напряжения на внешней внутренней поверхностях поршневой головки от действия суммарного натяга определяем по формулам Ламе:
Расчет поршневой головки на изгиб:
Максимальная сила, растягивающая головку:
Нормальная сила и изгибающий момент в сечении
где - угол заделки.
где - средний радиус головки.
Значения нормальных сил и изгибающих моментов для других сечений, расположенных под углом φ' определяем по следующим формулам:
Для φ' от 0 до 90 º
Для φ' от 90 º до φ3
(φ3 = 120 º - угол заделки)
Напряжения в крайних волокнах у наружной и внутренней поверхностях по формулам:
где коэффициент b = Ег · Fг / (Ег · Fг + Ев · Fв)
Fг, Fв – площадь сечения стенок головки и втулки.
Результаты расчетов сводим в таблицу. Таблица 5
φ, град
30
60
80
90
100
110
120
NJ, Н
-6020,7
-6131,2
-6229,65
-6282,15
-6232
-6006,38
-5591,2
МJ, мм
-0,468
2,294
4,753
6,061
4,98
-0,831
-11,21
σаi, МПа
-22,34
-14,34
-7,206
-3,411
-6,532
-23,395
-53,49
σJi, МПа
-18,74
-29,72
-39,09
-44,202
-39,97
-17,82
21,68
Рис. 10. Эпюра напряжений во внутреннем и внешнем волокнах
поршневой головки шатуна при сжатии.
Суммарная сила, сжимающая головку:
Нормальная сила и изгибающий момент в сечении .
Значения нормальных сил и изгибающих моментов для других сечений, расположенных под углом φ к вертикальной плоскости
Напряжения в крайних волокнах у наружной и внутренней поверхностей:
Результаты вычислений сводим в таблицу.
Таблица 6.
φ
165,2
95,34
19,55
0
2,635
218,13
846,43
MJ, Нм
2,39
4,13
5,686
6,514
6,45
1,064
14,645
σai, МПа
7,82
12,88
17,39
19,79
19,6
398,45
-41,56
-8,18
-14,81
-20,47
-23,89
-23,65
-3,137
56,6
Расчет стержня шатуна.
Стержень шатуна подвергается растяжению силой инерции РJ поступательно движущихся масс, расположенных выше расчетного сечения, и сжатию силой, равной разности сил давления газов и силы инерции. Стержень шатуна рассчитывают на усталость в сечении В – В, которое условно располагается в центре тяжести шатуна.
Сила растяжения шатуна:
Сила, сжимающая шатун:
Напряжения сжатия в расчетном сечении с учетом продольного изгиба:
где FB-B = 470 мм2 – площадь сечения В-В.
Напряжения растяжения в сечении В-В:
Среднее напряжение и амплитуда цикла:
значит, запас прочности определяем по пределу усталости:
Значения коэффициентов:
(обдувка дробью).
Расчет крышки шатуна.
Сила, нагружающая крышку шатуна:
где ткр = 0,24 кг – масса крышки шатуна;
тшп = 0,7425 кг – масса шатуна, приведенная к поршню;
тшк = 1,9575 ку – масса шатуна, приведенная к кривошипу.
Моменты инерции вкладыша и крышки:
Момент сопротивления расчетного сечения:
Напряжения при изгибе крышки и вкладыша:
где Fг – суммарная площадь крышки и вкладыша в расчетном сечении:
Расчет шатунного болта.
Максимальная сила инерции, разрывающая головку и шатунные болты:
Номинальный диаметр болта:
d = 12 мм,
Шаг резьбы: t = 1 мм,
Количество болтов iб = 2,
Материал болтов – сталь 40ХН,
σв – предел прочности (1300 МПа),
σт – предел текучести (1150 МПа),
σ-1р – предел усталости при растяжении-сжатии (380 МПа),
аσ – коэффициент приведения цикла при растяжении-сжатии (0,2)
Сила предварительной затяжки болта:
Суммарная сила, растягивающая болт:
где - коэффициент основной нагрузки резьбового соединения.
Максимальные и минимальные напряжения в сечении болта:
где Fср – площадь опасного сечения болта:
Так как , то запас прочности шатунного болта определяется по пределу текучести:
Запас прочности должен быть не менее 2.
4.3. Расчет коленчатого вала на прочность
Рис. 11. Схема коленчатого вала.
Материал – сталь 40ХНМА;
Коренная шейка:
- внутренний диаметр: dвн = 0 мм
- наружный диаметр: dн = 75,25 мм
- длина шейки: lкш = 32 мм
Шатунная шейка:
- внутренний диаметр: dвн = 32 мм
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12